根瘤菌感染烟草、水稻及豌豆凝集素基因在烟草中的表达

该文用根据瘤菌合成血红素基因hemA，根瘤菌固氨氮酶调节基因nifA，固氮酶结构基因nifKDH，nifH的启动子与lacZ基因融合的质粒，通过三亲交配法将其思入豌豆根据瘤菌.接种烟草发根、烟草植株和水稻。结果表明β-半乳糖苷酶有不同强度的组织化学染色反应，hemA染色最强，其它次之。显微镜观察表明在烟草发根据的维管束中柱鞘细胞、水稻根皮层细胞内和细胞间隙有根瘤菌存在.从根中分离纯化细菌，LacZ染色，再回接豌豆结瘤和根瘤的LacZ染色，证明是LacZ标记基因的豌豆根据瘤菌。由此说明根瘤菌可以侵染非豆科植物烟草和水稻。除了对烟草、水稻根进行LacZ染色外，还对其茎、叶进行了染色，结果也有正反应现象，说明根瘤菌有可能由根向上部分移动。另一方面，说明根瘤蓖的nifA、nifKDH、 nifH的启动子在植物组织也可能起起动作用表达lacZ基因。用上述不同启动子-LacZ标记的豌豆根瘤菌接种烟草，有促进生长发育和提前开花的现象。 对豌豆凝集素基因转烟草的发根，用蛋白免疫原位杂交检测，表明该基因 的转译产物定位在根毛顶端。对发根接种豌豆根瘤菌、菜豆根瘤菌，结果只有 接种豌豆根瘤菌的发根出现瘤状物的结构。对其切片显微镜观察，可见细胞内 和细胞间隙有细菌颗粒存在。由于豌豆凝集素被认为是豌豆植物对其相应的豌 豆根瘤菌的识别因子，本结果初步表明有可能是转基因发根产生的豌豆凝集素 因子识别豌豆根瘤菌的结果。如果进一步得到证明，这一结果才具有重要的科 学意义，表明今后用基因工程的方法有可能扩大根瘤菌的宿主范围，使非豆科 植物有结瘤和固氮的可能性。

