外源草酸对采后果实的保鲜效应及其生理机理研究

本文以桃(Prunus persica L. cv. Bayuecui.)栽培种‘八月脆’和芒果（Mangifera indica L.）栽培种‘圣心’为材料，研究外源草酸对采后果实的生理生化效应及其作用机理，为果实贮藏保鲜提供新方法。采后桃果实用1、5 mM的草酸溶液浸果10 min，以浸水10 min为对照，然后在常温下贮藏，测定果实在贮藏期间对草酸处理的一些生理生化反应。芒果经采后杀菌剂（post- P）、采后草酸（post-OA）、采前＋采后草酸（pre-OA + post-OA）、采前Ca ＋ 采后草酸处理（pre-Ca + post-OA）处理，以采后浸水为对照，然后分别将果实在常温(25 C)、低温（14 C）和控制性气调（3% CO2 + 2% O2 ，14 ± 1 C）下贮藏，测定草酸处理对芒果的成熟进程、病情发展及其相关生理指标的影响。研究结果表明如下： 1．与对照相比，草酸处理的桃果实在贮藏期间果实的电解质渗漏量和呼吸速率降低、果实硬度高、果实的抗氧化酶（超氧化物岐化酶、SOD;过氧化物酶，POD;过氧化氢酶、CAT;抗坏血酸过氧化物酶、APX）和多酚氧化酶（PPO）活性提高、脂氧合酶（LOX）活性降低。同时，在贮藏后期，果实的活性氧自由基（ROS）产量（超氧阴离子、O2.;过氧化氢、H2O2)和丙二醛（MDA）含量降低。草酸的这些生理效应有利于保持膜的完整性和延缓桃果实的成熟;草酸诱导POD、SOD、PPO活性可能有助于提高采后果实的抗病性。 2．外源5、10 mM浓度的草酸（pH值中和或不中和）对芒果炭疽病原菌（Colletotrichum gloeosporioides）孢子萌发和菌丝生长均表现出显著的抑制作用。这种作用不仅与草酸降低培养基（PDA）的pH值相关，而且与草酸独特的化学特性相关。 3．在常温、低温和控制性气调贮藏下，采后草酸、采前 + 采后草酸、采前Ca + 采后草酸处理均能有效减缓芒果果实的软化速率，延缓芒果的成熟进程，降低芒果的病情指数，同时改善芒果成熟时的表皮着色，对果实完全后熟时的可溶性固形物（SSC）、可滴定酸（TA）含量、果肉口感均没有产生负面的影响。 4．草酸处理增强芒果细胞膜的稳定性，诱导提高芒果抗氧化酶活性，特别是提高果皮SOD、APX活性，降低LOX活性，以及降低果皮O2.、H2O2 和果肉H2O2含量，抑制采后果实的乙烯生物合成。这些生理生化效应与延缓芒果的成熟衰老和提高果实的抗病性相关。 5． 采后草酸、采前 + 采后草酸和采前Ca + 采后草酸处理表现出高效低廉、无毒无副作用、易操作等优点，是芒果采后贮藏保鲜的可供选、具有实际应用前景的新方法。

资源异质性环境中植物克隆生长的描述与模拟

植物克隆生长型主要由遗传结构决定，不同的克隆植物具有不同的克隆生长型，同时植物的克隆生长型又依具体生境和个体发育阶段不同而变化。Harper认为植物构件的结构由分枝角度、节间长度和芽的成活率决定。大量的研究表明克隆植物生长型主要由3个形态参数决定：节间长度、分枝角度和分枝强度。 植物的生境条件无论在时间还是空间上都是异质性的，即使在很小的尺度上这种异质性也是存在的。在这种具有异质性的生境条件下几乎所有植物都有表型可塑性。植物的表型可塑性是指植物在不同的环境因子条件下，在形态、生物量、生理等方面产生的一系列不同。表现型可塑性是植物种群克服环境异质性的重要途径，也是克隆植物实现觅养行为的途径。克隆植物的觅养行为是通过根茎或匍匐茎的长度和分枝强度的变化以及生物量的分配来实现其迁移和对生境的选择，从而将分株安置在各种微环境中。 克隆植物构型的可塑性可使它在土壤水分斑块性分布的环境中通过克隆生长，调整对不同斑块的土壤水分获取对策。在一田间实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica Focke）经历了不同土壤水分水平（土壤最大含水量的40%、60%、80%、100%等）处理，以研究土壤水分对蛇莓克隆构型的影响。结果表明：间隔子长度、分株密度、分枝角度和分枝强度呈二次曲线变化，土壤含水为最大含水量的80%为最适生境。 克隆植物构型的可塑性可使它在养分斑块性分布的环境中通过克隆生长调整相应于对不同斑块的养分获取对策。在一田间实验中，蛇莓经历了不同土壤养分水平（高、中、低和对照）处理，以研究土壤养分对蛇莓克隆构型的影响。结果表明：随着土壤养分水平的增加，间隔子的长度、分枝角度均逐渐降低，分枝强度和分株密度增加。 克隆植物构型的可塑性可使它在不同光强的环境中通过克隆生长，调整其对不同光强的资源获取对策。在控制性光资源异质性生境（模拟浓密林荫、稀疏林荫、农田间套作、裸地等）下，研究和模拟了光资源的时空异质性和蛇莓的克隆可塑性变化。结果表明：随着光照强度的增加，间隔子长度的长度逐渐降低，分枝角度、分株强度呈二次曲线变化。 克隆植物构型的可塑性可使它在不同海拔的环境中通过克隆生长，调整其对不同海拔的资源获取对策。在一海拔高度实验中，匍匐茎草本蛇莓经历了不同海拔(400 m、800 m、1200 m和1600 m)处理，以研究不同海拔对蛇莓克隆构型的影响。结果表明：随着海拔的增加，间隔子长度、分株密度、分枝角度和分枝强度呈二次曲线变化。 从克隆植物生长环境（小气候）定量分析了克隆植物生长必需资源如水分、养分、光强、海拔等的变化特性。具体描述和分析了异质环境尺度的大小和等级数。在前人研究成果的基础上，验证了克隆植物生长必需资源分布异质性的数学模型并建立相应的运算模块。在不同水分、养分、光强和海拔等异质性生境中，蛇莓克隆构型相关特征的可塑性变化可用动态Logistic模型进行模拟和预测，拟合效果较好。结合植物对环境异质性的利用对策，对所揭示的蛇莓克隆构型可塑性进行了讨论。 用分形技术描述了蛇莓在资源斑块性分布的生境中，通过克隆生长调整相应于对不同斑块的资源获取对策。植物克隆构型的形态特征在一定尺度范围内具有自相似特征。蛇莓克隆构型的分形维数直接反映了在异质性生境中蛇莓克隆生长的差异。蛇莓克隆生长越发达分形维数越高。相对小的分形维数，反映出蛇莓克隆生长相对较弱。基于计算机图像技术和分形理论，建立了植物克隆生长分形度量的计算机模型，实现了对植物克隆生长过程的计算机模拟。模拟的蛇莓克隆生长形态与实际生长不仅具有相近的分形维数，而且形态也非常相似。利用克隆生长模型的预测能力克服实验生态学难以逾越的某些研究盲点，其研究成果将对克隆植物利用资源异质性的生态对策研究具有重要的指导意义。

