果实成熟衰老与抗病性的调控机制研究

　　果实为开花植物所特有的发育器官，在种子的成熟和传播过程中发挥着重要作用。同时，肉质果实中含有丰富的营养物质，包括纤维素、维生素、抗氧化剂等，成为人们饮食的重要组成部分。由于果实的成熟衰老和抗病性直接影响果品的质量和市场价值，因此，研究果实成熟衰老和抗病性的调控机制具有重要的理论意义和应用前景。本文主要利用蛋白质组学的方法，探讨外源化学物质抑制果实成熟衰老和诱导抗病性的调控机制。 1. 硅对果实的抗病性诱导：用硅酸钠（1%）处理采后的甜樱桃果实，再接种褐腐病原菌（Molinilia fracticola），置于20C下，观测贮藏期间果实的发病率，并分析硅处理后诱导的主要蛋白质及调控机制。研究结果表明：硅酸钠处理可显著抑制贮藏期间褐腐病的发生，其抑病机理与硅诱导PR-蛋白的表达，提高果实的抗氧化水平，减轻由病原菌侵染造成的氧化胁迫相关。同时，硅处理还能保护细胞骨架结构，有利于增强果实对病原菌入侵的抵抗力。 2. 水杨酸对果实的抗病性诱导：用水杨酸（SA，2mM）在果园处理三种成熟度的甜樱桃果实，然后接种青霉病原菌（Penicillium expansum）观察其发病情况，并取样分析参与抗病性应答的主要蛋白质及调控机制。试验结果表明：SA处理能显著降低青霉病的发病率和抑制病斑扩展，而且SA对低成熟度甜樱桃果实的抗性诱导效果更好。在八成熟的果实中，有5个热激蛋白和4个脱氢酶蛋白被SA诱导，这些蛋白参与了糖酵解和三羧酸循环。抗氧化蛋白和PR蛋白主要参与较低成熟度果实的抗性应答，而热激蛋白和脱氢酶在较高成熟度果实的抗性应答中更明显，SA诱导的抗性与代谢途径相关。 　　3. 草酸对果实的抗性诱导：用5mM的草酸处理冬枣果实后，接种青霉菌（P. expansum），观察果实发病情况，测定果实相关的生理指标，分析参与果实抗性应答的主要蛋白质及调控机制。结果表明：草酸能明显延缓冬枣果实的衰老，提高果实对青霉菌的抗性。草酸处理能抑制果实乙烯的释放量和呼吸强度，延缓叶绿素的降解，减少乙醇积累。利用蛋白质组学的研究方法证实了在25个参与了草酸处理应答的蛋白中，胱硫醚-β-合酶结构域包含蛋白（CBB domain-containing protein）和3个与光合作用相关蛋白[二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase, chloroplast precursor），二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基结合蛋白（RuBisCO large subunit-binding protein subunit beta, chloroplast precursor），植物光系统Ⅱ放氧复合蛋白2（PSII oxygen-evolving complex protein 2）]的表达量上调，乙醇脱氢酶的表达量出现下调。草酸处理还提高了与乙烯合成前体相关蛋白的表达，抑制了ACC合成酶的活性。草酸提高果实抗病的机制与延缓果实成熟衰老和保持果实抗性有关。 4. 果实衰老的调控机制：采用高氧（100%）和低氧（2-3%）处理苹果果实，观察果实衰老的进程，并基于蛋白质组学的研究方法，探讨苹果果实衰老与线粒体蛋白质组的关系。结果表明，在苹果衰老过程中有22个蛋白的表达量发生变化，这些蛋白主要参与了三羧酸循环，电子传递，碳代谢和胁迫应答。高氧处理能诱导氧化胁迫，加速了果实的衰老。质谱鉴定结果证明：在高氧胁迫下，超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，MnSOD）和线粒体外膜通道蛋白（porin) 的表达量降低，MnSOD的活性受到抑制，由此提高了线粒体中超氧阴离子的含量，增加了蛋白质的氧化损伤。 此外，高氧处理改变了porin的功能，导致了线粒体膜的透势发生变化，从而引起外膜损伤。由此阐明了活性氧在果实的成熟衰老调控中的重要作用。