松杉类植物花粉发育和传粉生物学的研究

本文用光学显微镜结合荧光技术对青扦花粉的发育过程进行了观察;用共聚焦显微镜观察了白扦生长花粉管细胞内的游离Ca2+分布;利用原子力显微镜对雪松和水杉花粉外壁的亚结构进行了研究：用透射电镜、扫描电镜及解剖镜等技术研究了侧柏、北美香柏、红豆杉、粗榧和白皮松的传粉机制，结果如下。 青扦花粉的发育过程与松科其它一些植物花粉的发育模式相似。从小孢子母细胞到成熟花粉约二十天左右。小孢子母细胞进入减数分裂前彼此分开，但在某些部位仍有连接。细胞质内有大量淀粉粒，在减数分裂过程中减少或消失，没有观察到明显的淀粉粒带。减数分裂中的胞质分裂为同时型，四分体为四面体型。小孢子刚从四分体释放出来时，气囊已开始形成，细胞中含大量淀粉粒。随着小孢子的发育，其体积增大，并出现液泡，细胞核移向一侧。小孢子第一次不对称分裂产生一个大的中央细胞和一个小的原叶细胞。中央细胞不久就进行第二次分裂产生精子器原始细胞和第二原叶细胞。原叶细胞形成后，其与中央细胞或精子器原始细胞之间的壁逐渐沉积胼胝质，以后随着原叶细胞的退化，胼胝质壁消失。精子器原始细胞分裂形成管细胞和生殖细胞，生殖细胞在散粉前分裂形成体细胞（精原细胞）和柄细胞（不育细胞）。成熟花粉为5细胞，但两个原叶细胞已退化消失。 白扦花粉在10%蔗糖+0.01%硼酸的液体培养基内培养12小时后开始萌发。在正常生长的花粉管中，其顶端有一个透明区，而透明区后则含有大量的贮藏物质颗粒。在停止生长的花粉管中透明区消失，而整个花粉管顶端也被储藏物质颗粒充满。正常生长的花粉管顶端有一个较高的Ca2+浓度。在停止生长的花粉管内不具有这样一个Ca2+梯度。 雪松和水杉二种花粉外壁中由孢粉素构成的亚结构单位形态相似，均呈颗粒状，但大小略有不同。雪松的长56-99 nm，宽42-74;水杉的长81-118 nm，宽43-98 nm。在雪松中这些亚单位紧密排列组成短棒状或球状的花粉外壁结构单位，再由几个到十几个这样的结构单位组成较大的岛屿状结构。在这些岛屿状结构之间有大小不一的空隙存在，整个花粉外壁由这样一些岛屿状结构交互连接形成。水杉花粉外壁的亚单位排列也较紧密，且有3-10个成群分布的趋势，但各群之间界限不明显。此外，雪松和水杉的花粉外壁亚单位均无螺旋状排列趋势，这一结果倾向于支持Southworth关于花粉外壁亚单位颗粒状并呈网状排列的观点。 白皮松胚珠倒生，其发育过程与松属的其它种相似，成熟胚珠珠孔端具两手臂状结构，有利于接收花粉。花粉具气囊。传粉期间，没有观察到传粉滴产生，但珠心顶端细胞解体形成花粉室。花粉室内可接受一至几个花粉，花粉在花粉室内的位置无明方向性。传粉时，胚珠处于大孢子线细胞时期。花粉在花粉室内萌发形成花粉管进入珠心组织，花粉管在珠心内生长一段时间后停止生长，并于次年春天重新启动生长。离体生长的花粉管顶端常有胼胝质产生，但顶端区域后的花粉管壁上却无胼胝质沉积。 侧柏、北美香柏、红豆杉和粗榧均为直生胚珠。传粉时胚珠产生传粉滴。在红豆杉胚珠发育早期，珠心表面细胞轮廓清晰;而在后期，其珠心表面则形成了一层膜状结构。这层膜状结构在传粉前随珠心细胞的解体而破裂，珠心细胞的降解产物参与了传粉滴形成。在传粉前和传粉期，珠心细胞内含大量的线粒体、内质网、高尔基体和小泡。传粉滴主要由珠心细胞分泌形成。这四种植物的花粉均无气囊，属可湿性花粉。红豆杉和粗榧的花粉水合时，内壁膨胀，外壁开裂。通常情况下，红豆杉花粉的外壁保留在传粉滴的表面，而花粉的其它部分沉入传粉滴内。侧柏和北美香柏的传粉滴授粉后，花粉进入传粉滴导致传粉滴的明显收缩。在侧柏中传粉滴授粉后100分钟内就完全收缩进入珠孔。传粉滴收缩的速率与所授花粉数量和花粉的种类有关。与侧柏亲缘关系较近植物花粉引起传粉滴的收缩速率和侧柏自身花粉引起的传粉滴收缩速率相似;反之，收缩速率变慢。侧柏传粉滴的收缩可能主要是由于花粉减弱胚珠分泌的结果。但授粉不引起红豆杉和粗榧传粉滴的明显收缩。在红豆杉和粗榧中，从授粉到传粉完全收缩需要20-24小时。这两种植物传粉滴的收缩可能主要是蒸发引起的非代谢性过程，与侧柏和美香柏属于不同的传粉滴收缩机制。

植物根与茎输水结构的研究和功能分析

本文采用树脂复型法对裸子植物红豆杉的管胞，木本单子叶植物竹和棕榈藤木质部中各种管状分子（主要是导管和管胞）的内壁结构进行了研究;采用原子力显微镜对玉米和小麦根内皮层细胞内切向壁的表面结构进行了探索性的研究;用光学显微镜并结合荧光技术对典型的旱生、中生及水生植物根内皮层的次生加厚壁进行了比较观察;同时辅以传统的组织切片法对以上研究结果做了进一步的论证。 采用树脂复型法，不仅可观察到常规解剖法所能展示的结构，而且还可清晰地观察到管状分子间具缘纹孔对等常规方法所难以显示的三维构造，并对其各项结构参数进行了定量测量。结果表明：裸子植物管胞和竹、藤管状分子具缘纹孔的内、外口比例分别约为3:1 和1:1，其它各项结构参数均存在较大差别。此外，在云南省藤和桂竹等导管内壁上还观察到瘤层结构，瘤体直径大小为200-800纳米之间。 旱生植物内皮层细胞内切向壁的闪生加厚最为明显，水生植物的加厚程度最微弱，而中生植物则介于两类植物之间。玉米内皮层细胞内切向壁的内表面起伏不平，并具有70-90纳米的“孔状”质外体结构，其频率约为2，000个/平方微米。