异质性环境中两种匍匐茎草本植物的克隆可塑性

　　克隆植物常常生长在资源异质性分布的环境中，克隆植物特有的生活史特征使其对环境和资源变化产生的反应规范（Reaction norm）具有特殊的表现和适应意义。本文以匍匐茎草本植物蛇莓(Duchesnea indica)和活血丹(Glechoma longituba)为材料，研究克隆植物在不同异质性环境中的反应规范，即可塑性（plasticity）和克隆分株间相互作用（即克隆整合（clonal integration））对表型的影响及其适应意义。 蛇莓和活血丹是具有不同分枝类型的两种匍匐茎草本植物。对于匍匐茎草本植物而言，生境中光资源分布在时间和空间上的变化极为丰富。本文主要研究在不同环境中，这两种克隆植物克隆分株间的相互作用是如何通过影响其形态特征，从而影响其光资源获取策略。 实验涉及了4种光照条件，分为5个部分，分别在大棚和野外进行。 1．同质光环境中蛇莓和活血丹克隆片段的可塑性 在大棚中，将整个克隆片段（clonal fragment）都放置在光照强度分别为自然光照PPFD（Photosynthetic Photon Flux Density）的100％、50％和10％三种不同的同质光环境中，目标是通过比较不同光照强度同质环境中不同基因型的形态特征，揭示匍匐茎草本克隆植物的反应规范及遗传差异。实验结果发现，当光照强度从100% PPFD 降到 50% PPFD时，活血丹增加对地上部分生物量投资，增加部分多投入到匍匐茎上，用于支持匍匐茎实现觅食行为，叶片和叶柄的变化不大。同样条件下，蛇莓的生物量投资却向根部转移，地上部分叶片和叶柄形态上的变化比匍匐茎的形态变化显著，出现增强对光资源吸收能力的变化。当光照强度从50%降到 10%时，活血丹继续增加对地上部分的生物量投资，但由于光照强度弱，几乎不足以维持新的匍匐茎的发生，所有增加的生物量部分都投入到叶片和叶柄的变化上。这种条件下，蛇莓的生物量投资依然向根部转移，叶片和叶柄为增加对光资源吸收能力而发生了相应变化，匍匐茎的新增数减少，形态变化也不大。实验证明，可能由于匍匐茎的发生方式不同，活血丹的匍匐茎节间长度，叶片和叶柄的关联程度比蛇莓相应性状的关联程度强。不同基因型的蛇莓和活血丹对光照梯度的反应有显著差异。 2．异质光环境中蛇莓克隆片段的可塑性 针对克隆植物分株间在相当长的时间里形体相连，而环境异质性可能存在于分株大小的空间尺度，设置异质环境，将蛇莓的不同相连分株放置在不同的光资源斑块中，研究其整合作用在适应异质性环境过程中的作用及其对表型的影响。首先设置同一种资源（光资源）的梯度差异斑块。 在光斑块中，整合作用发生与否、作用方式与资源梯度、分株自身所处斑块的资源条件和分株的年龄结构有关。在不同的条件下，整合作用可能造成对表型的不同影响，从而可能加剧或削弱分株对本地资源的反应（局部反应，local response）。整合作用对分株局部反应的影响强度和方向，在不同基因型间存在明显差异。这些基因型间的差异暗示，整合作用可能也是具有遗传基础的一种独立性状。 3．光块斑和养分斑块共存环境中活血丹克隆片段的可塑性 设置光和养分的资源互补性斑块。将相连分株种植在不同斑块中。当生长在高光低养斑块中的分株与其互补斑块（低光高养斑块）的分株相连时，其适合度相关性状的值增加，根冠比是可塑的，通过相应的形态变化，高光照斑块中的分株捕获光资源的能力增强，但两种斑块中植株的吸收养分的能力却没有大的变化。收益－损耗分析显示整合作用有益于异质环境中的植株，低光高养斑块中植株的生物量获益。实验结果证明了异质环境中相连分株间存在光合产物和养分传递。在这种环境种，分株形态的变化对本地斑块发生趋富反应，形态的改变有助于对本地丰富资源的吸收。这种反应有利于克隆片段对资源的吸收。 4．野外环境中蛇莓克隆片段的可塑性 基于大棚实验资料，对野外林下蛇莓种群进行监测。首先对单株在林下复杂的光环境中的表现进行了跟踪，结果发现，随着分株数目的增加，适合度相关性状值有所提高，而处于不同位置的相连分株在形态上的差异不显著。大棚实验中发现的显著形态变化在具有显著差异的自然环境条件下没有发生，这可能暗示着在资源条件变化频率较高的环境中整合作用的作用方式。分株不是对某一时刻资源条件进行形态特化，而是通过对所扩展的总体区域的总的环境条件调整表型。这样，从克隆片段的水平上看，资源的吸收可能达到较高水平。在密度增大，植株间互相荫蔽使得光照减弱的情况下，匍匐茎的变化没有表现出觅食行为，叶片和叶柄出现增大增长等增强吸收光能力的相应表型变化，证明叶片叶柄是克服光照不足的主要器官。这些结果与大棚实验结果一致。蛇莓基株对于相连分株内部可能具有密度调节功能，从而通过减弱叶片增大的趋势，增长匍匐茎，分散新生分株，使密度保持在一定程度，不对种群的发展造成阻碍作用。非相连分株间随着密度的增大，相互间的作用方式类似于非克隆植物：出现叶片增大，叶柄增长的现象，同时密度制约了适合度相关性状如分株数目等的增加。 5．野外环境中蛇莓种群格局动态 最后，在进化的单位，种群水平上对蛇莓种群在自然界的动态进行了调查。Spearman相关分析，没有发现光资源和测量指标在量上的相关。在自然界中整合作用使大量分散分布、相互连接的分株相互作用，以促进基株对资源的获取。Moran’s I指数分析显示，随时间的推进，各个指标在相关尺度上有所增加。这暗示了整合作用的存在，分株间联系的加强。大棚实验中观察到的关于各个器官的作用的结论在自然界中得到进一步的验证。蛇莓匍匐茎在遮荫环境中不是作为觅食器官。为了争取对更多光资源的吸收，蛇莓在叶片数和叶形态上发生改变。对分株数、叶片数、匍匐茎数目的分布格局的调查显示出没有一定的规律性，而且处于不断的变化中。这一结果可能暗示种群发展过程中处理异质性分布资源的对策的变化。 此外，本文还揭示了可塑性和整合作用在基因型间的差异，针对所发现的现象，从作用的遗传机制上对可塑性及其适应意义进行了讨论。结合分子生物学和地统计学等学科的研究成果，对进一步的实验提出了方法和路线。

不同生活型植物对机械刺激的反应

机械刺激效应（Effects of mechanical stimulation）是风生态学直接效应的主要表现形式。研究机械刺激对植物的影响，有利于将风的直接与间接效应区别开来，从而精确研究植物对风的反应格局;研究不同生活型植物对机械刺激的反应是植物力学与植物生态学的重要内容，有助于揭示植物对生境的适应机制。 本研究涉及三个实验。第一个实验探讨不同生活型植物对机械刺激和水分互作的响应格局;第二个实验研究匍匐茎草本植物蛇莓对部分机械刺激的反应;最后一个实验揭示不同水分供应条件下，番茄和紫花苜蓿对不同机械刺激频度的响应。在第一个实验中，克隆半灌木羊柴（Hedysarum laeve），一年生草本植物虫实（Corispermum mongolicum），多年生大型禾草沙鞭（Psammochloa villosa）和多年生丛生禾草黑麦草（Lolium perenne）分别接受由两个水平机械刺激（无刺激和刺激60 s d-1）和两个水平水分供应（200 ml d-1和400 ml d-1）组成的处理。在第二个实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica）接受4个不同水平的机械刺激：（1）整个克隆不受机械刺激;（2）整个克隆都受机械刺激;（3）除顶端外其余克隆部分受机械刺激;（4）仅克隆顶端受机械刺激，其余部分不受机械刺激。在最后一个实验中，番茄（Lycopersicon esculentum）和紫花苜蓿（Medicago sativa）接受由三个水平机械刺激频度（0，25赫兹和50赫兹）和三个水平水分供应（50ml，150ml和250ml）组成的处理。这些实验主要回答不同生活型植物的生长和（或）机械性状如何响应机械刺激。主要结果如下： （1）在对机械刺激和水分交互效应的实验中，交互效应随物种发生变化。机械刺激和水分的交互效应对羊柴、番茄和紫花苜蓿作用不显著，但对虫实、沙鞭和黑麦草作用显著。 （2）在对机械刺激的研究中，机械刺激对植物的效应有正负之分。如机械刺激降低羊柴和沙鞭的总生物量，表明其是一种胁迫因子。但对于虫实、番茄和紫花苜蓿来说，机械刺激却能不同程度地促进植物的生长。 （3）机械刺激对虫实的机械性状没有显著影响，但对羊柴的机械性状恰好相反。此外，水分对虫实机械性状有显著影响。 （4）不同植物对机械刺激频度的敏感性存在差异。对番茄来而言，50赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用;对紫花苜蓿来说，25赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用。 （5）蛇莓对局部机械刺激具有显著反应，特别是在顶端进行机械刺激的处理中，整个克隆片段的叶柄长度缩短，根冠比发生改变，将较多的生物量分配到根。 这些结果表明：（1）不同物种对机械刺激和水分互作的反应可能与机械震动方式及物种本身有关;（2）单位植物大小所承受的机械刺激的强度及物种的生长速率是不一样的;（3）不同反应间的相互作用及相互独立可部分解释物种间的效应差异;（4）接触性形态建成的效应不能从一个物种外推到另外一个物种。 以前的研究集中探讨直立茎植物对机械刺激的响应，而对匍匐茎植物的研究极为贫乏。我们对蛇莓部分机械刺激的研究仅仅是一个初步探索。蛇莓的可塑性行为可能是一种适应性策略，因为这类植物常常生长在机械刺激频繁的开阔生境中。上述三个实验仅仅从生长和机械角度探讨了植物的适应性，而要真正揭示植物对多风生境的适应需要对不同物种进行多水平、多层面的研究，以期掌握不同生活型植物对机械刺激响应的一般格局。例如，从激素、细胞、解剖结构等方面探索其内在机制。