Ulva diversity in the Yellow Sea during the large-scale green algal blooms in 2008-2009

P>In the Yellow Sea of China, large-scale green tides have broken out for three consecutive years from 2007 to 2009. As part of the efforts to localize the algal source, two cruises were conducted in the early stage and the outbreak stage of the bloom in 2009. We analyzed the morphological and genetic diversity of drifting Ulva specimens and culture-derived isolates from seawater sampled in different localities. For phylogenetic analyses, the nuclear encoded ribosomal DNA internal transcribed spacer region (ITS nrDNA) and the plastid encoded large subunit of ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxgenase gene (rbcL) were used. Our molecular and morphological data indicate that the dominant free-floating Ulva species in 2008 and 2009 possibly belonged to a single strain of the U. linza-procera-prolifera (LPP) clade. The ITS sequences from bloom-forming algal samples with dense branches were identical to those from U. linza-like specimens without branches derived from the Yellow Sea. Microscopic individuals of the dominant Ulva strain were detected in eight stations, revealing that spore dispersal in the water helped to enlarge biomass in the water during the outbreak stage of green tide in the Yellow Sea.

雨生红球藻Rubisco在虾青素积累过程中的表达分析

虾青素因其具有极强的抗氧化性及优越的着色作用，被广泛应用于营养保健和水产养殖中，备受国内外研究者的关注。红球藻是目前虾青素的生物来源中较有优势的一条途径。 我们选取雨生红球藻作为研究材料，收集其生长过程中四个不同的阶段，分别为绿色游动细胞阶段，绿色不动细胞阶段，绿褐色不动细胞阶段（开始积累虾青素），以及红色不动孢子阶段。本研究中提取了核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶（Rubisco）的粗提液，并测定了酶活。其编码基因rbcL的mRNA表达量也被测定。另外，光合速率与呼吸速率的比值（P/R）通过测定与计算得出，各个阶段藻细胞中虾青素的含量由分析得出。本研究还应用了叶绿素荧光测定方法，确定了光系统II潜在最大活性（Fv / Fm），光系统II实际活性（ΦPSII），电子传递速率（ETR）和非光化学淬灭参数（NPQ）。 结果表明，绿色游动细胞的生长状态最佳，其P/R、Fv / Fm、ΦPSII均为最大，NPQ为最小。这说明在此状态的细胞中，光系统II的活性最强；但是其Rubisco活性与rbcL表达量均为最小。相比之下，在绿褐色不动细胞中，P/R和NPQ的值较低，Fv / Fm、ΦPSII和ETR值都最小，但Rubisco活性与rbcL表达量均为最高。 结合工业生产虾青素的方法，我们认为，Rubisco或许参与了虾青素的合成，而非Calvin循环为色素合成提供前体和能量。因此，在生产过程中适当加入碳源，比如CO2，可以有效增大虾青素的产量。

