火炬松体细胞无性系建立及其形态发生调控的研究

火炬松（Pinus taeda L.）原产美国东南部，是世界南方松中最重要的绿化和造林用速生针叶树种，现广泛分布于全球亚热带和部分热带地区，在我国的栽植面积居世界第2位，仅次于美国。目前，火炬松离体快速繁殖、遗传转化和品种改良研究中最大的障碍是没有获得良好的植株再生体系。本研究以火炬松的成熟种子为试材，建立了可调控的体细胞胚胎发生和器官发生植株再生系统，并对再生过程中的形态学变化进行了细胞学观察和扫描电镜观察;建立了胚性细胞悬浮系，测定了其重要生长参数的变化动态，优化了悬浮条件下体细胞胚胎发生的培养条件及悬浮细胞原生质体直接体细胞胚胎发生的培养条件。 进行了HA、HB、HC、MA、MB、MC、LA和LB等8种不同基因型的成熟合子胚在BMS、DCR、GD、LM、LP、MNCI、MS、SH及自行设计的TE等9种不同基本培养基上的愈伤组织诱导试验，筛选获得了愈伤组织发生频率较高的基因型HB、MA和MC，及基本培养基DCR和TE。激素组合试验表明，2,4-D和BA最有利于愈伤组织发生。两因子5水平等重复的愈伤组织诱导试验及方差分析结果证实，8 mg•L~(-1)2,4-D和4 mg•L~(-1)BA是愈伤组织诱导的最佳激素组合。诱导产生的愈伤组织经2次继代后，可明显分为4种类型，它们是1）白色、半透明、有光泽的粘性愈伤组织（WTGM）;2）淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织（YLGG）;3）淡绿色、疏松的颗粒状愈伤组织（GLG）;和4）浅白色、水浸状的粘性愈伤组织（WMM）。其中白色、半透明、有光泽的粘性愈伤组织有较强的体细胞胚胎发生能力，淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织有较强的不定芽发生能力。这两种愈伤组织的最高诱导频率分别是28.1%和35.7%。 在附加2,4-D、IBA和BA的DCR体细胞胚诱导培养基上，白色、半透明、有光泽的粘性愈伤组织中的胚性细胞形成胚性胚柄细胞团和早期原胚。提高培养基中的渗透压后，早期原胚发育成后期原胚。在附加ABA、PEG和活性炭的DCR体细胞胚成熟培养基上，后期原胚发育成子叶胚。在无激素DCR培养基上，子叶胚萌发形成再生完整植株。体细胞胚转换成小植株的最高频率是18.4%。在直接体细胞胚诱导增养基和直接体细胞胚发育培养基的作用下，成熟合子胚的子叶和胚轴上直接形成体细胞胚。直接体细胞胚胎发生的最高频率是18%。 在附加NAA、IBA和BA的TE不定芽原基诱导培养基上，淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织中的胚性细胞形成不定芽原基。在附加IBA和BA的TE不定芽分化培养基上，不定芽原基分化产生不定芽。用基因型HB、MA和MC的淡黄色、疏松、有光泽的颗粒状愈伤组织进行的试验表明，不定芽分化的最佳低温（4 ℃）处理时间是5～6周，最佳蔗糖浓度是25～30 g•L~(-1)。分化产生的不定芽在附加IBA、GA_3和活性炭的TE培养基上，幼茎伸长。附加IBA、BA和GA_3的TE培养基上，伸长的不定芽生根形成完整植株。伸长不定芽的最高生根频率是46%。成熟合子胚在直接不定芽原基诱导培养基及直接不定芽分化培养基的作用下，从子叶和胚轴的不同部位产生直接不定芽。直接不定芽发生的最高频率是58.2%。 由成熟合子胚诱导愈伤组织形成过程中的形态学观察表明：在附加2,4-D和BA的DCR愈伤组织诱导培养基上，HB、MA和MC3种基因型中，MA主要在下胚轴形成愈伤组织，MC主要在子叶和胚根形成愈伤组织，HB主要在胚根形成体积较小的愈伤组织。在附加NAA和BA的TE愈伤组织诱导培养基上，HB、MA和MC3种基因型中，MA在单个子叶的顶端形成生长较快的愈伤组织，MC的所有子叶都形成愈伤组织，HB在所有子叶的顶端形成愈伤组织。 石蜡切片观察表明：4类愈伤组织的细胞组成不同．第1类愈伤组织主要由核大、质浓、体积小的园形胚性细胞及核呈柱状或新月形的体积较大的非胚性细胞组成;第2类愈伤组织主要由核大、质浓、体积小的园形胚性细胞组成，第3类愈伤组织主要由体积较大的棒状、葫芦形、新月形、盾片状细胞组成、第4类愈伤组织主要由体积较大的薄壁细胞和细胞壁加厚、细胞间连结紧密、无细胞核的分化细胞组成，第1类愈伤组织上形成的早期原胚的特点是：胚性头部由排列紧密、体积小的园形细胞组成，轮廓十分清晰、呈半圆形，胚柄由排列疏松的长形细胞组成，细胞体积大、细胞中有大的液泡，早期原胚在发育过程中和母体组织保持一定的隔离状态。第2类愈伤组织上形成的不定芽的特点是t结构上为单极性，其维管束和母体组织保持密切联系。扫描电镜观察表明;直接体细胞胚基部和母体组织保持较少的联系，其子叶是直立生长的．直接不定芽基部和母体组织保持较多的联系，其幼叶是向心卷曲生长的。 在培养周期内，基因型HB、MA和MC胚性细胞悬浮培养物的几个生长参数的变化动态相似。鲜重增长高峰在12—15 d，干重增长高峰在15～18 d，细胞体积增长高峰和胚数增长高峰在18—21 d。在培养的18—21 d，培养液中的pH值、电导率和蔗糖浓度接近或降到最低点。在悬浮培养条件下，体细胞胚形成的最佳起始细胞密度是5～6×103个／ml。继代培养时间延长，体细胞胚胎发生能力下降。热激处理促进基因型HB和MA体细胞胚的形成，抑制基因型MC体细胞胚的形成。在悬浮培养物中，观察到了裂生多胚。 对数生长期的火炬松胚性悬浮细胞，在以甘露醇作为渗透压稳定剂的酶混合液Cel-lulase“Onozuka”RS l%+Cellulase“Onozuka”R-10 2.5%+Pectolyase Y-23 0.2%的作用下，原生质体的产量和活力均最高。原生质体在DCR和KM8P两种培养基上形成了体细胞胚（包括胚性胚柄细胞团、早期原胚和后期原胚）．体细胞胚形成的最佳起始原生质体密度是7×l04个/ml，最佳ABA浓度是4 mg．L-I．