薇甘菊对其入侵地植物种子萌发和幼苗生长的化感影响

薇甘菊主要入侵我国华南的广东、海南和云南三省，给当地造成了严重的危害，其强烈的化感作用被认为是其成功入侵的原因之一。而目前对薇甘菊化感作用的研究还较少，因而对薇甘菊化感作用的认识还有待深入的研究。另外，在对入侵植物入侵群落进行恢复时，由于入侵植物的凋落物以及生长过的土壤都还含有化感物质，常常导致恢复难以继续。因而选择抗化感能力强的物种来恢复薇甘菊的入侵地也成为该研究的一个主题。本文以薇甘菊为实验材料来研究薇甘菊化感作用对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长的影响，同时筛选化感抗性强的物种以进行薇甘菊入侵地的恢复工作。其主要结论如下： 1、薇甘菊根和叶的提取液对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长都有很大的抑制作用，并且这种抑制作用随着提取液浓度的升高以及处理时间的延长而加强，这证明了薇甘菊具有很强的化感作用。 2、一些植物种子萌发和幼苗生长在低、中浓度提取液以及高浓度提取液的短时间的处理下能被促进，不过在高浓度的提取液以及长时间的处理下都被抑制，这说明化感作用是抑制还是促进作用在很大程度上受到提取液浓度和处理时间的影响。 3、薇甘菊提取液（50 g L-1）对紫薇(Lagerstroemia indica)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、黑麦草(Lolium perenne)和西葫芦（Cucurbita pepo）种子处理50-100 h就能极大的影响到其后的种子萌发和幼苗生长，这说明薇甘菊在短时间（50-100 h）就能给植物产生极强的化感作用，也进一步证实薇甘菊很强的化感作用。 4、由于各物种进化历史的不同，而且各物种在对薇甘菊的化感抗性上也存在着差异，所以各物种对薇甘菊提取液的化感反应也各不相同。 5、薇甘菊根提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响要大于叶提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响，而对刺槐和紫薇种子萌发率、初始萌发时间、萌发速率以及幼苗株高的影响却是叶提取液的化感作用强。这支持了一个新的假设：由于物种间代谢的多样性，至少在根和叶对受试植物根的化感影响方面，对于一些物种来说根的化感作用可能强于叶的化感作用，对于另一些物种来说叶的化感作用可能强于根的化感作用。 6、薇甘菊叶提取液对西葫芦种子活力、种子萌发和幼苗生长的化感影响大，而对其后开花时间以及开花的数目没有明显的影响，这说明薇甘菊对西葫芦生活史前期的化感影响要大于对西葫芦生活史后期的化感影响。 7、薇甘菊叶的水提取液对种子萌发的抑制作用要大于对幼苗生长的抑制作用;对非豆科植物种子萌发的影响要大于对豆科植物种子萌发的影响，而对非豆科植物幼苗生长的影响要小于对豆科植物幼苗生长的影响;对本地种的抑制作用要大于对外来归化种的抑制作用。 本研究证实了薇甘菊强烈的化感作用，根提取液对受体植物幼根生长的影响大于叶提取液对受体植物幼根生长的影响，这种化感作用可能极大的促进了薇甘菊的入侵。另外，在恢复薇甘菊入侵群落时，考虑到薇甘菊的化感作用，理应选择外来的已经归化了的非豆科植物的幼苗。

丛枝菌根真菌对异质性环境中克隆植物的影响

克隆植物同一基株的相连克隆分株或克隆片段常常生长在资源条件不同的斑块中，分株间形成克隆整合和克隆可塑性以及克隆分工等有效地获取必需资源的生态适应对策，提高在异质性斑块生境中的适合度，适应环境的异质性变化。但在以往的克隆植物生态学的理论研究中，为了研究的简化和方便，往往忽略了土壤中微生物的作用。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌是自然界中广泛存在的土壤微生物之一，可与大多数的高等植物形成共生菌根，影响植物的生长、发育及其在生态系统中的作用。 本文应用实验生态学方法，以蛇莓、狗牙根和白三叶为研究对象，在温室受控条件下，对异质养分斑块中的分株对接种AM真菌，探讨AM真菌对资源斑块中克隆植物的影响。 第一个实验设计单一磷养分斑块，以蛇莓(Duchesnea indica)和摩西球囊霉(Glomus mosseae)为研究对象，探讨丛枝AM真菌对克隆整合的影响。将蛇莓相连的两个分株，即分株对，分别种植在两个隔离的花盆中，各施以高磷和低磷营养液，保持或切断分株间匍匐茎连接，即间隔子，再将菌剂接种到低磷斑块中分株。结果发现间隔子状态和接菌处理都显著影响低磷斑块中蛇莓分株的根系生物量分配。对照处理中保持间隔子连接显著减少低磷斑块中分株生物量向根系的分配，接菌后这一差异显著减小。保持间隔子连接或接菌对高磷斑块中分株的根系生物量分配不显著。保持间隔子连接和接菌都显著增加低磷斑块分株的生物量在分株对生物量中所占比例，二者无显著交互作用。 第二个实验设计光照和养分斑块，以狗牙根(Cynodon dactylon)和摩西球囊霉为研究对象，探讨AM真菌对克隆植物非局域反应的影响。将狗牙根分株对的两个分株分别种植在两个花盆中，各施以光照强度与土壤养分交互斑块性环境条件，形成高养低光和高光低养斑块，保持或切断间隔子，再将菌剂接种到目标分株。结果发现对照处理中，间隔子状态显著影响分株的局域反应。高养斑块中保持间隔子连接的分株的根长显著大于间隔子断裂的分株的根长，高光斑块中保持间隔子连接的分株的根长显著小于间隔子断裂的分株的根长。高光斑块中保持间隔子连接的分株的叶面积显著大于间隔子断裂的分株的叶面积，间隔子状态对低光高养斑块分株的叶面积无显著影响。在低光高养斑块中，相对于间隔子断裂的分株，间隔子连接的分株将更多的生物量分配到根系，而在高光斑块中的分株则相反。这些都说明，无AM真菌侵染的情况下，狗牙根分株对的两个分株在实验中各自形成的克隆部分的分株形态反应都受到了克隆整合的作用，表现为非局域反应。接种AM真菌后，高光斑块中分株的根长和高养斑块中分株的叶面积在间隔子连接和断裂处理之间的差异显著减小。生物量分配的差异不受接菌的影响。对照处理中，高养斑块中间隔子连接的分株生物量和分株数显著高于间隔子断裂的分株，但高光斑块中分株之间无显著差异。接种AM真菌显著降低高养斑块中分株的生物量和分株数，对高光斑块中分株无显著影响。 第三个实验设计光照和养分交互斑块，以白三叶(Trifolium repens)和多种AM真菌为研究对象，探讨AM真菌及其多样性对克隆分工的影响。将间隔子连接(整合)或断裂(无整合)的白三叶分株对种植于光照强度和土壤养分交互斑块性资源条件下(即，高光低养和低光高养)，向分株对接种灭菌处理、单种或五种AM真菌的菌剂。结果发现，对照处理中，间隔子连接的分株对在光养交互斑块中与间隔子断裂的分株对相比较表现出克隆分工，即高光低养斑块中的分株的根系生物量分配增加，低光高养斑块中的分株的根系生物量分配减少。单菌处理没有影响对照处理中间隔子状态对分株对生物量分配的改变；多菌处理显著减小对照中生物量分配的改变；与单菌处理比较，多菌处理能显著减小生物量分配的改变。在高光低养斑块中，多菌处理显著抑制间隔子断裂分株的根生物量分配的增加。在低光高养斑块中，多菌处理完全抑制在对照处理中间隔子连接的分株的根生物量分配的增加。在对照处理中，间隔子连接分株的单叶面积、总叶面积、叶柄长、根长都与生物量分配趋势一致，表现出对丰富资源的特化。接菌处理能显著抑制这些形态指标的改变。多菌处理显著抑制这些指标的特化，并且抑制效果显著强于单菌处理。间隔子状态和AM真菌处理显著增加高光低养、低光高养斑块中分株及整个克隆片段的生物量和分株数。多菌处理抑制间隔子连接的克隆片段生物量和分株数增加。克隆片段的生物量和分株数在对照和单菌处理间无显著差异，在多菌处理中显著高于在单菌处理中。 以上三个实验说明，(1)AM真菌对克隆植物生长的影响与非克隆植物一样，受到植物种类和环境资源水平的影响；(2)AM真菌对异质性资源环境中克隆植物的影响由于植物不同而产生不同的效应；(3)提高AM真菌的多样性可能增强菌根对克隆植物的作用。 这些研究结果揭示出AM真菌与异质性环境中克隆植物整合作用、非局域反应和克隆分工作用的交互影响，表明克隆生长在生态系统中的重要性可由生物和非生物因素共同决定。