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。

毛乌素沙地中间锦鸡儿根瘤菌遗传多样性对柠条生态系统功能的影响

生物多样性科学（BiodiversityScience）的国际规划提出生物多样性对生态系统功能的影响是整个研究计划五大核心的核心.生物多样性包括遗传、物种和生态系统三个水平,其中遗传多样性是其它两个水平多样性的基础和最终来源.该文在实验室多年研究毛乌素沙地柠条遗传多样性的基础上,分别从表型（生理生化）、蛋白质、同工酶以及遗传型（rDNA）水平探讨中间锦鸡儿根瘤菌的遗传多样性,并模拟沙地生境,建立人工共生体系,以期发现最有效的共生伙伴关系,这不仅有得提高毛乌素地区农牧业产量,更重要的是在当今沙尘暴肆虐的情况下,发挥柠条防风固沙的能力具有现实意义. 1.毛乌素沙地中间锦鸡儿根瘤菌遗传多样性(1)全细胞可溶性蛋白质谱将供试中间锦鸡儿根瘤菌菌株分为两大类群，其中硬梁覆沙地菌株GH72不同于来自沙丘顶部和底部的菌株，而且中间锦鸡儿根瘤菌独立于参比菌株。酯酶同工酶谱分析表明，中间锦鸡儿根瘤菌与参比菌株仅存在一个等位酶位点差异，其余等位点与参菌株共享，因此，酯酶同工酶反映出中间锦鸡儿根瘤菌的异质性。(2)16SrDNA部分序列与16S-23S rDNA IGS结果表明，所有供试菌株扩增产物均较前人报道的分子量偏高。经16S rDNA PCR-RFLP分析，中间锦鸡儿根瘤菌共形成12种基因型，表现出丰富的遗传多样性，其中属于基因型2的菌株占42.4%。代表菌株GH33 16S rDNA全序列结果显示，与已知的快生型根瘤菌同源性在95%以上。(3）中间锦鸡儿根瘤菌生理生化反应特性B．T．B实验证明所有中间锦鸡儿根瘤菌均产酸，符合快生型根瘤菌的特征．唯一碳源测试显示，95%中间锦鸡儿根瘤菌不利用淀粉，33%菌株不利用乳糖，对其他测试碳源不具有选择性。检洲在不同盐离子浓度、不同酸性梯度以及不同温度条件下菌株生长状况，发现毛乌素沙地中间锦鸡儿根瘤菌具极强的耐盐性．53.8%的菌株可以在9%NaCl的YMA培养基生长．75%的菌株在pH4．O和pHl0,0 环境中仍能生长，66.7%菌株在60℃处理1 0min后仍具有生活力。体现出对于干旱沙地的适应。 2．不同实验共生系统中植物和根瘤菌对生态系统功能的影响14株根瘤菌分与三个柠条种（小叶锦鸡儿，中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿）回接，用土壤上覆沙模拟毛乌索沙地景观生态条件，以多石砾贫瘠土壤为对照，比较不同基因型柠条与根瘤菌人工共生体的长和结瘤与生境的关系，初步证明根瘤菌很可能是该生态系统的关键种。寄主植物与共生根瘤菌的遗传多样性对生态系统功能的影响与生态环境有关。实验还表明，选择适当的共生组合对于防治沙漠化有很大潜力。3．银染变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测RAPD遗传模式以85株小钻杨F2代为材料，用本实验室改良的银染变性聚丙烯酰胺凝胶电泳法检测RAPD遗传模式。结果表明，仅用9个引物共扩增到399个位点，其中98个位点表现为多态性，卡方测验显示，79个多态位点符合经典的孟德尔遗传(3：1)，占多态位点80.6%。这种改良的检测RAPD标记的方法必将推动RAPD标汜构建连锁图谱的进程。