陆地棉组织培养及转化研究

1．以MS无机盐+B 5有机成分为基本培养基，附加2，4-D，KT，ZT等激素，以农艺性状良好，抗枯萎病的棉花品种“冀492”为材料，建立了愈伤组织诱导，体细胞胚胎发生和植株再生体系． 2．实验结果表明，2，4-D是诱导愈伤组织产生的促进因子，效果明显好于其它生长素类物质，但是随着培养基中2，4-D浓度的升高，愈伤组织状态也会变差，褐化严重，而且，附加O.lppm 2，4-D，O.lppm K T的培养基是较为合适的培养基．IAA，NAA对愈伤组织的诱导不十分理想，此外，愈伤组织的产生还同外植体，基因型和一些物理条件有关， 胚性愈伤组织的产生，需不断调节培养基中激素浓度，逐步降低2，4 -D浓度，并添加低浓度ZT，胚状体要在去除2，4-D的培养基上才能产生．虽然，2，4-D对于胚性愈伤组织的诱导是必须的，但是却抑制胚状体的发育． 3．培养基中硝态氮和氨态氮比例，激素浓度和种类，活性炭的添加，对于胚状体的萌发和成熟有重要影响，硝酸钾加倍，硝酸铵减半，并附加低浓度ABA和活性炭是胚状体诱导和成苗（去除ABA）的适宜培养基，而附加0.2ppm N A A，0.2ppm ZT和活性炭的M S2培养基是胚状体成熟的适宜培养基．通过对胚性愈伤组织的干燥处理，培养基中低浓度ABA和活性炭的添加，比较有效地抑制了畸形胚的产生，大大地提高了正常胚的比例． 4．对陆地棉“冀4 9 2”的下胚轴和子叶利用含Bt抗虫基因的根农杆菌(AgrobacterIIm tumefrens)进行了遗传转化研究，在筛选培养基上获得了大量生长旺盛的阳性愈伤组织，葡糖酸苷检测结果表明，大部分愈伤组织均有G us基因的表达． 5．通过花粉管通道法，进行了将含有Bt抗虫基因DNA的大肠杆菌质粒导入陆地棉“冀492”的实验，并收获了近1 0，000粒种子，为从大量种子中筛选出抗性种质材料，建立了卡那霉素田间初步筛选法． 6．利用活体压片和石蜡切片技术对体细胞胚胎发生过程和胚状体起源进行了观察，发现胚状体发生主要是通过类合子途径进行的，胚状体可能起源于单细胞． 7．通过对相同培养基上的非胚性愈伤组织，胚性愈伤组织和不同时期胚状体的可溶性蛋白SDS - PAGE电泳分析，发现16KD和50K D蛋白特异性地存在于胚性愈伤和各期胚状体中，该蛋白可作为胚性愈伤组织的筛选标记．对不同发育时期的愈伤组织进行了同工酶和可溶性蛋白的IE F/SD S-PA G E双向电泳分析，结果表明，不同发育时期的愈伤组织同工酶酶谱和可溶性蛋白电泳图谱之间具有较大的差别，分化前期的胚性愈伤组织酶的活性强，种类多，并且有新的蛋白斑点的出现，这些都可能与体细胞胚胎发生相关．

