提高生物拮抗菌对果实采后病害的生防效力研究

摘要 　　"随着人们对身体健康和环境污染的日益重视，化学农药作为控制果实采后病害的主要方法受到了很大限制，科学研究者不得不寻求更加安全有效的防治果实采后病害的新方法。生物防治以其对环境和人类健康不造成危害的优点而逐渐受到人们的青睐。然而，由于生物防治是以活菌为基础，有其局限性和时效性，单独使用拮抗菌很难达到化学药剂完全控制果实采后病害的效果，因此，提高拮抗菌的生防效力成为当今生物防治领域的研究重点。本文主要研究了拮抗菌与不同外源物质配合使用的抑病效果及协同抑病机理;拮抗菌对采前田间和采后贮藏环境条件的适应能力;以及采前应用拮抗菌对果实采后贮藏期间病害的生物防治效力。研究结果表明： 　　1、酵母拮抗菌Cryptococcus laurentii与低浓度化学杀菌剂imazalil（25g/ml）和kresoxim-methyl（50g/ml）配合使用可以显著提高对冬枣果实采后黑霉病（Alternaria alternata）和褐腐病（Monilinia fructicola）的防治效果，杀菌剂并不影响拮抗菌在冬枣果实伤口的生长动态。 　　2、酵母拮抗菌Pichia membranefaciens和C. laurentii 与钼酸铵（NH4-Mo，5 mmol/L）和碳酸氢钠（NaHCO3，2%）配合能够显著提高对甜樱桃果实采后褐腐病（M. fructicola）的抑病能力。通过in vitro和扫描电镜观察结果表明，NH4-Mo和NaHCO3能够显著地抑制病原菌M. fructicola在培养基和果实伤口的生长，具有杀菌作用。 　　3、酵母拮抗菌C. laurentii和Rhodotorula glutinis与硅酸钠（Na2SiO3）配合使用对甜樱桃果实采后青霉病（Penicillium expansum）和褐腐病（M. fructicola）以及对冬枣果实青霉病（P. expansum）和黑霉病（A. alternata）的防治效果更好。经in vitro和扫描电镜观察表明，Na2SiO3对病原菌在培养基和果实伤口的生长有明显的抑制作用。同时，Na2SiO3还能诱导果实苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）等抗性相关酶活性的提高。 　　4、酵母拮抗菌R. glutinis与水杨酸（SA，0.5mmol/L）配合可显著提高对甜樱桃果实采后青霉病（P. expansum）和黑霉病（A. alternata）的抑病能力。SA不影响拮抗菌在果实伤口的生长，in vitro实验中低浓度的SA对病原菌孢子萌发和芽管伸长也没有抑制作用。SA可能是通过诱导果实产生抗性来协同提高拮抗菌的抑病效果，而不是直接抑制病原菌生长。 　　5、酵母拮抗菌C. laurentii和R. glutinis在气调（Controlled atmospheres, CA）贮藏条件下对樱桃果实采后青霉病（P. expansum）和黑霉病（A. alternata）的防治效果显著提高。气调贮藏不抑制拮抗菌在甜樱桃果实伤口的生长。 　　6、采前应用酵母拮抗菌C. laurentii 和R. glutinis能够显著抑制甜樱桃果实在采后不同贮藏环境下的发病率。拮抗菌能够在田间果实表面生长并一直保持较高的数量。在试验的三种酵母拮抗菌中，C. laurentii的防病效果最好，该菌不仅能在果实表面迅速生长，也能适应低温和CA贮藏环境。"

酵母拮抗菌的抑病机理及生防效力改良的研究

相对于酵母拮抗菌的使用来说，人们对其作用机理了解得还不是很清楚。而了解拮抗菌的抑菌机理却是增强拮抗菌的生防效果以及进行拮抗菌筛选标准的重要前提。本文主要研究了酵母拮抗菌Pichia membranefaciens、Cryptococcus albidus以及Crytococcus laurentii对水果采后软腐病、褐腐病以及青霉病的防治效果，拮抗菌与病原菌之间的相互作用，并对酵母拮抗菌与外源物质配合使用，以及通过遗传改良途径来提高酵母拮抗菌生防能力等进行了初步研究。实验结果如下： 1、酵母拮抗菌P. membranefaciens、C. albidus以及C. laurentii能在果实伤口大量繁殖。采用扫描电镜技术，观察发现在桃果实伤口处P. membranefaciens能紧密地吸附在软腐病菌Rhizopous stolonfier的菌丝体上;C. laurentii与青霉病菌Penicillium expansum在苹果果实伤口处也存在着直接的拮抗作用;但P. membranefaciens和C. albidus对P. expansum的直接作用不明显。 2、酵母拮抗菌P. membranefaciens能够有效地抑制甜樱桃果实在常温和低温贮藏条件下褐腐病的发生。在常温贮藏条件下，P. membranefaciens和褐腐病菌Monilinia fracticola 处理都能够提高果实β-1,3-葡聚糖酶、POD、以及PAL酶的活性，但在低温贮藏条件下，拮抗菌和病原菌处理对甜樱桃果实β-1,3-葡聚糖酶、POD酶活性的升高有促进作用，对PAL和PPO酶活性的诱导作用不明显。 3、梨果实采后经过水杨酸，CaCl2，UV辐射和草酸等各种激发子处理以后，再接种病原菌Alternaria alternata，可以显著降低梨果实的发病率。其中，水杨酸处理的果实发病率最低。不同的激发子均可以诱导梨果实β-1,3-葡聚糖酶、POD、PAL和PPO酶活性的升高，但对果实乙烯含量的影响不明显。 4、氨基糖甙类抗菌素G418能够抑制P. membranefaciens的生长，其最低抑制浓度为100g ml-1。将G418抗性基因Neor插入到酵母-大肠杆菌穿梭表达载体pFL61中，构建PGK启动子驱动的表达载体pFL61-neo，利用醋酸锂转化法转化P. membranefaciens。酵母转化子在非选择性培养条件下连续生长50代后，仍有67.87%的细胞保留该质粒。这表明穿梭表达载体pFL61-neo能稳定地存在于P. membranefaciens中，并且该酵母细胞能有效地识别PGK启动子和终止子指导Neor的表达。 5、酵母拮抗菌C. laurentii和Rhodotorula glutinis与2%的碳酸氢钠混合使用，对冬枣果实青霉病的防治效果明显比单独使用拮抗菌或化学物质的防病效果好。其中，107CFU ml-1的拮抗菌与238 mmol l-1的碳酸氢钠配合使用可以达到单独使用108CFU ml-1拮抗菌的防病效果。另外，钼酸铵作为一种添加剂也能提高R. glutinis对梨果实青霉病和黑霉病的防治效果，但将钼酸铵与Trichosporon sp.配合使用的防病效果不明显。碳酸氢钠和钼酸铵在果实伤口对酵母拮抗菌的生长都有一定的抑制作用。 6、酵母拮抗菌P. membranefaciens在不同碳源、氮源中生长情况表明：在几种氮源中，大豆蛋白胨、酵母提取物、牛肉浸膏对P. membranefaciens的生长有显著的促进作用，其中，大豆蛋白胨的效果最好。在检测以葡萄糖、果糖和麦芽糖作为碳源的生长实验中，发现这几种碳源都能够被拮抗菌很好的利用，其中葡萄糖的利用率最好。小球藻生长因子（CGF）能够明显地促进了P. membranefaciens的生长。但是，CGF的浓度从0.5%增加到1%并没有促进酵母菌细胞数量的增加。