克隆植物对异质性生境的适应对策研究

植物的生境在时间和空间上都是异质性的，即使在很小的尺度上这种异质性也是存在的。克隆生长使得克隆植物在理论上更适应利用异质性环境，本文以几种克隆植物为对象，采用实验生态学方法，着重从生理生态特性、信号物质传导方面探讨克隆植物对异质性环境的适应对策。 以匍匐茎克隆植物野草莓(Fragaria vesca)为对象，研究了不同海拔梯度种群(1800m和3900m)对光照和养分资源斑块性分布生境的响应。研究结果显示：与资源的空间同质性处理(I) 和(II) 相比, 资源的空间异质性处理(III) 和(IV) 两个种群野草莓的近端、远端和整个克隆片段的生物量和分株数均获得显著增加。经历低光高养近端分株与经历高光低养的远段分株相连时，相比与低光高养的同质生境，来自两个海拔的种群分配更多的生物量到根；经历高光低养近端分株与经历低光高养远端分株相连时，相比于高光低养的同质生境，来自两个海拔的种群分配更少的生物量到根，类似的生物量分配格局在远端分株也被观察到。相比于高光低养同质性生境，当与低光高养远端分株相连时经历高光低养近端分株有更大的叶面积；相比于高光低养同质性生境，当与低光高养近端分株相连时经历高光低养远端分株有更大叶面积。实验结果表明, 资源交互斑块性生境中野草莓发生了克隆内分工。通过克隆内分工, 克隆植物能有效的利用异质性分布的资源, 缓解资源交互斑块性分布对克隆植物生长的不利影响。 以匍匐茎克隆植物蛇莓(Duchesnea indica)为对象, 研究其在高光照低水分斑块和低光照高水分斑块组成的资源交互斑块性生境中的克隆内分工。结果显示，当生长于高光照低水分(HL)条件下近端分株(basal ramets)与生长于低光照高水分(LH)条件下的远端分株(apical ramets)之间的匍匐茎连接时，近端分株根冠比显著下降，而远端分株根冠比显著增加，近端分株叶面积和远端分株总根长显著增加；当与低光照高水分条件下的远端分株相连时，近端分株叶片光合速率和叶绿素含量也相应增加。此外，克隆分株间资源交互传输显著提高蛇莓的生长表现（生物量和分株数）。因此，在光、水资源交互斑块性环境中克隆植物蛇莓分株在生物量分配、资源获取器官形态和生理特性方面发生了环境诱导的功能特化。这种对局部丰富资源的趋富特化在一定的程度上增强了克隆分株对资源的吸收利用能力，克隆内资源共享有助于缓解资源交互性斑块生境对克隆植物生长的不利影响，有效地提高克隆植物在其生境中存活与定居能力。 一个盆栽实验被采用以便调查克隆整合对经受局部沙埋的根状茎克隆植物沙生苔草(Carex praeclara)的影响，结果显示随着沙埋深度的增加，切断分株间的根状茎连接将显著降低经受沙埋处理分株的存活。当克隆植物经历局部沙埋时，切断分株间根状茎连接对其克隆生长（生物量、分株数和叶片数量）有显著负影响。耗-益(cost-benefit)分析显示，当与经历沙埋处理的远端分株相连时，近端分株的生长表现没有遭受任何负面影响。与经历沙埋处理远端分株相连时，近端分株的光合能力随沙埋深度的增加而增加。分株间的源-汇反馈调节机制所导致的补偿性反应减缓了局部沙埋对克隆植物生长的负效应。因此，克隆整合有助于提高经历局部沙埋克隆植物的存活，克隆植物在沙化地区植被恢复与重建方面具有重要意义。 克隆植物分株间的匍匐茎或根状茎连接不仅可以传输水分、矿质养分、光合产物，而且还可以传输信号物质。以根状茎克隆植物黑褐苔草(Carex alrofusca)为对象，采用盆栽实验研究外源茉莉酸诱导克隆片段相连分株间信号物质传导。结果显示，相比中龄和老龄分株，幼年分株对1mM茉莉酸诱导有显著反应。茉莉酸引起幼年分株叶片浓缩单宁含量显著增加，同时其叶片可溶性碳水化合物和氮含量降低。茉莉酸诱导后，幼年分株被昆虫咬食叶面积比率显著下降。因此匍匐茎或根状茎传也是克隆植物分株间信号物质传导重要通道，克隆植物通过分株间的风险扩散策略增强了对幼嫩植物组织器官的保护，这对克隆植物的存活或生长具有重要意义。

The Genomes of Oryza sativa: A history of duplications

We report improved whole-genome shotgun sequences for the genomes of indica and japonica rice, both with multimegabase contiguity, or almost 1,000-fold improvement over the drafts of 2002. Tested against a nonredundant collection of 19,079 full-length cDNAs, 97.7% of the genes are aligned, without fragmentation, to the mapped superscaffolds of one or the other genome. We introduce a gene identification procedure for plants that does not rely on similarity to known genes to remove erroneous predictions resulting from transposable elements. Using the available EST data to adjust for residual errors in the predictions, the estimated gene count is at least 38,000 - 40,000. Only 2% - 3% of the genes are unique to any one subspecies, comparable to the amount of sequence that might still be missing. Despite this lack of variation in gene content, there is enormous variation in the intergenic regions. At least a quarter of the two sequences could not be aligned, and where they could be aligned, single nucleotide polymorphism ( SNP) rates varied from as little as 3.0 SNP/kb in the coding regions to 27.6 SNP/kb in the transposable elements. A more inclusive new approach for analyzing duplication history is introduced here. It reveals an ancient whole-genome duplication, a recent segmental duplication on Chromosomes 11 and 12, and massive ongoing individual gene duplications. We find 18 distinct pairs of duplicated segments that cover 65.7% of the genome; 17 of these pairs date back to a common time before the divergence of the grasses. More important, ongoing individual gene duplications provide a never-ending source of raw material for gene genesis and are major contributors to the differences between members of the grass family.

