水生植物凤眼莲的种内基因型差异与入侵模式

原产于亚马逊河流域的水生植物凤眼莲（Eichhornia crassipes）在花部结构上有三种花型（L、M和S），故其配殖系统（mating system）为典型的三型花柱（tristyly）。但在入侵地区，它却常只有M和L两种花型，其中尤以M型占据绝对优势，使有性繁殖水平大为下降。为了解释凤眼莲在入侵过程中，花型频率为何发生变化以及该变化对其在入侵地的适应性进化上有何影响，作者在中国西南的两个居群中连续两年开展了野外生长和人工授粉实验，对比分析水面和泥地两类不同生境中M和L在克隆生长、生物量积累以及有性繁殖水平等方面的异同，并利用RAPD、 ISSR片段比较了具M型和L型花植物个体间的遗传变异水平。对三型花柱这一长期引人注目的遗传模式的分子位点也尝试了连锁片段的克隆和测序。 克隆生长的对比实验发现，在2004年，漂浮生长的M个体平均克隆分株数为25.37，L为21.20，前者显示较强的克隆生长能力（t＝2.252， P< 0.05）;2005年的实验再次证实M（每个个体19.83个分株）比L（每个个体15.53分株）表现出了显著较强的克隆优势（t＝2.631，P<0.001）。M较L多产生克隆约24%。 但在岸边泥地上固着生长时，2004年L个体平均克隆分株为16.20，M 为10.17个分株。L表现出了更强的克隆生长能力（t＝4.788，p<0.001），与漂浮生长状况下的情形恰恰相反，暗示M与L个体可能存在一定的生态位分化。这种分化可能是在入侵过程中形成的，也可能反映了原产地亚马孙流域旱涝交替造成的固着生长与漂浮生长交替发生的种内适应性。 生物量（干重）的对比分析发现，M个体在漂浮生长和固着生长的情况下都比L有着更高的生物量积累（漂浮生长实验：t＝6.173，p<0.005（2004年）;t＝6.99，p<0.001（2005年）。固着生长实验：t＝4.029，p<0.001）。生物量对凤眼莲的竞争和过冬有着一定的作用，因此较大的生物量积累可能是M个体在当地气候和环境中逐渐适应的一个结果。 有性繁殖的实验包括了实验个体的花序数与花朵数、自交与异交人工授粉的结实情况以及种子萌发率等方面的对比分析。结果表明，虽然M和L个体在花序数和花朵数上不存在显著差异，但是M个体在自交和异交的种子产量上比L略高，尤其是自交的种子产量，M显著高于L（M平均每个蒴果的自交种子产量为139.8，L为76.2）。以各100粒种子进行萌发实验，发现两花型之间在种子萌发率上不存在显著差异。对于M而言，其自交种子产量远大于异交种子产量 （139.8 vs. 93.3），且种子萌发率也略大于异交的种子萌发率（自交种子萌发率45.47％，异交种子萌发率 30.73％）。结合以上的实验结果，本文认为M基因型优势的形成可能与M个体与当地环境长期适应导致的生长与繁殖 上的优势有关。M的本地适应性是建立在特定的遗传背景上时，异交反而会破坏这种遗传组合，造成远交衰退。 对40个M和30个L个体进行20个RAPD引物和20个ISSR引物的遗传分析时发现，所有个体在RAPD表型上没有区别，但是在M中出现了3个ISSR表型，在L中出现了2个ISSR表型。本文还尝试利用RAPD技术扫描与三型花柱的遗传位点连锁的DNA片段。在146个RAPD随机引物中，初步发现两个候选片段，一个750bp，另一个2 000bp;已对它们进行了克隆、测序。 这些初步实验表明凤眼莲在我国的入侵可能伴随着基因型的差异表现和居群遗传分化，这种基因型的差异表现对该植物的成功入侵具有作用。其中，花型为M的个体的优势生长解释了该花型在中国分布区内的主导地位。推测该生长优势的遗传基础可能来源于基因组内较高的杂合子水平和在入侵地较长的适应历史，但最终结论尚有待进一步的实验证据。

棕色固氮菌突变株DJ35 中钼铁蛋白和HBP59 蛋白的研究—纯化特性及晶体生长

我们从A. vinelandii突变株DJ35中纯化得到了ΔnifE Av1，并通过与OP Av1相比较对其特性进行了研究。虽然ΔnifE Av1以四聚体形式(α2β2)存在，但却表现出两种天然电泳行为。与OP Av1相比，ΔnifE Av1中的金属含量较低，每个蛋白分子仅含9.96个铁原子、0.36个钼原子。OP Av1和ΔnifE Av1的吸收光谱相似，均在280 nm附近出现蛋白吸收峰，在300-600 nm波长范围内光吸收普遍降低，并无特征峰出现。虽然ΔnifE Av1可见光区域CD谱的摩尔消光系数（Δε）总比OP Av1小，但在520nm区域附近摩尔消光系数减少的相对值明显大于在450nm附近摩尔消光系数减少的相对值。ΔnifE Av1的EPR信号明显与OP Av1不同，在g≈3.7处的EPR信号完全消失，在g≈4.3 和2.0处的EPR信号强度也分别降低了75%和50%以上。ΔnifE Av1不能与Fe蛋白组成活性单位，但被FeMoco激活后可与Fe蛋白组成活性单位。上述结果表明, ΔnifE Av1不含FeMoco，但具有与OP Av1相同的P-cluster。 我们在纯化ΔnifE Av1的过程中，发现一个类似OP Av1的β亚基的污染蛋白，经MALDI-TOF质谱鉴定这种蛋白是棕色固氮菌中一预测基因的产物。通过改进纯化方法, 我们首次得到80%电泳纯的蛋白，并将其命名为HBP59蛋白。HBP59为一单体蛋白，分子量约为59k Da。金属测定结果表明每个蛋白分子中含有0.42个铁原子。HBP59蛋白的可见光谱表现出典型的血红素蛋白光谱特征，还原态的HBP59蛋白在421nm处有最大吸收峰，同时在517nm、556nm处有两个伴随肩峰出现, A421/A280仅为0.146。HBP59蛋白氧化后，吸收峰发生蓝移，最大吸收峰从421nm移到413nm，517nm和556nm处的肩峰消失，A413/A280为0.168。HBP59蛋白的可见光区圆二色谱比较复杂，正峰出现在420nm, 406nm, 379nm 和364nm; 其摩尔消光系数分别为0.75, 0.94, 0.68 和 0.99;负峰出现在433 nm 和392nm，其摩尔消光系数分别为-1.13 和-0.78。血红素滴定实验结果说明每个HBP59蛋白分子结合了0.1个血红素，但每个蛋白分子具有最大结合1个血红素的能力。这低结合能力与这低比率的比率是非常一致的。该蛋白对温度相对敏感，高于40℃蛋白开始沉淀。上述结果说明HBP59是一个结合具有低自旋和不对称的血红素的蛋白，它在菌体内可能并未扮演贮藏血红素的角色，而是可能参与血红素的运输或附着。 此外，经过结晶条件的大量筛选后获得了ΔnifE Av1和ΔnifH Av1的优质小单晶,并对HBP59的晶体培养进行了初步探索。