冬枣果实对不同贮藏条件的生理反应及耐贮性研究

本文以我国特有的冬枣果实为试材，系统地研究了冬枣果实在室温、低温和不同O2和CO2浓度气调贮藏条件下的生理特性、风味品质和贮藏性，提出了适合于冬枣果实生理特性的气调指标和贮藏时间;分析了冬枣在不同贮藏条件下果实硬度、颜色、叶绿素和花青素、可溶性固形物、可滴定酸、Vc、乙醇和乙酸乙酯等物质成分的含量变化及与果实风味品质的关系;同时也分析了多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）和脂氧合酶（LOX）的活性变化情况以及丙二醛（MDA）含量和膜透性的变化情况，揭示了它们与冬枣果实转红、酒化、褐变、软化、衰老、及耐贮性的关系。对冬枣果实在气调贮藏中的生理反应和品质变化的研究，为形成冬枣果实采后商业化贮藏的系列配套技术提供了理论依据。试验结果表明： 1、冬枣果实在不同贮藏环境下品质的变化：随着贮藏时间的延长，冬枣果实Vc含量呈明显下降的趋势，CA处理能有效地抑制果实Vc含量的下降;不同贮藏条件对冬枣果实SSC影响不大;冬枣果实花青素的含量随贮藏时间逐渐下降，高O2浓度（70%）动态气调与其它处理相比，能更有效保持冬枣果实果皮的颜色及花青素和叶绿素的含量，以及果实的亮度、颜色饱和度和色度;同时，还能降低贮藏前期冬枣果实乙醇释放量。 2、冬枣果实在不同贮藏环境下生理的变化：（1） PG 酶是影响冬枣果实软化的主要因素，冬枣果实中存在内切和外切两种PG 酶，在冬枣果实的成熟过程中，Exo-PG和Endo-PG迅速积累，并呈现较高的活性，多聚半乳糖醛酸酶活性与冬枣果实的软化密切相关。CA贮藏与普通冷藏相比，可有效地抑制冬枣果实多聚半乳糖醛酸酶的活性和延缓果实软化，其中以5% O2的CA贮藏的效果最好。（2）膜质过氧化是造成冬枣果实褐变的主要因素，在室温下冬枣果实细胞膜透性随贮藏时间逐渐上升，CA贮藏在贮藏前中期可有效控制MDA含量的上升和果实褐变的发生，有利于降低膜脂过氧化程度，保护细胞膜结构并延缓果实衰老。冬枣果实褐变与PPO活性关系不大，但与膜透性及膜质过氧化作用的产物—丙二醛（MAD）含量变化显著相关。（3）冬枣果实采收时的SOD活性很低，在25 C下，果实SOD活性急剧上升，低温贮藏条件下，果实SOD活性出现两次高峰，第一次高峰为果实后熟的标志，第二次高峰标志着果实的衰老。（4）在不同贮藏条件下，冬枣果实PAL活性均随贮藏期的延长而呈现下降趋势。 3、影响冬枣果实贮藏性的生理因素：冬枣果实的衰老与活性氧代谢失调和防御体系活力下降有关，随着果实衰老的出现，果实的POD、CAT等保护酶活性均呈现明显下降的趋势。气调贮藏在前期能显著提高冬枣果实POD的活性，而在后期又显著抑制了POD活性的上升，说明POD在果实贮藏初期表现为保护效应，而在后期则表现为伤害效应。 4、冬枣果实适宜的贮藏条件：与普通冷藏相比，气调贮藏（CA）能明显地延缓果实衰老，减少腐烂和褐变，保持风味品质和延长贮藏时间。其中以较高O2浓度的（10% O2 + 0% CO2）气调贮藏效果最好。气调贮藏与杀菌剂配合有利于延长冬枣的贮藏期，0.1%的施保克和0.1%戴挫霉处理能有效控制冬枣果实贮藏期间的腐烂，延长贮藏时间，施保克的防腐效果好于戴挫霉。 5、拮抗菌和病原菌处理对冬枣果实抗性相关酶的诱导：接种拮抗菌+病原菌或只接种病原菌能诱导冬枣果实蛋白含量的显著升高，说明拮抗菌和病原菌处理诱导了果实病原相关蛋白的积累。在常温条件下，拮抗菌和病原菌处理抑制了冬枣果实的CAT酶活性，诱导了SOD和POD活性的上升。同时果实的蛋白含量也显著升高。在低温条件下，CAT和SOD活性受抑制，POD、PPO和 PAL活性被诱导并显著高于正常果实。这说明拮抗菌处理的冬枣果实可能通过加强氧化酶活性的方式来达到抗病的效果。拮抗菌和病原菌处理后，该部分组织的氧化酶活性加强，它们可以分解毒素，促进伤口愈合，抑制病原菌水解酶活性，从而抵抗病害的扩展。PAL是催化莽草酸途径的关键酶，可合成酚、植保素和木质素，而这些物质均与植物抗性有关。

