无根萍生物学特性研究

无根萍属（Wolffia ）隶属于浮萍科天南星目，是世界上最小的被子植物。该属植物繁殖速度快;易于培养;结构简单，只具有一个雄蕊和一个雌蕊;自然状态下通常为克隆繁殖，遗传结构高度一致，具备特定研究目的模式植物的特点，正在或已经成为一些实验室研究光合作用、生物反应器、毒理学、生态修复和环境监测等的重要模式生物材料;同时还被作为建造航天生活仓和地外生命支撑系统的首选植物。该属植物蛋白含量高且氨基酸组分平衡，营养价值可与大豆相媲美。但该属植物一直是分类学界的疑难类群，不同的学者对该属的分类处理比较混乱;其次，对该属的生物地理研究也很不够，尤其是对国产类群的研究;另外，W. globosa 作为该属中国分布的物种，其生理学特性和形态结构发育还缺乏研究。为此，本文通过mat K 基因测序、RAPD 标记等手段，结合野外和室内的长期观测，对其分类和中国的地理分布以及生理学特性进行了研究。针对浮萍科植物作为水生植物，其对重金属和芳香烃衍生物的耐受逆境能力大小，和对淡水水体环境生态的指示作用。本文研究了W. globosa 具解毒功能的谷胱甘肽转硫酶的活性;最后，探索了从黄鳝（Monpterus albus Zuiew ）中分离纯化GSTs 的技术与方法并对maGST 的部分特性进行了研究。主要研究结果如下： 1. Wolffia 系统分类学研究 前人认为，Wolffia 柱头的颜色是重要的分组、分种检索性状。我们对其长期、活体、原位、实时跟踪观测结果表明，柱头颜色是Wolffia 个体发育上的变化过程，不是一个稳定性状，用作Wolffia subgroup 内组的划分特征和种的鉴别特征是不适合的。在此基础上我们重新修定了该属的分种检索表。利用形态分类学性状——气孔、长/宽、高/宽以及最大宽度在水面上还是水面下等性状，认为中国分布的类群应是W. globosa，但亦有W. neglecta 存在的证据。mat K 基因片段结果支持形态学的结论。通过广泛的野外采集，在我国北京、河北和吉林发现Wolffia 的新分布。 2. 中国Wolffia 居群遗传学研究 以RAPD 分子标记对广泛分布的居群遗传多样性研究表明，无根萍属植物主要以无性繁殖方式繁育，居群主要由单一克隆后代组成，如海河流域以及松花江流域居群;但一些居群亦兼有性繁殖方式，并具较高的遗传多样性，如武汉、海南居群。利用MVSP, Popgene 和Ntsys 等分析方法探讨了中国产Wolffia 居群遗传多样性和地理分布格局间关系。 3. W. globosa 的生理学研究 建立了较为完善的W. globosa 的无菌培养和保存体系。W. globosa 在逆境中，会形成休眠体;同时，发现不同居群甚至不同克隆系之间其抗逆性和生长速度存在着显著差异，差异最大的如海南文昌居群的生长速率，是长春居群的4.19 倍;不同的时间统计生长周期存在着不同结果，生长节律每天有两个生长高峰呈双“S”型;W. globosa 的耐受温度范围和pH 范围广;低浓度的IAA，GA，6-BA， EDDHA-Fe 以及EDTA 等物质具有促进W. globosa 生长的特性;但是，所有这些处理均没能促使W. globosa 从营养生长转入生殖生长。 4. W. globosa 的解剖学研究 W. globosa 通常是进行克隆繁殖，通过组织切片发现无性分枝子体还未伸出母株之前就已经完成分化，与此同时分枝子体中又分化出新的子体，分枝呈聚伞状，子体生长方向彼此相对;另外，生殖生长结构的分化也是在母体中完成的;生殖生长点与营养生长点不是同一生长点。 5. 浮萍科植物的毒理学研究 以重金属Cr3+和芳香烃衍生物CDNB 溶液处理Wolffia，Spirodela 和Lemna， 三种水生生物，结果表明Wolffia 比Spirodela， Lemna 对重金属和芳香烃衍生物有更强的抗逆能力，如在同等条件下对于Cr3+Wolffia 的半致死剂量800GB(≈ 80mg/L)，而Spirodela 和Lemna 则分别为10mg/L;20mg/L;表明W. globosa 是一个优良的生态环境修复植物。与此同时，研究了W. globosa 中具有解毒功能的GSTs 粗酶液活力在不同浓度的重金属离子（Cu2+和Cd2+）以及芳香烃衍生物（CDNB 和NBD-Cl）随处理时间的变化情况。 6. 从水生生物黄鳝Monpterus albus Zuiew 中分离纯化GSTs 的研究GSTs 活性的变化是环境监测的一个Biomarker，为此研究从M. albus 中分离 纯化GSTs 的技术与方法。经GSH 亲和层析纯化的酶活力为粗酶液的207 倍，进而鉴定了maGST 的部分特性。SDS-PAGE 电泳和MALDI-TOF/MS 表明MaGST 为同源二聚体，分子量约为52kDa，单亚基分子量约为26 kDa。maGST 酶动力学表明对CDNB 为13.07 ± 0.37 微摩尔每分钟每毫克蛋白;对NBD-Cl 为5.54 ± 微摩尔每分钟每毫克蛋白;对ECA、4-NPA 几乎没有活性。在GSH 底物饱和，CDNB 的Km 值和Vmax 分别为0.32 mM 和16.19 微摩尔每分钟每毫克蛋白;CDNB 底物饱和，GSH 的Km 值和Vmax 分别为0.44 mM 和28.83 微摩尔每分钟每毫克蛋白。maGST 的酶活性pH 值较宽，温度范围广：在pH7.0-7.5 具有最大速度，在pH6.5 和pH8.5 时分别具有65%和72%的酶活力;在45℃时具有最大活性，30℃和55℃时为最大活力的80%，60℃几乎完全丧失酶活力。