胡杨体细胞再生植株及耐机制的研究

胡杨（Populus euphratica Oliv.）是干旱荒漠风沙前治地区唯一分布的乔木树种，具有极强的抗逆性，突出地表现出较强的耐盐碱能力。由于胡杨在繁殖上存在问题，种子采后极易丧失生活力和无性扦插繁殖难以生根，加之人们对胡杨耐盐抗逆机制缺乏了解，应而极大地制约了这一珍贵抗逆种质资源的开发和利用，现有资源的保存也受到严重危胁。试验首先利用植物细胞工程技术开展了胡杨体细胞再生植株的系统研究，并在分子水平上就愈伤组织的培养和器官发生过程中表达的特异蛋白开展了深入工作。其次，对胡杨耐盐机制进行了研究，分析了胡杨细胞盐胁迫响应蛋白，开展了盐胁迫条件下细胞对离子吸收和分配特性以及与耐盐有关的形态结构的研究。这一工作的开展对于有效地保存、开发和利用胡杨种质资源，对于荒漠化治理，以及深入认识胡杨耐盐性、丰富和发展木本植物耐盐理论，具有十分重要的意义。 研究取得的主要结果如下： 1.较好地解决了胡杨试管培养中黄萎和退化等难以克服的问题，通过全面和系统的比较研究和对培养条件的优化，首次获得了高频率的和成熟的胡杨体细胞再生植株体系。胡杨愈伤组织、离体叶片和离体茎段不定芽再生频率分别可达82.9％、100％和83％，试管苗生根为86.2％。 2.提出了以愈伤组织表达蛋白状况作为判定其器官发生能力的观点，确定了三类愈伤组织和器官发生中三个不同分化阶段的蛋白分子标记。利用SDS-PAGE和IEF－SDS－PAGE对胡杨不同类型愈伤组织和愈伤组织分化不定芽过程的蛋白进行了研究。结果表明：不同类型愈伤组织中表达的蛋白存在着一定差异。在光下和BA／NAA为1诱导产生的具有较强器官发生能力的茎基愈伤组织，其蛋白组分明显地少于其它类型的愈伤组织，表明其分化程度较低。经过黑暗和BA／NAA为0.5的继代培养，愈伤组织产生了特异的24。5KD和58.6KD的标记蛋白，并且也表达了其器官发生时表达的19KD和31KD蛋白。说明愈伤组织经过继代培养其器官发生能力下降是与细胞分化程度增加相关的。茎基愈伤组织在光下和BA／NAA为5的条件下进行器官发生诱导，随着愈伤组织形成分生细胞团块和不定芽原基明显地表达了20KD和55KD蛋白带，并且20KD蛋白中包含有特异的pI为5。5－6.5的蛋白。43KD和pI为6.5-7.5的蛋白为器官发生前期蛋白。本文不愈伤组织表达蛋白状况与器官发生能力间关系进行了讨论。 3.分离和鉴定了胡杨细胞盐胁迫响应蛋白，从蛋白表达上证实盐胁迫对胡杨细胞产生的影响明显地分为渗透胁迫和离子伤害胁迫两种效应。对悬浮培养的胡杨细胞进行NaCL和PEG(6000)胁迫处理，SDS－PAGE分析表明：NaCL和PEG胁迫处理的细胞均明显地表达了28KD和59KD蛋白带，表明28KD和59DK蛋白是与渗透胁迫有关的。66KD和60KD蛋白带仅在高水平盐胁迫细胞中显著表达，应而是与盐胁迫中离子伤害有关的蛋白。进一步证实胡杨细胞中28KD和66KD蛋白带表达受ABA诱导。通过IEF－SDS－PAGE证实，28KD蛋白包含有pI为8.0-9.0的蛋白，渗透胁迫和离子胁迫相关的分离和鉴定为通过蛋白途径克隆与渗透胁迫和离子胁迫相关基因，为深入认识胡杨耐盐机制奠定了基础。 4.通过X－射线细胞微区分析以及与毛白杨细胞比较发现，胡杨细胞对培养介质中高浓度的盐离子具有较强的拒吸作用和一定的忍耐性。胡杨细胞中液泡不具有积聚离子的功能，细胞分室性渗调节作用不明显。胡杨细胞膜对离子进入具有选择功能，表现在培养介质中Na和CL离子进入细胞和由细胞质进入液泡不以等摩尔数形式进行，进入的CL离子比Na离子约高50％，说明了二者通过质膜是由不同机制控制的，是分开进行的，也说明胡杨细胞拒Na离子强于拒CL离子。另外胡杨细胞受到盐胁迫时还表现出比较强的维持细胞内离子平衡的功能。正是由于上述特性，才赋予了胡杨细胞具有较强的耐盐性。 5.利用电子显微镜和光学显微镜中相差和微分干涉等技术，对胡杨细胞和组织结构进行了观察。与毛白杨细胞相比，胡杨细胞中具有较丰富的线粒体和质体，盐胁迫和渗透胁迫均明显地提高了细胞质中线粒体数和质体数，并使质体中内含体增多，细胞质中和液泡内缘出现明显的嗜饿物质。研究还发现，胡杨细胞膜与细胞壁之间呈齿状结合，说明了膜与壁之间结合的牢固性和稳定性，解释了胡杨细胞在胁迫中不易发生质壁分离的原因。胡杨细胞在受到盐或渗透胁迫时，细胞内出现明显的丝状结晚，细胞核变大，核仁明显。在器官和组织结构方面，胡杨根系具有发达的根冠和根内皮层，根毛较多，叶片输导组织不发达等。这些结构的存在与胡杨的抗逆性是密切相关的。文中从形态结构上阐述了胡杨的耐盐碱特性。

芦苇Phragmites communis Trin. 耐盐变异体的生物学鉴定和快速繁殖以及在海水生态养殖中的应用示范

本文以芦苇野生亲本和耐盐变异体为材料，比较了两者在形态、生理生化以及分子生物学特性上的差异，对耐盐变异体抗盐能力提高的机理作了初步的探讨。为了适应推广芦苇耐盐变异体的需要，进行了耐盐变异体快速繁殖的研究，建立了两种诱导丛生芽的技术系统。对耐盐变异体芦苇在滩涂上的利用作了有益的尝试。结果总结如下： 1．通过对芦苇野生亲本和耐盐变异体的基因组DNA用随机引物扩增分析，发现两者的基因组DNA在序列上存在着一定的差异，并克隆测序了几个对变异体而言是特异的标记序列。 2．生化分析发现，在盐胁迫下，两者在可溶性蛋白上存在着差异，芦苇耐盐变异体在胁迫下分别在20～30 kD和43～66．2 kD之间各有一条特异的蛋白带表达。而且变异体盐胁迫下在同工酶的表达上也与野生亲本有着显著的区别。 3．生理测定发现，芦苇耐盐变异体在200 mmol/L NaCl盐胁迫下光合作用要比野生亲本强，叶绿素测定的结果与此相吻合，在此浓度的胁迫下，变异体叶绿素含量受影响较小，而野生亲本的叶绿素含量明显降低。对两者胁迫前后的离子含量测定发现，虽然K+含量最多，但是植株内离子含量变化最大且增加最多的离子是Na+，而且变异体内Na~+增加的量比野生亲本高得多。另一个变化较大的是游离脯氨酸的含量，其变化情况类似于Na~+，在胁迫后脯氨酸含量增加明显，而且变异体内的增加量比野生亲本高。对变异体进一步的胁迫反应证实了Na+和脯氨酸含量变化与胁迫反应的密切联系。推测它们的这些变化与变异体抗盐能力提高密切相关。 4．将芦苇耐盐变异体的种子苗切去种壳和种子根，以此作为外植体，通过筛选大量的激素组合，最终建立了两种快繁技术系统（MP－A和MP－B）进行丛生芽诱导。两个系统都包含预处理和诱导两个主要步骤，其中预处理培养基激素组合是相同的（NAA 2～5 mg/L + 2,4-D 0.05 ～ 0.1 mg + BA 1mg/L）,而诱导处理的培养基激素组合不同，分别为：MP－A的诱导处理的激素组合是将预处理的激素组合中的2，4－D去除即可;MP－B诱导处理的激素组合为1mg/L NAA + 0.05 ～0.1mg/L 2,4-D + 2～5mg/L BA. 两个系统都获得显著的丛生芽诱导效果。 5．在滩涂水产养殖中引入芦苇种植、发现耐盐芦苇能有效地降低水体污染和病害，实验了两种模式的种养殖方式：围隔模式和混合模式，初步结果表明混合模式效果较好。这一初中初步验证了芦苇对海水养殖的价值，对开发滩涂具有很大的意义，具有创新性。