酵母拮抗菌的抑病效力、规模化培养及相关机理研究

我们实验室从果实表面分离获得的酵母拮抗菌已经证明能有效防治各种果实采后主要病害，为了加快生物拮抗菌的商业化应用，本文在完善拮抗菌抑病机理的基础上，重点研究了拮抗菌规模化培养条件，生物菌剂制品的稳定性，以及拮抗菌对环境胁迫的生理反应。主要研究内容包括：（1）分析酵母菌拮抗菌、病原菌与果实之间的互作效应及其影响因子;（2）筛选酵母拮抗菌规模化培养的最佳营养配方及培养条件;（3）优化酵母拮抗菌干粉与液体剂型的制备方式;（4）研究酵母拮抗菌在不同剂型中生活力下降的可能机理;（5）探讨酵母拮抗菌次生代谢产物的抑菌效果。研究结果如下： 1、单独接种Monilinia fructicola或同时接种M. fructicola和Cryptococcus laurentii均能诱导甜樱桃果实SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性升高并加速脂质过氧化，同时伴有PPO同工酶新酶带出现。病原菌M. fructicola和Penicillum expansum在接种初期均显著促进拮抗菌C. laurentii在桃果实伤口处的生长。C. laurentii在接种24h内显著抑制桃果实LOX活性、O2•-产生与H2O2积累。单独接种病原菌能显著诱导桃果实LOX活性升高，促进O2•-产生，但抑制H2O2积累。病菌侵染后果实中 O2•-增加，以及H2O2的降低可能是桃果实对病原菌侵染的一种生理应答方式。 2、抗坏血酸钠能显著提高C. laurentii对甜樱桃果实褐腐病的防治效果，较低浓度的拮抗菌（ 1×107 cells mL-1）与200mM抗坏血酸配合使用可以达到较高浓度拮抗菌（1×108 cells mL-1）单独使用对M. fructicola的防治效果。抗坏血酸钠的协同抑病机理可能是在抑制病原菌生长的同时，也抑制了果实的抗氧化酶活性，从而加速了脂质过氧化过程。 3、酵母菌产业化培养条件的筛选结果表明，不同拮抗菌对培养基中营养物质的需求不一样，培养所需的温度有差异。在120L发酵罐的中试实验表明两种拮抗菌采用筛选出的最佳培养条件均得到浓度大于1× 109 CFU mL-1的菌悬液。 4、保护剂种类是影响Rhodotorula glutinis 和 C. laurentii两种酵母拮抗菌冷冻干燥效果的最主要因素，但保护剂效果的发挥依赖于其浓度与酵母菌生长阶段。无菌水和PBS（100mM, pH5.8）可以作为拮抗菌C. laurentii液体剂型的有效保护剂，而柠檬酸钠（100mM, pH5.8）则诱导拮抗菌C. laurentii的生活力快速丧失。 5、酵母菌拮抗菌冻干制品的研究表明，在胁迫环境下酵母菌生活力快速丧失与大量产生活性氧有关，这暗示活性氧的产生可能是导致酵母菌细胞死亡的主要因素。柠檬酸钠（100mM, pH5.8）对C. laurntii死亡的诱导效应受柠檬酸根浓度和介质酸度的双重影响。活性氧在柠檬酸钠诱导酵母菌生活力快速丧失中大量产生并发挥重要作用。 6、酵母拮抗菌能够产生某些对果实采后病原真菌具有抑制效果的挥发性和不挥发性物质。同一种酵母菌产生的物质对不同病原菌有不同的拮抗效果，而不同酵母菌对同一种病原菌的拮抗效果也不完全相同。但是，不同类型的培养基对拮抗菌产生的抑菌物质有明显的影响。