CO2浓度升高对红桦幼苗生理与生长的影响

大气CO2浓度的增加已经成为不可争议的事实。预计本世纪末大气CO2浓度将增加到约700µmol mol-1。森林年光合产量约占陆地生态系统年光合产量的70%。森林树木是一个巨大的生物碳库，约占全球陆地生物碳库的85%。森林树木对CO2的固定潜力是缓解由大气CO2浓度升高引起的未来全球气候变化问题的决定性因子之一。红桦（Betula albosinensis Burk.）是川西亚高山采伐迹地自然或人工恢复的重要树种。本研究以1a红桦幼苗为模式植物，采用人工模拟的方法，研究CO2浓度升高对不同种内竞争强度（种群水平）下红桦幼苗的生理特征、生长、干物质积累及其分配的影响，探讨在种内竞争生长条件下红桦幼苗的“光合适应机理”与生长特征，为西南亚高山森林生产力对未来全球变化的预测提供重要参考。 本研究的主要结果如下： 1）在种内竞争生长条件下红桦幼苗经过CO2浓度升高熏蒸4个月后，叶片出现“光合适应”现象。与对照相比，低种植密度（28株m-2）和高种植密度（84株m-2）条件下的红桦幼苗净光合速率（A）、气孔导度（gs）、蒸腾速率（E）、表观量子产量（AQY）和羧化速率（CE）显著降低，而水分利用效率（WUE）则显著提高。CO2浓度升高处理的红桦幼苗叶片Rubisco活性、单位叶面积N浓度、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素浓度都显著降低。但CO2浓度对红桦幼苗的叶绿素a与叶绿素b的比值没有显著影响。CO2浓度升高显著增加红桦幼苗单位叶面积的非结构性碳水化合物（TNC）浓度，结果是红桦幼苗的比叶面积（SLA，cm2 g-1）显著降低。 2）与对照相比，CO2浓度升高处理的红桦幼苗高、基径、单叶面积和侧枝的相对生长速率（R GR）显著提高，尤其在试验处理的早期。CO2浓度升高既增加单株红桦幼苗总叶片数量又增加单叶面积，结果是单株红桦幼苗的总叶面积比对照显著增加。 3）CO2浓度升高处理显著增加红桦幼苗干物质积累（尤其是细根生物量），改变了红桦幼苗生物量的分配格局。与对照相比，CO2浓度升高处理的红桦幼苗叶重比（LWR）、叶面积比（LAR）、叶根重比（Wl/Wr）和源汇重比（leaf weight to non-leaf weight ratio, Wsource/Wsink）显著下降（高种植密度的LWR除外），而根冠比（R/S）则显著增加。在两种种植密度条件下，CO2浓度升高显著增加红桦幼苗根生物量的分配比率，显著降低叶片的生物量分配比率，对主茎、侧枝以及地上生物量的分配比率不变或约有下降。 总之，长期生长在CO2浓度升高条件下的红桦幼苗光合能力下降，并伴随Rubisco活性、叶N浓度、光合色素浓度的显著降低以及TNC浓度的显著增加。支持树木光合速率下降与Rubisco活性、叶N浓度下降以及TNC浓度增加紧密相关的假设。CO2浓度升高处理红桦幼苗的早期相对生长速率大大高于对照，而后期迅速下降，说明红桦幼苗生物量的显著增加主要归功于CO2浓度升高的早期促进作用和叶面积的显著增加。CO2浓度升高显著增加红桦幼苗根系生物量和根冠比，表明红桦幼苗“额外”固定的C向根系转移。 The steady increae of atmospheric CO2 concentration（[CO2]）has been inevitable fact. Models predict that the atmospheric [CO2] will increase to about 700µmol mol-1 at the end of the twenty-first century. As trees constitute a majoor carbon reservoir–85% of total plant carbon is found in forest, and their ability to sequester carbon is a key determinant of future global change problems caused by increases in atmospheric CO2. In addition to the role of forests in the global carbon cycle, inceased growth could be of economic benefit, for example, offsetting deleterious effects of climatic changes. Betula albosinensis (Burk.) usually emerges as the pioneer species in initial stage and as constructive species in later stages of forest community succession of mountain forest area, and also is one of important tree species for afforestation in logged area, in southwesten China. In this experinment, Betula albosinensis seedling (one-year-old) was used as the model plant. B. albosinensis seedlings were grown under two all-day [CO2], ambient (about 350 µmol·mol-1) and elevated [CO2] (about 700 µmol·mol-1), and two planting densities of 28 plants per m2 and 84 plants per m2. The objectives were to characterize birch mature leaf photosynthesis, growth, mass accumulation and allocation responses to long-tern elevated growth [CO2] under the influences of neighbouring plants, and to assess whether elevated [CO2] regulated birch mature leaf photosynthetic capacity, in terms of leaf nitrogen concentration (leaf [N]), activity of ribulose bisphosphate carboxygenase (Rubisco), Rubisco photosynthetic efficiency, and total nonstructural carbohydrates (TNC) concentration, and also to provide a strong reference to predict the productivity of subalpine forests