电子束蒸发镀膜速率控制

介绍了电子束蒸发镀膜速率控制的基本原理和方法,选取实际生产中大量使用且蒸发特性较难控制的SiO_2和HfO_2,对两者的电子束蒸发速率控制分别进行了实验研究。采用比例积分微分(PID)闭环反馈控制,通过Ziegler-Nichols工程经验公式进行原始参量整定,并在实验的基础上对控制器的原始参量进行调整以及对积分作用和微分作用进行分区处理,速率控制的实验结果表明,采用该参量整定方法并结合工艺流程的改进,能获得良好的速率控制。针对速率控制中存在的难点问题进行了分析,并提出改进措施:将速率控制和电子枪扫描控制相结合能进一步改善速率控制。

萱草属的进化与分类

根据现有记载，萱草属约有20种，主要分布在东亚，由于种间在外部形态和核型上的高度相似性，加之长期人工栽培，使本属植物的分类成为一个难题，我们做了大量的野外调查和温室栽培试验，获得了一些有意义的观察结果，对核型变异做了详细定量分析：系统观察了花粉扫描电镜特征，为了揭示属内可能的表征和分支关系，运用聚类分析，主成分分析及简约分析对属下类群做了定量研究．本文得到如下主要结论． 1．虽然迄今为止许多核型观察结果未能得到有分类学意义的结论，运用数量分析方法比较各分类群核型定量变异结果表明，其分类学意义是明显的，例如，北黄花菜、黄花菜和小黄花菜三者外部形态很一致，核型亦高度相似：大苞萱草和多花萱草的核型公式虽与前三者相同，但已出现明显的数量变异．同样，北萱草，折叶萱草和西南萱草虽有相同核型公式，亦出现明显数量变异．萱草则与所有其他类群的核型均有明显差别．核型对称性分析表明，臂比不对称性出现一个由低到高的演变序列：但长度不对称性与此无明显相关性．萱草和折叶萱草的臂比不对称性最低，西南萱草和北萱草升高，黄花菜，大苞萱草和多花萱草等最高． 2．观察到三种类型花粉;舟形具网纹，舟形具疣纹和亚球形具疣纹．萱草，北萱草，大苞萱草，北黄花菜，黄花菜，小黄花菜及多花萱草具第一种类型花粉;折叶萱草和西南萱草具第2种类型花粉;矮萱草具第三种花粉．以广义百合科其他类群作为复合外类群进行比较，推测花粉形态的演化序列为：舟形具网纹一舟形具疣纹一亚球形具疣纹． 3．在外部形态上，萱草因具二叉分枝花序，叶型苞片，根膨大适中，花蕾顶部绿色及花筒占花被比例较小等原始性状状态，结合不对称性较低的核型特征和舟形具网纹花粉特征，是现存种类中最原始类群;折叶萱草及北萱草等具较短的花筒，二叉分枝花序，单色花被及花蕾部绿色等特征显得进化程度不高．黄花菜因具夜间开花习性，长花筒，叶鞘红色等状态被认为是进化类群，大苞萱草高度压缩的花序形成头状花序，具总苞状宽大苞片及绳索状根被认为是特化类群，矮萱草个体矮小，单花，具亚球形疣纹花粉亦被认为是高度特化类群．外部形态，花粉特征，核型及地理分布之间存在着相关性;随地理水平分布由南向北，外部形态特征由原始到进化，核型不对称性由低到高：随地理垂直分布由低向高，形态特征由复杂到简化，核型不对称性由低到高，花粉形态由舟形具网纹到舟形具疣纹再到亚球形具疣纹，这两种趋势结合起来构画出了本属植物演化和地理分布的基本轮廊． 4．萱草是一个孤立的属，没有明确的外类群可供比较．在现存类群中．Dahlgren等(1985)认为本属与分布在非洲，地中海地区，西亚及中亚的Asphodeloideae（亚科）有较多的共有特征．本文比较了两个类群之后发现，萱草不但在许多一般特征上与Asphodeloideae -致，而且在小孢子同时型发生及含蒽醌等被认为是Asphodeloideae典型属性的特征上亦与后者相同．这些共有特征显示出二 者在系统发育上一定的联系．进一步比较发现两者在有差异的特征中，萱草属显得较为进化．二者的分布区是完全不同的;Asphodeloideae分布在中亚及其以西地区和非洲，而本属分布在东亚，延及西伯利亚，据本文分析，欧洲生长的一个种(H.lilioasphodelus，北黄花菜)是归化类群．北美和台湾没有自然分布，但栽培植物均生长良好，而且已有归化植物．由此似乎可以推测，本届的祖先与Asphodeloideae的祖先有亲缘关系，这种关系似可远溯到第三纪古地中海时期，或许当时与Asphodeloideae祖先有关系的一个分支分布于古地中海东南缘的康滇古陆，即与现今横断山地区相应的地区，由于喜玛拉雅造山运动引起的地质，地理和气候剧变，某些类群灭绝了，一个类群发展成现今的萱草属． 5．由于本属各分类群间形态及核型相似性程度较高，种间极易（人工）杂交，似无必要在属与种间增设组或系，根据本文研究结果及参考有关分类文献（国外种类），我们将萱草属处理为10种2亚种13变种：H.darrowiana Hu;小萱草(H.dumortieri Morr.)及北萱草(var. esculenta (Koidz.) Kitamura;西南萱草(H.forrestii Diels);萱草(H.fulva (L.) L.)及var. aurantiaca (Baker) Hotta, var. disticha (Donn.) Baker，重瓣萱草(var. kwanso Regel)，var. littorea (Makino)Hotta，长菅萱草(var. longituba (Miq.) Maxim，var. maculata Baroni，var. pauciflora Hotta et Matsuoka, var. rosea Stout, var. sempervirens (Araki) Hotta; H. hakuunensis Nakai;北黄花菜 (H. lilioasphodelus L. Var. lilioasphodelus)及黄花菜(ssp. citrina (Baroni) Xiong)，小黄花菜(ssp. minor(Mill.) Xiong)，var. corcana (Nakai) Xiong;大苞萱草 (H. middendorfii Trautv. et Mey var. middendorfii)及var. exaltata (Stout) Kitamura，长苞萱草(var. longibracteata Xiong);多花萱草(H. multiflora Stout);矮萱草(H. nana Smith ct Forrest);折叶萱草(H.plicata Stapf)。