玉米的单倍体育种及基因转化的研究

玉米的单倍体育种，是利用花药培养或孤雌生殖产生单倍体后，进行人工或自然加倍，迅速获得稳定的新品种的育种方法。单倍体育种可以缩短育种时间，单倍体培养体系如果作为转基因的受体，可保证外源基因在后代中稳定遗传，而不发生分离。因此，玉米单倍体育种无论在实践中还是在理论研究方面都具有重大的意义。 本文针对玉米花药培养中长期以来未能解决的诱导频率低、基因型之间差异大、小苗移栽不容易成活等问题，重点探讨了各种因素对玉米花药培养的影响。结果表明：不同基因型之间的诱导频率差异明显，杂交种的诱导频率比纯系高，并选择出诱导频率高达20%的材料“中0198”;接种时花药中的花粉处于单核中期时，其诱导频率最高;采用液体培养基比采用固体培养基诱导频率提高一倍;培养基中加入0.5%的活性炭，可使诱导频率由5.25%提高到9.35%;15%的蔗糖浓度对玉米的花药培养是最适宜的，培养2周后，将培养基的蔗糖浓度从15%调整为10%，将明显提高诱导频率;培养基中高浓度的KT和低浓度的BA有利于诱导体细胞胚的发生，而低浓度的KT和高浓度的BA有利于诱导芽的发生;接种前将花药在4℃条件下进行低温预处理，可将诱导频率从3.13%提高到11.71%;培养基中添加2 mg/l的多效唑，可有效地促进小苗的生根;再生植株于冬季拿到海南种植，可明显提高移栽的成活率。 在玉米孤雌生殖的实验中，将未受粉的玉米雌穗接种在成份为N6 + 2,4-D 1mg/L + NAA 1mg/L + BA 1mg/L + CH 200mg/L + colchicine 2 mg/L + sucrose 5% + agar 0.7% 的培养基上。第一轮实验共接种了三个材料的26个雌穗（约3900个未受精的子房）。每种材料均有单性结实，诱导频率由高到低分别3.06%，2.29%，1.90%。直接获得了5株再生植株，通过染色体检查，发现其中3株为单倍体（n=10），另外2株为二倍体。移栽到土壤中后，有4株成活，其中一株二倍体植株能够正常开花、结实。得到的种子播种于实验田中，表现整齐一致，有纯系的特征，而且出现了2株白化苗。通过石蜡切片初步观察了孤雌生殖的胚胎发生过程，发现胚胎发生是从胚囊里的单倍体细胞起源的。第二、三轮实验又接种了10个基因型的玉米材料，证实了上述结果。 外源基因转导是利用生物技术进行玉米育种的一个有效途径。本文首次尝试了用离体子房注射法对玉米进行基因转化。首先构建了含有开花促进因子基因FPF1及植物选择标记抗除草剂基因pat的植物表达载体pFBR，采用离体注射培养法，取授粉24小时后的玉米雌穗，剥去苞叶，在超净工作台进行微量注射，然后切成小块接种在培养基上，在光照培养箱内培养，3-4周可直接获得种子或小植株。种子萌发后进行植株抗性筛选和分子检测，共注射了3个品种的47个雌穗（约16450个子房）得到再生植株109株，其中经PPT筛选有抗性的植株为23株，占再生植株的21.1%。经PCR检测，13株植株有阳性反应。但Southern杂交检测有杂带出现。出现杂带的原因、RNA水平的分子检测、转基因后代T1代的分子检测和早开花农艺性状的观察，由于时间关系没有完成，还需要进一步的实验。实验初步证明了离体子房注射法对玉米进行基因转化的可行性，而且与田间注射法相比，此方法具有省力省时，容易控制污染，转化效率提高的优点, 克服了玉米培养再生植株受基因型限制的困境, 将为玉米分子育种的基因工程提供更易行的手段。 同时，也为子房较大的其它植物的基因转化提供了方法。

