应用蛋白质组学方法研究盐角草（Salicornia europaea L.）的抗盐性-盐角草双向电泳体系的建立

盐角草（Salicornia europaea L.）是世界上最抗盐的高等植物之一。应用蛋白质组学方法对其抗盐性进行研究，对于我们理解植物抗盐机理和改进作物耐盐性都有重要意义。双向电泳是蛋白质组学的核心技术，样品制备是双向电泳的关键步骤。盐角草是一种聚盐的真盐生高等植物，其体内除含有多种次生代谢物质外还含有大量盐分，而盐离子的存在严重干扰等电聚焦的进行，其蛋白质提取较其他植物更为困难。因此，在进行蛋白质组学研究之前，有必要对其蛋白质提取方法进行摸索，建立一个高效的双向电泳体系。 　　比较了三氯乙酸/丙酮沉淀法（TCA）、三氯乙酸沉淀法（E-TCA）和酚抽法（Phe）三种方法对盐角草蛋白的提取效果。提取700mM处理2d的盐角草幼苗蛋白时，三种方法分别得到579，343和535个蛋白点;TCA和E-TCA法所得图谱均存在严重的横向纹理，Phe法所得图谱则背景干净，基本上没有纹理。说明Phe法不仅能很好地提取盐角草蛋白，而且能有效去除样品中的盐分。对200mM处理90d的盐角草蛋白的提取也证实了这一点。比较了不同沉淀剂对Phe法蛋白提取效果的影响，结果表明，甲醇不能代替乙酸铵甲醇溶液。对Phe法的提取液进行了改进，所得图谱背景更加清晰，蛋白点数增加。此外，还对聚焦时间，上样量和染色方法进行了改进优化，建立了盐角草双向电泳体系。 　　本研究表明，Phe法适合于盐角草双向电泳样品的制备，这为其他盐生植物以及嗜盐微生物蛋白质的提取提供了重要参考。 　　

盐角草（Salicornia europaea L.）体外再生体系及floral-dip转化系统的初步研究

盐角草（Salicornia europaea L.）属藜科盐角草属（Salicornia），是迄今已报道过的最为耐盐的真盐生植物之一。跟与其同属的海蓬子（Salicornia bigelovvi Torr.）相比, 它的分布更为广泛。它的种子含油丰富，因此具有发展为油料作物的潜力。此外，它也可以作为蔬菜和饲料。盐角草的组织培养工作为未来的转化研究和胁迫相关基因功能分析提供了有力的工具。本工作中，通过器官发生途径，建立了盐角草的体外再生体系。以完整的成熟种子为起始培养材料，在添TDZ 0.1 mg/L与NAA 1 mg/L的MS培养基上，暗培养三周后在下胚轴处形成愈伤组织，形成愈伤的平均频率为99％。愈伤组织在含TDZ 0.1 mg/L与NAA 1 mg/L的培养基上培养3－4周后分化出芽，分化频率约26.7%。采用2,4-D短时处理法结合添加NaCl，经过6－8周的培养获得了丛生芽，提高了再生频率。分化芽3周后转入含IBA 0.5 mg/L、KN 0.1 mg/L与0.05％活性炭的1/2 MS培养基，3周后生根形成完整植株。同时，本研究也进行了从直接不定芽途径建立盐角草再生体系的试验，但未获成功。 此外，本工作借鉴拟南芥的floral-dip转化法，对建立盐角草floral-dip转化系统进行了尝试。