石荠苎属的系统学与进化

石荠苎属(Mosla (Benth.) Buch.-Hamilt. ex Maxim.)是唇形科的一个小属，仅分布于东亚，该属复杂的变异式样一直困扰着系统学家．本论文是对该属进行三年物种生物学研究的结果．本研究从居群生物学出发，在广泛的野外调查后选取了47个居群进行取样和观察，在控制环境因素的实验设计条件下，测量了31个居群53个形态性状并分析了其变异规律;在扫描电镜下观察了含外类群在内的6属38个居群的花粉和小坚果表面微形态：对27个居群做了细胞学研究：对22个居群15个酶系统做了等位酶分析，获得了28个位点的资料;进行了35个组合的796次人工杂交．综合上述各方面资料的分析结果，对石荠苎属的形态变异与进化、居群分化、生殖隔离、物种形成、类群划分，以及起源和扩展作了详细的分析和讨论． 形态特征的数量遗传学分析表明，叶片大小和形状、苞片形态、花序（果序）和花萼（果期花萼）的复杂变异式样是造成分类混乱的主要原因．叶片大小和形状在小鱼仙草(M. dianthera)中呈现幅度很宽的连续变异，极端情况常分别被描述为不同的种，如M．remottllora和M．grosseserrata．少数突变体以及种间偶尔产生的杂交个体在苞片和花序形态上表现异常，都曾引起分类的混乱．本研究已经澄清M. bracteata和M. tamdaoensis是突变体，而M. exfoliata和M. longispica则是种间杂种．M.fomosana花萼上唇裂片长度的变异是导致分类困难的另一个原因，是小鱼仙草花萼上唇中裂片变异的极端类型。 通过比较分析揭示了石荠苎属中苞片形状、花序结构、花朵大小、花萼形态、小坚果和花粉粒表面纹饰以及染色体的变异和演化趋势，苞片由发达的叶状类型向披针形方向演化;花序由花朵疏离的松散状向紧缩的头状类型演化;花萼由近辐射对称，五个裂片近等长向二唇形演化;花冠由发达、鲜艳向退化方向演化：小坚果由具旋涡状深雕纹向具网纹类型演化;花粉粒由无明显突起向有明显条文或块状突起的类型演化;核型由不对称性小向不对称性增强发展;繁育系统由以异交为主向以自交为主演化，并且带动一系列花部形态的相关变异． 等位酶分析结果表明，石荠苎属种内的进化以遗传变异的积累和繁育系统的转变造成的居群间分化为主要特征．杭州石荠苎各居群的平均遗传距离为0.026，聚类分析结果发现7个居群明显分化为两支，居群3704，4704和3712为一支，其他居群为一支，等位酶资料获得的结果也得到形态和生殖特征的支持．3704、4704和3712在毛被、花朵大小、小坚果大小和颜色在均与其他居群有差异，繁育系统上，这三个居群表现出更明显的异交特性．小鱼仙草居群之间遗传分化甚至大于少数亲缘种之间的遗传分化，平均遗传距离达到0.034，但杂交实验发现，居群之间并不存在生殖隔离，不同的居群之间在叶片大小、叶形、苞片长短和花萼上唇中裂片的长短也有所不同．杭州石荠苎和小鱼仙草种内居群之间的形态和等位酶分化说明居群之问正处于分化和物种形成的早期阶段，生殖隔离还没有建立。 突变（包括染色体结构变异）的积累和繁育系统的转变是石荠苎属物种形成的基础，苏州石荠苎和石荠苎的分化是由于染色体结构变异的积累，具体表现在核型不对称性上的差异，造成生殖隔离．另一些比较明显的物种形成机制为：染色体多倍化，形成M.pauciflora;染色体结构变异，如随体染色体的臂间易位，产生M.cavaleriei;繁育系统由异交转变为自交产生M．chinensis．另外，在物种形成过程中，花期和生态位分化等促进了生殖隔离的完善． 石荠苎属形态上界限清楚，而且存在生殖隔离的种有八个，它们是小花荠苎(M.cavaleriei Levl.);石香薷 (M. chinensis Maxim.);小鱼仙草 (M. dianthera (Buch.-Hamilt. ex Roxb.) Maxim.);杭州石荠苎(M．hangchouensis Matsuda);日本石荠苎(M. japonica (Benth.) Maxim.);疏花荠苎(M. pauciflora (C. Y. Wu) C. Y. Wu et H. W. Li);石荠苎(M. punctulata (J.F. Gmelin) Nakai)和苏州石荠苎(M. soochouensis Matsuda). 石荠苎属的近缘属是香薷属(Elsholtzia)、香简草属(Keiskea)和紫苏属(Perilla)。石荠苎属与近缘属的分化大约在260万年之前，因为那时石荠苎属的祖先就发生了分化，形成以杭州石荠苎一一石香薷的祖先和以小花荠苎一一小鱼仙草的祖先为代表的两条进化主线，从香薷属和香简草属的现代分布式样-以及石荠苎属的分布特点推断，华东地区可能是石荠苎属的起源和演化的舞台，华东地区具有最大的种类多样性、变异性、特有性和多度．

葡萄属植物系统学研究

葡萄属（Vitis.L.）植物隶属于葡萄科(Vitaceae)，主要分布于北温带，最南可以分布到南美洲的委内瑞拉和亚洲的越南以及印度北部。本文通过对该属分类研究历史的回顾，认为该属存在的问题主要表现在如下几个方面： 1）葡萄属自1753 年由Carl Linne创立以来，虽经planchon于1887年做了修订，但属的范围仍需进一步界定;2）在Planchon之后的100多年中未见有一全面的分类学修订工作，出现在该属的800多个名称需要考证;3）对一些广布种的变异认识不足，导致了大量可疑种。针对这些问题本文进行了如下几个方面的工作： l、形态学：通过大量的野外工作和标本观察，对该属植物的主要性状做了分析，讨论了这些性状状态在葡萄属中的变异规律及演化趋势，将灌木状习性、退化的卷须以及不裂的叶片视为进化的性状。 2、细胞学：利用前人对葡萄属(Vitis.L.)染色体数目的统计及一些杂交实验分析的结果，结合形态学等方面的特征分析，认为在葡萄科，染色体基数X=10为原始的，而x=19则为衍生的。葡萄属的染色体基数xl9(2n=38)，多倍体较少见;麝香葡萄属[Muscadinia (Planch.) Sma11]的染色体基数为x=10 (2n=20)．与蛇葡萄属、酸蔹藤属和爬山虎属的一致。葡萄属和麝香葡萄属间的杂种是不育的。 3、孢粉学：对葡萄属32种5变种及麝香葡萄属[Muscadinia (Planch.) Sma11]1种的花粉外壁做扫描电镜观察，结果发现花粉外壁雕纹在这两属间和葡萄属内变异较小，对区分属以及属下种上类群意义不大，但对种的鉴别有重要的价值。 4、植物化学：前人对植物化学的工作表明，植物的一些次生代谢产物如类黄酮化合物在葡萄科各类群中的分布规律较好地反映了各类群间的关系。这些结果较好地支持了Planchon对葡萄属范围的界定。 5、山葡萄复合体(V.amurensis complex)包括山葡萄(V.amurensis Rupr.)、燕山葡萄(V.amuresis Rupr. var. dissecta Skvorts.=var.yanshanensisD．Z．Lu et H．P．Liang)、百花山葡萄(V.baihuashanensis M．S．Kang et D．Z．Lu)、复叶葡萄(V.piasezkii Maxim.)、少毛复叶葡萄[V. piasezkii Maxux1．var. pagnuccii (Planch.) Rehd.]共3个种和2个变种，广泛分布于中国北方，形态变异较大。本文对该复合体做了形态分析，并用RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs)分子标记方法分析了这几个类群的关系。综合这些结果，归并了燕山葡萄和百花山葡萄。 在上述工作的基础上，我们得出了如下的结论： l、葡萄属在葡萄科中是一个进化的类群。整理后的葡萄属包括8系62种、l亚种和15变种，其中有2个新系、1个新组合系、2个新变种、1个新组合种和l3个新异名。 2、本文赞同SmaU在1903年作出的分类学处理，把麝香葡萄作为一个独立的属，比葡萄属原始但与葡萄属有着最近的亲缘关系。 3、依据形态特征和APD分析结果把山葡萄复合体的3个种2变种归并为2种l变种，即山葡萄、复叶葡萄和少毛复叶葡萄，认为分子标记技术在分析属内近缘种闻关系上很有价值。 4、葡萄属具有东亚和北美2个现代分布中心，该属可能起源于北美的东部，在晚白垩纪经白令陆桥散布至欧亚大陆。