大蒜重金属抗性基因的克隆及其功能分析

金属硫蛋白（metallothionein，MT）和植物络合素（phytochelatin，PC）是植物中能够与金属离子结合的两大类多肽。二者均富含Cys，但前者是mRNA的编码产物，后者是酶促反应的产物，植物络合素合酶（PCS）则是合成PC的关键酶之一。目前已发现许多植物同时存在金属硫蛋白基因和植物络合素合酶基因。研究重金属胁迫下这两类基因的表达对了解植物的重金属抗性的分子机制具有重要意义，同时还可以为培育能用于植物修复的品种提供新思路。 本论文从大蒜中克隆了一个type 2 MT基因，命名为AsMT2a，将其在大蒜中的表达模式与大蒜的植物络合素合酶基因（AsPCS1）进行了比较，并对二者的过表达转基因拟南芥的重金属抗性进行研究。其主要结果如下： 1． AsMT2a基因全长525 bp，编码79个氨基酸，其中有14个Cys 残基。 推测的氨基酸序列分析表明其Cys的位置和数目与来自其它植物的type 2 MT蛋白的完全一致。 2． RT-PCR的结果显示，大蒜根部AsPCS1的表达在Cd处理的短期（1 hr）内迅速增强，同时PCs含量也大幅度增加。但AsMT2a的表达在Cd处理10 hr后才有明显的增加。说明AsPCS1可能在植物对重金属的急性解毒方面起主要作用，而AsMT2a则在植物对重金属长久耐性中的离子平衡方面起更大作用。暗示在大蒜暴露于Cd胁迫的不同时期AsPCS1和AsMT2a基因可以互相协调而对重金属胁迫作出反应。此外，在不同胁迫条件下，AsPCS1和AsMT2a的表达模式不同，其中Cd、As和热激可以促进根中AsPCS1的表达和PCs的积累。 3．将AsPCS1和AsMT2a转入对砷和镉敏感的酵母菌株 FD236-6A中，RT-PCR的结果显示这两个基因均可在酵母中稳定表达，对转化子的重金属抗性实验表明这两个基因均可提高转化子对砷和镉的抗性。 4．将AsPCS1和AsMT2a 置于 CaMV 35S启动子下转入拟南芥中，RT-PCR结果表明，这两个基因均可在拟南芥中表达。有趣的是，AsPCS1在拟南芥中存在两个转录本，且二者均具有完整的ORF，其推测的氨基酸序列相差38个氨基酸。说明部分AsPCS1在拟南芥中经过了精确的剪切和拼接过程，但其机制尚不清楚。 5．在Cd 胁迫下，AsPCS1的超表达拟南芥的生长好于野生型植株，主要表现在转基因拟南芥的根较长，根数目较多;但在As胁迫下AsPCS1转基因植株与野生型植株没有明显的差别。与此不同的是将AsMT2a转入拟南芥后，转基因植株的As抗性明显增强，同样表现在根长度和根数目上。进一步将AsPCS1和AsMT2a同时转入拟南芥进行超表达，在Cd胁迫下，转基因植株的生长好于野生型植株，且种子萌发率也较高。 6．Cd和As胁迫下，AsPCS1过表达植株的PCs含量增加，同时Cd和As的积累量也明显增加，其中Cd胁迫下Cd含量增加最多，平均比野生型对照增加4倍;而As胁迫下As含量比野生型对照增加1.2倍。在Cd和As胁迫下，AsMT2a过表达植株的Cd和As积累量与野生型相比分别增加1.4倍和0.8 倍。双价基因AsMT2a +AsPCS1过表达植株的 Cd 积累量是野生型的5.8倍，是AsMT2a过表达植株的2.4 倍，是AsPCS1过表达植株的1.2倍。 在克隆AsMT2a的同时，我们还从大蒜中克隆到了一个金属硫蛋白基因家族的新成员，命名为AsMT2b，并对其功能进行了初步探讨。主要结果如下： 1．AsMT2b 全长520 bp，其开读框架为243 bp，编码80个氨基酸，其中含有15个Cys 残基。对推测的氨基酸序列分析表明AsMT2b的N端和C端domain内，Cys的数目和排列方式与其它type 2 MT蛋白明显不同。 其N 端domain内的结构为CXXC——CXC——CXC——CXCC，C端domain 内的结构为CXXC——CXC——CXC。暗示AsMT2b 可能具有与其它MT不同的生物学功能。 2．在较低浓度Cd（200 µM）胁迫下，AsMT2b的表达量随着处理时间（24 hr内）的延长而降低，但随着处理浓度的升高（500 µM）和处理时间延长（48 hr），其表达量又逐步增强，说明AsMT2b可能在胁迫强度增大到一定值时方起作用。 3． 将AsMT2b转入对Cd和As敏感的酵母菌株FD236-6A中，发现AsMT2b对酵母As抗性的提高贡献不大，但可明显提高酵母对Cd的抗性。 4．对AsMT2b的超表达拟南芥的重金属抗性分析表明，与野生型植株比较，转基因植株具有较强的Cd抗性，表现在Cd胁迫下，种子的萌发率较高，根较长，侧根数较多。但在As胁迫下，转基因植株的生长和野生型没有明显差异。可以看出，转AsMT2b的拟南芥对重金属的抗性不同于转AsMT2a的植株，前者的抗Cd性较强，而后者的抗As性较强。 5． Cd胁迫下，AsMT2b过表达拟南芥的Cd含量明显增加，平均比野生型对照植株增加70％，但各个株系的增加幅度不一致。 另外，我们还对CdCl2胁迫下，大蒜幼苗中镉的积累及氧化胁迫和抗氧化能力的变化进行了研究。结果表明在CdCl2 胁迫下，大多数Cd在根部积累，而只有少量的Cd积累于叶片中。5 mM 和10 mM CdCl2 抑制SOD和CAT的活性，但随着处理时间的延长，二者的活性回复到对照水平或高于对照。在CdCl2胁迫下，POD的活性明显增强，同时脂质过氧化产物积累。这些结果说明镉胁迫下，植物细胞中氧化胁迫加剧，而抗氧化酶活性的增强是植物对次生氧化胁迫的一种适应策略。 综上所述，在重金属胁迫下， AsPCS1和AsMT2a之间及AsMT2a和AsMT2b之间均表现出明显的协调反应。这种协调反应可能是植物维持细胞内离子稳态的机制之一。而重金属胁迫下，过表达AsPCS1，AsMT2a或AsPCS1+AsMT2a的拟南芥体内的重金属含量明显增加，表明这些基因可望用于重金属污染土壤的植物修复中。

