白杄花粉管胞吞/胞吐动态及其与细胞壁构建的关系

在有花植物受精过程中，具有顶端极性生长特性的花粉管是雄性生殖单位的载体，同时也是研究细胞生长分子调控机理的理想体系。与被子植物相比，裸子植物花粉具有萌发时间长、花粉管生长缓慢等特点。对于裸子植物花粉萌发和花粉管生长的机理，目前人们尚不十分清楚。本文将以裸子植物白杄（Picea meyeri）花粉为材料，应用不同浓度的分泌系统干扰剂Brefeldin A处理，并通过细胞学和生理生化方法，其中包括普通光学显微镜、荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、显微红外光谱（FTIR）和透射电镜（TEM）等技术，对其花粉萌发和花粉管生长过程中胞吞胞吐的调控，以及与细胞壁建成的关系等进行较为系统的研究，旨在为进一步揭示裸子植物花粉管发育的调控机理提供参考。 首先比较观察了各种细胞器在白杄与被子植物花粉管中的分布差异。经FM4-64探针标记结果表明，在正常生长的白杄花粉管顶端存在分泌小泡积累的透明区，但与被子植物比较起来，此透明区在花粉管中所占比例较小，且不呈倒“V”字型。在透射电镜下观察发现，其花粉管顶端透明区内分泌小泡的分布密度远低于被子植物。另外，在白杄花粉管中，线粒体的分布一般靠近细胞壁的地方，高尔基体分布较为分散，而内质网的分布则不具方向性。 其次，研究了BFA对白杄花粉萌发和花粉管生长的影响，特别是对其花粉管生长过程中的胞吐/胞吞作用。通常在正常生长的白杄花粉管中，用FM4-64标记后发现，在其顶端形成与透明区对应的荧光亮区;超微结构显示，在花粉管顶端进行旺盛的胞吐作用，许多分泌小泡正与质膜融合，以及分布有大量显示高分泌活性的壁旁体（PB）等。而经过BFA处理后，花粉的萌发和花粉管的生长均受到严重抑制，花粉管出现了弯曲（波状生长）或顶端膨大等异常形态，同时还干扰了FM4-64在花粉管顶端的标记模式。另外，花粉管顶端分泌小泡数量减少，透明区内充满线粒体、高尔基体和空泡等一些大的细胞器，壁旁体也随之消失，其中高尔基体呈现解体或弯曲的异常形态，在其周围的分泌小泡数量大大减少，内质网出现膨胀和核糖体脱落等;同时胞吐活性标志性酶——酸性磷酸酶的活性也随之降低。通过对FM4-64的染料吸收实验表明，BFA对胞吞有明显的促进作用。由上可见，BFA对白杄花粉管生长过程中的胞吐和胞吞作用起了相反的影响， BFA正是通过扰乱花粉管生长过程中的分泌途径来抑制其花粉管的生长。 最后，检测了白杄花粉管分泌途径紊乱后，管壁物质合成的变化情况。通过FTIR光谱分析表明，BFA处理后花粉管壁化学组分发生了变化，例如蛋白质和多糖含量明显减少，而且与蛋白比较起来，多糖的含量下降更为明显，尤其是在顶端。蛋白和多糖含量的下降导致花粉管壁的组成结构不够致密。由SDS-PAGE的结果显示， BFA抑制后，花粉管壁中糖蛋白的含量下降了60%，同时很多壁蛋白条带在BFA处理后不表达或含量减少。通过对花粉管壁多糖成分的研究表明，BFA处理还导致纤维素含量下降，而胼胝质在花粉管顶端积累。用识别AGPs的LM6和识别酸性果胶的JIM5对花粉管进行标记，发现BFA处理后AGPs的环状分布消失，酸性果胶质在顶端的含量也明显减少，但在胞质内却形成一些小的分隔亮点（compartments）。 综上所述，导致裸子植物白杄花粉管生长缓慢的原因，可能与其顶端透明区较小、分泌小泡数量少等有关。另外，从白杄花粉管的细胞质状态和细胞器分布上看，虽然与被子植物相比差异较大，但在其正常生长中仍能进行旺盛地胞吐和胞吞过程。经BFA处理后引起花粉管内分泌系统的紊乱，致使管壁物质不能正常合成，从而导致花粉管的停滞生长。