under the future global changes. The results are as follows: 1) B.albosinensis seedlings exposed to elevated [CO2] for 120 days, photosynthetic acclimation phenomena occurred. At two planting densities, leaves of birch seedlings grown under elevated [CO2] had lower net photosynthetic rate (A), stomatal conductance (gs), transpiration (E), apparent quantum yield (AQY) and carboxylated efficiency (CE) and higher water use efficiency (WUE), compared to those of B.albosinensis seedlings grown under ambient [CO2]. Based on the leaf area, leaf [N], Rubisco activity and photosynthetic pigments concentrations of B. albosinensis seedlings grown under elevated [CO2] were significantly lower than those grown under ambient [CO2]. The ratio of chlorophyll a to chlorophyll b concentration was not affected by elevated [CO2]. Under elevated [CO2], the TNC concentration per unit leaf area significantly increased, resulting in significant decrease in specific leaf area. Thus leaf photosynthetic capacity of B. albosinensis seedlings would perform worse under rising atmospheric [CO2] and the influences of neighbouring plants. 2) Under elevated [CO2], the relative growth rate (RGR) of B. albosinensis seedlings height, basal diameter, a leaf area and branch length significantly increased, especially at the initial stage of exposure to elevated [CO2], and a leaf area and leaf numbers per B. albosinensis seedling also significantly increased. Thus the total leaf area per B. albosinensis seedling was significantly increased under elevated [CO2]. 3) As the increase of RGR and total leaf area, biomass of B. albosinensis seedling grown elevated [CO2] was higher, compared to that of B.albosinensis seedlings grown at ambient [CO2]. Elevated [CO2] changed the biomass allocation pattern of B. albosinensis seedling. At two planting densities, B. albosinensis seedlings grown elevated [CO2] had lower leaf weight to total weight ratio (LWR), leaf area to total weight ratio (LAR) and leaf weight to non-leaf weight ratio (Wsource/Wsink), but higher root weight to shoot weight ratio (R/S), compared to those of B.albosinensis seedlings grown at ambient [CO2]. Under elevated [CO2], roots biomass to total biomass ratio was signigicantly increased, leaves biomass to total biomass ratio was significantly decreased. The main stem and branch biomass to total biomass ratio were not affected by elevated [CO2]. In conclusion, our results supported the hypothesis that the decline in photosynthetic capacity of C3 plants will appear after long-term exposure to elevated [CO2], accompanying with the significant decrease in Rubisco activity, leaf N concentration, photosynthetic pigments concentration, and significant increase in total non-structural carbohydrates concentration. Our results also have shown that the increase of biomass of B. albosinensis seedlings should be attributed to initial stimulation on RGR and total leaf area resulted from elevated [CO2]. Under elevated [CO2], the extra carbon sequestered by B.albosinensis seedlings transferred into under-ground part because of increase in root biomass and R/S.