盐角草（Salicornia europaea L.）SePSY和SeLCY基因克隆及功能分析

盐角草（Salicornia europaea L.）是一种叶片退化而茎肉质化，不具有盐腺和盐囊泡的真盐生植物，可以在1020 mM NaCl下生存。其特殊的形态适应特点使其成为研究植物抗盐性的良好实验材料。但目前与盐角草抗盐机理相关的生理和分子方面的研究还非常有限。本文以盐角草为材料，首先探讨了盐分和渗透胁迫对其光合作用和渗透平衡的影响，在此基础上进一步克隆了盐角草类胡萝卜素合成途径中的两个关键酶，八氢番茄红素合成酶（SePSY）和番茄红素β-环化酶（SeLCY）基因，并进行了功能分析。该研究对于了解类胡萝卜素在植物抗盐性中所起的作用具有重要意义。 盐分和渗透胁迫对其光合作用和渗透平衡影响的实验结果表明：200 mM NaCl是盐生植物盐角草生长的最适盐浓度，在该盐度下盐角草中叶绿素a/b的比值和光饱和点升高，植株的光合作用表现出增强的效应，植株生长最佳。而27％ PEG-6000所模拟的渗透胁迫显著降低了盐角草中叶绿色a/b的比值，抑制其光合作用和生长。200 mM NaCl下，Na+的含量显著增加，但脯氨酸含量保持不变，说明Na+对盐角草渗透平衡的作用要强于脯氨酸。同时盐角草中液泡H+-ATPase（V-H+-ATPase）活性增强，而盐角草Na+/H+逆向转运蛋白基因（SeNHX1）在盐分和渗透胁迫下却表现为组成型表达;我们因此推断在盐分胁迫下，Na+的吸收是由于液泡H+-ATPase活性的增强，而不是诱导SeNHX1基因的表达。同时Na+的吸收可能进一步诱导了与光合作用相关基因的表达。 盐分对植物的影响涉及植物体内包括光合作用和活性氧代谢在内的多个代谢过程。在植物中，类胡萝卜素是植物捕光天线复合体（LHC）和光系统反应中心叶绿素结合蛋白的重要组成部分。植物体内类胡萝卜素能够清除植物叶绿体，线粒体和过氧化物体在电子传递过程中产生的活性氧。同时类胡萝卜素是植物激素ABA的前体。200 mM NaCl虽然增加了盐角草细胞的渗透势，但并没有对其造成氧化胁迫和离子毒害，相反提高了其光合能力。类胡萝卜素作为植物活性氧的淬灭剂和光系统的组成成分，可能在盐角草抗盐机理中发挥着比较重要的作用。在过去的十年中，类胡萝卜素研究大多集中在其生物合成和提高作物中类胡萝卜素含量方面，可是，在植物对非生物逆境（如氧化和盐分胁迫）的适应机制中，类胡萝卜素合成途径究竟发挥什么作用目前还不是很清楚。为了了解盐角草中类胡萝卜素合成途径在植物逆境的适应机制中所发挥的作用，本文采用RACE的方法克隆了盐角草类胡萝卜素合成途径中的两个关键酶基因 SePSY和SeLCY，将它们构建到植物表达载体SN1301中，转化拟南芥，并对它们进行了初步的功能分析。 研究发现盐角草SePSY基因全长1655 bp，编码419个氨基酸，推测分子量为47.2 kDa，等电点为8.92。其蛋白在1-65个氨基酸处有一个信号肽。在1-19和242-264氨基酸处有2个跨膜区。盐角草SeLCY基因全长1937 bp，编码498个氨基酸，推测分子量为56.1 kDa，等电点为8.41。其蛋白在1-37个氨基酸处有一个信号肽。在79-96，367-385和454-474氨基酸处有3个跨膜区。SePSY和SeLCY基因过量表达均促进转基因拟南芥的生长，转SePSY基因拟南芥次生根数目比野生型拟南芥明显增多。SePSY和SeLCY基因的过量表达还使转基因拟南芥对百草枯的抗性得到提高;SePSY基 因的过量表达增强了植株体内抗氧化保护酶过氧化物酶（POD），超氧化物歧化酶（SOD）活性，但过氧化氢酶 （CAT）的变化不显著;转SeLCY基因株系POD，SOD，CAT的活性都有所增强，但转SePSY基因株系中POD活性明显高于 转SeLCY基因株系。转SePSY和SeLCY基因拟南芥叶片中丙二醛（MDA）和H2O2含量均降低，但转SePSY基因株系中MDA和H2O2含量明显低于转SeLCY基因株系。说明转基因拟南芥对氧化胁迫的抗性得到了提高，同时使得光系统II（PSII）和细胞膜的结构和功能不被破坏。而转SePSY基因株系对盐分和氧化胁迫的抗性明显高于转SeLCY基因株系。SePSY和SeLCY基因的过量表达还提高了转基因拟南芥的光合效率，气孔导度和Fv/Fm比值。 SePSY和SeLCY基因转化拟南芥及其功能分析的初步结果表明，SePSY和SeLCY基因的过量表达提高了转基因拟南芥对体内活性氧（ROS）的清除能力，增强了拟南芥的光合能力，进而提高了拟南芥的抗盐性。