黄瓜果实后熟过程中生理化变化及其控制

受粉黄瓜果实(上市大小，(commercial size)在采收后广藏过程中中邵及近茎端逐渐萎缩变细而花端膨大（习惯上称为“大头现象”)。本文就上述现象中的生理生化及细胞学变化以及植物生长调节剂对其控制作用进行了初步探讨。 花端胎座组织中的AA、蛋白反DNA, RNA，以及干重等都随着贮藏时间的延长而逐渐增加，而在中部各组织中则急剧下降，同时，花端内种子迅速发育。许多与衰老有关的酶如DNa s e, RNa se、A p e s e、 S 0 D。过氧化物酶在果实的不同部位其变化也明显不同一种脂类过氧化产物(SOD.丙二醛)在果实甲部萎过程中含量明显升高，过氧化物酶和SO D同工醉新的谱带出现或消失，显示了它和在黄瓜成熟过程中可能起着重要作用。 果实萎缩的中部可观察到“核穿壁”现象，而且随着时间延长其细胞质内含物及核渐解体并最后消失，只剩下细胞壁。电镜观察(贮藏10天），可见到细胞内有大量的单层膜囊泡。吞噬谨小体等，推侧它们具有溶酶体的功能，相邻细胞间出现裂腔，局部细胞壁变薄或变的疏松.近花端特别是胎座组织组织结构变化较小。 不同植物生长调节剂分别以不同浓度或以不同比例混合分别处理果实的不同部位，发现BA十。GA可显著延迟花瑞的膨大及中部及近茎端的萎缩，并延缓果实叶绿索的降低，这一结果有一定的商业价值commereia1vatue)。果实中部APase•RNase活性的升高。S OD活性的降低，以及蛋白质，核酸含量的降低比对照要慢得多。 未受粉果实在贮藏过程中不出现“大头现象”，各种物质的含量及干重等在果实各部位几乎是以相同的速度降低。