MADS-box基因在水稻和太行花中的相关研究& SAGE 在水稻上应用的生物信息学分析

本论文主要涉及两部分内容：第一部分是水稻和太行花中MADS-box基因的相关研究，第二部分是水稻中SAGE技术的生物信息学分析。 MADS-box基因家族在花发育过程中起着重要的作用。水稻是单子叶植物的模式植物，其基因组序列的公布为在基因组水平上鉴定MADS-box基因提供了条件。根据已发表的水稻MADS-box基因序列，利用关键词搜索、HMMER分析、同源比较、系统进化树分析等手段，对GeneBank和TIGR水稻基因组注释中所有已知和未知的水稻MADS-box基因进行了分析。结果表明，水稻中有64个MADS-box基因编码不同氨基酸，其中已知cDNA序列的为43个。在64个基因中，有23个属于ABCDE类基因，并且其cDNA序列已知，其中的10个已有功能方面的研究。通过3’-RACE和筛选水稻花器官的cDNA文库，得到了一个A类基因片断（A5B2），两个E类基因片断（MW1，MW2）。这三个基因分别与OsMADS14，OsMADS7和OsMADS5相似或相同。禾本科植物花器官的起源，尤其是内外稃的起源仍存在疑问，A功能基因是否以及如何参与其形成成为问题的关键。初步原位杂交分析表明，OsMADS14在花发育的早期开始表达。在小穗原基发育过程中，OsMADS14在内外稃原基中有较强的表达。随着小穗的发育，OsMADS14在整个花序中都有表达。在小穗发育的后期，OsMADS14在胚珠中有较强的表达。OsMADS14的表达模式与FUL类基因一致，并且证明了其在花发育的后期仍然表达强烈，暗示其可能与胚珠发育有重要关系。 SEPALLATA基因被认为是花的特异因子，参与了花的四轮花器官的决定过程。在本文中，通过3’-，5’-RACE，从太行花花芽中克隆了一个MADS-box基因。该基因推导的的氨基酸序列含有典型的M，I，K和C四个结构域，与FBP2和SEP3的相似性较高，系统进化树分析表明该基因属于SEP3亚家族，于是将其命名为TrSEP3。TrSEP3首先在花分生组织中表达，然后在雌雄蕊原基及花瓣中表达;在成熟花中，TrSEP3仅在花瓣和雌蕊中表达。这种表达模式与其它的SEP-like基因有稍不同。TrSEP3拟南芥中过量表达后并未导致表型的改变，暗示其功能与拟南芥的SEP基因可能存在差异。选择压力分析显示TrSEP3受到了不显著的负选择压力。这些结果暗示TrSEP3的功能可能与其它的SEP-like基因有差别，值得进一步研究。 SAGE(Serial Analysis of Gene Expression)是对比样品间转录谱的差异、发现新基因的有效的方法。tag mapping是将SAGE-tag与其转录本匹配的过程，其效率直接影响对转录谱的解释，该过程受多种因素影响。目前，对水稻tag mapping过程缺少详细研究，导致其效率不高。为了确定参考数据库和其它合适的条件，我们利用EST序列和基因组序列构建了不同的参考图谱，从全长cDNA数据库中提取虚拟的SAGE-tag，研究了参考图谱、锚定酶、tag长度以及匹配方法对tag mapping效率的影响，并比较了tag mapping的准确率。结果表明，用EST序列构建的参考图谱能够匹配大多数的SAGE-tag，并具有较高的准确率;利用迭代的方法，可以充分利用基因组序列。各种锚定酶之间的差别不明显，其中NlaIII， HpyCH4V 和 AluI 表现较好;17bp的tag比较适合水稻;而用双锚定酶和17bp的tag则可以显著提高tag mapping的效率和准确率。