钾离子通道Kir2.1/C-末端功能区的分子动力学模拟

<正>内向整流型钾离子通道(Kir,inwardlyrectifyingpotassium)在细胞激活、细胞内外钾离子K~+的动态平衡、胰岛素分泌等细胞生理过程中起重要作用。而细胞内各种不同因素和第二信使对Kir的调控则是实现其不同生理功能的途径。已有实验结果表明,4,5二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2,phosphatidylinositol4,5-bisphosphate)与Kir相互作用的强弱决定了Kir对各种调控因素的响应程度。根据Kir2.1与Kir3.1胞内C-末端X-ray

玉米高产优质生产中若干生理生态问题的研究

玉米（Zea mays L.）是我国十分重要粮食、饲料和工业原料作物，种植区域覆盖我国大部分农业区。随着玉米品种改良和新栽培技术的应用，我国玉米产量大幅度增加。自1950s以来，我国玉米产量递增幅度为126kg/hm2/yr。在玉米产量提高过程中，单叶光合作用与产量之间存在什么样的关系？当代玉米品种的品质和养分利用效率如何？高密度种植条件下是否存在“根系拥挤”及如何调控等。为探讨上述科学问题，本研究选择中国北方常见的大田玉米品种，在高肥力自然光照条件下，探讨玉米高产优质栽培过程中生理生态特征的变化趋势，以指导科学育种和栽培。主要研究结果如下： 　　1）光合与产量的演变我国 1950s、1970s、1990s等不同年代推广的玉米品种中，当代品种叶片光合速率高且高值持续期长，光合色素叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等的含量高且持续时间长，与光合有关的蒸腾速率（E.）、细胞间隙CO2浓度（Ci.）、气孔导度（gs）等也有较大改良，中下部叶片尤其明显;在生育后期，当代品种具有更高的光合优势。老品种饱和光合速率(Psat)在灌浆期下降，并非RuBPCase 和PEPCase的活性降低，而是由于叶绿素含量和可溶性蛋白含量的降低。在花后期间，由于PS2功能的下降，造成了光合能力下降，而现代品种的PS2 功能在衰老前一致保持旺盛状态。 　　老品种光合特征对缺氮的反应表现更敏感。花后缺氮光合作用下降是非气孔限制的，因为气孔导度和胞间CO2浓度没有发生明显的变化。其主要原因是缺素造成老品种叶片早衰，叶绿素含量、可溶性蛋白含量、PEP羧化酶活性下降。现代品种表现较强的抗衰老能力，其N素利用效用高于老品种。我国玉米产量的大幅度提高在很大程度上应归功于叶片光合性能的改良。 　　随玉米品种更替，群体光合速率增强，群体光合衰减率降低，呼吸消耗所占总光合的百分率下降。灌浆期当代品种中下部叶片的群体光合速率明显高于老品种。种植密度是影响玉米群体光合速率的主要因素，在高中低三种密度条件下，当代品种均有较高的群体光合速率，表现出耐密性强、适应性广、源足库大、产量高的特点。 　　2）高油玉米的产量受到叶源大小和叶源活力的双重限制在 1.5 株/m2密度下，与普通玉米相比较，高油玉米单株籽粒产量显著低于普通玉米，产量构成中穗粒数差异不显著，千粒重较低（P＜0.01）;两类型玉米的单株库容量相当，高油玉米籽粒灌浆速率小，籽粒充实度低，单粒重对叶源相对减少（剪叶）或相对增多（疏库）的反应比普通玉米更为敏感，其产量受到同化产物供应（叶源）相对不足的限制。