水稻小G蛋白Arf GTPase激活蛋白OsAGAP功能研究

　　锌指蛋白在植物生长发育中具有重要功能，它们可以识别并结合特定的DNA序列进行转录调控，还能够参与蛋白之间相互作用的调节。我们根据锌指蛋白等转录因子特征结构域的序列特点，从来自10 K水稻芯片的EST数据库中筛选出编码58个EST序列。通过对器官表达特异性的比较分析，从中选出七个只在单一器官表达的基因，并对这七个基因的功能进行研究。对其转基因水稻的表型分析发现，C1基因调节水稻的株高和穗的发育;LIM 家族的F9影响小花的形态，主要体现在雌蕊与雄蕊的发育;锌指蛋白S34调控叶倾角的变化;F14基因编码一个核定位的TFIIIA类锌指蛋白，具体功能尚不清楚;锌指蛋白F35转基因水稻主根缩短，侧根数目显著减少。它编码一个推测的ArfGAP (Arf GTPase activating protein)，据此我们将其命名为OsAGAP，并对其进行深入研究。 　　OsAGAP的cDNA全长为1328bp，编码的蛋白由320个氨基酸组成，含有两个保守结构域：锌指结构域和C2 结构域。其中锌指结构域属于CX2CX16CX2C类，即ArfGAP domain的特征结构。GTP酶活性测定试验表明，OsAGAP蛋白能够激活水稻Arf的GTP酶活性，另外，OsAGAP还能够恢复酵母ArfGAP缺失突变体的表型。说明OsAGAP编码的蛋白是水稻中的一个ArfGAP。 　　OsAGAP在水稻各器官中均有表达，但强弱有所不同。RNA原位杂交结果显示，它在茎尖分生组织与侧生原基及侧根部位表达强烈;它在根尖主要分布于中央维管组织、分生区、皮层细胞，最有趣的是恰好与生长素在根尖极性运输路径相吻合。在亚细胞水平，OsAGAP广泛分布于细胞膜、细胞质、细胞核。 　　OsAGAP超表达水稻主根、不定根长度缩短，侧根数目显著减少表现出类似于生长素极性运输突变体的表型。其主根伸长对TIBA的抑制作用不敏感，这暗示OsAGAP超表达水稻的生长素极性运输被破坏;另外，其对各种生长素的作用敏感性也发生变化，对IAA、2,4-D的不敏感，而对NAA的反应与野生型一致，根据各类生长素进出细胞机制不同，可以推测超表达水稻的输入能力存在缺陷。极性运输实验结果表明，超表达水稻极性运输能力被破坏;对生长素输入能力的测定进一步表明，超表达水稻根载体的介导的生长素输入能力显著下降。另外，NAA处理能够恢复超表达水稻中侧根发育受抑的表型缺陷。由此可见，OsAGAP在水稻中超表达破坏了生长素极性运输的输入能力。 　　FM1-43是一类特异标记囊泡运输的荧光染料。经其染色标记后，OsAGAP超表达水稻细胞内囊泡成片聚集，形成“BFA区间”，表现出囊泡运输被破坏的典型特征。透射电镜观察发现，超表达水稻细胞内有大量的小液泡，其中积累了电子密度很高的颗粒物质。由此推测，可能由于细胞的囊泡运输被破坏，导致胞内的代谢物质不能被正常运送或分泌，而在液泡中暂时贮存以维持细胞环境的稳定。 　　在酵母和动物细胞中的研究表明， ArfGAP是调控囊泡运输的一个重要因子，然而目前还没有关于ArfGAP在植物细胞中生理作用的报道。我们的结果说明，OsAGAP作为的一个ArfGAP，它通过调控水稻中的囊泡运输，而影响了生长素的极性运输，具体表现在对生长素输入能力的调控。由此，我们推测ArfGAP可能在生长素的极性运输中也起着重要的调控作用。 　　但OsAGAP在拟南芥中却通过调控植株生长素的水平，而影响了转基因拟南芥根的发育。每种生物都有多个ArfGAP，它们之间的分工存在联系，但各不相同。OsAGAP是拟南芥的外源基因，它在拟南芥中可能以不同于水稻的机制起作用。

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。

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。

显花植物器官形成激素调控的分子机理研究

本论文以显花植物水稻和拟南芥为对象，研究植物器官形成激素调控的分子机理。发现拟南芥干细胞决定基因WUS和ABA信号关键调节因子ABI3间存在相互调节关系，它们对质体和根毛发育等具有调控作用；运用细胞学手段对OsAGAP和OsRMC调控根发育的机理进行了研究。这些结果为了解ABA、生长素和JA等激素对分生组织或根等器官的形成的调控机理提供了新资料。 拟南芥WUS基因是一个重要的干细胞决定基因。在茎尖分生组织和花分生组织的动态平衡调节中各存在一个反馈调节环：WUS促进CLV3的表达，而CLV3 反馈抑制WUS表达，它们共同决定干细胞的数目；在WUS+LFY 和AG之间也存在一个类似的反馈环，负责花器官的正常启动和终止。本工作发现在外源ABA 存在下，拟南芥WUS功能获得突变体sef (stem ectopic flowers)子叶黄化过程受到抑制，即sef突变体对ABA 的敏感性降低，而且在sef突变体中ABI3转录水平下调，说明WUS 抑制ABI3的表达。另一方面，在abi3突变体中WUS转录水平下降，启动子分析发现WUS是ABI3所在的B3结构域家族基因的靶基因，酵母单杂交实验表明B3家族蛋白FUS3可以与WUS调控区结合；外源ABA 处理pWUS::GUS植株发现ABA可使WUS异位表达，暗示受ABA信号诱导的B3类转录因子可与WUS调控区结合，从而促进WUS的表达。这些结果支持ABI3/WUS间的反馈调节机理，该调节环可能参与调控拟南芥质体和根毛发育等过程。 双子叶和单子叶植物的发育和器官形成高度依赖生长素极性运输（PAT）， 生长素输入和输出载体的准确定位对于极性运输的正常进行是必要的。在双子叶模式植物拟南芥中，生长素输出载体PIN1的转运和定位受小G蛋白ARF鸟苷酸转换因子GNOM介导。本实验室克隆到一个水稻ARF GAPase激活蛋白OsAGAP， 其超表达引起PAT改变且干扰主根和侧根的发生及发育。前期生理实验显示超表达植株侧根的表型可被膜渗透性生长素NAA恢复，但不能被载体依赖型生长素IAA和2, 4-D恢复。为了解释OsAGAP过表达引起根系发育受到抑制的表型，本工作主要从细胞学角度继续深入分析OsAGAP介导生长素运输的机理。实验发现，OsAGAP超表达植株中AUX1在细胞中分布改变；生长素输出载体PIN1和PIN2的定位不受影响；该基因的超表达使囊泡聚集，形成类似囊泡运输抑制剂BFA处理后的结构；OsAGAP与细胞转运系统中的高尔基体存在部分共定位。以上结果表明OsAGAP调节小G蛋白Arf的活性，参与调控生长素极性运输过程，进而调控根系发育。通过对JA诱导的OsRMC蛋白的膜定位分析及转基因植株根中JA合成水平的测定，为研究此蛋白参与JA信号、调控根系发育提供了直接证据。 此外，论文还对拟南芥STAR2基因的功能进行了一定的初探。