拮抗菌和化学物质的抑病机理及果实抗病相关基因的克隆

真菌病害是造成采后新鲜水果损失的一个主要原因。生物拮抗菌能有效地防治果实采后腐烂，降低杀菌剂的用量，从而增加了食品安全性和降低了潜在的环境危害。然而，与化学杀菌剂相比，单独使用生物拮抗菌对果实采后病害的控制效果有时不如化学杀菌剂明显。因此，为了提高拮抗菌的生防效力，有效控制果实的采后病害，本文主要研究了拮抗菌与化学物质使用的防病机理，并从冬枣果实中克隆β-1，3-葡聚糖酶基因并对其特性进行了初步分析。研究结果表明： 1. 酵母菌Cryptococcus laurentii和枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis能够有效的防治冬枣果实采后青霉病和黑霉病的发生，而且C. laurentii对病害的防治效果比B. subtilis好。拮抗菌的抑病效果与使用浓度成正比。在接种C. laurentii的伤口上再接种病原菌可以显著刺激酵母菌的生长。然而，在接种B. subtilis的伤口上接种病原菌则不增加拮抗细菌的群体数量。 2. 不同酵母拮抗菌对四种杀菌剂（Deccozil，Sportak，Iprodine和Stroby）的敏感程度不同。其中，R. glutinis对Deccozil，Iprodione和Stroby最敏感。将低剂量的杀菌剂与酵母菌配合能显著增强酵母菌对采后病菌的抑制作用。C. laurentii与100 µl/L的Stroby配合能完全抑制青霉和黑霉病菌的孢子萌发。2%（w/v）的碳酸氢钠（SBC）与C. laurentii或T. pullulans配合使用显著抑制采后病菌(Penicillium expansum或Alternaria alternata)的孢子萌发和芽管伸长。SBC显著增强拮抗菌对梨果实采后青霉病和黑霉病的防治能力。C. laurentii对采后病害的防治效果好于T. pullulans的防治效果。 3. C. laurentii和B. subtilis对冬枣果实抗病性的诱导与接种距离和接种时间密切相关。距接种拮抗菌近的部位，抗性诱导就越强。酵母菌诱导果实的这种抗病性与诱导果实几丁质酶，β-1，3-葡聚糖酶， PAL，POD和PPO活性有关。 4. 采前喷施2 mM的水杨酸（SA）和0.2 mM的茉莉酸甲酯（MeJA）显著降低甜樱桃果实采后褐腐病的病斑直径， 并能诱导甜樱桃果实β-1，3-葡聚糖酶， PAL， POD和PPO活性以及乙烯含量的增加。采前处理对果实抗病性的诱导效果要好于采后处理。采前和采后SA或MeJA处理，贮藏于25C的甜樱桃果实β-1，3-葡聚糖酶和PAL活性显著高于贮藏于0C的甜樱桃果实的酶活性。2 mM的SA显著抑制了Monilinia fructicola的孢子萌发和菌丝扩展;而0.2 mM的MeJA则对M. fructicola几乎没有抑制作用。在贮藏早期，MeJA对果实β-1，3-葡聚糖酶和PAL活性的诱导作用要强于SA的诱导作用。 5. 1 × 108CFU/ml的C. laurentii，以及5 × 107CFU/ml的C. laurentii与0.2 mM的MeJA 配合使用均可诱导桃果实的抗性，并显著降低果实青霉病和褐腐病的病斑直径。0.2 mM的MeJA能促进C. laurentii生长，抑制P. expansum的菌丝扩展， 但对M. fructicola基本没有抑制作用。在25和0C，MeJA和C. laurentii单独或配合使用都诱导了桃果实几丁质酶，β-1，3-葡聚糖酶，PAL和POD活性的升高。这些抗病相关酶活性的升高可能与病斑扩展的程度是直接相关的。 6. 通过设计简并引物，采用降落PCR，扩增出β-1，3-葡聚糖酶基因的同源片段，分别克隆到两个彼此间同源性很低的β-1，3-葡聚糖酶的cDNA全长（Glu-1和Glu-2）。RT-PCR结果表明，Glu-1基因的表达受酵母拮抗菌C. laurentii处理所诱导，这一结果与酵母拮抗菌诱导果实β-1，3-葡聚糖酶活性的增加相呼应;而Glu-2基因的表达则不受C. laurentii处理所诱导。

果实对酵母拮抗菌和外源水杨酸诱导的抗病性应答机理

用生物和非生物因子来进行采后病害的防治，是一个非常有效的方法。诱导抗性作为控制果蔬采后病害的生物技术，已成为该领域的一个研究热点。然而诱导抗性的机制非常复杂，涉及到寄主、病原菌、激发子之间的相互作用关系。本研究主要利用酵母拮抗菌Pichia membranefaciens和SA处理果实，观察其抗性诱导表达和对采后青霉病菌（Penicillium expansum）的抑制作用，并从蛋白质组学水平上对诱导抗性的机理进行了分析。研究结果表明： 1、酵母拮抗菌P. membranefaciens (5 × 107 cells·ml-1)和SA(0.5 mM)处理采后甜樱桃果实，能够明显地降低病害的发病率和病斑直径。酵母菌和SA处理影响到了果实抗氧化酶的活性，同时还改变了POD同工酶谱和甜樱桃果实的总蛋白含量，并诱导了新的蛋白质条带产生。用光学显微镜和扫描电子显微镜技术观察发现，在in vitro条件下P. membranefaciens能够紧密地结合与病原菌的菌丝，而在in vivo条件下这种结合较为松散。 2、借鉴其它模式植物的方法，我们建立了一整套适用于多汁类植物材料的蛋白质组学研究方法。对于芒果，桃，甜樱桃、苹果以及冬枣等果实，都取得了重复性非常好的2-D图谱。我们应用该技术进一步研究了P. membranefaciens (1 × 108 cells·ml-1)以及SA (0.5 mM)处理对桃果实蛋白质组的诱导影响。结果显示，两种激发子处理都能够诱导桃果实产生抗性，从而减轻青霉病引起的腐烂。在诱导处理1 d以后，酵母拮抗菌和SA分别诱导22和16个蛋白的差异表达。质谱鉴定的蛋白属于6大类：代谢，防御反应，转录，能量途径以及细胞结构。有6个蛋白受到两种激发子的共同调控。其中，4种蛋白(包括glutathione peroxidase, polyphenol oxidase precursor, catalase和methionine sulfoxide reductase) 属于抗氧化蛋白，涉及到活性氧代谢。另2个蛋白（Major allergen Pru av 1和peroxidase）是病程相关蛋白，直接参与植物的防御反应。同时一些磷酸化酶和转录因子也受到两种激发子的调节从而参与果实的抗病反应。酶学测定和Northern杂交的结果表明，拮抗菌与SA处理均能影响过氧化氢酶活性及其基因的表达。 3、采前用较高浓度SA (2 mM) 短时间（10s）处理不同成熟期的甜樱桃果实，能够明显降低果实青霉病的病斑直径，并能减轻较低成熟度果实的发病率。在没有接菌的情况下，SA诱导了33个差异表达的蛋白，其中用质谱鉴定出了26个。而在接种病原菌的情况下，SA诱导了19个差异表达的蛋白，并鉴定出了其中的12个。这些蛋白分别涉及到代谢、防御反应、转录、能量途径、信号转导等过程。在没有接种病原菌的情况下，SA处理诱导了Putative DnaJ heat shock protein, PR1-like protein, Peroxidase, Major allergen Pru av 1 (Pru a 1)和Catalase等与抗病有关的蛋白。而在接种病原菌的情况下，诱导了PR1-like protein, Peroxidase和Catalase蛋白的差异表达。通过酶活性测定以及对细胞学定位的研究，我们发现在没有接种病原菌的情况下，POD的活性受到SA的诱导。但是在接种病原菌以后，诱导效果不明显。