Nifedipine调节白皮松(Pinus bungeana)花粉管蛋白质表达及其对细胞壁构建的影响

花粉管是种子植物受精过程中的雄性生殖单位的载体，由于其生长依赖于胞内Ca2+梯度，并具有典型的顶端极性生长的特点，因而成为近年来研究植物细胞相互识别、胞内和胞外信号传导理想的模式系统。裸子植物花粉与被子植物相比具有萌发时间长、生长缓慢等特点。Ca2+在裸子植物花粉萌发和花粉管生长中的作用机制目前尚不明确。本研究以裸子植物白皮松(Pinus bungeana)的花粉为材料，运用不同浓度钙通道抑制剂Nifedipine（Nif）处理，对其花粉萌发和花粉管生长进行了细胞学研究和蛋白质组学分析，以探讨Ca2+对白皮松花粉生长的调控机制，为进一步揭示裸子植物花粉萌发和花粉管生长机理提供参考。 本论文首先研究了钙通道抑制剂Nif和Ca2+螯合剂EGTA对白皮松花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明，用Nif处理花粉后，花粉萌发和花粉管生长均受到明显抑制。经Ca2+荧光探针Fluo-3AM标记，对Nif处理后Ca2+在花粉管中的分布模式进行了观察，发现Ca2+在正常生长的花粉管中呈梯度分布，并在其顶端的荧光最强。与对照相比，处理后的花粉管荧光强度明显减弱，且顶端Ca2+梯度消失。通过EGTA漂洗后的花粉粒，在正常培养基上萌发率较高，但其生长速率受到抑制。由此说明了细胞壁钙库对花粉管生长的抑制效应显著高于对花粉萌发的影响，是花粉管生长的限速因子。同时外加钙调素还可逆转EGTA对其花粉萌发和花粉管生长的抑制。上述结果表明，白皮松花粉萌发及花粉管生长需要外源Ca2+的内流，以及胞内形成的Ca2+浓度梯度。 用FM4-64探针标记结果发现，正常花粉管中的胞吞作用主要发生在顶端和亚顶端区域，胞吞的小泡也集中分布在这两个区域。经Nif处理后，既不影响花粉管的胞吞过程，同时胞吞发生的位置也与对照相似，只是胞吞的小泡分散于整个花粉管中。电子显微镜观察表明，各种细胞器在白皮松正常生长的花粉管中分布与被子植物存在较大差异，例如前者无明显地分区现象，不具胼胝质塞。白皮松花粉管顶端和亚顶端的壁旁体与质膜融合现象频繁发生。花粉管经Nif处理后，线粒体出现不同程度的解体和液泡化，内质网液泡化和核糖体脱落，液泡大量聚集在花粉管顶端，壁旁体与膜融合现象减少，以及花粉管壁明显变薄等。此外，通过微丝特异性探针鬼笔环肽标记结果表明，正常生长花粉管的微丝呈长轴向排列， Nif处理后微丝断裂，其断裂程度与处理浓度有关。由此可见，外源Ca2+对花粉管的胞吞无明显抑制或促进作用，但对胞吞小泡重回收可能有影响。当胞内Ca2+梯度消失后，则明显抑制了微丝骨架的聚合，进而使胞吐作用减缓，高尔基体分泌小泡聚集，多种细胞器液泡化，引起花粉管顶端膨大，细胞壁变薄，继而抑制花粉管的正常生长。 运用免疫荧光标记技术显示，正常生长的花粉管壁含有纤维素、胼胝质、果胶质和阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGPs），其中纤维素和胼胝质在细胞壁上呈均匀分布，而酸性果胶质只存在花粉管两侧壁上，酯化果胶分布于花粉管顶端。经过Nif处理后，胼胝质和酸性果胶质均在花粉管顶端累积，而AGPs和纤维素的分布却无明显变化。另外，傅里叶红外光谱分析结果也同样支持上述结论。通过花粉管壁蛋白的SDS-PAGE分析表明，Nif对细胞壁蛋白的合成也有较大的影响。 在花粉管的钙通道受到抑制后，应用蛋白质组学技术分析其蛋白质的表达图谱，通过双向电泳已分离出约1000个蛋白质斑点，经软件分析发现，除其中50个蛋白斑点外，大部分蛋白质的表达量均未发生变化。上述50个发生变化的蛋白斑点酶切后，再经过ESI－MS/MS鉴定和质谱数据库的搜索，共鉴定出28个蛋白，其中12个为上调蛋白，16个下调蛋白，根据其主要功能分为与代谢、细胞扩展、翻译后修饰以及信号相关的蛋白。经过Nif处理后，花粉管中碳水化合物代谢能力下降，ATP的产生受到抑制，参与细胞壁多糖合成及小泡运输的蛋白，如valosin containing protein（VCP）、reversibly glycolsylated polypeptide(RGP)、UDP-glucose dehydrogenase (UDPGDH)和α-tubulin表达下调。另外，通过上述方法还鉴定出与丝氨酸/苏氨酸激酶保守结构域同源的受体蛋白激酶等。 综上所述，白皮松花粉管钙通道受到抑制后，通过影响花粉管蛋白的表达，抑制微丝微管骨架的组装，致使胞吐速度变慢，花粉管壁酸性果胶质、胼胝质等多糖分布的变化及总多糖含量的减少，最终抑制了花粉管的正常生长。