柏科植物雌球果发育的研究

在裸子植物系统学研究中，雌球果的形态与结构是最重要的性状之一。山于不同学者对裸子植物雌性生殖构造的形态学本质有着不同的见解，从而导致对该类群植物系统发育研究结果的差异。柏科在裸子植物中是唯一一个广布于南北两半球的科，前人对该科雌球果发育的研究涉及很少，为了进一步了解柏科植物雌球果的形态学本质，并为裸子植物传粉生物学和系统学的研究提供重要资料，本文选取了分布于北半球柏科中的7个属14个种，应用扫描电镜、半薄切片、石蜡切片及整体透明等方法，对其雌球果各部分的形态发生与发育过程作了详尽的研究，同时对传粉前后雌球果中的维管系统作了深入的分析。主要结果归纳如下： 1)雌球花苞片的形态、结构和排列方式等与叶相似;但传粉后，随着苞片基部的居间生长，其形态结构变得多样化： 2)在柏科了个属中，均未观察到种鳞发育，成熟球果的苞鳞得到充分发育; 3)各苞片腋内的胚珠发育过程，几乎是同时发育或呈向顶发育过程; 4)在圆柏属和柏木属球果顶端的苞片腋内也有胚珠发育，其它各属雌球花顶端的1-2对苞片腋内均没有胚珠发育; 5)在柏木属中，每一苞片腋内形成的胚珠数目较多，一般排成2-3行，同～苞片腋内的胚珠呈向基发育，同一行胚珠为离心发育; 6)圆柏属的雌球果发育呈现多种式样，其中包括由数枚侧生胚珠过渡到一枚顶生胚珠等情况; 7)柏科植物雌球花的维管系统在传粉前较为简单，即在苞片内仅具单一的维管束延伸到顶端，与营养芽相似。传粉后随着苞片基部的居间生长，其维管系统也随之复杂化。主要是在苞鳞内有新的维管束形成，一般是在苞鳞中间维管束的两侧各发出一束维管束，这两束维管束由球果轴发出的位置略高于中间一束，并在苞鳞基部迅速分枝，形成不同的排列式样。 成熟球果维管系统的排列方式与球果和苞鳞的形态有关，通常可分为三类：(1)具球形球果的种类，包括圆柏属、扁柏属、柏木属和福建柏属，其苞鳞内辐射状分枝的维管束形成两组，即～个具有木质部倒转的近轴系列和一个维管束J下常排列的远轴系列;(2)在苞鳞中只形成一组倒转的维管束，如侧柏属和翠柏属：(3)崖柏属雌球果的苞鳞中没有倒转的维管束形成。 观察结果表明：柏科植物雌球果均为复轴性构造，其球果中胚珠着生在球果轴上是由于苞片腋内种鳞退化的结果，因而不支持柏科植物雌球果的种鳞与苞鳞完全合生的观点。 通过对柏科植物雌球果发育的研究结果，也为探讨松杉类植物雌球果的演化趋势提供了重要线索。长期以来，众多研究者均认为，松杉类植物雌球果的演化趋势是种鳞和苞鳞逐渐合并的过程，但从柏科植物雌球果苞鳞腋内种鳞退化现象的发现表明，松杉类植物雌球果的演化趋势可能是一种种鳞逐渐退化的过程。柏科的种鳞已完全退化，而苞鳞则相对发育。 依据雌球果发育中胚珠发育顺序及苞鳞数目等特征，认为福建柏属最原始，而圆柏属则较为进化，其它各属则介于上述两属之间。 江泽平和王豁然(1997)提出，柏木亚科和澳洲柏亚科的主要区别在于球果可育苞鳞的着生位置，如前者球果顶部苞鳞没有胚珠发育，而后者则是球果顶部苞鳞腋内有胚珠发育。这一观点显然与柏木属和圆柏属的多数雌球果顶部的苞鳞腋内有种子产生的情况不相符合。 依据本文的研究的结果及前人对柏科和相近类群的研究资料，赞同保留独立的柏科和杉科;另外，以往侧柏曾被置于崖柏属中，但依据其雌球果苞鳞中有倒转的维管束发育，崖柏属的崖柏和北美香柏雌球果的苞鳞中均无倒转的维管束发育，我们支持其独立为侧柏属。