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。

药蒲公英（Taraxacum officinale weber）耐盐变异体的筛选及其耐盐性分析研究

以药蒲公英（Taraxacum officinale Weber）叶片外植体为材料诱导愈伤组织。以NaCl作为选择因子，从愈伤组织直接筛选。在选择培养基上，大部分愈伤组织褐化死亡，在一些褐化死亡的愈伤组织周围有少量新的细胞团生长，挑选生长存活状况好的细胞团转接到新鲜培养基上，每3周继代一次，经3个月继代筛选获得了耐1.5% NaCl的药蒲公英细胞团。以普通愈伤为对照，发现随着NaCl浓度的升高，耐盐愈伤的相对生长率下降但显著高于对照;且随着盐胁迫处理时间的延长持续升高，而普通愈伤对照几乎停止生长，说明耐盐愈伤具有相对稳定的耐盐性。在蛋白水平上，耐盐愈伤与对照愈伤差异明显，SDS-PAGE分析显示：耐盐愈伤比对照多出一条34 KD大小的蛋白带，且30 KD，18 KD左右的蛋白带明显上调。相同处理条件下耐盐愈伤脯氨酸的增加幅度高于对照。盐胁迫条件下，耐盐愈伤的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性明显高于对照，且随着处理时间的延长和盐浓度的增加呈现升高的趋势，而对照则呈现先升高后下降的趋势。1.5% NaCl处理前后，耐盐愈伤的总黄酮含量显著高于对照。结果说明耐盐愈伤一方面通过积累蛋白和其他小分子有机溶质的方式调节其渗透平衡，另一方面还可通过提高抗氧化能力降低盐分造成的次级伤害。 将耐1.5% NaCl的药蒲公英愈伤组织接种在分化培养基上分化出芽，之后将再生芽转接到生根培养基中进行生根培养，经4个月得到了12株耐1.5% NaCl的药蒲公英再生植株。与野生型相比，耐盐植株叶片宽大、叶柄粗短、叶表面覆盖白色细毛，根粗壮较短，花茎中部具有2 cm左右的苞叶。RAPD和SDS-PAGE检测表明，耐盐植株与对照植株在DNA及蛋白水平上均存在明显差异。1.5% NaCl处理后，与普通再生植株相比，耐盐株系的抗氧化酶活性明显提高，脯氨酸含量上升幅度更为显著，而丙二醛含量降低，其主要药用成分黄酮的含量显著增加。这些结果说明耐盐植株的抗氧化防御能力明显增强。以上结果表明耐1.5% NaCl的药蒲公英再生植株为耐1.5% NaCl药蒲公英变异体，这些耐盐变异体有望成为抗盐耐海水蔬菜家族的新成员。同时，这些耐盐变异体植株比普通植株具有更高的医用商业价值。耐1.5% NaCl的药蒲公英再生变异体遗传稳定性的研究正在进行中。

外源草酸对采后果实的保鲜效应及其生理机理研究

本文以桃(Prunus persica L. cv. Bayuecui.)栽培种‘八月脆’和芒果（Mangifera indica L.）栽培种‘圣心’为材料，研究外源草酸对采后果实的生理生化效应及其作用机理，为果实贮藏保鲜提供新方法。采后桃果实用1、5 mM的草酸溶液浸果10 min，以浸水10 min为对照，然后在常温下贮藏，测定果实在贮藏期间对草酸处理的一些生理生化反应。芒果经采后杀菌剂（post- P）、采后草酸（post-OA）、采前＋采后草酸（pre-OA + post-OA）、采前Ca ＋ 采后草酸处理（pre-Ca + post-OA）处理，以采后浸水为对照，然后分别将果实在常温(25 C)、低温（14 C）和控制性气调（3% CO2 + 2% O2 ，14 ± 1 C）下贮藏，测定草酸处理对芒果的成熟进程、病情发展及其相关生理指标的影响。研究结果表明如下： 1．与对照相比，草酸处理的桃果实在贮藏期间果实的电解质渗漏量和呼吸速率降低、果实硬度高、果实的抗氧化酶（超氧化物岐化酶、SOD;过氧化物酶，POD;过氧化氢酶、CAT;抗坏血酸过氧化物酶、APX）和多酚氧化酶（PPO）活性提高、脂氧合酶（LOX）活性降低。同时，在贮藏后期，果实的活性氧自由基（ROS）产量（超氧阴离子、O2.;过氧化氢、H2O2)和丙二醛（MDA）含量降低。草酸的这些生理效应有利于保持膜的完整性和延缓桃果实的成熟;草酸诱导POD、SOD、PPO活性可能有助于提高采后果实的抗病性。 2．外源5、10 mM浓度的草酸（pH值中和或不中和）对芒果炭疽病原菌（Colletotrichum gloeosporioides）孢子萌发和菌丝生长均表现出显著的抑制作用。这种作用不仅与草酸降低培养基（PDA）的pH值相关，而且与草酸独特的化学特性相关。 3．在常温、低温和控制性气调贮藏下，采后草酸、采前 + 采后草酸、采前Ca + 采后草酸处理均能有效减缓芒果果实的软化速率，延缓芒果的成熟进程，降低芒果的病情指数，同时改善芒果成熟时的表皮着色，对果实完全后熟时的可溶性固形物（SSC）、可滴定酸（TA）含量、果肉口感均没有产生负面的影响。 4．草酸处理增强芒果细胞膜的稳定性，诱导提高芒果抗氧化酶活性，特别是提高果皮SOD、APX活性，降低LOX活性，以及降低果皮O2.、H2O2 和果肉H2O2含量，抑制采后果实的乙烯生物合成。这些生理生化效应与延缓芒果的成熟衰老和提高果实的抗病性相关。 5． 采后草酸、采前 + 采后草酸和采前Ca + 采后草酸处理表现出高效低廉、无毒无副作用、易操作等优点，是芒果采后贮藏保鲜的可供选、具有实际应用前景的新方法。