三氟拉嗪抑制钙-钙调素对白杄花粉管生长的调节

花粉管是种子植物受精过程中雄性生殖单位的载体，具有典型的极性顶端生长模式，因此成为研究细胞极性生长机理的理想模式体系。本研究以裸子植物白杄（Picea meyeri Rehd.et Wils）花粉为材料，并以对花粉萌发和花粉管生长起关键作用的Ca2+作为切入点，分析钙-钙调素在花粉萌发及花粉管极性生长中的作用，同时也为进一步探讨它们在其他植物细胞中的作用机理研究提供重要参考。 通过细胞化学定位证明，白杄花粉中含有丰富的游离钙离子和钙调素，在花粉管顶端呈现明显的梯度分布;钙调素特异拮抗剂三氟拉嗪（trifluoperazine，简称TFP）可以在钙离子存在的情况下与钙调素特异性结合，从而抑制钙-钙调素复合物对下游效应蛋白的激活。微摩尔浓度的TFP明显抑制白杄花粉萌发以及花粉管的生长，并导致大部分花粉管畸形生长。TFP处理后的花粉管（约80%以上）中游离钙离子梯度消失或梯度不明显，由此说明钙调素参与花粉管顶端游离钙离子梯度的维持。抑制剂处理显著影响钙调素在花粉管顶端的梯度分布模式，梯度落差明显减小。 应用鬼笔环肽标记花粉管微丝骨架表明，正常生长的花粉管中微丝骨架沿花粉管长轴平行的方向呈网络状分布，但是在花粉管顶端仅有杂乱的微丝片断分布;低浓度TFP处理之后，微丝骨架分布的方向性丧失并开始卷曲，花粉管顶端的微丝片断消失，高浓度TFP处理之后微丝骨架完全断裂，聚集成短粗的束状。FM4-64标记花粉管后发现，经TFP处理的花粉管顶端胞吞速度明显加快，最终染料集中分布在紧贴质膜下很小的区域内，同时胞吞过程加快主要表现在染料进入花粉管细胞的速度加快，而随后染料在细胞内的扩散速度并无明显变化。以酸性磷酸酶为标志的胞吐活性也显著下降。通过MitoTracker染色发现，TFP处理之后花粉管中线粒体的形态和分布都发生了显著变化;在电子显微镜下观察显示，抑制剂处理的花粉管中液泡化现象严重，线粒体膨大变形，其内嵴的结构遭到严重破坏，同时高尔基体和内质网的形态也都发生了不同程度的异常变化，另外线粒体和液泡还出现了类似于自体吞噬的现象。 在荧光显微镜下观察发现，在标准培养基中培养的花粉管经苯胺兰染色后，胼胝质分布于整根花粉管侧壁上，而顶端区域胼胝质分布却很少或不存在。但经TFP处理之后，在花粉管细胞壁的个别区域有胼胝质大量沉积，同时在花粉管中还出现能被苯胺兰特异染色的许多颗粒状物质。此时花粉管顶端细胞壁中的纤维素含量明显减少。以单克隆抗体JIM5、JIM7标记果胶质，在激光扫描共聚焦显微镜下观察发现，标准培养基中培养的花粉管，酸性果胶质分布于整根花粉管的侧壁中，但在其顶端的含量很低或不存在，与此相反，酯化果胶质只分布在花粉管的顶端;而经TFP处理的花粉管中，酸性果胶质均匀分布于花粉管细胞壁上，酯化果胶质仅出现在花粉管基部的细胞壁中。单克隆抗体LM2和LM6标记结果显示，正常生长的花粉管细胞壁中AGPs呈周期性的环状分布，TFP处理后AGPs仅仅分布在花粉管基部的细胞壁中。SDS-PAGE电泳分析显示，抑制剂处理之后花粉管细胞壁蛋白的表达也发生明显变化。由FT-IR分析进一步证实了上述两种果胶质及纤维素在花粉管顶端细胞壁中相对含量的变化趋势。 利用双向电泳技术分离花粉管全蛋白，结果发现正常生长和TFP处理后的花粉管的大部分蛋白斑点都处于pI 4-8以及分子量在14-97 KD的范围内，主要是一些中等分子量大小、微酸性和中性的蛋白类群。由软件分析显示，除其中76个蛋白外，大部分蛋白质的表达并未发生变化。将上述76个表达量发生变化的差异蛋白进行胶内酶解，并经ESI-MS/MS分析鉴定，以及质谱数据库搜索，最终鉴定出57个蛋白，其中23个表达量上调，其余34个表达量下调。根据其生物学功能可以分为碳水化合物及能量代谢、胁迫及防御反应、细胞扩展、信号转导等功能蛋白类群。经TFP处理后，花粉管中碳水化合物及能量代谢过程整体水平下降，氧化磷酸化水平减低，但是丙酮酸脱羧酶旁路代谢水平却略有上升。由此暗示，花粉管在生长停滞的环境条件下，该途径可作为能量供应的替代机制;参与转一碳单位反应的蛋白表达量普遍上调，参与细胞延展（如细胞骨架重构、细胞壁多糖合成）的蛋白表达量下调，此项研究结果与上述的细胞生物学分析结论基本一致。 综上所述，当钙调素蛋白功能受到抑制后，顶端游离钙离子浓度梯度消失同时胞质钙离子浓度显著升高;细胞代谢水平（糖酵解和三羧酸酸循环）整体下降，而可能通过丙酮酸脱羧酶旁路来维持最低限度的能量供应;同时花粉管微丝骨架发生解聚，花粉管细胞壁组成成分合成水平下降，细胞延展相关的能力减弱，最终导致花粉管生长的停滞。钙-钙调素信号存在于白杄花粉萌发和花粉管生长这一特定的细胞生物学事件中，并参与花粉管顶端游离钙离子梯度的维持和定向生长。

水稻G蛋白偶联受体OSGPCR1功能的研究

水稻是世界上最重要的粮食作物，也是单子叶植物的模式植物，它为全球近一半的人口提供食物，但是低温、高盐、干旱等非生物胁迫，每年都会在全世界范围内造成水稻大面积减产。G蛋白介导的信号途径是传递胞外信号比较保守的作用机制之一。动物细胞对于G蛋白及其受体(GPCRs)的研究已经取得了很大的进展。而植物细胞中对它们的研究刚刚起步。本文从越冬稻低温响应芯片上筛选到一个膜蛋白，它编码一个推测的G蛋白偶联受体(G protein-coupledreceptor, GPCR)，据此我们将其命名为OsGPCR1，并对其进行深入研究。 OsGPCR1的cDNA全长为1407bp，编码468个氨基酸，在蛋白水平上的同源性比较结果显示，该基因与动物中研究的比较多的异源三聚体G蛋白偶联受体(G Protein- Coupled Receptor)同源性达到44%。经过跨膜结构域预测表明OsGPCR1具有9TMs结构，以GFP为标签的亚细胞定位表明OsGPCR1定位在膜上。GTP酶活性测定试验表明，OsGPCR1蛋白能够激活水稻RGA的GTP酶活性，此外，以泛素裂解体系为基础的酵母双杂交实验表明，OsGPCR1能够与RGA相互作用。说明OsGPCR1编码的蛋白是水稻中的一个G蛋白偶联受体。 OsGPCR1的表达受低温、干旱、高盐的诱导，但不受ABA，GA，ACC，IAA的诱导。在『F常生长条件下，OsGPCR1在水稻各器官中均有表达，但强弱有所不同。 在拟南芥和水稻中超表达OsGPCR1都能显著增强转基因植物对干旱、高盐、低温的耐受性。而在水稻中抑制OsGPCR1的表达，转基因水稻呈现出干旱、高盐、低温的敏感性。对转基因拟南芥下游基因的分析表明，超表达OsGPCR1能够在非胁迫条件下激活CBF途径中相关基因的表达。结合OsGPCR1不受ABA诱导的表达模式，我们推测OsGPCR1可能是通过不依赖于ABA这条途径而传递信号的。借助超表达和转反义水稻材料，利用水稻全基因组芯片研究OsGPCR1靶基因的结果表明，不论OsGPCR1基因表达量的降低或上升，都导致大约30%的与转运相关的基因的表达量发生改变。这暗示OsGPCR1可能通过囊泡运输传递胞外信号。此外FM4-64对超表达和转反义水稻幼根细胞染色标记后，OsGPCR1反义抑制水稻细胞内囊泡在细胞两端呈聚集状，即形成“BFA区间”，而超表达OsGPCRI水稻细胞内囊泡呈密集状。这些结果都表明OsGPCR1可能通过调控囊泡运输而将胞外胁迫信号传递进胞内。