五助百里香植物愈伤组织培养及挥发油成份的生物合成研究

高等植物具有合成各种化合物的特殊功能。早在本世纪二十年代初期，许多有机化学家对这些复杂的天然次生代谢物提出了各种生源假说，阐述这些化合物的结构关系及其可能的生源途径。 目前，对于次生代谢产物生物合成研究主要有二个途径，整体方法和离体方法，其中离体方法包括非细胞系以及植物组织和细胞培养。 经过近一个世纪的努力，植物组织和细胞培养成了今天研究次生代谢产物生物合成的一个重要工具。目前这方面研究主要包括三个方面;﹤一﹥通过植物组织和细胞培养获得有价值的天然次生代谢产物;﹤二﹥研究次生代谢产物的生物合成途径;﹤三﹥生物合成新的有特殊价值的天然产物。 近二十年来，这一领域发展迅速，尤其是在寻找用植物细胞，像微生物那样，工业生产有价值的天然产物方面，为许多科学家所瞩目。 为了从植物组织和细胞培养中获得原植物特有的次生代谢产物，目前，主要包括四个方面的研究。﹤一﹥营养调节;﹤二﹥激素调节;﹤三﹥一级代谢对二级代谢的调节;﹤四﹥一些物理因子的调节。这些工作均在不同程度上取得一定的进展。 目前，在本领域中存在的主要问题是：﹤1﹥在植物组织培养中，许多植物特有的次生产物只能在在具有一定程度分化的细胞中才能产生;﹤2﹥在植物组织或细胞培养中，合成的次生产物含量较低;﹤3﹥许多植物组织或细胞培养不能合成原植物特有的次生代谢产物。 在我国，应用植物组织或细胞培养研究次生代谢产物合成的工作开展不多，尤其是有关精油的生物合成研究，目前才刚刚开始。 本实验应用两种化学型（芳樟醇型和香芹酚型）五肋百里香（Thymus guinguecostatus celak)植物的叶、茎、子房、花粉等诱导愈伤组织，以期探讨萜类及有关成份在愈伤组织中合成的规律;比较不同愈伤组织合成萜类及有关成份的差异;探讨不同化学型的遗传信息在愈伤组织中合成的作用。 在本实验中，我们的结果如下： 1.愈伤组织诱导 不同培养基对愈伤组织诱导不同，其中以添加6ppm 2,4-D和0.5ppm激动素的staba培养基的诱导率最高，接种17天后，诱导率达70%。老茎和老叶均不易产生愈伤组织。光照下培养也不易产生愈伤组织，诱导愈伤组织是在暗处进行的。 2.愈伤组织培养 愈伤组织在含有0.2ppm NAA和1ppm激动素的 staba 和 Ms 培养基中生长较好，五周后可长成约1克重。在光照下培养，茎的愈伤组织是绿色的，叶的愈伤组织为白色，无叶绿素，子房和花药愈伤组织含有少量叶绿素。光照下培养比暗处生长较快。在这两种培养基中添加200毫克/升亮氨酸时，茎的愈伤组织出现分化的不定芽，叶的愈伤组织不发生分化，但生长加快。 3.原植物精油成份 移栽于本所北京植物园的五肋百里香精油成份，经气-质联用鉴定,与原产地的精油成份相似。从山东烟台地区移栽的芳樟醇型，经气-质联用鉴定有13个化合物，除前已坚定的五个原产地精油成份，如芳樟醇，龙脑，莰烯，蒎烯和β-红波药烯外，本实验鉴定的成份。 从山东泰安地区移栽的为香芹酚型经气-质联用鉴定的精油成份有12个，除前已鉴定的香芹酚，百里香酚等9个成份外，本实验鉴定的成份有桧烯，α-侧柏烯和新异侧柏醇等。 4.愈伤组织中萜类和有关成份及其生源 芳樟醇型叶愈伤组织，经提取分离，气-质联合检出4个化合物：异戌酰胺，苯甲酸乙酯，橙花叔醇和香兰素。主要成份是异戌酰胺和苯甲酸乙酯。 在香芹酚型愈伤组织中，鉴定了一个化合物，异戌酰胺，它是该愈伤组织的主要成份。 在本实验中，没有检出单萜成份，但检出一个倍半萜，橙花叔醇。因此，我们认为单萜和倍半萜的生物合成部位可能是相互分离的。倍半萜可能是在细胞质中合成的。 在本实验中，我们认为主要成份异戌酰胺可能是由亮氨酸转化的;香兰素和苯甲酸乙酯可能是从肉桂酸途径衍生的。