小麦TaRanBP基因功能的初步分析

小G蛋白（small GTPases）是真核生物中广泛存在的一类调节各种生命活动的信号分子。根据结构与功能的不同，小G蛋白家族成员可分成五个亚家族，分别为Ras，Rab，Rho，Arf和Ran。五类小G蛋白通过其活化态（GTP结合态）和非活化态（GDP结合态）的相互转换行使着各种功能。Ras GTPases在酵母和哺乳动物中调节细胞增殖过程; Rho GTPases调控肌动蛋白重组过程，并参与MAP 激酶的细胞信号转导过程等; Rab GTPases和Arf GTPases分别在膜转运过程中起着不同的重要作用;而Ran GTPases则在核孔位置调节着蛋白和RNA分子的运输过程。 小G蛋白附属蛋白调节着小G蛋白活化态与非活化态之间的转换，其中鸟核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factors, GEFs)可以催化小G蛋白转换为GTP结合形式，即活化态;而GTPase 激活蛋白(GTPase-activating proteins, GAPs)和小G蛋白结合蛋白(small GTPases binding proteins)可以激活小G蛋白自身的水解活性，从而将其转变成非活化态形式。 相比其它小G蛋白，Ran GTPases及其附属蛋白在真核生物中的研究相对较少。已有的成果表明它们主要在核质运输过程中及对相应的信号转导途径起调节作用。而针对Ran GTPases及其附属蛋白在真核生物尤其是高等植物个体发育过程中的作用，目前报道还很少。 为了揭示Ran结合蛋白(Ran binding protein, RanBP)在植物发育过程中的作用，本文通过转基因手段对其功能进行 了研究。在此之前，本实验室已从小麦cDNA文库中成功克隆Ran结合蛋白基因：TaRanBP。该基因cDNA全长1035 bp，编码207个氨基酸。通过农杆菌介导叶圆片法，分别用正义、反义及TaRanBP与GFP融合蛋白等表达载体转化烟草，并成功获得转基因植株。亚细胞定位观察发现TaRanBP蛋白主要定位于细胞质内，尤其是在核膜附近富集。生理学和细胞学等方面的研究分析发现，TaRanBP基因在烟草个体发育过程中产生重要作用。过量表达TaRanBP基因的转基因植株在一定数量上表现出愈合的花冠筒上出现不同程度开裂，花冠筒上有附生舌状花瓣，及带有花瓣状颜 色的花萼等异常花表型。同时，转反义基因在一定程度上促进了转基因植株初生主根的生长（为对照烟草的2.3倍），而转正义基因烟草与对照烟草的初生主根长度差异不明显。用碘化丙锭(Propidium Iodide, PI)进行根部细胞染色。观察发现，不同的转基因烟草与对照烟草之间在根的各个不同形态区域的细胞大小差异不明显，推测根长的差异可能是由于整体细胞数目变化的原因导致。向重力性实验发现，转反义基因烟草幼苗较对照烟草的向重力性反应增加，而转正义基因的则表现为降低。激素吲哚乙酸(Indoleacetic Acid, IAA)的添加处理可以恢复转反义基因烟草的向重力性异常表型，而对转正义基因烟草几乎无影响。添加激动素(Kinetin, KT)的处理发现不同转基因烟草和对照烟草的向重力性均有减弱。观测后期，转正义基因的向重力敏感性较对照烟草得到恢复。测量不同转基因株系T1代幼苗鲜重，发现不同转基因烟草和对照烟草的幼苗鲜重动态变化在各个时间点有差异，且差异情况不尽相同。而不同转基因幼苗T1代幼苗可溶性蛋白含量较对照烟草有不同程度的下降。这种下降并没有影响转基因烟草的整体生长进程，开花期和结实情况与对照烟草相比也无明显变化。

台湾杉群体遗传结构的研究

本文以采自云南、贵州和台湾三个地区的九个台湾杉群体为材料，应用同工酶分析技术对其群体遗传结构进行了测定和分析，结果发现台湾杉的遗传多样性的几个指标P,A He(P=44.4%,A=1.5,He=0.141)均比一般针叶树种的平均值(P=67.7%,A=2.29,He=0.207)为低，推此较低的遗传多样性主要与台湾杉的进化历史有关，台湾杉的基因分化系数Gst(Gst=0.109)为0.109，符合其风媒异花授粉的特点。利用所获得的有关遗传多样性和群体遗传结构方面的数据不仅能对台湾杉属的分类提供新的佐证，更为实现对其更好的保护和利用提供了不可缺少的本底资料。