分子运动性预测顽拗性种子麻栎离体胚轴适宜贮藏条件初探

顽拗性种子在分类上分布广泛。由于顽拗性种子贮藏特性极为特殊，对脱水和低温均十分敏感，易受损伤，所以种子寿命很短，因此在植物种质资源保存领域，顽拗性种子的保存一直被列为重点研究课题，至今仍难以找到顽拗性种子的适宜贮藏条件，或该类种子保存通行的方法，仅推测长期保存顽拗性种子种质资源最有前途的方式是超低温保存，顽拗性种子资源保存是一个世界性难题。 本文试图使用分子运动性预测顽拗性种子离体胚轴的适宜贮藏条件。选用壳斗科植物麻栎种子为实验材料。应用电子顺磁共振波谱仪和自旋标记技术，以硝基氧探针CP为标记物，检测到室温下麻栎种子离体胚轴脱水过程中分子运动性的变化。含水量0.7 g H2O/g DW至0.64 g H2O/g DW范围是细胞质粘度的转折区域，低于这个含水量区域，细胞质粘度骤然上升，推测这个区域是室温下保存离体胚轴的适宜含水量下限。 通过变温电子顺磁测定，找到离体胚轴含水量在0.43 g H2O/g DW至1.02 g H2O/g DW范围内，分子运动性的临界温度和玻璃态相变温度所在区间。根据分子运动性随温度变化规律，预测含水量为0.69 g H2O/g DW的麻栎种子离体胚轴适宜贮藏温度约为-50 ℃。 根据EPR实验结果，将胚轴脱水，并根据实验条件选择不同温度进行低温贮藏验证实验，应用颜色观测法和TTC存活力鉴定法，初步验证分子运动性理论可以应用在顽拗性种子离体胚轴的低温贮藏研究中。 本研究说明顽拗性种子资源的保存有可能通过离体胚轴的低温贮藏实现，用分子运动性预测低温贮藏的适宜条件，很可能为上述问题的解决提供了有效的技术参数。