Ecballocystopsis dichotomus sp. nov. (Chlorococcales, Chlorophyceae) from China

Ecballocystopsis dichotomus sp. nov. is the third described species of Ecballocystopsis that grows on rock under water and epiphytically on the filaments of Cladophora and Mougeotia (green algae) collected in a small irrigation ditch in Chong-yang county, Hubei Province (East longitude 29 degrees 30', North latitude 114 degrees 10') and in Zhu-xi county, Hubei Province (East longitude 32 degrees 20', North latitude 109 degrees 45'). The new species differs from E. indica IYENGAR (1933) in having dichotomous branching and its smaller sized thallus; it differs from the second species, E. desikacharyi PRASAD (1985), in having looped filaments, dichotomous branching and smaller cells. Three patterns of cell divisions were observed in E. dichotomus sp. nov. (transverse, longitudinal and oblique). It may be that the new species is evolutionary a more advanced species based upon the structure of its thallus and the manner of spore formation. The systematic position of the genus, based on the comparative studies of the genus Ecballocystis BOHLIN with Cylindrocapsopsis IYENGAR, is discussed.

同源四倍体水稻三系亲本的遗传差异、细胞遗传学比较研究及低直链淀粉含量突变体Wx基因序列分析

同源四倍体水稻（2N=4X=48,AAAA）是由二倍体水稻（2N=2X=24,AA）通过秋水仙素诱导染色体加倍后得到的新品系，具有优良的抗病性以及较高的蛋白质含量。因此，在四倍体水平上挖掘水稻的增产潜力成为水稻育种的新手段。同源四倍体水稻具有很强的遗传可塑性和很弱的遗传保守性，利用其作为水稻远缘杂交的桥梁，从野生物种中不断地引进有益的基因，这将有助于杂交水稻的多代利用和固定水稻的杂种优势。但是迄今为止，还没有关于同源四倍体水稻遗传多样性，遗传背景的报道。目前世界关于同源四倍体水稻的研究主要集中在中国，主要研究方向为培育、筛选结实正常的亲本材料，配置和筛选结实率正常或接近正常的组合。经过几十年研究，虽然在材料构建，细胞学研究等方面取得了较大进展，但同样由于结实率低的瓶颈问题未解决，而使多倍体水稻育种未能取得实质性进展。而近年来一些关于同源四倍体水稻低结实率机理的细胞学研究也由于缺乏统计学数据而缺乏说明性。本文用SSR标记，对选取的36个结实率正常同源四倍体水稻三系亲本和14个来源二倍体亲本，分析他们的遗传差异和群体遗传结构。本文还利用我们培育的高、低结实率的同源四倍体水稻恢复系、优良保持系和杂种F1及二倍体对照为材料，进行系统深入的细胞遗传学研究，进一步探讨同源四倍体水稻有性传递后代的发育过程，探索分裂期染色体行为特征与遗传性状稳定性的关系，为进一步选育多倍体水稻品种并将其应用于生产提供理论依据。同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%，为研究其直链淀粉含量下降的原因，本文还根据普通水稻Wx基因设计引物，扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列，与已报道Wx基因进行比对分析，并根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异并根据D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,为快速、准确的鉴别低直链淀粉的D4063-1创造了条件。 SSR标记具有基因组分布广泛、数量丰富、多态性高、容易检测、共显性、结果稳定可靠、实验重现性好、操作简单、经济、易于高通量分析等许多优点，被认为是用于遗传多样性、品种鉴定、物种的系统发育、亲缘关系及起源等研究的非常有效的分子标记。本研究选取了中国科学院成都生物所培育的同源四倍体和二倍体水稻亲本，并用36个微卫星标记进行了遗传差异和种群遗传结构分析。在50个品系中，我们观察到较高水平的多态性，每基因等位基因数（Ae）分布于2至6之间（平均值3.028），多态性信息含量（PIC）分布于0.04至0.76之间（平均值0.366）；期望杂合度（He）分布于0.04至0.76之间（平均值0.370），Shannon指数（I）分布于0.098至1.613之间（平均值0.649）。同源四倍体品系的等位基因数，期望杂合性和Shannon指数都比二倍体品系高。在供试50个品系中，较多材料均发现Rare基因，根据SSR多态性指数我们构建了同源四倍体和二倍体水稻的核心指纹库。F-统计值表明遗传差异主要存在于同源四倍体品系中（Fst=0.066）。聚类分析结果表明50个品系可以分为4个组。I组包括所有的同源四倍体和二倍体籼稻保持系，以及一个同源四倍体籼稻雄性不育系及其来源二倍体。II组仅包括IR来源的品系。III组比II组和IV组更复杂，包括同源四倍体和二倍体籼稻恢复系品系。IV组包括同源四倍体和二倍体粳稻品系。此外,由于等位基因及配子的遗传差异,同源四倍体与二倍体品系中存在单位点和双位点的遗传差异。分析结果表明,二倍体和四倍体水稻基因库的不同,其中遗传变异可以区分四倍体与二倍体水稻。同源四倍体水稻具有长期而独立的遗传性，我们能够选育并得到与二倍体亲本相比有特殊优良农艺性状的品系。 本研究以高结实率的同源四倍体水稻恢复系DTP-4、D明恢63及优良保持系D46B为材料进行农艺性状及细胞遗传学比较研究。DTP-4、D明恢63及保持系D46B的的染色体组成均为2N=4X=48，花粉母细胞具有较为理想的减数分裂行为，配对染色体的比率在99%以上，这与理论染色体组构成相符。DTP-4和D明恢63PMC减数分裂各个时期单价体和三价体的比例都非常低，而在MI， PMC观察到较多的二价体和四价体且四价体多以环状形式出现，其最大频率的染色体构型分别为12II 6IV和10II 7IV。恢复系DTP-4和D明恢63在MI四价体频率分别为2.00/PMC和2.26/PMC，而保持系D46B在MI四价体频率为6.00/PMC，极显著地高于恢复系品系，表明保持系D46B具有更好的染色体配对性质；AI保持系D46B的染色体滞后频率为10.62%，远低于恢复系材料DTP－4和D明恢63的19.44％和23.14％，接近二倍体对照明恢63的7.30%水平；TI保持系D46B具有比恢复系更低频率的微核数。而在TII，D46B的正常四分小孢子比率不但高于恢复系品系甚至高于二倍体对照。对高低结实率的同源四倍体水稻恢复系和杂种F1代的花粉育性，结实率和细胞遗传学行为进行了比较研究。DTP-4, D明恢63, D46A´DTP-4和D46A´D明恢63的花粉育性和结实率比D什香和D46A´D什香显著提高。减数分裂分析的结果表明，DTP-4，D明恢63，D什香，D46A´DTP-4，D46A´D明恢63和D46A´D什香其减数分裂染色体构型分别为：0.05I +19.96 II (9.89棒状+10.07环状) +0.01III + 2.20 IV, 0.11I +19.17 II (8.90 棒状+10.37 环状) +0.09III + 2.26 IV + 0.01 VI, 1.33I +9.46 II (4.50 棒状+4.96 环状) +0.44III + 6.02 IV + 0.09VI + 0.09 VIII, 0.02I +14.36 II (6.44 棒状+7.91 环状) +0.01III + 4.80IV + 0.01VIII, 0.06 I +17.67 II (11.01 棒状+6.67 环状) +0.06 III + 3.10 IV + 0.01 VI and 1.11 I +11.31 II (5.80 棒状+5.51 环状) +0.41 III + 5.63 IV+0.03VI+0.03VIII。在同源四倍体水稻恢复系和杂种F1代材料中，最常见的染色体构型为16II +4IV和12II +6IV。在减数分裂过程中，结实率较高的材料染色体异常现象较少而结实率较低的材料染色体异常现象较严重。在杂种F1代中，二价体的比例要低于其相应的恢复系亲本，同样的，单价体，三价体和多价体的比例相比其恢复系亲本也偏低。然而，在减数分裂MI，杂种F1代中四价体的比例要显著高于其恢复系亲本。在中期I，每细胞单价体的比例和花粉育性呈现出极高的负相关(-0.996)，当单价体数目升高时，花粉育性下降。其次是每细胞三价体的比例(-0.987)，之后则是每细胞多价体的比例与花粉育性的负相关(-0.948)。但是统计分析表明，二价体和四价体的比例对花粉育性和结实率没有显著影响。这一结果表明出了花粉育性和细胞减数分裂行为的相关性，同源四倍体的减数分裂行为为筛选高结实率的同源四倍体种系提供了理论依据。 突变体是遗传学研究的基本材料。利用突变体克隆水稻基因,并进而研究基因的生物学功能是水稻功能基因组学的重要研究内容。本课题组在多年的四倍体水稻育种研究中已获得多个低直链淀粉含量突变体，其中一些突变体在直链淀粉含量下降的同时，胚乳外观也发生了显著改变，呈半透明或不透明。同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因，我们根据普通水稻Wx基因设计引物，扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列，与已报道Wx基因进行比对分析；同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生了碱基缺失，导致移码突变，在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致了其序列上的酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析分析结果表明同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sph1酶切位点，相对于粳稻减少了6个Acc1，增加了4个Xba1，1个Xho1，1个Pst1和1个Sal1酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近，由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外，根据D4063-1Wx基因的碱基差异，我们推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因，并可能与其米饭较软等品质相关。本文还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异并根据D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与我们设计的扩增普通籼稻、粳稻的Wx基因引物F5配合使用建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记,为快速、准确的鉴别低直链淀粉的D4063-1创造了条件。 研究同源四倍体水稻基因组的遗传差异，探索同源四倍体水稻的遗传规律，研究分裂期染色体行为特征与遗传性状稳定性的关系,旨在揭示四倍体水稻中同源染色体配对能力的遗传差异，为进一步选育多倍体水稻品种并将其应用于生产提供理论依据。 Autotetraploid rice (2N=4X=48, AAAA) is a new germplasm developed from diploid rice (2N=2X=24, AA) through chromosomes doubling with colchicines and is an excellent resource for desirable resistance genes to the pathogens and high protein content. Therefore, heterosis utilization on polyploidy is becoming a new strategy in rice breeding. At present, the main research on autotetraploid rice centralizes in China. Breeding effort has been made to improve autotetraploid rice genetically, however, the progresses are limited due to higher degree of divergence between hybrid sterility and polygenic nature. But to date, almost nothing is reported about the genetic diversity, original and genetic background of autotetraploid rice. Despite several reports on cytological analysis of the mechanisms of low seed set in autotetraploid rice still the results are inconclusive due to lack the statistical evaluation. Therefore, the study on the mechanisms of low seed set in autotetraploid is a priority for rice breeding. Microsatellites or simple sequence repeats (SSRs) are the widely used marker for estimating genetic diversity in many species, including wild, weedy, and cultivated rice. In our research, genetic diversity and population genetic structure of autotetraploid and diploid populations collected from Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences were studied based on 36 microsatellite loci. For the total of 50 varieties, a moderate to high level of genetic diversity was observed at population levels with the number of alleles per locus (Ae) ranging from 2 to 6 (mean 3.028) and PIC ranging from 0.04 to 0.76 (mean 0.366). The expected heterozygosity (He) varied from 0.04 to 0.76 with the mean of 0.370 and Shannon’s index (I) ranging from 0.098 to 1.613 (mean 0.649). The autotetraploid populations showed a slightly higher level of effective alleles, the expected heterozygosity and Shannon’s index than that of diploid populations. Rare alleles were observed at most of the SSR loci in one or more of the 50 accessions and core fingerprint database of the autotetraploid and diploid rice was constructed. The F-statistics showed that genetic variability mainly existed among autotetraploid populations rather than among diploid populations (Fst=0.066). Cluster analysis of the 50 accessions showed four major groups. Group I contained all of the autotetraploid and diploid indica maintainer lines and a autotetraploid and its original diploid indica male sterile lines. Groups II contained only original of IR accessions. Group III was more diverse than either group II or IV and comprised of both autotetraploid and diploid indica restoring lines. Group IV included japonica cluster of the autotetraploid and diploid rices. Furthermore, genetic differences at the single-locus and two-locus levels, as well as components due to allelic and gametic differentiation, were revealed between autotetraploid and diploid varieties. This analysis indicated that the gene pools of diploid and autotetraploid rice are somewhat dissimilar, which made a variation that distinguishes autotetraploid from diploid rices. Using this variation, we can breed new autotetraploid varieties with some new important agricultural characters but the diploid rice has not. Cytogenetic characteristics in restorer lines DTP-4, DMinghui63 and maintainer line D46B of autotetraploid rices were studied. DTP-4, DMinghui63 and D46B showed the advantage of high seed set and biological yield. The meiotic chromosome behavior was slightly irregular in DTP-4, DMinghui63 and D46B. We observed less univalent, trivalent and multivalent at MI, but more bivalent and quadrivalent were observed. The most frequent chromosome configurations were 12II 6IVand 10II 7IV in restorer and maintainer lines, respectively. The quadrivalent frequency of DTP-4 and Dminghui63 at metaphase(MI) was respectively 2.00/PMC and 2.26/PMC. However that frequency of D46B was 6.00/PMC, which was greatly significantly higher than DTP-4 and Dminghui63. That indicates the maintainer D46B has better chromosome pairing capability in metaphase (MI). The frequency of lagging chromosomes of the maintainer D46B at anaphaseI (AI) was 10.62%, which was significantly lower than that of DTP-4(19.44%) and Dminghui63(23.14%) and nearly reaching the level of diploid CK(7.30%). In telophaseI (TI) maintainer D46B showed lower frequency of microkernel at TI and lower frequency of abnormal spores at telophaseII(TII). We also studied pollen fertility, seed set and cytogenetic characteristics of restorer lines and F1 hybrids of autotetraploid rice. DTP-4, DMinghui63, D46A´DTP-4 and D46A´DMinghui63 showed significantly higher pollen fertility and seed set than DShixiang and D46A´DShixiang. Pairing configurations in PMC of DTP-4, DMinghui63, DShixiang, D46A´DTP-4, D46A´DMinghui63 and D46A´DShixiang were 0.05 I+19.96 II (9.89 rod+10.07 ring)+0.01 III+2.20 IV, 0.11 I+19.17 II (8.90 rod+10.37 ring)+0.09 III+2.26 IV+0.01 VI, 1.33 I+9.46 II (4.50 rod+4.96 ring)+0.44 III+6.02 IV+0.09 VI+0.09 VIII, 0.02 I+14.36 II (6.44 rod+7.91 ring)+0.01 III+4.80 IV+0.01V III, 0.06 I+17.67 II (11.01 rod+6.67 ring)+0.06 III+3.10 IV+0.01 VI and 1.11 I+11.31 II (5.80 rod+5.51 ring)+0.41 III+5.63 IV+0.03 VI+0.03 VIII, respectively. Configuration 16 II+4 IV and 12 II+6 IV occurred in the highest frequency among the autotetraploid restorers and hybrids. Meiotic chromosome behaviors were less abnormal in the tetraploids with high seed set than those with low seed set. The hybrids had fewer frequencies of bivalents, univalents, trivalents and multivalents than the restorers, but higher frequency of quatrivalents than the restorers at MI. The frequency of univalents at M1 had the most impact on pollen fertility and seed set, i.e., pollen fertility decreased with the increase of univalents. The secondary impact factors were trivalents and multivalents, and bivalents and quatrivalents had no effect on pollen fertility and seed set. The correlative relationship between pollen fertility and cytogenetic behaviors could be utilized to improve seed set in autotetraploidy breeding. The amylose content of autotetraploid indica mutant Rice D4063-1 dropped by half than diploid Minghui 63, that is, its amylose content of 5.23%.The whole sequence of Waxy gene of D4063-1 is amplified and sequenced. And the discrepancy of bases is found comparing to the reported Waxy gene. The Waxy gene of autotetraploid Rice D4063-1 had a base deletion in exon sequence, which resulted frameshift mutation in exon 9 and termination codon occur early. The mutation of Wx also led to the change of some common restriction endonuclease sites. Results showed compared to indica and japonica, D4063-1 had two adding sph1 sites. Compared to japonica, D4063-1 had six decreasing Acc1, a adding Xho1, Pst1 and Sal1 restriction sites. Phylogeny analysis shows that the DNA sequence of Waxy gene of D4063-1 is closer to Indica, and we suppose that the Waxy gene of D4063-1 is origin from genotype Wxa. In addition, according to the base differences of Wx in D4063-1, we deduce that RNA processing obstacle led by base change of intron is the main cause to low the amylose content, and related to phenotype of its soft rice. Based on analysis of fragments of D4063-1, indica and japonica and according to the special point of the three species, primers as markers-AUT4063-I were designed for distinguishing the D4063-1 from other rice. Combining with primer pair F5, dominant and codominant ways were established for discriminating them., rapid and correct identification of D4063-1 from other rice could be done. The genetic analysis is important to ensure the original of autotetraploid rice, for maintaining the “distinctiveness” of autotetraploid varieties, and to differentiate between the various genetic background of autotetraploid rice. The autotetraploid breeding will benefit from detailed analysis of genetic diversity in the germplasm collections. Further investigation on mechanisms of meiotic stability should benefit polyploid breeding. These findings demonstrated opportunity to improve meiotic abnormalities as well as grain fertilities in autotetraploid rice.