水杉的分类、历史地理分布及其与古气候变迁的关系

本文所用标本为采自中国东北晚白垩世或古新世黑龙江省嘉荫县乌云组和早始新世辽宁省抚顺市西露天矿古城子组和计军屯组的水杉植物化石。标本包括营养结构如两种小枝，生殖结构如雄花枝和雌球果。本论文对水杉的形态结构包括叶表皮及在雄球花苞叶的上下表皮结构及花粉结构作了详细的研究。 水杉属目前已建立21个种，由于保存的原因，多数种建立在保存下来的都分器的特征上。通过对中国东北材料与曾建立的14个种M. milleri，M. glyptostroboides, M. disticha, M. japonica, M. chinensis, M. cuneata, M. papillapollenites, M. miocenica, M. kimurae, M. onukii, M. europaea, M. asiatica, M. nathorstii, M. occidentalis 之间进行的详细对比，发现这些种之间存在着极大的相似性。现代水杉M. glyptostroboides的研究非常详细，且化石种缺乏足够的特征与其相对比，因此现代水杉可作为一个生活种而存在。M. milleri和M. glyptostroboides相比较表明：二者的雄球花及木材的解剖结构特征不同，以上其他的化石种由于保存的局限性，不具有可与M. milleri对此的相应的解剖特征，认为化石种M. milleri成立。M. disticha, M. japonica, M. chinensis, M. cuneata, M. papillapolenites, M. miocenica, M. kimurae, M. onukii, M. europaea, M. asiatica, M. nathorstii 11个化石种均归于M. occidentalis。由于M. wigginsii, M. neosibirica, M. krysthofovichi, M. spitzbergensis, M. paradoxa 5个种仅建立在具有互生叶的小枝或叶表皮的基础上，M. sibirica和M. klerkiana两个种仅建立在木材解剖的结构特征上,故此7个种有待于进一步研究.因此,水杉属下确定存的有3个种:1个现代种:M. glyptostroboides;2个化石种:M. occidentalis和M. Milleri. 本文还通过收集水杉栽培状况的资料,对水杉生长的环境和生长状况统计分析,得出水杉生存繁衍的气候条件要求范围:年降水量为1000.0 - 1865.5 mm,年均温为13-16 ℃, 一月均温为-3.1至4.2 ℃,极端低温为-12 ℃, 七月均温为17.7 - 27.9 ℃。这一条件也是水杉在地质克史时期分布区应该具备的气候限制因素。本文通过收集大量的文献资料得到水杉从晚白垩世至今在全球范围内的分布状况，发现：由于自晚白垩世以来气候逐渐转冷的变化，水杉的分布范围也在逐渐变小，最后仅自然分布于中国中部湘鄂川三省的交界。以时间为横轴，水杉分布的纬度为纵轴得到水杉分布的纬度变化曲线，从各个时期最北界为点建立的曲线的起伏变化表明，除从古新世至始新世曲线稍微升高外，晚白垩世以来曲线大都在下降，反映了气温在古新世晚期略微升高，其它时期都在下降之中，这一结论与氧同位素的结论基本一致。

大车前（Plantago major L. "Giant Turkish."）体外优化再生体系的建立及Na+/H+逆向转运蛋白基因SeNHX1 和TtNHX1 的功能鉴定

大车前（Plantago major L. "Giant Turkish."）不仅有很高的药用价值，在生态学研究方面也是重要模式植物。大车前的组织培养工作，目前报道很少。对其组织培养体系的建立，为筛选大车前耐盐突变体和基因转化建立高效的体外再生系统和实验平台体系。通过愈伤组织诱导和直接不定芽再生途径， 建立了大车前（Plantago major L. "Giant Turkish."）的快速高效再生系统。叶片外植体在含有1.0 mg/L NAA的MS培养基中培养3周后，形成愈伤组织，愈伤组织在含4.0 mg/L 6-BA的MS培养基中成功再生，得到完整植株。种子外植体在含0.2 mg/L IAA和1.0 mg/L TDZ的MS培养基中培养4周后产生大量的丛生芽，对9株再生植株进行RAPD检测表明，部分植株在DNA水平上发生了变异。 植物抵御盐胁迫的一个重要机制是在液泡中积累Na+，从而使细胞质内Na+保持在较低水平，并且降低细胞渗透势。Na+运输到液泡是由液泡Na+/H+逆向转运蛋白完成的。本实验室已从盐生植物盐角草（Salicornia europaea）和番杏（Tetragonia tetragonioides）中分别克隆得到SeNHX1和TtNHX1基因。本文研究了SeNHX1和TtNHX1基因在酵母突变体里的作用。TtNHX1和SeNHX1蛋白在缺陷型酵母菌株里的表达能够提高这些菌株对NaCl、LiCl和潮霉素的抗性，提高到与野生型相当的抗性水平。说明TtNHX1和SeNHX1有着与酵母ScNHX1相似的细胞定位和作用机制，是ScNHX1的功能类似蛋白。