一氧化氮(NO)调节白皮松花粉管生长和细胞壁构建的研究

花粉管是种子植物受精过程中的雄性生殖单位载体，具有典型的顶端极性生长特点，因此成为近年来研究植物细胞间相互识别、胞内外信号传递的模式系统。裸子植物花粉管与被子植物花粉管相比具有萌发时间长、生长缓慢等特点。一氧化氮（NO）作为一个重要的胞内信号分子，参与调节植物生长发育和多种生理过程，但是，有关NO对花粉管生长的作用机制目前尚不清楚。本研究以裸子植物白皮松(Pinus bungeana)花粉为材料，应用不同浓度的NO释放剂SNAP和SNP, NO清除剂cPTIO和哺乳动物一氧化氮合酶抑制剂L-NNA处理，对白皮松花粉萌发和花粉管伸长进行了细胞学研究，从而为进一步揭示NO调控裸子植物花粉管生长机理提供参考。 本论文首先研究了NO释放剂、清除剂及NOS抑制剂对白皮松花粉萌发和花粉管生长的影响。结果显示，SNAP和SNP能够促进白皮松花粉萌发和花粉管伸长，并具有浓度效用，但对其花粉管的形态特征无明显影响；cPTIO和L-NNA能够抑制白皮松花粉萌发和花粉管生长，并且具有浓度效应，同时还可使花粉管顶端膨大呈球形，并丧失花粉管的极性生长。运用NO特异探针DAF-2DA标记显示，SNAP和SNP处理可促进花粉管胞内NO产生；经cPTIO和L-NNA处理后，花粉管内荧光强度比对照花粉管明显减弱。上述结果表明，NO参与裸子植物花粉管极性生长，并且适量NO可以促进花粉管的生长。 用显微注射技术将Ca2+特异探针注射入白皮松花粉管，以检测白皮松花粉管胞内Ca2+浓度梯度。结果显示，SNAP和SNP处理后，NO荧光增加的同时，花粉管顶端Ca2+浓度梯度增加。与此相反，cPTIO和L-NNA处理后，NO荧光降低的同时，花粉管顶端Ca2+浓度梯度也相应降低。应用非损伤微测技术测定花粉管胞外Ca2+内流，结果显示，SNAP和SNP促进胞外Ca2+内流，而cPTIO和L-NNA则抑制胞外Ca2+内流。据此，我们推测，在白皮松花粉管中，NO可能通过调节胞外Ca2+内流来调节胞内Ca2+浓度梯度，然而，我们不能排除在NO信号传递过程中，胞内Ca2+库可能影响胞内Ca2+浓度梯度。 通过微丝特异探针标记的白皮松花粉管显示，SNAP和SNP可使花粉管顶端细微丝束解聚，而cPTIO和L-NNA处理后，花粉管中微丝聚合，尤其在花粉管顶端形成粗的微丝束，并一直延伸到花粉管的最顶端。结合上述Ca2+结果，我们认为，经NO处理后，白皮松花粉管微丝骨架的动态变化，可能是通过Ca2+浓度来进行调控的。通过FM4-64探针标记显示，正常生长白皮松花粉管胞吞作用主要集中在顶端和亚顶端，并且形成倒“V”形的分布模式，SNAP与SNP处理后荧光分布模式与对照花粉管类似，但达到饱和所用时间相对较短；而L-NNA处理后顶端膨大丧失极性的花粉管，荧光分布在膨大花粉管靠近质膜的区域，未见倒“V”形分布模式；经L-NNA处理后，顶端没有膨大的花粉管，荧光几乎均匀分布于整个花粉管，并且L-NNA处理后达到饱和的时间较对照长。上述结果表明，适量NO能够促进白皮松花粉管胞吞。 免疫抗体标记技术分析发现，对照花粉管的酯化果胶质和AGPs都集中在顶端，酸性果胶质分布在侧壁，胼胝质均匀分布在整个花粉管壁上。L-NNA处理后的花粉管，在其顶端出现酸性果胶和酯化果胶，以及有胼胝质积累，而AGPs则分布在花粉管的基部。运用傅里叶红外光谱技术（Fourier Transform Infared Spectroscopy, FTIR）技术分析白皮松花粉管顶端细胞壁成分，结果显示，SNAP处理后花粉管顶端酯化果胶增加而酸性果胶降低；与之相反，经L-NNA处理后的花粉管，其顶端酯化果胶降低而酸性果胶增加。 综上所述，在白皮松花粉管中，NO促进胞外Ca2+内流，从而维持胞内Ca2+浓度梯度，进而影响花粉管顶端微丝骨架的组装，促进囊泡运输，使花粉管顶端酯化果胶累积，最终促进花粉管的正常生长。

荆条灌丛的生物量、 元素循环及系统的稳定性

本文探计了北京怀柔山区坡积黄土上的次生的荆条（Vitex qhinensic Mill）灌丛的生物量的季节变化规律和元素钾、钙、钠、锌在荆条灌丛中的分布的季节动态及循环特征，并通过相对稳定性指数的求算，对荆条灌丛生态系统的稳定性作出了客观的评价。 荆条的年第一性净生产量为5662.5公斤/公顷•年，其中81.4%来自其根系的生长，枝条的贡献只占13.9%。荆条根系的最高生长速度出现在5～7月，日均增长量为49.7公斤/公顷•天;而枝条的最高生长速度出现在7～10月，日均增长量达8.69公斤/公顷•天，说明光合作用产物首先运往根系，用于根系的生长并积累于根系，尔后才用于枝条的生长。同样，从生物量的动态可以知道光合作用在根系的分配是首先积累于根球，再运往其他部分，在枝条则首先积累于枝条项端。 四种元素在荆条植物体内的浓度的分布，基本上呈一致的规律：生命活动旺盛的部位浓度高，反之就低。钾是荆条中浓度最高的元素，其次是钙、钠、锌。荆条对元素的年吸收量，则是钙最大（60.94公斤/公顷•年），钾次之（40.64公斤/公顷•年），钠为0.3574公斤/公顷•年，锌最小，为0.081公斤/公顷•年。荆条对元素的利用率，为钙1.3 > 钾0.84 > 锌0.85 > 钠0.38。荆条对元素的吸收系数也呈相同的规律。荆条每年因雨水冲失凋落物而损失的元素量仍是钙 > 钾 > 钠 > 锌，而每年因降雨而得到的元素输入则为钾（35.17 公斤/公顷•年） > 钙（31.89） > 钠 （20.64）> 锌。 从荆条灌丛生态系统中钾、锌的循环得出的相对稳定性指数表明该系统是渐进稳定的，但这种稳定性是和人为干扰密切联系。而且该系统离稳定状态尚有较长的距离。