水稻同源四倍体三系法杂种优势利用研究

水稻是重要的粮食作物，其产量的增加和品质的改良都是关系国计民生的大事。就我国现阶段的国情而言，水稻产量在现有水平上稳步提升仍是未来十几年甚至几十年农业生产最重要的目标之一。尽管根据“超级杂交水稻育种”的战略设想和水稻育种实践，通过不断地改进育种技术可望在更高的产量水平上进行水稻杂种优势利用，在稻属植物内还具有很大的产量潜力可以挖掘。然而，仅仅从现有的种质基础出发，要更大幅度提高水稻单产，实现“超级杂交稻”的目标也存在一些困难：现有的推广品种是二倍体，尽管种类众多，但是其基因组的来源相对单一；同时，水稻基因组DNA含量也是作物中最少的，基因组内寻求开发潜力有一定困难；水稻作为C3植物，光合利用效率不高也是制约水稻产量提高的因素之一。因此，寻求常规手段以外的技术突破或者方法创新，是实现“超级杂交稻”的目标的迫切需求。本研究利用秋水仙素能抑制细胞分裂中纺锤丝的收缩、使细胞染色体加倍的作用，对水稻幼穗诱导的愈伤组织细胞进行加倍，并分化出再生植株；创制出水稻同源四倍体新的种质材料，在此基础上选育水稻同源四倍体雄性不育三系材料，并实现水稻同源四倍体的三系配套，开展水稻同源四倍体杂种优势利用和四倍体杂交水稻选育研究，建立水稻同源四倍体杂种优势利用的新技术体系。这不仅有助于倍性水平杂种优势的开拓和利用，同时也将为我国新世纪“超级稻”育种研究开辟一条新的技术途径。 水稻幼穗诱导愈伤组织并分化成苗是一项成熟、简单的组织培养技术。本研究以普通二倍体水稻亲本为材料，用秋水仙素进行水稻的多倍体化诱导，创制同源四倍体水稻三系亲本材料并对其进行鉴定。多倍体化以秋水仙素诱导的愈伤组织培养为基础，研究不同秋水仙素浓度梯度和愈伤组织诱导培养基组合对诱导四倍体植株的影响。结果表明在MS+2,4 D 1.0mg/L+ KT0.2mg/L+ IAA0.2mg/L 和500mg/L的秋水仙素处理下，水稻愈伤组织染色体加倍（有最高的效率）效果较好，平均加倍频率可达25.26%，其中，材料CDR22和IR26诱导较易成功，加倍频率分别达到75%和26.5%；相对材料94109 1.3%加倍频率和冈46B 10.8%加倍频率，诱导率差异极显著。 对水稻四倍体材料进行了形态学鉴定结果表明，与二倍体水稻对照相比其株高、穗长、花粉育性等主要农艺性状，确定四倍体材料在穗长和千粒重两方面极显著提高，种子的长度和宽度也显著增长。对花粉育性鉴定，确认水稻四倍体不育系材料仍为不育，保持系材料自交和杂交可育，恢复系材料自交和杂交可育。对四倍体材料进行细胞形态、染色体数目等方面进行细胞学鉴定，经核型分析表明水稻四倍体材料具有48条染色体，是二倍体水稻的两倍。水稻四倍体材料根尖分生组织细胞与二倍体的根尖分生组织细胞相比，细胞体积、细胞核和核仁显著增大。四倍体三系材料在细胞有丝分裂中期均可规则排列在赤道板，并能均等地移向两极；后期观察中没有发现染色体分离滞后现象，分裂末期细胞能够形成大小相对均一的子细胞。水稻同源四倍体三系材料细胞分裂未见异常，植株生长发育正常。 从1996年至2006年，针对结实率、有效分蘖、着粒数和穗长等主要农艺性状，通过系谱选育的方法，对培育的同源四倍体水稻亲本材料进行了连续选择和改良，取得较好成效。表现为结实率的改良效果极佳，所有改良材料的平均结实率均呈上升趋势，如D237（29.70％→72.70％）、DTB（19.55％→53.21％）等。有效分蘖总体呈现上升趋势，但在不同的年份，如1998和2002存在较大的负向波动。部分材料改良效果明显，如D19B（5.87→13.50）、D什香 (7.00→12.00)等；同时一些材料如DTB和D明恢63虽然总体略有提高，但在不同的年份波动很大，因此存在较大改良阻力，原因还有待进一步研究。着粒数的改良上升趋势比较显著，除保持系的DTB之外，其余材料的平均着粒数有显著提高。穗长的改良阻力较大，虽然不同材料总体上有所提高，但效果并不显著，并且不同年份有较大负向波动（2001）。此外还对株高、剑叶长等性状也进行了选择，但效果不显著，原因有待进一步提高。同源四倍体材料产量相关性状遗传改良幅度不一致，保持系和恢复系间的遗传改良效果也存在差异。这为同源四倍体水稻的进一步利用打下了良好的基础。 籼稻和粳稻亚种间杂交及杂种优势利用的主要障碍就是其低的结实率。而同源四倍体杂交水稻的研究为提高杂交水稻的杂种优势利用创造了新的途径。本研究通过随机区组设计方案，挑选性状优良的二倍体水稻材料，包括雄性不育系，保持系和恢复系进行秋水仙素诱导加倍，从而获得同源四倍体水稻对应的三系材料。利用选育的优良水稻同源四倍体三系材料，配制7个杂交组合，杂交F1代与其恢复系亲本进行比较，用于计算超亲优势（HB）；而杂交F1代与生产上大面积推广的二倍体杂交品种汕优63进行比较，用于计算杂种优势。结果显示，同源四倍体杂交水稻的超亲优势表现为：每株有效穗变化幅度为1.4%至105.9%，总粒数为0.5%至74.3%，每穗实粒数为17.6%至255.7%，结实率为9.6%至130.4%。这些农艺性状的改良使得这7个杂种F1的理论产量的超亲优势高达64.8%至672.7%。小区试验中四倍体杂交水稻组合T461A/T4002和T461A/T4193分别比二倍体对照汕优63提高46.3%和38.3%以上，除一个品种以外所有品种产量均接近或高于汕优63的产量。同源四倍体水稻强大的杂种优势表明，亚种间杂交育性低的问题可通过四倍体化及强化选择来解决。此外，同源四倍体杂交水稻器官的巨大性也是其产量提高的有利因素，水稻同源四倍体三系杂种优势利用研究具有一定的理论价值和商业生产潜力。 Rice is one of the major food crops, the improvement of the production and quality of it is an important thing related to the people's livelihood. On China's current national conditions, steadily increase of the rice yield based on the current level is still one of the most important goals in the next decade or even decades of agricultural production. According to the "super hybrid rice breeding" the strategic and rice breeding practice, improvement of the use of hybrid rice heterosis through continuous improvements in breeding technology is expected to get a higher level of rice yield, there are also a great yield potential can be exploited. However, there are also some difficulties to increase rice yield obviously and implement the goal of "super hybrid rice" based on the existing germplasm: Rice varieties in promotion are diploid, although there are many varieties, but their genome are from a comparatively single source; Meanwhile, the rice genome DNA are the least among the crops, it is difficult to exploit the development potential within the genome; Rice as C3 plants, photosynthetic efficiency is not high, it is one of the factors constraint rice yield. Therefore, seeking technological breakthroughs or innovative methods different from conventional means is the urgent needs to reach the target of "super hybrid rice". Using colchicine inhibit spindle contraction during cell division, double the cell chromosome, we induced callus cells from rice panicle to be doubled, and differentiated regeneration; we created a new autotetraploid rice germplasm material, and on that basis we bred male sterility three line autotetraploid rice materials, and the achieved the three line rice autotetraploid matchmaking, researched in autotetraploid rice heterosis usage and tetraploid hybrid rice breeding, constituted a new technology system of autotetraploid hybrid rice heterosis utilization. This not only helps the tetraploid rice heterosis exploration and use, but also inaugurates a new technical means for China in the new century "super rice" breeding research. We chose ordinary diploid rice as materials, using colchicine to induce the polyploidization, created the autotetraploid rice three-line materials and identified them. The polyploidization was based on the colchicine-induced callus tissue culture, and we experimented different colchicine concentrations and culture mediums to induce tetraploid plants, confirmed that the optimal concentration for inducement was 500 mg/L, the average induce rate was 25.26 %. Among all the materials, CDR22 and IR26 had higher induced rate; in contrary, 94109 and GANG46B had lower induced rate, the difference was significant. Autotetraploid materials was identified of both morphological and cytological, compared plant height, length of pollen sterility, and other major agronomic traits with a diploid rice as the control plant, identified that the autotetraploid materials had very significant advantages in ear length and thousand-grain weight, as well as the size of the seeds. Cytology identification included observation of the cell morphology, the number of chromosomes, and karyotype analysis on the autotetraploid materials confirmed that their chromosome number was 48, twice of the diploid rice. Mitoses in the three lines were common: chromosomes arrayed normally in metaphase and separated balanced into the two poles, chromosome moved without lagging in anaphase and daughter cells normally formed in telophase except one. It has been proved that tetraploid rice has normal meiosis as their diploid relatives, which usually including series of sub-phases as interphase, prophase I (five sub-phases), prophase II, metaphase I, II, anaphase I, II and telophase I, II. However, abnormal phenomena, such as formation of tetravalent, trivalent and univalent, chromosome lagging and so on, which would finally block meiosis. Configurations of chromosome in metaphaseⅠwere versatile in structure and form accept the bivalent. That condition varied in different strain, suggesting more complex paring configurations and more versatile genetic characters in tetraploid rice. All these abnormalities in meiosis contributed to low fertility of gamete and might consequently resulted in low seed setting. Successive selection and improvement on seed set, productive tiller per plant, total grains per panicle, panicle length and so on had been carried out from 1996 to 2006. The raise of seed sets was significant in both restorers and maintainers. Seed sets of some strains were improved more significantly than others, for example D237（29.70％→72.70％）、DTB（19.55％→53.21％）and et al.. Productive tiller per plant was improved to some extant. The tendency of improvement was rising on the whole but changed in some years such as 1998 and 2002. Part of the stains increased greatly, such as D19B（5.87→13.50）、Dshixiang (7.00→12.00) and so on, but some strains including DTB and Dminghui63 only increased little and decreased in some years by unknown reason. Total grains per panicle increased significantly and all strains except DTB increased. Improvement of panicle length termed to be hard. Different strains showed different capacities for improvement and floating existed in different years for example 2001. It has been proved that other agronomical traits including plant length, flag leaf length and so on could be improved but not significantly by selection also. In a word, agronomical traits could be raised by successive selection that is prerequisite for further utility of autotetraploid rice. Poor fertility is the main barrier for utilizing heterosis between the two rice (Oryza stiva L.) sub-species, indica and japonica. Recently, the development of autotetraploid hybrids (2n=4x=48) has been suggested as a new method for increasing heterosis in hybrid rice. Using standard experimental protocols, the elite diploid rice male sterile, maintainer, and restorer lines were colchine-doubled and autotetraploid counterparts were obtained. Seven resulting hybrids were analyzed for heterobeltiosis (HB), where the F1 was compared to the male parent, and the degree of heterosis, where the F1 was compared to the diploid commercial hybrid, Shanyou 63. The HB among the autotetraploid hybrids ranged from 1.4 to 105.9% for the productive panicles per plant, 0.5 to 74.3% for total kernels per panicle, 17.6 to 255.7% for filled kernels per panicle, and 9.6 to 130.4% for seed set. Improvements in these yield components resulted in the HB for kernel yield ranging from 64.8 to 672.7% among the seven hybrids. Hybrids T461A/T4002 and T461A/T4193 yielded 46.3 and 38.3% more, respectively than Shanyou 63, and all other hybrids but one yielded the same or more than Shanyou 63. The high heterosis for yield suggests that hybrid sterility between two rice sub-species may be overcome by using tetraploid lines followed by intensive selection. Also, the gigantic features of the autotetraploid hybrids may establish a plant structure able to support the higher yield.