OLAND生物脱氮系统运行条件及其微生物群落结构的研究

OLAND两阶段生物脱氮系统是一项正在开发且极具应用前景的处理高氨氮、低COD废水的新技术。在实验室水平，对OLAND系统限氧亚硝化阶段MBR反应器和厌氧氨氧化阶段SBR反应器的启动和运行进行了系统研究。MBR反应器控制参数在DO0.1-0.3mg/L，pH7.8±0.1，温度30±0.5℃，SRT无穷大的条件下，可实现在较高的容积负荷By＝IO00mgN／L，水力停留时间HRT：ld下稳定的亚硝酸型硝化，使NH4+-N和NO2-N的出水比例达到理想的比值（1:1.20±0.20），保证厌氧氨氧化阶段SBR反应器的理想进水；SBR反应器在完全厌氧、pH7.8-8.2，温度30±0．5℃，SRT无穷大的条件下，无需外加任何有机碳源，在较高总氮负荷550mgN／L下，可实现NH4+-N和NO2--N同时稳定的去除，二者的消耗比例为1:（1.21±0.05），总氮去除率高达92％。采用巢式PCR、DGGE、 FISH等分子技术对MBR反应器硝化菌群随溶解氧的动态变化规律和SBR反应器厌氧氨氧化菌群结构、组成进行了研究，并探讨了硝化菌群与氮素组成变化之间的内在联系。结果表明：在限氧亚硝化阶段硝化菌群中氨氧化菌受溶解氧浓度的影响较大，其种群结构从反应器启动初期到稳定后期发生了非常明显的变化。亚硝酸氧化菌NOB的种群组成受溶氧影响并不明显，从启动初期到稳定后期其种群结构无明显变化。硝化菌群中氨氧化菌 AOB与亚硝酸氧化菌NOB的数量比例关系随溶解氧的降低而不断升高，从最初的3.6:1升高到稳定后期的5.5:1。MBR反应器优势硝化菌群主要由A、B、C三类氨氧化菌和硝化杆菌D、硝化螺菌F组成，其中优势菌C为维持MBR反应器稳定出水比例的主要功能菌。硝化菌群组成和结构的变化，带来了不同N素之间组成和比例的规律性变化。厌氧氨氧化阶段基本由厌氧氨氧化菌AnAOB和ANAMMOX两类菌组成，二者空间结构紧密，在反应器中的活菌数量比例分别为55％和42％。厌氧氨氧化菌AnAOB种群多样性相对比较丰富，主要由条带I和H所代表的两种优势菌组成；ANAMMOX菌种群多样性变化较小，其种群主要由优势菌K和J组成。对MBR和SBR反应器中的优势菌进行了克隆、测序和系统发育学分析，结果表明：限氧亚硝化阶段MBR反应器启动初期的优势菌A属于Nitrosomonadaceae科，是否是一个新属，还有待于进一步鉴定。运行中期优势菌B与Nitroso）nonaseurooaea亲缘关系最近，同源性高达99.1％，暂命名为Nilrosomonas sp.BI。稳定后期优势菌C与Nitrosomonas eutroPha亲缘关系最近，同源性为96.3％，暂命名为Nifrosomonas sp．cl。硝化杆菌属优势菌D与Nitrobacter alkalicus、Nitrobacter hambllrgensts和Nitlobac招rwinograsky 亲缘关系较近，同源性分别为95.5-97％、96.5～97％和95.8～96.8％。SBR反应器中AnAOB优势菌I与MBR反应器优势菌B亲缘关系最近，同源性高达98.7％，与Nitlosomonas euroPaea同源性为98.3％。根据序列比较和生理特性分析，优势菌I与优势菌B应为Nitrosomonas属两个不同的种，暂将优势菌I命名为Nitrosomonas sp．II。优势菌H与MBR反应器优势菌C亲缘关系最近，同源性达97.9％，与Nitrosomonas eutropha同源性为96.3％。结合其生理特性分析，二者应为Nitrosomonas属两个不同的种，暂将优势菌H命名为Nitrosomollas sp．Hl。ANAMMox优势菌K与未培养的 Planctomycete和已鉴定的另一种ANAMMoX菌尤uenenia sf况ttgartiensis亲缘关系较近，同源性分别为99.8％和96.6％。优势菌J与Gen bank收录的所有菌的相似性均低于76％，说明该菌是OLAND系统厌氧氨氧化阶段比较独特的菌，是迄今为止在厌氧反应过程中未发现的一个新菌。