东灵山森林生态系统若干水分问题的研究

东灵山地区年均降水量659.7mm，单次降水以雨量小、雨强低的降水为主。水汽压（年均17.7mb）、相对湿度（年均66％）的季节变化呈现生长季高、冬季低的趋势。年均蒸发量1019.5mm;气温、风速、日照时间和水压与月蒸发量和日蒸量相关显著;气温、日照时间和水压分别在11-6月、7－8月和9－10月为决定蒸发量的首要因子。枯枝落叶层、土壤层湿度主要受前十日降水量和坡向影响。 植物体含水量生长季节较高，冬季较低;含水量随径级的增大而降低。六个灌木树种的平均含水量大小顺序为：毛榛（48.62%）最高荆条（36.32%）最低;七个乔木树种水分含量为油松，56.14%;蒙椴，54.19%;华北落叶松，52.91%;五角枫，43.64%;辽东栎，41.87%;棘皮桦，41.13%;大叶白腊，37.79%。几种植被类型的储水量为：辽东栎林，82.08mm;华北落叶松林，47.35mm;混交林，34.60mm;油松林，31.33mm;灌丛，12.40mm。各树种叶片日最低水势的季节均值为：辽东栎，-16.1bar;五角枫，-15.8bar;大叶白腊，-15.1bar;糠椴，-13.4bar;棘皮桦，-12.3bar;蒙椴，-12.2bar。叶片水势的日间变化均呈一“V”形曲线;光照在叶片水势的日间变化中起着决定性作用。 96年各树种平均单株树干茎流量为辽东栎，30.3mm(4.19%);华北落叶松，16.1mm(2.22%);油松，8.9mm(1.23%);棘皮桦，2.9mm(0.40%)。两个生长季各林分冠层的水量平衡为：辽东栎林，树干流茎量101.87mm(9.18%)，穿透降水量823.08mm(74.15%)，截留量185.05mm(16.67%);华北落叶松林，树干径流量66.88mm(6.03%)，穿透降水量836.92mm(75.40%)，截留量206.20mm(18.58);混交林，树干径流量50.13(4.52%)，穿透降水量846.78mm(76.29%)，截留量212.20mm(19.12%);油松林，树干径流量33.90mm(3.05%)，穿透降水量934.88mm(84.22%)，截留量141.22mm(12.72%)。多元回归分析表明，树干流茎量S与降水量P和前24小时降水量P_1呈显著正相关关系;穿透降水量T与降水量P和最大雨强M正相关显著。附加截留量与降水时间成正比。 枯枝落叶层的生物量为：油松林，25.56t/hm~2;华北落叶松林20.01t/hm~2;辽东栎林，8.31t/hm~2;混交林，7.98t/hm~2。枯枝落叶层的平均实际持水量和有效持水量均以油松林最大，其次是华北落叶松林，而混交林和辽东栎林较低;枯枝落叶层的实际持水量和有效持水量的季节变化分别与前十日降水量P10成正相关和负相关关系。枯枝落叶层的截留量为油松林＞华北落叶松林＞辽东栎林＞混交林;油松林（145.632mm和90.800mm）混交林(61.816mm和54.504mm)。油松林、辽东栎林、混交林和华北落叶松林去除枯枝落叶层后，土壤入渗量比对照平均降低100mm以上;表层土壤含水量分别比对照土壤下降了6.26、18.26、15.06和15.07个百分点。地表径流量分别增加了，辽东栎林34.299mm(603%)和15.816mm(525%);油松林14.593mm(732%)和10.584mm(1321%);混交林12.004mm(181%)和7.275mm(364%);华北落叶松林3.555mm(118%)，3.275mm(229%)。96年生长季，各土壤流失量分别增加了：油松林172.751t/hm~2(124倍);辽东栎林836.500t/hm~2(119倍);混交林172.499t/hm~2(47倍);华北落叶松林11.557t/hm~2(11倍)。表层土壤容重分别增加了：油松林15.0%和20.6%，辽东栎林18.4%和28.2%，混交林11.5%和38.5%，华北落叶松林4.3%和17.1%。 0-60cm深度土壤容重平均值的大小顺序为：草地>灌丛>辽东栎林>油松林>混交林>华北落叶松林;而土壤孔隙度的大小顺序为华北落叶松林>混交林>油松林>辽东栎林>灌丛>草地。两个生长季为土壤实际储水量的均值：油松林，124.45mm，78.62mm;辽东栎林，131.23mm，87.72mm;混交林，180.41mm，113.90mm;华北落叶松林，165.53mm，127.95mm;灌丛，172.50mm，89.81mm;草地，152.92mm，89.59 mm分别比干旱年份97年高出45.83mm、43.51mm、51.63mm、37.58mm、82.69mm和63.33mm。两个生长季的地表径流量为草地，30.930mm(2.79%);灌丛，16.321mm(147%);油松林，2.911mm(0.26%);辽东栎林，8.703mm(0.78%);混交林，8.625mm(0.78%);华北落叶松林，4.447mm(0.40%)。油松林、混交林和华北落叶松林地表径流量与降水量P(mm)和最大雨强(mm/h)正相关显著;而辽东栎林、灌丛和草地的地表径流量则与降水量P(mm)、平均雨强Q(mm/hr)和最大雨强M(mm/hr)三者之间呈显著正相关关系。与草地相比(1220.093kg/hm~2，100％)，灌丛、辽东栎林、混交林、油松林和华北落叶松林96年生长季的土壤流失量分别降低了85.05%、94.26%、96.99%、98.86和99.14%。 降水量是影响小流域径流量时间变化的主要因素;南沟和马牙石沟96年的径流量分别是97年的8.19倍和7.87倍，而径流深(46.25mm，52.75mm)分别比97年(5.65mm,6.70mm)高出40.60mm和46.05mm。两个小流域由于面积的差异而使南沟两年的径流量分别比马牙石沟高出2773.136m~3(13.15%)和235.434m~3(8.79%)。96年和97年马牙石沟径流深比南沟高出6.5mm(14.05%)和1.05mm(18.58%)。在地处大陆性季风气候区的东灵山地区，用0.010m~3/min/km~2/hr能较好地分割小流域的洪峰和基流。在五次暴雨水文曲线中，马牙石沟的快速径流量分别比南沟高出25.00%到143.33%。五次洪水水文响应R的平均值南沟为0.218%，马牙石沟为0.404%;与海洋性气候地区相比，东灵山地区小流域的R值要低一到两个数量级。马牙石沟洪峰流量Qp的平均值为418.772L/min要比南沟(281.191L/min)大48.9%。东灵山地区小流域的洪水径流过程可分为三种类型。