大百合属间杂交亲和性、离体培养及耐热生理研究

本实验以大百合和百合东方杂种系“索蚌”为材料，对大百合、百合杂交的亲和性、大百合离体培养及其耐热性进行了研究，以期为大百合与百合杂交育种及相应的耐热百合材料的筛选、种质保存、新品种快繁及栽培应用提供理论依据。 　　以大百合为母本，百合为父本，对属间杂交授粉后花粉管的行为进行观察，结果表明：大百合与百合属间杂交授粉后，百合的花粉在大百合的花柱内的伸长过程中，出现少部分花粉管末端分叉、膨胀或变细，胼胝质大量不规则沉淀，及部分花粉管在伸长过程中受阻等不亲和现象，但大部分花粉仍能够正常萌发，穿过花柱道，进入子房，到达胚珠，且能够观测到早期的胚。虽然杂交亲和性与花粉管的行为有关，但杂交的成功与否还受到受精后诸多因素的影响，还需要从胚胎学和遗传学方面进一步探讨。 　　以大百合的鳞片、叶柄和子房为外植体，进行离体培养，结果表明：大百合的鳞片和叶柄外植体均可成功地诱导小鳞茎，叶柄相对更容易。鳞茎诱导小鳞茎的最佳培养基为MS＋NAA0.5－1.0mg/ml +BA2.5mg/ml +KT2.5mg/ml +蔗糖3%＋琼脂0.7%，28周后，每个外植体平均可以分化4-11个小鳞茎;叶柄诱导小鳞茎的最佳培养基为MS＋NAA1.0－2.0mg/ +BA2.5-3.0mg/ml +KT2.5-3.0mg/ml +蔗糖3%＋琼脂0.7%，26周后，每个外植体平均可以分化3-9个小鳞茎。同时也发现，用鳞茎作为外植体，污染率较高。在大百合的子房离体培养实验中发现：BA和KT 是影响大百合子房分化途径的关键因素，其浓度分别为0.1-1.0mg/L、2.0-4.0 mg/L和高于4.0mg/L时，外植体分别分化为愈伤组织、芽和叶。外植体分化的基本培养基以N6、B5为佳。愈伤组织诱导小鳞茎的最佳培养基为MS+0.1-0.5mg/L NAA +2.5mg/L BA+2.5mg/L KT +10%蔗糖+0.7%琼脂。在1/2MS +3%的蔗糖+0.7%琼脂+1%活性炭的生根培养基上，生根率为100%。炼苗一周后移栽，长势良好。 　　对长至5－6片真叶的大百合植株在不同高温（30℃、35℃和40℃）下，分别进行4h、10h及24h(热胁迫10h，然后在22℃对照温度下缓苗14h)的热胁迫处理，测定了不同处理下，植株的净光合速率（Pn），实际光化学效率（φPS2），最大光化学效率（Fv/Fm）和叶片的相对电导率，游离脯氨酸含量，可溶性蛋白含量，以及叶片中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶(CAT)的活性。结果表明：大百合对30℃的高温胁迫有较好的适应能力，表现为可溶性蛋白、游离脯氨酸等渗透调节物质的积累，抗氧化酶活性的提高，以及缓苗后细胞膜的自我修复和光合能力的恢复;随着胁迫温度的升高（35℃、40℃）和胁迫时间的延长（4h、10h），大百合一方面对高温胁迫做出了积极的响应，另一方面，光系统的光合能力，细胞膜的稳定性，抗氧化酶的活性，也受到了一定程度的伤害，在缓苗后,细胞膜的稳定性、细胞的渗透势、抗氧化酶的活性等都在一定程度上得到恢复。 　　

苦苣苔科植物的组织培养和离体保存

苦苣苔科(Gesneriaceae)植物种类繁多, 全世界约150属3700余种,我国有58属470余种，大部分具有极高的观赏价值，许多是传统的民间草药。虽然我国苦苣苔科植物资源丰富，然而很多种类分布区域狭窄，种群数量稀少，加之生境受到破坏，许多已经面临灭绝的危险。本研究拟通过组织培养、玻璃化超低温保存以及快速繁殖，达到保护和扩繁珍稀濒危苦苣苔科植物的目的。 以药用唇柱苣苔（Chirita medica D. Fang ex W. T. Wang）和粉绿异裂苣苔（Pseudochirita guangxiensis W.T.Wang var. glauca Y. G. Wei et Y. Liu）为材料，取幼嫩叶片为外植体，通过组织培养实验得到最佳诱导不定芽培养基：MS培养基附加30 g l-1蔗糖，7.5 g l-1琼脂，药用唇柱苣苔附加0.10 mg l-1 BA ，0.10 mg l-1 NAA，粉绿异裂苣苔附加0.05 mg l-1IAA，1.00 mg l-1BA。最高不定芽诱导率分别为：90.3%和85.0%。最佳生根培养基：1/2MS培养基附加30 g l-1蔗糖，5 g l-1活性炭，7 g l-1琼脂，生根率为100%，诱导产生6.11条根，根长为18.8mm（药用唇柱苣苔）；1/2MS培养基附加10-20g l-1蔗糖，1 g l-1活性炭，7 g l-1琼脂，诱导生成6.8-7.4条根，均长17.7-22.0mm（粉绿异裂苣苔）。 在组织培养的基础上进行了苦苣苔科植物的玻璃化超低温冷冻保存研究。以烟叶唇柱苣苔（C. heterotricha Merr.）和濒危植物药用唇柱苣苔叶片外植体为材料，经过自然干燥、装载液处理、玻璃化溶液处理、液氮冷冻保存，成功实现了玻璃化超低温冷冻保存，经过液氮冷冻保存后的材料可以继续分化、生长。适当时间的玻璃化试剂处理对于材料无致死作用，不经液氮冷冻，可以达到100%存活。-20 oC 、-40 oC、液氮保存后，存活率随温度下降而下降，表明冷冻致死的原因在于冰晶形成；提高冷冻后成活率的关键是控制干燥脱水，经过适当的自然干燥，材料存活率分别达到50.0%和27.8%。 以叶片为外植体材料，通过组织培养和快速繁殖可以大规模扩繁苦苣苔科植物。主要步骤为：外植体叶片消毒→不定芽诱导培养→生根诱导培养→继代保存或炼苗移栽，经过3-4个月时间可获得大量栽培植株。已成功保存并培养了40余种苦苣苔科植物，包括濒危苦苣苔及高观赏价值苦苣苔。