真菌诱导子对青蒿发根生长和青蒿素生物合成的影响及开花与青蒿素生物合成的相关性研究

本论文主要包括以下两部分内容： 一、真菌诱导子对青蒿发根生长和青蒿素生物合成的影响 用3种真菌诱导子[大丽花轮枝孢（Verticillium dahliae Kleb.）、葡枝根霉(Rhizopus stolonifer (Ehrenb. ex Fr.) Vuill)和束状刺盘孢(Colleto trichumdematium (Pers.) Grove)]分别处理青蒿(Ar temisia annuaL．)的发根，这3种真菌诱导子均能促进发根中青蒿素的合成，其中以大丽花轮枝孢的诱导效果最好;对细胞生长均没有明显影响。经大丽花轮枝孢处理的发根中青蒿素含量达1. 12 mg/gDW，比对照(0. 77 mg/g DW)提高45%。诱导子的作用效果与诱导子浓度、诱导子作用时间及发根的生长状态有关。对大丽花轮枝孢来说，诱导子作用的最适浓度为每毫升培养基含糖0.4 mg;发根在指数生长末期对诱导作用最敏感：在加入诱导子4d后收获发根，发根中的青蒿素含量最高。 二、早花基因FPF1、co对青蒿开花时间的影响及开花与青蒿素生物合成的相关性 1．将来源于拟南芥的早花基因Flowering Promoting Factorl (FPFl)插入到植物表达载体pBI121中，构建CaMV 35S启动子控制下含FPFl基因的植物表达载体pBI121FPF/，用含有pBI121FPF/质粒的根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404感染青蒿(Artemisia annua L.)叶片并诱导丛生芽，经卡那霉素筛选，获得转基因抗性植株。PCR、 PCR-Southem blot及Southern blot检测表明，外源基因FPFI已整合到青蒿基因组中：RT-PCR及RT-PCR Southern blot分析表明，外源基因在转录水平上已有表达。在短日照条件下，FPF1转基因植株的开花时间较对照提前20天左右，但提早开花的转基因植株与未开花的对照其青蒿素含量无明显差异，即提早开花并不能使开花植株的青蒿素含量有所提高，开花与青蒿素合成之间可能没有直接的关系。 2．将拟南芥的早花基因CONSTANS (CO)置于CaMV 35S启动子之下，通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404介导转入青蒿(Artemisia annuaL．)，使之在青蒿中表达，并得到了抗性植株。PCR、PCR-Southem blot及Southemblot检测表明，外源基因co已整合到青蒿基因组中;RT-PCR及RT-PCR Southemblot分析表明，外源基因在转录水平上已有表达。在短日照条件下，co转基因植株的开花时间较对照提前2周左右，但提早开花的转基因植株的青蒿素含量与未丌花的对照无明显差异，即植株开花前青蒿素含量的提高并不是由于开花本身引起的，再次证明，开花与青蒿素合成之间可能没有直接的关系。

烟草和衣藻中ftsZ 基因的克隆及功能分析

作为一种广泛存在于原核细胞中的原始的细胞骨架蛋白，FtsZ在植物中的发现为我们研究植物细胞中质体的分裂机制提供了可能。已有的研究证明了FtsZ与质体的分裂和形态维持有关，但高等植物中FtsZ在质体分裂和形态维持中的作用机制仍不十分清楚，同时高等植物中多个ftsZ成员的存在也使得对FtsZ功能的研究更加复杂。我们从烟草中克隆了两个ftsZ基因，序列和谱系分析表明二者均属于高等植物中的FtsZl基因家族，这也是首次在高等植物中发现多个FtsZl家族的成员。杂交分析表明ftsZ在烟草基因组中是以多拷贝形式存在，并且这两个基因具有相似的表达谱，这些结果暗示着高等植物中FtsZ在质体分裂中的作用更为复杂。GFP标记的原核定位表明二者具有与原核FtsZ类似的功能。此外，利用反义和正义表达的方法研究了二者在烟草质体分裂和形态维持中的作用。反义转化并未对烟草细胞叶绿体的数目和形态造成明显的影响，相反，二者的正义表达均导致细胞中叶绿体数目和形态上的明显变化，这一结果预示着二者在控制质体分裂和形态方面可能具有不同的功能。同时，这些结果也为高等植物中多样化的FtsZ可能具有除质体分裂之外的功能，如质体骨架．提供了证据。 　利用简并引物PCR和RACE从衣藻中扩增得到了一个ftsZ基因的部分cDNA序列，命名为CrFtsZ。序列分析表明该基因编码的蛋白具有FtsZ的典型特点，但同时还有一个与目前已知FtsZ均不同的突出c-末端：分子谱系分析认为CrFtsZ与线粒体进化祖先a -proteobacteria中的FtsZ有着共同起源，因此CrFtsZ可能是一个控制线粒体分裂的FtsZ。此外，CrFtsZ的c-端突出序列还具有目前已知真核生物线粒体分裂相关蛋白dynamin的某些特征，考虑到FtsZ在原核细胞分裂和真核细胞器分裂中的作用，我们推测CrFtsZ可能是FtsZ向dynamin过度的一种中间进化形式。这一发现为线粒体分裂机制的起源和进化提供了新的分子证据，对于认识真核线粒体分裂机制的起源与演化具有重要意义。