虎耳草科落新妇族的研究

本文探讨了落新妇族Trib.Astilbeae的系统发育和地理分布。依据进化论、被子植物性状演化总趋势和外类群比较,确认了该族及其外类群Penthorum的重要性状(染色体基数,花粉纹饰,胎座式,心皮、雄蕊、花瓣和萼片数目,萼片脉型,叶型)的极性。采用徐克学(1989)最大同步法做了分支分析,推导出了该族的系统树图。系统树图表明:Rodgersia和Astilboides是一单系类群,而Astilbe为其姊妹群; Rodgersia较Astilbe进化,Astilboides则居二者之间;Penthorum是落新妇族的姊妹群,且与之有共同祖先。迄今为止,已知落新妇族共有24种和13变种(原变种除外)。分布于Takhtajan(1986)的东亚区、大西洋-北美区、伊朗-土兰区和马来西亚区。在东亚区,日本、朝鲜和中国(吉林-辽宁东部)有3属、17种和变种,占该族种与变种总数的45.9％,其中,含有不同演化水平的类群和该族原始种有Astilbe platy-phylla,A.simplicifolia和掀口州。, 此地区是该族的起源中心、现代分布中心和分化中心。横断山地区有2属、11种和变种, 占29.7%, 是另一现代分布中心。本族较进化的种Astilbe biternata、A.indica、A.khasiana和Rodgersia nepalensis等，均出现于远离起源中心地区。据此推断, 本族植物的散布路线可能是从日本、朝鲜和中国（吉林一辽宁东部）向北通过东西伯利亚和白令陆桥, 继而向东南进入北美东南部向南经中国南部至菲律宾和爪哇；向西南越秦岭一大巴山山地、横断山, 入喜马拉雅。落新妇属AStilbe和鬼灯集属Rodgersia故均分布于亚洲大陆和日本岛屿, 而日本于晚第三纪以来, 即与亚洲大陆分离, 故落新妇属和鬼灯巢属的形成, 当在日本与亚洲大陆分离之前。据此推知, 落新妇族的起源时间可能在早第三纪，或可追溯到晚白垩纪。

双线性系统辨识及其在海洋机器人中的应用

本文用双线性系统的辨识方法对海洋机器人航向与侧推的控制系统建模,并对所得模型进行了计算机仿真,仿真结果表明了模型的有效性。