嵩草属植物的系统学研究

嵩草属隶属于莎草科苔草亚科苔草族，主要分布于北半球温带地区，少数种类为环北极分布，有一种产于泰国清迈，一种产于苏门达腊岛北部高山。本‘文在形态学、微形态学、解剖学和胚胎学研究的基础上，对嵩草属植物进行了全面的分类学修订，根据属内各类群之间的系统演化关系建立了一个新的属下分类系统，确认了世界范围内53种3亚种嵩草属植物，并做出5个种上等级的新组合，描述了一个新亚组。 作者研究了国内外14家标本馆（室）的3000多份腊叶标本并进行多次野外的实地观察，对嵩草属植物的形态学性状进行了详细的比较和分析，评价了它们的系统学价值及其演化趋势。在嵩草属中，花序是由小穗排列成的圆锥花序或穗状花序，花序各部分的形态性状是种及种上等级分类的基础;花序的演化趋势是由圆锥花序到穗状花序，小穗是从由数朵雄花与1朵雌花组成简化到由1朵雌花组成。但是，花序和小穗由复杂到简单的进化在嵩草属中平行地发生于不同的类群中。先出叶的性状状态是分种的主要特征之一，通常认为边缘开裂的先出叶是原始的，边缘合生而为囊状的先出叶是进化的。同样，先出叶由开裂到合生的进化也是多次发生的。此外，根状茎、秆、叶鞘、叶片、柱头及小坚果等的性状状态对于种及种上等级的分类都具有重要的意义。 应用扫描电子显微镜对38种（或亚种）嵩草属植物的小坚果表面进行了观察，证明小坚果纹饰在种及种上等级的分类中具有重要的参考价值，并能揭示种及种下等级的亲缘关系。例如，分布于喜马拉雅东部至横断山地区的3种植物，K．clarkeana、K．curvata和K．fragilis外部形态非常相似，难于区分，而其小坚果的微形态特征却可以提供3种之间关系的证据。K．clarkeana与K．fragilis果实表面的特征完全一致，且与其它植物有显著区别，应为同种植物;K．curvata与它们明显不同，也与其它种有较大差异，应为独立的种。K．gramini folia，K．cercostach ys和K. nepalensis果实表面纹饰具有一些共同的特征，说明它们之间的亲缘关系较近。K．filicina和K．duthiei也存在同样的情形。 通过对秆和叶片的横切面和表皮的解剖学观察比较，发现嵩草属植物秆的横切面表现出由三角形到圆形的一系列变化。秆的横切面明显地分两个区域，中部的髓由较大而无色的细胞组成，其中心常碎裂形成大的气腔;外围的绿色部分，由绿色组织及分布其中的气腔和外韧维管束及与其相伴的厚壁组织组成。秆的表皮与叶片下表皮非常相象。叶片横切面的外形为V形、新月形或半圆形。V形的叶片具有明显发育的中脉并且在远轴面凸起，形成脊;新月形和半圆形的叶片中脉发育不明显，也无脊。叶片的表皮细胞均为长方形，垂周壁波纹状;平列型的气孔器纵向成行排列，多局限于下表皮;上表皮近边缘及脉附近的细胞常常在细胞的一端形成乳突。秆和叶片横切面的形态对于分种及种上等级的划分具有参考价值。 胚胎学研究表明小孢子、胚囊和胚的发育与莎草科其它类群一致。花粉为假单体花粉( pseudomonad)，成熟花粉三核。胚珠倒生，厚珠心，双层珠被，珠孑L由内珠被形成。胚囊的发育为蓼型，原胚的发育为柳叶菜型灯芯草变型。首次观察到，在大孢子四分体时期，合点端和珠孔端两个大孢子细胞开始时体积都增大，而中部两个很快退化，稍后珠孔端一个也退化，合点端一个为功能大孢子，发育成为胚囊。根据胚胎学证据，不支持将嵩草属与苔草族一起另立为嵩草科。 嵩草属中较原始的一个亚属subg. Compositae主要分布于西喜马拉雅至横断山地区，还有一种见于泰国，一种产于苏门达腊，而后2种植物还具有一些最原始的形态性状。结合地史的变化推测，嵩草属可能在第三纪早期起源于古地中海的东部和北部。 根据形态学和解剖学性状的分析表明，许多性状在嵩草属中是平行演化的，如花序和小穗由复杂到简单、秆由圆柱形到三棱形、叶片横切面由V形到半圆形等。该属的属下分类应该追溯这些平行的演化线，而不能像以前的分类那样，将它们横向地划分为几个组或亚属。作者认为嵩草属有3个大的进化分支，据此将其划分为3个亚属。Subg. Compositae，12种，是较原始的一个分支。叶近基生，叶片扁平;花序多疏松圆锥状，少穗状，苞片多为叶状;小穗两性到单性，先出叶多为囊状，少边缘分离，退化小穗轴明显、扁平、较长。Subg. Blysmocarex，仅2种，是较早分化而相对隔离的一个分支。根状茎匍匐状;花序由圆锥状到穗状，小穗两性或单性;柱头2。Subg. Kobresia，种类最多。叶片扁平或内卷;秆三棱形到圆柱形;花序紧密，复杂到简单，苞片不为叶状;小穗两性或单性，先出叶由开裂到合生，退化小穗轴较小而不显著。根据该亚属呈现出的不同的性状演化系列，可以分为3个组。Sect. Kobresia花序圆锥状至穗状，小穗多为两性，少为单性，先出叶边缘分离。含3个亚组：subsect. Kobresia，8种2亚种．植株纤细，秆与叶均为丝状;subsect. Royleanae，8种l亚种，植株较粗壮，叶片扁平或对折;subsect. Sibiri-cae，4种，秆较粗，叶片内卷。Sect. Psmmostachys，仅2种，小穗两性，先出叶完全合生为囊状。Sect．Hemicarex花序一般为穗状，稀圆锥状，小穗多为单性，少两性。分为四个亚组：subsect. Forexeta，6种，叶片内卷或对折，先出叶线形，边缘分离或合生;subsect. Chlorostachys，3种，叶片扁平，小穗两性;subsect. Holmia，4种，叶片扁平，小穗单性;subsect．Utriculatae，5种，叶片丝状，先出叶完全合生为囊状，不为线形。嵩草属的属下分类纲要如下： Subgenus 1. Compositae (Clarke) Kukkonen Type: K. laxa Nees. Subgenus 2. Blysmocarex (Ivanova) S. R. Zhang Type: K. macrantha Boeck. Subgenus 3. Kobresia Section 1. Kobresia Subsection 1. Kobresia Type: K. simpliciuscula (Wahl. ) Mack. Subsection 2. Royleanae (Ivanova) S. R. Zhang Type: K. royleana (Nees) Boeck. Subsection 3. Sibiricae (Ivanova) Egorova Type: K. sibirica (Turcz. ex Ledeb. ) Boeck. Section 2. Psmmostachys Ivanova Type: K. robusta Maxim. Section 3. Hemicarex (Bentham) Clarke Subsection 4. Forexeta (Raffin. ) S. R. Zhang Type: K. cercostachys (Franch. ) C. B. Clarke. Subsection 5. Chlorostachys (Ivanova) S. R. Zhang Type: K. duthiei C B. Clarke. Subsection 6. Holmia (Boern. ) S. R. Zhang Type: K. esenbeckii (Kunth) Noltie. Subsection 7. Utriculatae S. R. Zhang Type: K. prainii Kukenthal.