高油玉米授粉后的叶面积、叶面积持续期小，叶片含氮量和光合速率较低，说明高油玉米的产量受到叶源活力（光合速率）小和叶源数量少的双重限制。 　　3）我国北方玉米品种的个体产量潜力、氮素利用效率及籽粒与秸秆粗蛋白质含量在充分发挥个体生产潜力的低密度条件下，我国北方1990s 以来大面积种植的50个玉米主栽品种中，个体产量潜力和氮素利用效率高度正相关(P=0.01)，而子粒千粒重与NUE 呈显著性负相关(P=0.002)。对玉米产量和氮素利用效率进行分层聚类，可将北方玉米品种划分为高产高NUE 型、低产低NUE 型和中间型，高产高NUE 型玉米品种相对较少，仅占24%。籽粒粗蛋白质含量（CPC）与秸秆CPC 相关性不显著（P＞0.05）。对籽粒和秸秆的CPC 进行分层聚类，将北方玉米品种划分为籽粒高秸秆低型、籽粒与秸秆双低型和籽粒与秸秆双高型，CPC 双高型品种相对较少，仅占20%。 　　4）玉米根系拥挤效应对产量影响的生理生态机制及其调控随玉米品种更替根系的空间分布呈“横向紧缩，纵向延伸”的特点。当代三类型玉米根系分布特性与株型、穗型相关。紧凑型品种根系分布深，下层根系所占比率大，适合密植，群体产量潜力大;平展大穗型品种根量多，分布较浅，在低密度下可获得较高的个体生产力，但不适合密植，群体产量潜力小。 　　“根系拥挤”显著影响玉米产量，减小根系横向伸展空间，下层土壤中的根系分配比率增多。在地上部充分生长条件下，紧凑型品种横向空间为30-50cm即可满足要求，平展型品种大于50cm;紧凑型品种对纵向空间受限制的反应更为敏感，平展型品种对横向空间受限制的反应更为敏感。“根系拥挤”影响根系活性、分布、氮素吸收利用和花后光合与14C同化物的分配。 　　在根系受限制条件下，增施肥料产量提高，根系总重增加，增加了根系在深层土壤（60-100cm）中的根系比率，显著增加了根系的TTC 还原量、SOD、CAT、POD活性。土壤加沙，根量减少，但根系TTC 还原量增加、产量提高，提高幅度以大穗型品种更为显著。 　　随种植密度增加耕层根系密度与群体产量同步增大，各类品种均在最高根系密度下获得最高产量。根系负荷的籽粒产量潜力三类型品种存在极大差异，在一定范围内增大种植密度，根系伸展空间减小，群体产量提高，紧凑大穗型品种产量最高，品种的耐密性是限制根系负荷籽粒产量潜力的主导因素。因此，培育株型紧凑、耐密性强、大穗玉米良种，采取有效的调控措施是玉米进一步高产的主攻方向。 　　5）我国夏玉米高产田的培创理论研究与实践相结合，2005 年在我国华北地区的山东莱州培创出籽粒实产21 042.9kg/hm2 （ 14% 含水量， 实收面积=45.7m×15.9m=726.63m2）的夏玉米高产纪录。主要采用以增加密度为保障的“群体结构性挖潜”和以提高整齐度为保障的“个体功能性挖潜”途径，生理生态指标包括：选用紧凑抗倒耐密植品种DH3719，种植密度102 030 株/hm2，收获密度98 610 株/hm2，花后具有较长的叶面积高值持续期，达60d以上，叶面积指数最大为6.53，收获2.59。上部叶片光合值对外界光强度变化敏感，其光合峰值出现时间提前，而后迅速衰减;中部叶片光合值的降低较慢，下部叶片变幅最小，可能是长期处于争光环境表现出的生态适应性。粒叶比0.32，经济系数0.542，单株产量216g，千粒重375.1g。