蜈蚣草(Pteris vittata L.)对砷和铜复合污染的响应及生理机制研究

随着现代工农业的发展，环境污染日益加剧。农用土壤作为我们赖以生存的基础，大量含砷（Arsenic, As）和铜（Copper, Cu）的化肥和农药的应用造成As、Cu及其他重金属的复合污染日趋加重。蜈蚣草作为一种天然的砷超富集植物，在清除土壤砷污染的应用中备受人们关注。然而，目前的研究多集中在蜈蚣草对单一砷污染的吸收、转运和超富集等方面，几乎没有对土壤复合污染尤其是As、Cu复合污染的的响应和生理机制的研究。本文针对As、Cu复合污染的现实，研究了不同浓度砷、铜复合污染胁迫对蜈蚣草生长和发育的影响，探讨了蜈蚣草对砷、铜复合污染抗性和富集的生理生化机制，以期为蜈蚣草在植物修复复合污染的应用提供理论基础。 主要研究结果如下： 1、以砷超富集植物蜈蚣草成熟孢子为外植体材料，建立了一套成熟的蜈蚣草孢子植株再生体系，包括配子体分化和愈伤组织分化两条途径。为蜈蚣草的生理生化机制以及将来的遗传转化奠定了基础。同时证明了蜈蚣草愈伤组织与其孢子体及配子体一样具有对砷的抗性和超富集特性以及铜抗性。 2、以组培的蜈蚣草孢子体为材料，通过比较高浓度砷、低浓度砷以及高浓度铜、低浓度铜的相互组合对孢子体毒性的差异，表明适度浓度砷可以增强蜈蚣草对铜的抗性，但高、低浓度铜都不能增强砷的抗性。同时测定了不同浓度砷、铜处理对蜈蚣草体内砷和铜的吸收分配情况，探讨了蜈蚣草对砷铜复合污染土壤的植物修复的潜在可能性 。 3、以蜈蚣草组培的配子体为材料，研究了蜈蚣草对不同浓度铜砷复合处理的生理生化响应。结果表明砷的加入可以缓解铜对蜈蚣草配子体的植物毒性，而铜的加入并没有缓解砷的植物毒性。而且随着砷浓度的提高可以显著降低铜在配子体中的积累，显著提高了配子体细胞生存能力，降低了配子体细胞膜透性，且可以改变铜砷在配子体中亚细胞定位，暗示砷对铜的积累具有拮抗作用。同时观察到适度的铜也可以降低砷在孢子体根中的积累，对砷在叶柄以及羽叶中的积累有一定的降低作用，但并不显著。 4、以蜈蚣草愈伤组织为材料，研究了蜈蚣草愈伤组织对砷和铜复合污染胁迫的生理生化响应，结果表明适度的砷可以显著提高蜈蚣草愈伤组织中抗氧化酶系统，进而提高抵御铜胁迫引起的ROS胁迫的能力而显著缓解铜对蜈蚣草愈伤组织的毒性。低浓度砷加入显著诱导POD、CAT活性的升高，提高了蜈蚣草愈伤组织抵抗ROS胁迫能力，尤其是POD与生长呈显著的正相关;SOD活性在0-1.0 mM Na3AsO4条件下并没有显著增加，暗示在相对较低的砷胁迫和铜胁迫条件下POD对蜈蚣草愈伤组织解毒起到重要作用。同时在高砷或者高铜胁迫条件下GR活性和GPx活性与之的相关系数可以达到显著水平，这说明高砷或者高铜胁迫条件下GR和GPx在蜈蚣草解毒中起到重要作用。 5、首次证明NO可能参与砷缓解铜对蜈蚣草的植物毒性的过程。发现加入0.2 μM NO加入并没有显著改善蜈蚣草砷的植物毒性，清除蜈蚣草愈伤组织内的NO后，显著增强了砷胁迫条件下对蜈蚣草愈伤组织生长的抑制作用。同时加入NO后却显著改善了蜈蚣草铜胁迫条件下愈伤组织的生长。测定了As、Cu处理后蜈蚣草愈伤组织内源NO含量的变化以及CAT抗ROS能力的变化，结果表明蜈蚣草愈伤组织NO合成显著受As诱导，但不受铜的诱导，同时内源NO浓度的升高，伴随着抵抗ROS胁迫的抗氧化的CAT活性升高。暗示砷可能是通过诱导内源NO浓度升高提高蜈蚣草愈伤组织抵抗ROS胁迫能力来缓解对铜的植物毒性。

复苏植物牛耳草Boea hygrometrica耐旱复苏过程中LEA基因表达调控及功能研究

本实验室以复苏被子植物旋蒴苣苔（Boea hygrometrica (Bunge) R Br，牛耳草）为实验材料，利用cDNA微阵列技术，筛选到2个LEA蛋白的cDNA片段。它们在干旱条件下表达水平增加一倍以上。在上述基础上，通过5’-RACE的方法扩增得到这两个LEA基因的全长cDNA，BhLEA1和BhLEA2，发现二者编码蛋白均与玄参科复苏植物Craterostigma plantagineum中的第4组LEA蛋白pcCC2具有最高的同源性。PCR扩增得到的基因组序列中发现BhLEA1和BhLEA2在靠近5’端处各有一内含子，分别为97和171bp。利用tail-PCR和inverse-PCR扩增得到BhLEA2的1215bp的启动子序列，其中含ABRE、W-box、HDEs、MYB、MYC、和生长素响应元件等。两个基因在不同胁迫、激素等处理下都有诱导表达。构建过量表达载体, 转化烟草。筛选T2代的纯合体植株进行抗旱试验，测定了干旱过程中的土壤和叶片含水量，PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm、SOD和POD酶的活性及蛋白质降解程度，发现BhLEA1和BhLEA2过量表达的烟草抗旱性有明显提高，与野生型相比，叶片含水量和光系统Ⅱ活性下降慢、SOD和POD活性增高、蛋白质降解减少。Western blot检测发现在干旱时，野生型烟草的RbcL、LHCⅡ和PsBO蛋白明显降解，而转基因植物的几乎没有降解，或者降解较少，说明BhLEA的过量表达可以在一定程度上抑制干旱诱导的蛋白质降解。这些结果表明，BhLEA基因可能直接或间接地在牛耳草干旱过程中参与了保护蛋白质的作用，为牛耳草叶片的复苏提供了基础。