毛冠菊属的系统学研究

　　毛冠菊属是菊科21个“有问题”属中的一个，主要分布于青藏高原地区。按照林镕、陈艺林的概念，它包含了Nannoglottis、．Stereosanthus、Vierhapperia、Senecio和Doronicum5个属的成员。它曾先后被放入旋覆花族、千里光族和紫菀族，在上述三族中的亚族位置也不确定。它的许多重要性状，如舌片颜色、染色体数目等等，人们所知甚少。由于缺乏野外工作以及看不到大多数名字的模式，林镕、陈艺林对该属的修订有待深入的研究。本文研究了该属的外部形态学、微形态学、解剖学、孢粉学、细胞学、生态学以及ITS序列，确定了毛冠菊属的分类位置，并建立了一个新的属下分类系统。 1．外部形态 在检查大量标本（包括大多数模式）和野外居群考察的基础上，分析了主要外部形态学性状的变异式样及其对划定物种范围的价值。共确认以下9个种：青海毛冠菊、厚毛毛冠菊、狭舌毛冠菊、虎克毛冠菊、宽苞毛冠菊、大果毛冠菊、毛冠菊、玉龙毛冠菊和云南毛冠菊。川西毛冠菊被处理成狭舌毛冠菊的异名。 2．微形态学 在光镜下检查了毛冠菊属9种和紫菀族2个代表属的花柱的形状、花药顶端不育附属物、花药基部、花药基部、花盘、花丝领、药室内壁细胞等微形态性状。除了花柱基外，其他的微形态学在属内一致。管状花的花柱形态支持将毛冠菊属放在紫菀族，但其药室内壁细胞两极加厚式样表明它和广义的旋覆花有某些联系。 3．叶表皮研究 在光镜和电镜下检查了毛冠菊属8个种的叶表皮特征。．所有种的气孔器都为不规则型。青海毛冠菊表皮细胞的为多边形，而其他种都为不规则型。青海毛冠菊表皮角质层的加厚方式也与其他种明显不同。 4．扫描电镜下的舌片和花柱分枝特征 在扫描电镜下观察毛冠菊属8种和紫菀族7个代表种的舌片近轴面表皮细胞。发现毛冠菊属的舌片近轴面表皮细胞都为板状，并且沿细胞中央特征性加厚，这与紫菀族类型的表皮细胞一致，但毛冠菊属表皮细胞的角质层主要是纵向条纹或皱纹，而紫菀族总是横向的条纹或皱纹，明显不同。 在扫描电镜下又检查了毛冠菊属8种和紫菀族8个代表种的管状花花柱分枝近轴面的结构，结果在毛冠菊属管状花花柱分枝的近轴面都发现了柱头毛状的突起，而在紫菀族8种中没有发现。从突起的形状和位置判断，它可能是残存的、未充分发育的柱头毛。这表明雌性不育管状花可能刚刚从两性管状花演化而来。 也在扫描电镜下观察了毛冠菊属6种和紫菀族8个代表种的舌状花和丝状花的花柱分枝的远轴面，结果在毛冠菊属4种中发现了类似扫集毛状的突起。从这种突起的位置和形状判断，它可能是残余的扫集毛。这种突起在除雏菊以外的其他紫菀族代表种中缺失。 5．细胞学 检查了毛冠菊属8种的细胞学性状。结果发现毛冠菊属所有种的染色体基数都为x -9。染色体长度大约4um-lOum。核型公式：毛冠菊、厚毛毛冠菊、狭舌毛冠菊、宽苞毛冠菊和云南毛冠菊都为2n=14m+2sm+2st;玉龙毛冠菊、大果毛冠菊和青海毛冠菊都为2n=12m+4sm+2st。A1、A2值在属内没有明显差异。所有种的核型都是2A型。这表明在物种形成的过程中没有多倍化参与，毛冠菊属宜放在紫菀族而不是千里光族。细胞学证据支持毛冠菊属为一单系类群。 6．分子生物学 测定了毛冠菊属7种的ITS序列，并从基因库里下载了46个ITS序列，涵盖紫菀族14个亚属和旋覆花族、春黄菊族、金盏菊族。以旋覆花族、春黄菊族、金盏菊族为外类群。简约性分析显示，毛冠菊属在紫菀族中，并有较高的bootstrap值，在紫菀族中处于基部位置。Olearia和Chiliotrichum两个Hinterhuberinae亚族的代表属与毛冠菊属密切相关。在属下系统发育分析中，Olearia和Chiliotrichum被选做外类群。652个性状中，共有7】个信息位点（31个在ITSI，33个在ITS2，7个在5.8S）。简约性分析时只获得一棵最简约树。树上有两个明显的进化支，一支仅有青海毛冠菊一种，另一支包含其他种类。这种分支方式也得到形态学和生态学证据的支持。 7．毛冠菊属的系统学 从上述结果可以看出，毛冠菊属宜放入紫菀族中，在紫菀族中处于基部位置，与Hinterhuberinae亚族关系密切。综合上述研究结果，提出一个新的属下 分类系统： 毛冠菊属的新系统 组I单头组Sect. Monocephala T.G.Gao et YL.Chen Sect nov. 青海毛冠菊Nannoglottis ravida (C.Winkl.)Y.L.Chen 组II毛冠菊组Sect. Nannoglottis 系1．长舌系Ser. Delavayanae Ling et YL.Chen 厚毛毛冠菊Nannoglottis delavayi(Franch.)Ling et Y.L.Chen 狭舌毛冠菊Nannoglottis gynura(C.Winkl.) Ling et YL.Chen 虎克毛冠菊Nannoglottis hookeri (C.B.Clarke ex Hook.f.)Kitam. 宽苞毛冠菊Nannoglottis latisquama Ling et Y.L.Chen 大果毛冠菊Nannoglottis macrocarpa Ling et YL.Chen 系2．短舌系Ser. Nannoglottis 毛冠菊Nannoglottis carpesioides Maxim. 玉龙毛冠菊Nannoglottis hieraciphylla (Hand.-Mzt.)Ling et YL.Chen 云南毛冠菊Nannoglottis yuennanensis (Hand.-Mzt.) Hand.-Mzt.

羽叶铁线莲杂交起源的初步研究

通过野外观察，发现羽叶铁线莲Clematis pinnata Maxim.在形态上相似于短尾铁线莲C. brevicaudata DC.及大叶铁线莲C. heracleifolia DC.，推测羽叶铁线莲为后二者杂交产生。本文从形态学、解剖学、孢粉学、分子生物学等方面寻找证据，为这一推测寻找证据： 1． 形态学 通过野外观察结合标本馆工作，对这三个种的外部形态性状及其变异进行全面的分析，以探讨羽叶铁线莲C. pinnata在形态上与二假定亲本的异同及其产生原因。发现花、叶、习性等性状，在二假定亲本种种内稳定，但种间差异很大，在羽叶铁线莲中，性状变异的幅度正是处于二假定亲本差异之间。 2．解剖学 在光学显微镜及扫描电镜下，观察了这三种铁线莲的叶表皮特征，结果表明：叶片上表皮均不具有气孔器，下表皮气孔器类型均为无规则型;表皮细胞多为不规则形，仅在短尾铁线莲C. brevicaudata的上表皮中为近多边形;上表皮角质膜均具细条纹，下表皮角质膜均具环状或放射状波状嵴。 在扫描电镜下对瘦果形态及宿存花柱进行观察，结果表明：瘦果均密被长柔毛，并有蜡质颗粒状附属物。 在三个种植物之间叶表皮和瘦果的特征均无明显差别，对解释所讨论的问题意义不大。 3．孢粉学 在扫描电镜下对这三种铁线莲的花粉粒进行观察，结果表明：短尾铁线莲的花粉粒具三沟;大叶铁线莲的杂性株中花粉高度败育，说明其杂性株其实即为雌株;羽叶铁线莲的花粉也高度败育，但本种均为两性株，支持本种为杂交种的推测。 4．等位酶研究 利用莽草酸脱氢酶SKD和苹果酸脱氢酶MDH对采自3个居群的羽叶铁线莲大叶铁线莲和短尾铁线莲进行等位酶试验，结果显示在短尾铁线莲与大叶铁线莲中分别出现种内一致的谱带，而羽叶铁线莲则显示出二者杂合的带型。这一结果有力的支持了羽叶铁线莲是由短尾铁线莲和大叶铁线莲杂交产生的推测。 5．居群遗传结构分析 利用随机扩增多态性DNA标记（RAPD）分别检测三个种的遗传多样性和居群遗传结构。15个随机引物对这三个种共160个个体 （短尾铁线莲C. brevicaudata 五个居群73个个体;大叶铁线莲Clematis heracleifolia五个居群75个个体;羽叶铁线莲Clematis pinnata三个居群12个个体。）进行分析，总共得到123个用于分析的条带。我们对这三个种扩增出的条带按照居群进行了聚类分析，结果表明这三个种在聚类树上能够很好的区分开，但是种内居群间没有表现出地理分布式样方面的信息;个体水平上聚类结果表明，百花山采到的7株无法确定的铁线莲幼苗有6株是短尾铁线莲C. brevicaudata另外一株是羽叶铁线莲Clematis pinnata，这说明在幼苗形态上二者差别不大;我们对这三个种分别进行了居群遗传结构的分析，结果表明：短尾铁线莲C. brevicaudata的多态条带比率为90.65％，遗传变异主要分布在居群内，居群间分化较小，而大叶铁线莲Clematis heracleifolia的多态条带比率为90.76％，居群间遗传变异占30.52％，居群间有明显分化。羽叶铁线莲Clematis pinnata的遗传多样性很低，有可能是由于营养繁殖造成的。 6．DNA序列分析 选取叶绿体基因组的trn L－F序列和核基因组的ITS序列进行了测序分析。发现从三个种十个个体得到的trn L－F序列之间几乎没有差异，在640 bp中只得到了3个信息位点。对ITS测序过程中发现短尾铁线莲可直接用PCR产物测序，而对大叶铁线莲和羽叶铁线莲必须进行克隆测序，由于时间关系，我们得到的序列不足以进行进一步分析。 基于以上研究结果，我们初步认为羽叶铁线莲是通过短尾铁线莲和大叶铁线莲的杂交而起源，并根据我们观察到的变异式样对羽叶铁线莲系的一些种类进行了分类学处理。