白扦的树木年轮生态学研究

树木年轮生态学是利用树木年轮来评价生态环境及其变化的学科，其基本依据是系列年轮宽度和结构特征的变化。一般情况下，半干旱草原的环境条件不适宜树木的生长，但在我国内蒙古锡林河流域的草原沙地上，存留着一片天然白扦林，它们被认为是第四纪早期的残遗植被。鉴于锡林河流域半干旱的环境条件已接近白扦的生存界限，此片残遗白扦林可认为是进行树木年轮生态学研究的理想材料。 本文应用树木年轮生态学的方法，结合木材解剖、气候资料、历史文献记录等，研究了这片残遗白扦林中白扦的生长与环境、年龄结构与环境干扰事件、白扦年轮宽度与羊草地上生物量的关系，以及全球变暖可能对该白扦林的影响等。主要结果归纳如下： 1)依据国际树木年轮库的标准，建立了65年的白扦标准年轮年表。年表的平均序列相关系数为0.47，信噪比为14.44，平均敏感度为0.18。白扦的年轮宽度年表与上年9月、当年2、5月份的降雨量之间存在显著的正相关关系。 2)通过对白扦年轮结构的观察确认，1966、1968、1972年存在高频率的窄年轮，这些年轮通常仅有两至三层晚材细胞，因此可以认为它是一类特殊的树木年轮一浅轮。 　3)白扦的年轮分析结果显示，锡林河流域的小片白扦林可能形成于20世纪20年代末至30年代初期。白扦年表( XLPI)与大青山(HHT)油松、准格尔旗(JGB)油松以及白云敖包(BYAB)红杆云杉年表之间存在显著的正相关关系;尤其值得提出的是，在20世纪20年代，HHT、JGB和BYAB年表都同时出现明显的生长下降现象。 　4)根据相关函数的分析，羊草的生长对当年5月份、7-8月份的降雨量较为敏感，与白扦的年轮宽度之间也存在两组显著的生长关系。基于这两种生长关系和白扦年轮宽度序列，本文重建了1955-1994年的羊草地上生物量动态。 5)当地气象资料显示，近40年来锡林河流域的年平均温度和各季节平均温度都呈增加的趋势，但只有夏季平均温度与白扦的年轮宽度之间存在显著的负相关关系。本文研究也发现白扦的生长与5月份的平均温度、平均最高温度以及5、6月份的极端最高温度之间存在着显著的负相关关系。 白扦标准年轮年表的统计特征表明，锡林河流域残遗白扦年轮序列包含丰富的环境信息，适合于树木年轮生态学的研究。白扦5月份开始生长，此时的降雨是最显著的生长限制因子，从而造成了白扦年轮年表与5月份降雨量之间的显著正相关关系。8-10月份，锡林河流域的降雨为全年降雨量的1/3，由于沙地土壤可以减少地面径流和有效防止土壤水分蒸发，所以此阶段内的降雨能存留在沙地内，以供笠年白扦生长发育的需要。因此，这种降雨分布和沙地基质的特征可能是白扦在年蒸发量为降雨量4-5倍的锡林河流域仍能正常生长的主要原因。 1966、1968和1972年浅轮的出现与前年和当年的特殊气候有关。气候资料的分析表明，这三年的上年生长季末至当年生长季都干旱少雨，并且生长季后期伴随着异常高温天气，这种干旱伴随高温的气候特点是造成白扦浅轮的主要因素。因此，白扦浅轮与亚北极区针叶树浅轮的发生机理是完全不同的，为迸一步研究浅轮的形成机制提供了新线索。 白扦年表与HHT、JGB和BYAB年表之间的年轮宽度变化的同步性显示，这些年表能间接地反映30年代以前造成白扦林较小年龄结构的环境干扰事件，降雨是华北半干旱区树木最突出的生长限制因子，在20世纪20年代，HHT、JGB和BYAB年表同时出现的生长下降，反映了该时期华北地区可能发生了大范围的旱灾，这一结论也为历史资料所证明。20年代白扦林的消失以及30年代后这片天然白扦林的重新出现表明了，20年代的旱灾可能是影响白扦年龄结构的主要干扰事件，它还有可能是造成白扦成片死亡的直接原因。 在锡林河流域，7-8月份是降雨最充沛的时期。相关分析表明，建群种羊草能充分利用这一水热配比最佳的时期快速生长，但白扦对当年7-8月份的降雨反应却不敏感，而与上年8-10月份的降雨量之间有显著的正相关关系。这些都证明白扦和羊草对半干旱草原环境具有不同的适应方式。羊草地上生物量与白扦年轮宽度之间的两组显著的关系可归结于两种季节降雨分配模式，它为利用白扦年轮宽度重建羊草的地上生物量的变化奠定了基础。羊草产量的重建不仅延长了锡林河流域草产量的记录，而且还开拓了用年轮宽度重建草产量的方法。 白扦年表与温度变量之间的相关分析进一步表明，不同季节温度的升高对白扦的生长产生不同的影响，尤其是夏季温度的变化，可以直接影响白扦的生长。白扦年表与5月份温度资料之间的相关分析还揭示，用月平均最高和最低温度来替代月平均温度更能说明温度变化对树木生长的影响。5、6月份是锡林河流域白扦形成层活动较旺盛的时期，因此，这期间极端高温严重影响白扦的生长。近40年来，随着大气温度的升高，白扦受到日益严重的干旱胁迫影响。如果大气变暖的趋势继续发展下去，最终将有可能导致这片残遗白扦林从锡林河流域消失