锡林郭勒典型草原 四种禾本科技牧草对水分胁迫的生理生态防御机制的比较研究

本文以不同水分胁迫下的四种禾本科牧草（羊草、冰草、洽草、糙隐子草）为对象，比较研究了水分胁迫对植物的生理生态损伤，以及植物的渗透调节、内源保护酶系统与水分胁迫的关系。 结果表明：水分胁迫对植物造成一定的影响／伤害，表现在相对含水量、高度、生物量、总叶绿素、总糖及蛋白质含量均降低。在同一水分胁迫梯度时，植物的保水能力以羊草最高，糙隐子草、冰草次之，洽草最低。参与渗透调节的物质以K+、游离非必须氨基酸为主;以Na+，游离必须氨基酸、糖为辅，不同植物渗透调节物质不同。供试植物的渗透调节能力以羊草最强。 在水分胁迫下，植物细胞膜的脂质过氧化程度降低，说明这几种植物具有较强的内源保护酶系统，表现在SOD、POD活性明显增高;ASA和还原性糖的缓慢变化。说明在水分胁迫下植物通过维持较高的保护酶活性，以减轻膜脂过氧化作用和膜的损伤。保护酶系统中的各组分所起的作用与物种有关。在供试植物中冰草、隐子草的这种保护能力强于羊草、洽草。渗透调节和内源保护酶系统或其一可能是这四种牧草具较强抗旱性的原因之一。

濒危植物疏花水柏枝种群生物学和回归引种的研究

　本文对三峡库区濒危植物疏花水柏枝的种子形成与传播、种子萌发与幼苗定居、植株生长动态等种群生物学特性及其与环境的关系，特别是对水淹胁迫的生理学与生态学响应进行了研究，并以此为基础结合疏花水柏枝抢救工程的实施，对疏花水柏枝回归引种的相关生态学问题进行了探讨。 　　疏花水柏枝植株的生殖分配极高，每株所形成的花枝、花序和种子数量都比较多，其种子传播的方式有风传播和水传播，种子直接传播是疏花水柏枝种群进行扩增的主要途径，自然分布疏花水柏枝种群因此而常常成群分布。种子通过江水的二次传播是沿长江呈星状分布的疏花水柏枝各种群间进行基因交流的主要途径。限制疏花水柏枝种子萌发的环境因素主要是土壤含水量，这也是导致该物种在自然条件下仅分布于消落带的关键因素。疏花水柏枝一年生幼苗的成活率以及衡量植株生长状况的生物量、枝条数和根系长度都随着密度的增加而显著下降，表明密度对疏花水柏枝一年生幼苗的定居与生长有明显的制约作用。疏花水柏枝每年夏天都要经历长时间的水淹，在该时期无论是否被水淹，其幼苗地上部的生长都处于停滞（休眠），水淹后植株生物量都有一定程度的减少，但在各种水淹程度处理与对照之间除根深有显著差异外，幼苗的存活率、生物量、一级枝数、一级枝长度、根冠比的差异都不显著，表明水淹对幼苗的定居和生长没有显著影响，疏花水柏枝是通过快速的生物量丧失和快速恢复来适应水淹阶段的环境胁迫的。夏季适当的水淹不仅不会影响植株的生长，反而有利于该物种躲避这个阶段河滩上的高温天气，提高幼苗的成活率。 　　疏花水柏枝对水淹的生理生态适应机制较复杂。夏季水淹过后，植株进入生长恢复阶段，恢复初期植株的日均蒸腾强度与日均光合速率随着其在夏季被淹没时间的增加而增加，说明夏季水淹有利于植株尽快恢复生长。生长季节的水淹胁迫会使疏花水柏枝植株最初的光合作用和蒸腾作用的能力有所下降，但是长期水淹后，植株会形成适应，其光合与水分生理又会恢复到正常状态。疏花水柏枝植株也会在生理生化上对水淹胁迫作出响应。在夏天洪水季节无论是否被水淹，植株的可溶性糖总糖与蔗糖的都含量上升，根系活力、丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶(POD)活性、多酚氧化酶(PPO)活性在各种水淹处理与对照之间以及淹水后与淹水前之间没有显著差异，从生理上表明疏花水柏枝的生长在夏季处于生长停滞（休眠）状态，其生理生化变化是植株对休眠的响应。夏天洪水季节结束后，各处理植株的多酚氧化酶活性、过氧化物酶活性、蔗糖与总糖含量在生长恢复阶段显著下降，丙二醛含量、根系活力则分别有所增加，表明植株在生理生化上也得到恢复，且植株在夏季是否受水淹胁迫对生长恢复阶段植株的生理生化变化没有显著影响。生长阶段的水淹胁迫会导致丙二醛含量、多酚氧化酶、过氧化物酶活性上升，其中前两者的变化显著，而根系活力、可溶性总糖含量则在水淹后表现为下降。但是经长期水淹后，各种生理生化指标会逐渐恢复到正常水平，表明该物种对水淹的适应能力较强，水淹并不会对植株形成长期的生理压力。 　　疏花水柏枝被回归引种于长江三峡的几个主要支流上，形成几个相对隔离的重建种群。种群遗传多样性、年龄结构、分布格局、繁殖与扩展等生物学特性是种群持续发展的基础，疏花水柏枝种群的重建中必须予以考虑。各移栽点应分别从不同的地点采集移栽材料，且以生长旺盛、繁殖力强、遗传性状稳定的3-10年植株为主。在疏花水柏枝种群恢复与重建中目前所面临的主要问题是如何增强被隔离的种群间的基因交流、促进种群的种子扩散与萌发、协调新建种群与当地物种的关系、营造有利于新建种群定居与生长的生态环境。

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。