芍药属芍药组的变异与进化：形态、染色体和分子证据

芍药属Paeonia是芍药科Paeoniacea内唯一的一个属。包括大约35个种，间断性的分布于北温带地区。其内三个组分别是牡丹组(sect. Moutan)、北美芍药组(sect. Onaepia)和芍药组(sect. Paeonia)。芍药组是芍药属中最大，也是唯一具有染色体倍性变化的一个组，现有大约25个种。其中，大约半数的种是四倍体（2n＝20），主要分布于地中海地区。虽然有证据表明四倍体类群大多为异源起源，但芍药属内一致的核型、相似的形态和重叠的地理分布使得它们的起源和分类一直存在很大的争议。本研究利用了4个细胞核DNA片段（乙醇脱氢酶基因－Adh1和 Adh2;nrDNA的内转录间隔区－ITS;甘油－3磷酸乙酰转移酶基因－GPAT）和4个叶绿体DNA片段（matK基因;基因间隔区trnL-trnF、psbA-trnH和rps16－trnQ）对芍药组的网状进化进行部分重建。并在此基础上，对推测为杂交起源的P. anomala进行了形态学和细胞发生的研究。主要研究结果如下： 1． 芍药组的系统学 利用多个DNA分子标记(cpDNA: matK, rps16-trnQ; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2)，芍药组的二倍体和四倍体类群的系统发育被部分重建。基于最大简约法、贝叶斯法和最大似然法的系统发育分析表明： (a) 除P. tenuifolia之外，所有地中海地区分布的二倍体类群构成一个单系分支。该支与亚洲分布的二倍体类群以及P. tenuifolia成并系关系。 (b) 核和叶绿体DNA系统发育树的不一致，以及ITS、Adh基因的多态性的分析，表明部分二倍体类群间和四倍体类群间都存在杂交事件。这些类群包括：中国新疆阿勒泰地区分布的二倍体种P. anomala和P. intermedia（杂种个体XJ053）;高加索地区分布的二倍体种P. tenuifolia和P. daurica（杂种个体H9933）;土耳其分布的四倍体种P. mascula和P. kesrouanensis（杂交个体在两个居群中检测到）。 (c) 不一致的核和叶绿体DNA系统发育树，以及Adh基因表现出的相同多态性模式进一步支持早先的推测，即四倍体类群P. arietina是异源四倍体。同时扩大的数据分析显示P. obovata近缘类群为其母系亲本，P. tenuifolia近缘类群为其父系亲本。此外，形态上具有一定分化的两个亚种P. arietina ssp. arietina和P. arietina ssp. parnassica是多次起源。 (d) 现今地中海分布类群的近缘种参与了四倍体种P. kesrouanensis 和P. coriacea，以及P. wittmanniana和P. mascula的物种形成。依据Adh序列种内的多态性，初步推测P. kesrouanensis 和P. coriacea可能是异源四倍体，其另一个亲本与P. arietina母系亲本近源。而P. wittmanniana和P. mascula可能是同源四倍体。 (e) P. saueri和P. peregrina的两个亲本类群分别与P. tenuifolia和现今地中海分布二倍体种的近缘类群。 (f) Adh1基因序列中近缘的重组类型暗示：四倍体种P. macrophylla和P. banatica很可能是同倍性杂种。 2． P. anomala的杂交起源和细胞发生 P. anomala新疆阿勒泰地区分布的居群核型第一次被报道。该地区分布的类群核型为2A型(核型公式：2n = 2x = 10 = 6m+2sm+2st)。减数分裂的观察统计显示：阿勒泰地区所有检测个体都是臂内倒位杂合子。基于断片大小以及不同个体染色体桥和/或断片出现率的差异，我们发现该类群臂内倒位存在多态性。荧光原位杂交（FISH）证实P. anomala共有8个18S rDNA位点，并且定位了一个倒位片段在3号染色体的短臂上。此外，高频率的棒状二价体和单价体，以及低的同源染色体的配对系数说明该类群同源染色体间存在分化。染色体结构杂合能够导致部分花粉败育，所有被检测个体的花粉败育率约为8.8 – 29.4%。 扩大的居群取样以及多基因(cpDNA: matK, psbA-trnH, rps16-trnQ, trnL-trnF; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2, Gpat)的系统发育分析，进一步支持P. anomala杂交起源于P. veitchii 和P. lactiflora的近缘类群。cpDNA片段和核DNA片段（ITS、GPAT）基因树间的不一致，以及P. anomala Adh1和Adh2序列表现出的多态性都支持该类群杂交起源的推测。不过，表型分析显示P. anomala在形态上偏向于P. veitchii。 3． P. obovata Maxim.四倍体类群的起源 与原先基于形态性状的认识不同，P. obovata 四倍体类群并不是一个严格意义上的同源四倍体。它起源于二倍体P. obovata中国和日本分布的两个地理亚种之间的杂交。Adh2基因仅在中国分布二倍体居群的扩增失败支持这一推测。此外，Adh基因系统发育分析显示：间断性分布于中国中部和中国东北部的四倍体类群是独立起源。

紫堇属的系统学研究

紫堇属（Corydalis DC.），广义罂粟科Papaveraceae的最大属，隶属于荷包牡丹亚科Fumarioideae的紫堇族Corydaleae，属内440余种，广布于北温带地区。我国产300余种，大部分种类为特有且狭域分布。本属形态多变，且网状进化明显，分类上十分困难。首先，鉴于对本属的系统划分及组间关系上所存较多争论，我们期望通过本研究获取一更自然的分类系统并追述真实的属下辐射进程。 研究内容包括两部分：分子系统学及孢粉学。 选取紫堇属100余种，几乎包括各组代表，通过测取叶绿体rps 16及matK序列信息，重建本属系统发育，实验获得98种rps16和78种的matK序列数据。分析显示，两个序列信息分别构建的系统树拓扑结构一致，支持5个分支结构。一些组的系统位置得以确定，一些类群的分类等级被界定，组间发育关系与传统观点差异显著。 根据对130余种，几含全部组代表的孢粉学研究观察，其结果支持分子系统学所得的多数结论，其它部分结论如下：1. 大叶紫堇组及高紫堇组所具的孢粉形态为次生性状，是由更原始的近光滑型及穿孔型演化而来;2. 糙果紫堇组，曲花紫堇组，鳞茎紫堇组做为近缘组，孢粉形态复杂而特化，组内个别系的孢粉形态与其它系的差异大于属下组间，如：Sect. Rupiferae Ser. Feddeana 该系种类外壁纹饰更近于穿孔型。3.刻叶紫堇组是一不自然的类群，支持其中个别种类与毛茎紫堇组这一单型组近缘。此外，也探讨了本属植物孢粉形态的演化趋势。 综合考虑两项研究的结果，结合形态信息，主要结论有： 其一：直茎黄堇组所代表的形态特征，如：植株具主根;叶羽状;花具短距，黄色;花柱柱头简单，乳突不为双生等, 具稀穿孔的近光滑孢粉外壁纹饰等为本属的原始形态特征。 其二：个别形态上一致的种类，实源于趋同进化，系统发育上即非一自然类群，化归为一类也无法真正体现属下真实的网状进化及形态趋同过程，如糙果组及鳞茎组两者的部分种类应并入曲花紫堇组，并且，后者应至少分立出大海黄堇组，并属于不同的亚属;同时，多叶紫堇组与钩距黄堇组近缘;大叶紫堇组与高紫堇组近缘;空根紫堇组与叠生延胡索组等块茎类关系极为密切。 其三：与传统处理不同，主张划分本属为5亚属，即：直茎亚属Subg. Cremnocapnos;黄堇亚属Subg. Sophorocapnos;延胡索亚属Subg. Corydalis;曲花亚属Subg. Rapiferae (C.Y.Wu et H. Chuang) Y. W. Wang stat. nov.;簇根亚属Subg. Fasciculatae (Maxim.) Y. W. Wang stat. nov.。 其四：推测本属植物在其演化历史上发生过至少两次较大规模的分化，第一次发生在晚白垩纪，期间适应各种气候类型的多年生原始种类出现;至第三纪早期开放的白令海峡允许不具长距离扩散能力的陆地植物类群扩散到北美;第二次发生在喜马拉雅隆升过程中，区域的气候变化使须根类群迅速发展，并形成该属位于青藏高原及横断山区的现代分布中心。