羊草对过度放牧和刈割的生理生态响应

放牧是草地最主要的利用方式，草地植物被家畜采食而部分或全部去叶是一个普遍存在的现象。内蒙古草原是我国北方地区最大的干旱半干旱草原，长期以来，过度放牧使草地的植被、土壤状况不断趋于恶化。由于过度放牧，草地植物正常的生理生态特性受到影响，光合作用能力、生长能力和繁殖更新能力等出现不同程度的降低。本文从动物－植物－土壤相互联系的角度出发，着重研究了过度放牧和刈割对内蒙古草原的一种典型植物—羊草（Leymus chinensis (Trin.) Tzevel.）形态、生长和生理的影响，以及羊草对放牧和刈割的生理生态响应，并得出以下主要结论： 1．过度放牧使土壤表层含水量、有机质含量和氮含量显著下降;羊草的叶量减少，比叶面积增大，节间缩短，分蘖减少;羊草的生物量根部分配比例增大，生殖器官则分配很少;羊草种群高度、盖度、密度和相对生物量均比对照显著降低。试验结果说明，过度放牧从短期可以影响到羊草种群和部分形态特征，长期则影响羊草的生物量分配模式，最终还使羊草的生境趋于恶化，不利于羊草的生长。同时，羊草对放牧也形成了一定的适应性。例如，比叶面积增大，增加了更多的光合叶面积;节间缩短可以躲避家畜啃食;生物量向根部集中，增大了对水分和养分的吸收面积等。 2．过度放牧使羊草的净光合速率显著降低;光合作用补偿点增大，光合作用饱和点却降低;蒸腾速率、气孔导度下降，暗呼吸速率增大;光系统Ⅱ的光化学效率、实际量子产量和光化学粹灭值均显著低于围封样地;瞬时和长期的水分利用效率也有不同程度的降低。试验结果表明，过度放牧强烈制约了羊草的光合作用能力和水分利用效率。而植物的光合作用是物质生产的基础，羊草光合能力的降低必然导致其生物产量的降低，从而也改变了羊草种群在整个生物群落中的作用和地位。 3．羊草在轻度（地上20％）和中度（地上40％）刈割条件下可以获得更大的地上累积生物量，表现为超补偿生长，并且地下生物量降低较少，相对生长速率较高，分蘖较多。而重度（地上80％）刈割可收获的地上累积生物量远少于对照，表现为欠补偿生长，且地下生物量大量减少，分蘖较少。在轻度或中度刈割条件下，施氮肥可以起到稳定维持植物生物产量的作用，但是重度刈割条件下，即使施加再多的氮肥也不能补偿植物生物量的损失。施磷肥对羊草的补偿性生长特性没有明显影响。而干旱加刈割处理的羊草不管是哪个刈割水平，均为欠补偿生长，地下生物量低，相对生长速率较低。 4．轻度刈割后羊草剩余叶片经过3天左右的生理恢复期后，表现出了明显的补偿性光合作用。中度和重度刈割羊草的生理恢复时间较长，没有表现出补偿性光合作用。刈割和施氮处理羊草剩余叶片的净光合速率变化和仅刈割处理（对照）基本上相同。刈割和干旱处理羊草剩余叶片的光合速率始终处于一个较低的水平，各刈割水平均没有表现出补偿性光合作用，主要是干旱导致气孔关闭，限制了叶片的气体交换。刈割后叶片气孔导度的增加可能是补偿性光合作用发生的重要原因。但叶片受到强烈伤害后，气孔导度虽然增加，其呼吸作用也增大，所以净光合速率还是较低。重度刈割叶片的叶绿素含量升高可以增加其光合作用潜力，为恢复正常生长作了生理上的准备，这可能是植物对刈割或放牧的一种生理适应性。 研究放牧条件下植物对动物采食的反应不仅具有重要的理论生态学意义，而且对提高植物的净生长量，维持草地持续的生产能力，实现草地的可持续利用具有重要的意义。研究草地主要植物对牲畜采食的补偿性生长效应及其条件，对合理利用草地可再生资源，确定合理的放牧强度有重要意义。应充分利用植物的超补偿效应，适时放牧，控制放牧强度，实现草地植物可食部分的超补偿生长，实现草地的最优化利用和生产力的最大化。