农牧交错区不同植物群落的根冠比特征及土壤呼吸日动态的观测研究

本论文对草地群落地上/地下生物量构成、根冠比特征及其影响因子以及土壤呼吸测定方法比较等的国内外研究进展和主要成果进行了综述，在此基础之上对地处我国北方农牧交错带中段的内蒙古多伦县境内的18种草地群落（包括天然草地和人工草地群落）进行了相关内容的研究工作。 在2002年生长季期间，对这18个植物群落中选取的16个进行了群落学调查，测定了其地上、地下生物量，同时测定了土壤含水量、土壤容重、土壤全氮含量和土壤有机质含量。分别分析了地上、地下生物量以及根冠比（root to shoot ratio）与这些立地因子间的相关关系。同期，从18个群落中选定10个代表性群落测定其土壤呼吸速率，测定方法选用了动态红外气体分析法 (Infra red gas analysis， abbreviated as IRGA)和碱液吸收法（Alkali absorption, abbreviated as AA）。对这两种方法的测定结果进行了比较分析，同时分析了不同群落间土壤呼吸变化与土壤水分和养分状况等的相关关系。主要结论如下： ①16种植物群落的地上和地下生物量差异明显，地上生物量变化范围在80~500 g•m-2之间;相比之下，地下生物量的变化范围要大得多，16个群落中地下生物量最小的为猪毛菜群落，最大的为拂子茅群落，分别为533 g•m-2和2590 g•m-2。群落的根冠比在1.5～11.21之间，平均根冠比为 5.69。 ②土壤含水量对地上和地下生物量有着重要的影响，土壤含水量高的样地（羊草样地）较含水量低（小米蒿样地）的样地地上生物量高，反之亦然。但含水量与地下生物量之间的这种关系却不明显，即土壤含水量高的样地其地下生物量并不一定比含水量低的样地地下生物量高;根冠比与土壤含水量之间基本上呈负相关。土壤全氮含量和有机质含量与地上、地下生物量也存在着一定的正相关关系，而土壤容重却与生物量存有负相关关系;根冠比与土壤全氮、有机质和容重的关系正好与此相反，即根冠比与全氮和有机质含量呈负相关，与容重为正相关。 ③10种植物群落土壤呼吸的昼夜变化比较明显，均为单峰型曲线，主要受土壤温度的驱动，但同时也受到当日降水情况和云量、风速等气象因子的较大影响。因此，影响到这些群落土壤呼吸日动态的一致性，使得规律性并不明显。 ④用碱液吸收法和动态密闭气室法测定的10个群落的土壤呼吸速率变化范围分别为394~894mg C•m-2•d-1和313~2043 mg C•m-2•d-1，其中碱液吸收法测定结果平均为动态气室法的67.5%，明显低于动态密闭气室法。 ⑤两种测定方法具有很好的相关性，R2为0.8739。本研究中发现，在土壤呼吸速率低的情况下，两种方法的测定结果十分接近，甚至碱液吸收法的测定结果稍大于动态密闭气室法;而在土壤呼吸速率较高的情况下，动态密闭气室法测定结果则显著高于碱液吸收法。上述结果与国内外同类研究的结果高度一致，从而为校正我们以往采用碱液吸收法在该区域的测定结果提供了可靠依据。 ⑥各个群落间的土壤呼吸变化与立地土壤水分和土壤养分之间存有一定的相关关系，但并不显著，可能与这些群落土壤呼吸测定不是在同一天进行有关。

杜鹃花属(Rhododendron)种间亲缘关系及小枝异速生长分析

杜鹃花属(Rhododendron)植物种间有着丰富的遗传变异，表型变异并不能完全或真实地反映遗传变异，需要利用信息大分子(DNA)的变化来评价其亲缘关系及系统发育。当年生小枝作为一个独立的构件单元，是植物体上最有活力的部分之一，具有重要的生态学意义。本文以杜鹃为材料，首先全面分析了杜鹃花属种间亲缘关系和小枝功能性状间的关系(异速生长)，然后对小枝水平功能属性间的关系进行系统独立比较分析研究，同时验证小枝异速生长关系。 选取23种杜鹃花属植物为材料，利用ISSR分子标记手段对其种间的亲缘关系进行研究和评价，结果发现：1) ISSR位点变异丰富。通过10条ISSR随机引物对供试的混合DNA样品进行分析，共检测到207个标记，其中多态性标记为197个，多态百分率为95.17%，种间表现出丰富的遗传多样性;2) 对ISSR产物进行统计分析的聚类分析结果同传统分类的结果基本一致。说明，ISSR分子标记技术在构建系统发育树方面具有较高的成熟性和可靠性。 本研究还对42种杜鹃花属植物小枝的功能属性进行了异速生长分析，结果发现：1)小枝大小对叶片生物量分配比率的影响不显著，SMA斜率为1.040 (95%的置信区间(CI)=0.998～1.085);但是，小枝越大，叶柄生物量分配比例越高(SMA斜率为1.245，显著大于1.0，呈显著的异速生长关系);2)小枝越小，单叶面积越小(支持Corner法则)，单位质量小枝所支持的叶面积越大，即具有较小枝条和较小叶片的物种可能具有较高的叶面积支持效率。结果有助于更好地理解亲缘关系十分接近的杜鹃花属植物，在不同生境条件下叶片大小的差异，以及在胁迫生境条件下小叶物种更为常见的原因。 此外，本文利用系统独立比较方法结合传统种间比较方法对23种杜鹃植物小枝进行异速生长分析，其中这23种杜鹃是前两方面研究的共有材料。系统独立比较分析分别依据ISSR得出的系统关系和中国植物志提供的系统关系构建两种系统树。结果表明：1)系统独立比较与种间比较分析得出的相关性结果一致;2)两种系统树所得的独立比较分析结果基本一致，相关性均达到极显著水平，即这两种方法作为构建系统树的依据是一致的。