水母雪莲细胞悬浮培养黄酮合成的调控及生物反应器放大培养

水母雪莲（Sausswea medusa Maxim）为菊科风毛菊属植物，其主要的活性成份为黄酮类化台物。为进一步提高雪莲细胞培养物的黄酮含量和实现雪莲细胞培养生产黄酮类化合物的工业化，本文开展了水母雪莲细胞悬浮培养黄酮生物合成的调控及雪莲细胞生物反应器放大培养的可行性研究。 在水母雪莲细胞悬浮体系中加入苯丙氨酸和乙酸钠两种前体，结果显示，它们均能促进细胞内黄酮的生物合成，但它们对细胞的生长也有一定的抑制作用。实验表明，前体的添加时间均以第6天为宜，它们的最佳添加浓度都是0.1 mmol/L。苯丙氨酸、乙酸钠两种前体协同添加，黄酮产量是对照的1.94倍，比它们单独加入更能促进细胞的黄酮合成。 两种非生物诱导子硝酸银和谷胱甘肚都能诱导水母雪莲悬浮培养细胞黄酮的生物合成，诱导子的作用效果与诱导于的浓度和添加时间有关。二者协同诱导，获得的黄酮产量达是对照的1.72倍，高于它们单独加入时的黄酮产量。 应用2L通气搅拌式生物反应器一步批式培养水母雪莲细胞。研究了搅拌转速、通气量和接种量对细胞生长和黄酮合成的影响，发现在75 r/min、700-1000 L/min和4.0-5.0 9 DW/L接种量下细胞生长和黄酮合成比较好。经过12 d培养细胞干重达13.8 9 DW/L,黄酮产量416 mg/L。水母雪莲细胞生长及黄酮合成的进程表明，黄酮积累与细胞生长呈正相关。对细胞聚集体分布的研究发现，剪切力等因素使细胞聚集体分裂，使反应器中细胞生长受到影响，黄酮产量较摇瓶中降低。

水母雪莲类黄酮次生代谢分子调控研究—cDNA 文库构建、关键酶及Myb 转录因子基因的克隆及其功能的初步鉴定

水母雪莲（Saussurea medusa Maxim）为名贵珍稀中药材，其主要药用成分为类黄酮，尤其是3-脱氧类黄酮。目前关于雪莲的研究主要集中在采用细胞培养生产类黄酮等方面，但对于雪莲类黄酮生物合成的分子机制了解甚少，极大限制了这一珍贵资源的利用。本研究采用水母雪莲红色系愈伤组织及悬浮细胞为材料，构建cDNA文库，从中克隆水母雪莲类黄酮次生代谢中的相关基因并对这些基因进行了深入的生物信息学分析、转基因研究初步确定其功能，以期了解雪莲类黄酮次生代谢的分子机制，为提高类黄酮的合成奠定基础。主要结果如下： 1. 成功地构建了水母雪莲红色系愈伤组织与悬浮细胞cDNA文库，原始文库滴度达到4×106pfu/ml，扩增文库滴度接近1011 pfu/ml，重组率达98%。PCR检测插入片段，均在0.5kb到3kb之间，1kb以上占62%。从文库中检测到了chs、dfr及Myb转录因子SmP，文库覆盖度达到要求且为PCR筛选文库提供了可能。 2. 采用部分简并引物，通过RT-PCR克隆了水母雪莲查尔酮异构酶基因Smchi特异探针，并根据这一探针序列设计特异引物，采用TD-PCR法筛选cDNA文库，获得Smchi cDNA序列，全长831bp，编码一个232氨基酸残基的蛋白。根据cDNA序列克隆了Smchi DNA序列，结果表明Smchi基因无内含子。Smchi cDNA序列与翠菊chi基因高度同源，ORF区域同源性高达84%，但推测氨基酸序列则只有79.3%。Smchi mRNA具有复杂的二级结构。SmCHI具有典型的Chalcone结构域，其二级结构与苜蓿CHI蛋白十分相似，7个α-螺旋与8个延伸链由随机结构联系起来。但其活性中心的第三个关键氨基酸残基N115为M115所取代，这一取代可能导致该蛋白无生物活性，也可能使它具有一般CHI不同的功能。构建Smchi正义、反义真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，获得转正义、反义Smchi基因的烟草。转基因烟草花色未改变，但叶片总黄酮发生了显著的变化，50%转正义基因烟草总黄酮含量显著提高，最高比对照提高6倍，70%转反义基因烟草总黄酮含量显著下降，最多达85.1%，初步证明Smchi具有功能，并能有效调控烟草类黄酮次生代谢。因此，SmCHI可能是不同于已知CHI的一类新的CHI蛋白，它催化的反应可能与花色素合成无关，其反应机制也可能有所不同。 3. 伴随Smchi的克隆获得了一个黄烷酮3-羟化酶类似基因Smf3h的cDNA，全长1334bp，编码一个343aa的蛋白。根据这一cDNA序列克隆了Smf3h DNA序列，全长1630bp，结果表明该基因由4个外显子和3个内含子组成。Smf3h mRNA具有十分复杂的二级结构。 推测蛋白氨基酸同源性分析表明，SmF3H属于2OG-FeII_Oxy家族，与同一家族的的颠茄H6H的同源性为45%，与拟南芥F3H的同源性为40%，但对SmF3H、典型F3H及典型H6H推测蛋白二级结构、活性中心关键氨基酸残基的位置与相对距离、软件进行功能预测分析，发现SmF3H与F3H更相似。构建Smf3h的正义与反义真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，但只获得一批转正义基因的烟草，反义基因导致烟草不能再生而未获得转反义基因烟草。转基因烟草花色未改变，叶片总黄酮也与对照相似，初步确认Smf3h与烟草类黄酮生物合成无关，而是一个既不属于f3h也不属于h6h的功能未确定的新基因。 4. 采用与克隆Smchi基因相似的方法，从cDNA文库中克隆了SmP基因cDNA，全长969bp，编码一个256 aa的蛋白质。根据cDNA序列克隆了SmP基因的DNA序列，结果表明，SmP基因无内含子。SmP基因cDNA 一级结构及mRNA二级结构预测分析表明，该基因A+T含量很高（63%），所形成二级结构以A-T配对为主，其稳定性可能较差。SmP推测蛋白序列具有R2R3-Myb转录因子的典型特征，在N-端具有两个Myb DNA-binding Domain，其二级结构与鸡Myb转录因子1A5J十分相似，与其他基因如水稻OsMYB、番茄ThMYB的同源区域主要集中在这一结构域，分别为71.3%和70.8%;C-端富含丝氨酸，与烟草NtMYB、葡萄VlMYB等类黄酮调控因子相似，都呈寡聚体分布，并具有相同的保守磷酸化位点S170与S206。构建SmP基因真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，获得大量转基因烟草。转基因烟草花色未发生改变，但51%的转基因烟草叶片总黄酮含量都显著提高（0.5-6倍），表明SmP具有促进烟草类黄酮生物合成的功能，但所调控的支路与花色素合成无关。初步试验结果表明，转SmP基因烟草对蚜虫具有很高的抗性，可有效地抑制蚜虫在烟草上的生长，抑制率最高可达92%-100%。这一抗性与烟草中类黄酮的积累可能具有直接的联系，但还需要进一步的试验证明。 5. 与美国俄亥俄州立大学Erich Grotewold 博士实验室合作，完成了微型EST库50个克隆的测序并进行了分析，从中获得了水母雪莲花色素合酶基因SmANS及醛脱氢酶基因SmALDH的特异探针。根据SmANS特异探针设计引物，采用PCR从这50个克隆中筛选获得了SmANS的cDNA序列，全长1229bp，编码一个356aa的蛋白质。SmANS在cDNA水平上与同属的翠菊ANS基因高度同源，但同源区域集中在ORF区域，达到80%，mRNA 预测二级结构十分复杂;推测氨基酸序列与翠菊ANS同源性达到82.9%。SmANS属于2OG-FeII_Oxy家族，在2OG-FeII_Oxy结构域高度保守，与翠菊、甜橙ANS保守结构域同源性达到94%。预测蛋白二级结构以α-螺旋-β-折叠为主，由7个主螺旋和11个主β-折叠及随机结构连接而成，并具有2OG-FeII_Oxy家族活性中心的三个保守的组氨酸残基（His84、His235、His291）和一个天冬氨酸残基（Asp237）。 6. 根据微型EST库中获得的SmALDH特异探针设计引物，采用PCR从这50个克隆中筛选获得了SmALDH基因cDNA 序列，全长1664bp，编码一个491aa的蛋白质。SmALDH基因cDNA具有独特的碱基组成，3/-UTR富含A+T，占该区域碱基总量的80%，5/-UTR的A+T和G+C各占50%，比ORF区域（52%）还低，因此其mRNA二级结构中5/-UTR可以单独形成自身二级结构并且十分稳定，这可能影响基因的表达。这一现象在水稻、玉米等植物中也存在。SmALDH在cDNA水平上在ORF区域与拟南芥、藏红花、水稻等具有较高同源性，分别为64.03%、63.89%、63.72%，但在推测蛋白氨基酸序列水平上同源性反而较低，分别为54.9%、54.3%、54.0%。SmALDH缺少线粒体定位信号，为胞质醛脱氢酶，具有一个Aldedh 保守结构域，还具有与1OF7-H相似的以α-螺旋-β-折叠为主的二级结构，由10个主螺旋和15个主β-折叠及随机结构连接而成。由于ALDH在植物细胞乙醇发酵中具有解除醛类物质毒害的功能，因此SmALDH基因的克隆为改造细胞自身以适应发酵培养条件，解决水母雪莲细胞大规模培养中需氧问题提供了可能。