Comparison of stabilised/solidified mixes of model drill cuttings based on the North Sea and Red Sea Areas

Following the global stringent legislations regulating the wastes generated from the drilling process of oil exploration and production activities, the management of hazardous drill cuttings has become one of the pressing needs confronting the petroleum industry. Most of the prevalent treatment techniques adopted by oil companies are extremely expensive and/or the treated product has to be landfilled without any potential end-use; thereby rendering these solutions unsustainable. The technique of stabilisation/solidification is being investigated in this research to treat drill cuttings prior to landfilling or for potential re-use in construction products. Two case studies were explored namely North Sea and Red Sea. Given the known difficulties with stabilising/solidifying oils and chlorides, this research made use of model drill cutting mixes based on typical drill cutting from the two case studies, which contained 4.2% and 10.95% average concentrations of hydrocarbons; and 2.03% and 2.13% of chlorides, by weight respectively. A number of different binders, including a range of conventional viz. Portland cement (PC) as well as less-conventional viz. zeolite, or waste binders viz. cement kiln dust (CKD), fly ash and compost were tested to assess their ability to treat the North Sea and Red Sea model drill cuttings. The dry binder content by weight was 10%, 20% and 30%. In addition, raw drill cuttings from one of the North Sea offshore rigs were stabilised/solidified using 30% PC. The characteristics of the final stabilised/solidified product were finally compared to those of thermally treated cuttings. The effectiveness of the treatment using the different binder systems was compared in the light of the aforementioned two contaminants only. A set of physical tests (unconfined compressive strength (UCS)), chemical tests (NRA leachability) and micro-structural examinations (using scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD)) were used to evaluate the relative performance of the different binder mixes in treating the drill cuttings. The results showed that the observed UCS covered a wide range of values indicating various feasible end-use scenarios for the treated cuttings within the construction industry. The teachability results showed the reduction of the model drill cuttings to a stable non-reactive hazardous waste, compliant with the UK acceptance criteria for non-hazardous landfills: (a) by most of the 30% and 20% binders for chloride concentrations, and (b) by the 20% and 30% of compost-PC and CKD-PC binders for the Red Sea cuttings. The 20% and 30% compost-PC and CKD-PC binders successfully reduced the leached oil concentration of the North Sea cuttings to inert levels. Copyright 2007, Society of Petroleum Engineers.

Sustainable binders for soil stabilisation

Portland cement is the most commonly and widely used binder in ground improvement soil stabilisation applications. However, many changes are now affecting the selection and application of stabilisation additives. These include the significant environmental impacts of Portland cement, increased use of industrial by-products and their variability, increased range of application of binders and the development of alternative cements and novel additives with enhanced environmental and technical performance. This paper presents results from a number of research projects on the application of a number of Portland cement-blended binders, which offer sustainability advantages over Portland cement alone, in soil stabilisation. The blend materials included ground granulated blastfurnace slag, pulverised fuel ash, cement kiln dust, zeolite and reactive magnesia and stabilised soils, ranging from sand and gravel to clay, and were assessed based on their mechanical performance and durability. The results are presented in terms of strength and durability enhancements offered by those blended binders.

Metal Retention Experiments for the Design of Soil-Mix Technology Permeable Reactive Barriers

Soil-mix technology is effective for the construction of permeable reactive barriers (PRBs) for in situ groundwater treatment. The objective of this study was to perform initial experiments for the design of soil-mix technology PRBs according to (i) sorption isotherm, (ii) reaction kinetics and (iii) mass balance of the contaminants. The four tested reactive systems were: (i) a granular zeolite (clinoptilolite-GZ), (ii) a granular organoclay (GO), (iii) a 1:1-mixture GZ and model sandy clayey soil and (iv) a 1:1:1-mixture of GZ, GO and model soil. The laboratory experiments consisted of batch tests (volume 900mL and sorbent mass 18g) with a multimetal solution of Pb, Cu, Zn, Cd and Ni. For the adsorption experiment, the initial concentrations ranged from 0.01 to 0.5mM (2.5 to 30mg/L). The maximum metal retention was measured in a batch test (300mg/L for each metal, volume 900mL, sorbent mass 90-4.5g). The reactive material efficiency order was found to be GZ>GZ-soil mix>GZ-soil-GO mix>GO. Langmuir isotherms modelled the adsorption, even in presence of a mixed cations solution. Adsorption was energetically favourable and spontaneous in all cases. Metals were removed according to the second order reaction kinetics; GZ and the 1:1-mix were very similar. The maximum retention capacity was 0.1-0.2mmol/g for Pb in the presence of clinoptilolite; for Cu, Zn, Cd and Ni, it was below 0.05mmol/g for the four reactive systems. Mixing granular zeolite, organoclay and model soil increased the chemisorption. Providing that GZ is reactive enough for the specific conditions, GZ can be mixed to obtain the required sorption. Granular clinoptilolite addition to soil is recommended for PRBs for metal contaminated groundwater. The laboratory experiments consisted of batch tests with a multimetal solution of Pb, Cu, Zn, Cd and Ni. The four reactive materials chosen were granular zeolite, clinoptilolite and model sandy clayey soil, granular organoclay and a mix of clinoptilolite, model soil and organoclay. The reactive material efficiency order was found to be granular clinoptilolite>clinoptilolite-soil mix>clinoptilolite-soil-organoclay mix>granular organoclay. © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.