谷子和甘蔗C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的克隆及其转基因水稻光合效率的提高

水稻是我国重要的粮食作物之一，它是一种典型的C3植物。与其它C3作物不一样的是，水稻的生长需要相对较高的温度和充足的阳光照射。然而高温和高光强的生长环境更加适合于C4植物的生长，更加有利于发挥C4植物高光合效率的特点。因此本论文希望将C4植物中固定CO2的酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因导入水稻，获得一种更加适合高温和高光强生活环境的“C4型”水稻，这对于提高水稻的产量，满足人口增长对粮食需求具有重大意义。 本论文从C4植物谷子和甘蔗中克隆了其C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶cDNA基因，获得了具有自主知识产权的基因克隆，并将它们导入粳稻品种中花8号，进而对转基因材料的光合生理特性进行了研究。结果如下： 首次从谷子中得到了ppc基因两个cDNA克隆，分别命名为Mppc1和Mppc2。前者是一个C3型的ppc基因，它可能属于在根中特异表达的C3-2型ppc基因;后者是在绿色叶片中大量表达的C4型ppc基因。它们所编码的蛋白的氨基酸残基数分别为961和964，序列同源性为82.5%。C4型PEPC多出的3个氨基酸位于N末端。利用RACE的方法我们得到了谷子C4型ppc基因完整的cDNA序列，包括63bp的5'非编码区，2895bp的编码区和256bp的3'非编码区。 首次获得了甘蔗C4型ppc基因完整的cDNA序列的克隆，命名为Sppc。它包括95bp的5'非编码区、2886bp的编码区，和224bp的3'非编码区。 利用所克隆的基因，分别连上强组成型启动子Ubiquitin启动子和强光调控启动子Rubisco小亚基启动子后，再插入两个标记基因不同的表达载体pCB和pPCB的多克隆位点中，构建了八个含有外源ppc基因的植物表达载体pCB-Pubi-Mppc、pCB-Pubi-Sppc、pCB-PrbcS-Mppc、pCB-PrbcS-Sppc、pPCB-Pubi-Mppc、pPCB-Pubi-Sppc、pPCB-PrbcS-Mppc和pPCB-PrbcS-Sppc。再加上含有玉米完整的C4型ppc 核基因的载体pCB-ZMppc，共有9个载体。利用农杆菌介导法进行了水稻的转化，各个载体都获得了大量的转基因植株。对标记基因潮霉素磷酸转移酶基因hpt和磷酸甘露糖异构酶基因pmi以及导入的目的ppc基因的PCR扩增检测，结果显示绝大多数转基因植株都能扩增出目的片段，而未转化的植株则没有扩增产物。对部分转基因水稻的Southern和Western杂交以及RT-PCR分析都表明，无论从DNA水平、mRNA水平，还是从蛋白质水平上都证明外源ppc基因都成功地导入了水稻，并获得了正确的表达。 对各载体转基因植株PEPC活性大规模的测定表明，转入玉米完整C4型PEPC核基因（有内含子）的水稻表现出极大的表达效率，大多数转基因材料的PEPC活性为对照的10-20倍，其活性最高可达到对照的44倍。转入谷子和甘蔗PEPC基因cDNA的水稻，表达的效率很低，多数材料活性增加仅为对照的2-5倍，但也有极少数材料活性增加了10倍以上。用Rubisco小亚基启动子控制的ppc基因在水稻的表达活性要略高于Ubiquitin启动子控制的ppc基因。以上结果说明ppc基因的内含子在其转录或mRNA的稳定上起着重要作用。 对部分转基因材料气体交换特征的研究发现，随着转基因水稻PEPC活性的增加，净光合速率也有逐渐增加的趋势。其中PEPC活性最大的ZM24株系的三个单株净光合速率比对照增加了39.8%、13.7%和28.6%，而它们的PEPC活性比对照分别增加了21.2、21.9和23.6倍。 转PEPC水稻的净光合速率与气孔导度具有显著的相关性。这说明表达的外源ppc 基因产物PEPC参与了转基因水稻的气孔运动，使气孔开放程度增加。更有意义的是过表达PEPC的水稻具有更高的水分利用效率，这就增加了其耐旱能力。在光抑制条件下转基因水稻也具有更高的光合能力。这些特征表明转ppc基因的水稻比对照更加适合于水稻高温高光强和干旱的原生环境。

紫菜壳孢子萌发过程及其世代差异研究

紫菜是一类海洋藻类研究的模式系统，具有重要的经济价值和理论研究意义。本研究基于紫菜的世代交替生活史，对其壳孢子萌发过程进行了研究，并对丝状孢子体与叶状配子体的世代差异进行了分析，主要包括以下三部分： 1） 对紫菜丝状孢子体与叶状配子体的连接枢纽——壳孢子的发育过程及其光影响进行了研究与讨论，发现壳孢子只有在附着后才能形成细胞壁并发育，说明壳孢子的附着是触发了壳孢子细胞壁的形成以及后期发育的开关，亦即附着是触发紫菜世代交替过程中配子体转录组表达的开关；纤维素酶和果胶酶均能抑制壳孢子附着，但影响机制各不相同，推测果胶质主要介导壳孢子的初始附着，而纤维素则与永久附着相关；波长≥580 nm的高强度（200 μmol•m-2•s-1）可见光有利于壳孢子早期发育。 2） 结合现有藻类数据，对坛紫菜丝状孢子体阶段11000 EST数据进行了大规模的生物信息学分析，结果首次发现坛紫菜丝状孢子体中可能存在PCK型C4光合固碳途径，并筛选出44条在紫菜孢子体中表达上调的代表基因。 3） 结合坛紫菜、条斑紫菜、海带和红毛菜，对红藻和褐藻等大型海藻孢子体与配子体阶段代表基因Rubisco的表达与羧化酶活性差异进行了研究分析，结果表明Rubisco的表达量和初始羧化酶活在其配子体中均显著高于其孢子体世代，即与藻体不同世代的相对复杂度无关，而与染色体倍性相关，说明Rubisco的世代差异极有可能与染色体倍性相连锁，因而可能是海藻世代交替过程中的重要功能基因。