水母雪莲毛状根培养及黄酮类化合物生物合成的调控

水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为菊科凤毛菊属植物,是名贵中药材,其主要活性成分为黄酮类化合物。为解决雪莲资源匮乏，本文开展了利用水母雪莲毛状根培养生产黄酮类活性成分的研究。 在1/2MS液体培养基上研究了不同理化因子对水母雪莲毛状根生长和黄酮类化合物生物合成的影响。实验结果表明:氮源总浓度（包括NH4+和NO3-）为30 mmol/L;NH4+/NO3-比例为5:25;2 %蔗糖和3 %葡萄糖组合;0.5 mg/L GA3和0.5 mg/L IBA;pH 5.8;18 h/d的光照（光强为3500 Lux）;24℃;摇床转速为100 rpm的条件有利于毛状根生长及黄酮类化合物的生物合成。在此培养条件下，经过21 d的培养毛状根生长量达到12.8 g/L（DW），黄酮类化合物合成量为1922 mg/L，即黄酮类化合物含量占毛状根干重的15 %，约为野生水母雪莲植株干重黄酮类化合物含量的25倍。 用MJ和SA两种诱导子分别处理水母雪莲的毛状根，适宜条件下它们均能使毛状根中黄酮类化合物的产量得到提高。实验发现，在水母雪莲毛状根培养过程中，MJ抑制其生长，但提高了黄酮类化合物在毛状根中的百分含量;SA降低了黄酮类化合物在毛状根中的百分含量，但促进其生长。诱导子的作用效果与诱导子的浓度和添加时间有关。在延迟期后期添加浓度为0.02 mmol/L的MJ时黄酮类化合物产量达到 849 mg/L，比对照（633 mg/L）提高34.1 %;在指数生长期中期添加浓度为0.03 mmol/L的SA时，黄酮类化合物产量达到968 mg/L，比对照（633 mg/L）提高52.9 %。在指数生长期前期同时添加浓度为0.02 mmol/L的MJ 和0.03 mmol/L的SA，黄酮类化合物的产量为1125 mg/L，比对照（633 mg/L）提高77.7 %。 另外采取热水、碱提取，乙醇沉淀获得水母雪莲毛状根多糖。进一步用α-萘酚—浓硫酸法进行定性、定量分析，测得水母雪莲毛状根中水溶性多糖与碱溶性多糖的含量分别为2.453 %和3.391 % 。

诱导子对水母雪莲次生代谢的影响及雪莲查耳酮合成酶基因克隆

水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为菊科凤毛菊属植物,是名贵中药材。为解决雪莲资源匮乏，我们实验室通过植物组织培养技术，成功的建立起水母雪莲细胞和毛状根体系。通过对它的药理实验及化学成分分析，主要成分为黄酮类物质和紫丁香甙单体。为了进一步提高这些物质在水母雪莲培养物中的含量，本文开展通过添加外源诱导子手段来调控水母雪莲次生代谢合成途径。 利用水杨酸（SA）和酵母提取物（YE）作为外源诱导子，添加到水母雪莲细胞系和毛状根系培养基中，研究诱导子不同添加浓度和不同添加时间对水母莲细胞系和毛状根系的生长及次生物质合成的诱导效应。实验结果发现：对于细胞系来说，SA比YE的诱导效果要好，低浓度SA处理时，不仅能促进细胞的生长，还能提高水母雪莲细胞中黄酮化合物和紫丁香甙的含量。其中，在细胞生长周期的第6天添加终浓度为20 μM的SA，诱导效果表现最佳。在此条件下，细胞内总黄酮产量达到532 mg/l，紫丁香甙为630 mg/l，分别比对照提高了130%，和150%。对于毛状根体系来说，SA和YE生长早期添加会抑制毛状根生长。总体上，YE的诱导效果比SA明显。在第10天添加终浓度为40 μg/ml的YE，总黄酮达到741 mg/l，紫丁香甙达到303 mg/l，分别是对照的2.8和2.5倍。 同时研究了20 μM和100 μM SA诱导下，黄酮合成途径中相关酶的变化。发现，低浓度的SA能在短时间内诱导CHS和CHI表达，24h后PAL酶活性升高到对照的7.5倍，而48 h总黄酮的含量检测到最高值。因此可以初步断定，SA诱导苯基苯丙烷类物质的积累与CHS和CHI表达，PAL酶活性提高有关。 另外，从水母雪莲cDNA中克隆到雪莲黄酮合成途径的第一个关键酶—查耳酮合成酶基因（SmCHS）全长cDNA。此cDNA序列全长为1313bp，其编码的蛋白为389个氨基酸，推测的氨基酸序列与许多物种都高度同源，同源性高达88%。生物信息学分析，SmCHS具有CHS－like保守结构域，其二级结构与苜蓿的CHS十分相似，且苜蓿中的CHS酶活性中心的关键氨基酸位点在SmCHS也一致对应相同，没有突变。因此可以初步推测这个SmCHS应该具有查耳酮合成酶功能。并进一步构建SmCHS植物表达载体，转化拟南芥chs突变体，通过功能互补分析研究此基因的功能。由于时间关系这部分研究尚在进行中。

雪莲细胞培养物中黄酮类物质代谢调控及其生物活性成份分析

水母雪莲（Saussurea medusa Maxim.）和新疆雪莲（Saussurea involucrata Karel. et Kir.）是我国珍稀的药用植物资源，具有清热解毒、止痉镇痛、敛伤、消肿及治疗热病、风湿等多种功效。雪莲的主要药用成份为紫丁香甙（Syringin）、芦丁(Rutin)、高车前素（Hispidulin）和Jaceosidin等苯基丙酸类（phenylpropanoid）和黄酮类（flavonoids）物质。最新的药理研究表明，上述物质还具有抗菌消炎、保肝降压、延缓衰老和抑制癌细胞增殖等重要的研发价值。 雪莲生境恶劣，生长缓慢，人工引种困难，加上长期掠夺性采挖，已使雪莲处于灭绝的边缘。为了保存国家珍稀植物品种，保护生态环境，满足临床上对雪莲药物的需求，本研究在雪莲组织培养的基础上，应用诱导子添加技术和毛状根培养技术对雪莲中具有重要药用价值的次生代谢物质进行调控，并对雪莲MYB类转录因子的功能进行了初步探索，为保护珍稀植物资源、维护生态环境、开发野生雪莲替代产品、缩短雪莲药用成份的生产周期奠定了基础。另外，分析了野生雪莲和雪莲培养物中主要生物活性成份的种类及含量，为今后雪莲药理药效研究及品质评价奠定了基础。 为了提高雪莲黄酮的产量，满足工业化生产的需要，在细胞培养水平上，通过添加茉莉酸甲酯（MJ），对雪莲黄酮类物质的代谢进行调控。研究了诱导子的添加时间、添加浓度对水母雪莲红色系悬浮细胞的生物量和总黄酮产量的影响。发现在细胞培养的指数期（第9天）添加5.0 µmol/L的MJ，可以使总黄酮产量提高2.4倍（1134.5 ± 63.86 mg/L），而雪莲细胞干重（dw）仅比对照提高23.8 %（20.4 ±0.27 g/L）。另外，细胞中苯丙氨酸裂解酶（PAL）的活性分析表明，MJ添加后PAL活性的增加与雪莲总黄酮含量增长之间存在相关性。 在器官培养水平上，对雪莲毛状根的诱导频率及其培养条件进行了研究。结果表明，选择发根农杆菌R1601侵染预培养2天的新疆雪莲根段外植体，毛状根的诱导效率可达到83 %。毛状根的冠瘿碱检测、PCR和Southern分析表明，Ri质粒中的T-DNA已整合到植物基因组中并稳定表达。以新疆雪莲毛状根为外植体，能够容易地获得再生芽。在含有1.0 mg/L 6-BA的MS固体培养基上，其再生频率高达91 ± 5.9 %，是其正常根的2.4倍。而水母雪莲在该培养条件下，仅有少量的畸形芽出现。进而对毛状根的培养条件进行初步研究，结果表明在无激素附加的MS液体培养基中，新疆雪莲的HR1601根系在一个培养周期内（32 天），其生物量能够达到接种量的16倍，而紫丁香甙含量（43.5 ± 1.13 mg/g dw）能够达到野生雪莲的83倍。从而显示了雪莲毛状根培养体系的优良特性。 在基因水平上，对雪莲黄酮类物质代谢调控的研究已经展开。玉米P基因编码的Myb类转录因子能够调节黄酮类物质代谢途径关键酶基因的表达。根据P基因的保守序列设计引物，从雪莲细胞培养物中获得了SmP基因。核酸序列分析表明，SmP基因与烟草中涉及苯丙素类物质代谢途径的LBM 1、LBM 3和MybAS 1基因具有较高的一致性，分别为66 %、60 %和61 %。因此为了研究雪莲SmP基因的功能，构建了正义表达载体，并与先前构建好的反义表达载体分别导入烟草，分析了转基因植株的形态特征及黄酮类物质的含量变化。其中，约有30 %转反义SmP基因的株系表现叶片皱缩、叶脉紊乱、主侧脉角度缩小、叶片、花瓣失去对称性以及花粉败育等性状。 另外，通过正交试验设计优化了雪莲提取工艺的条件，并对雪莲细胞提取物进行了分离纯化。正交试验设计结果表明，温度对雪莲黄酮提取效率的影响极为显著，而分批多次提取比一次性浸提，能够收到较好的提取效果。考虑到工业生产中的实际问题，推荐在60 ℃水浴条件下，采用50 %乙醇对雪莲样品连续浸提2次的方案。对雪莲提取物的纯化研究表明，雪莲成份复杂，仅依靠单一的分离手段，往往难以奏效。另外，野生雪莲及雪莲培养物中生物活性成份的比色法、HPLC（High Performance Liquid Chromatography）、LC-ESI-MS（Liquid Chromotagraphy Electrospray Ionization Mass Spectrometry）分析表明，传统的NaNO2-AlCl3 法测定雪莲总黄酮的含量，结果偏高，不利于雪莲黄酮的实验室研究分析与今后工业化生产的质量监控。而AlCl3 法的显色反应较为特异，今后有望取代NaNO2-AlCl3 法，作为雪莲类药材品质评价的标准。而HPLC-DAD结合LC-ESI-MS可以对雪莲中的主要生物活性成份进行较为准确的定性分析，从而解决了由于缺乏相应的雪莲化合物标准品而难以对雪莲中的成份进行定性定量分析及比较的难题。最后综合利用上述分析方法，对雪莲细胞培养物中的花素类物质进行了分析。结果表明，雪莲细胞中至少含有7种花色素类物质，分别为矢车菊素-3-O-葡萄糖甙及其衍生物、天竺葵素糖甙衍生物和芍药色素糖甙衍生物。

水母雪莲DFR基因的克隆及其正义和反义植物表达载体的构建

水母雪莲（Saussurea medusa Maxim.）为多年生菊科植物，是我国珍稀药用资源。所含的主要生物活性成分是黄酮类物质，具有抗炎、镇痛、免疫抑制及抗氧化等功效。但由于水母雪莲生长环境特殊，生长缓慢，人工引种困难;加上长期掠夺性采挖，造成其野生药用资源短缺，已经不能满足市场的需求。近年来,世界上掀起了植物药开发的热潮,植物药以其天然低毒的特点倍受关注,而黄酮类化合物更是以其广谱的药理作用引人瞩目。 黄酮类化合物的合成代谢途径在植物界进化过程中很保守，黄酮类生物合成途径中的相关酶也已得到确证并进行了系统的研究。二氢黄酮醇-4-还原酶（Dihydroflavonol-4-reductase, DFR）是一个处于花色素或者原花色素合成途径中的关键酶，它与黄酮合成途径中的黄酮醇合成酶（flavonol synthase）竞争底物。本研究以水母雪莲为研究对象，根据近缘物种DFR基因的保守核苷酸序列设计兼并引物，通过PCR技术，从已经建立的水母雪莲红色愈伤组织cDNA文库中筛选到一个编码该酶的cDNA序列，该序列全长1166个碱基对。根据生物信息学分析，此cDNA编码342个氨基酸;Blastp分析结果显示，该氨基酸序列与同科植物翠菊（Callistephus chinensis）的相似性最高，达87%;SWISSMODEL软件预测其蛋白的三级结构与葡萄(Vitis vinifera)的十分相似，活性中心的关键氨基酸残基也完全一致。据此可以断定，我们所得到的cDNA为编码二氢黄酮醇还原酶的基因，并命名为水母雪莲二氢黄酮醇还原酶基因(SmDFR）。为了得到SmDFR的DNA序列，我们又设计特异引物，从水母雪莲的基因组中扩增出了由1871个碱基对组成的DNA序列，该序列包含五个内含子和六个外显子。 为了提高水母雪莲和大苞雪莲中黄酮类物质的含量，我们构建了SmDFR的反义植物表达载体，利用根癌农杆菌介导进行基因转化。通过改变影响农杆菌转化的实验条件包括外植体来源、农杆菌菌株、细菌浓度、外植体预培养时间、侵染时间和乙酰丁香酮的浓度进行转基因试验，目前尚未得到转基因植株。另外，我们构建了SmDFR正义植物表达载体，通过对拟南芥(Arabidopsis thaliana) DFR基因突变体和矮牵牛(Petunia hybrida)进行基因转化，来验证SmDFR的功能;目前，此实验尚在进行之中。