抗盐、耐海水蔬菜的生物技术培育与海水无土栽培应用

本研究是以植物起源于海洋的系统进化理论和植物细胞的全能性理论为依据的。 对芹菜(Apium graveolensL．)、油菜(B. rapa, chinese group)、叶用甜菜(Beta vulgaris(L.)Koch, Cicla group)、甘蓝(B. oleraceae, acephala group)、豆瓣菜(A'asturtiumofficinale R．Br*.）、番杏（Tetragonla expansa Ait.)、菠菜(Spinacia oleracea　L．)等蔬菜种类进行大规模种质资源筛选和鉴定， 从芹菜、油菜、叶用甜菜等植物中筛选出20多种能够耐受l%NaCI或1/3海水盐度的蔬菜品系。在耐盐蔬菜品种资源筛选的基础上，为了证明用生物技术提高盐敏感蔬菜耐盐性的可行性，本研究以植物体外培养细胞体系为操作平台，对盐敏感的蔬菜一一豆瓣菜进行了生物技术改造。一方面，筛选豆瓣菜的耐盐细胞变异体并使得耐盐细胞再生植株，获得了耐1/3海水的豆瓣菜变异体;另一方面，通过将盐生植物山菠菜(Atriplex hortensisL)的耐盐相关基因，甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因转入豆瓣菜，使得BADH基因在豆瓣菜中过量表达和积累甜菜碱，提高了豆瓣菜的渗透调节能力，从而提高了豆瓣菜的耐盐性。同时，本研究还将所获得的多种抗盐、耐海水蔬菜材料以海水无土栽培的方式进行生产和应用， 取得了很好的效果。 本文的结果证明了在陆地淡水栽培的蔬菜和野生蔬菜资源中，存在着部分耐盐性较强的蔬菜种质;通过生物技术改造能够提高盐敏感蔬菜的耐盐性，并获得抗盐、耐海水的蔬菜新品系。对这些抗盐、耐海水蔬菜材料进行1/3海水无土栽培应用的成功结果表明，某些陆地蔬菜具有重新适应海洋生境的潜能。

果实采后病害生物防治及其机理研究

　　分离和筛选了5种能有效防治采后果实病害的拮抗菌。其中，季也蒙假丝酵母(Candida guiliermondii(Cast) Langeroret Guerra)从引种拮抗菌中筛选获得，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）B-912从土壤中分离筛选获得，膜醭毕赤酵母（Pichia membranefaciens hansen）从桃果实伤口上分离获得，隐球酵母(Cryptococcus albidus (Saito) Skinner)和丝孢酵母（Trichosporon sp.）从桃果实表面分离获得。本文主要研究了这些拮抗菌对桃、油桃、苹果、梨和柑桔等我国主要水果采后病害的防治效果，并对其可能的抑菌机理进行了初步研究。结果如下： 1. Sx108 CFU/mL的C．guiliermondii和P．membranefaciens悬浮液可完全抑制病菌孢子浓度为5x104个/mL时桃和油桃果实软腐病(Rhizopus stolonifer(Ehrenb.ex Fr.) Vuill.)在25℃，15℃和3℃下的发生。lx108 CFU/mL的C．albidus和Trichosporon sp.悬浮液可完全抑制孢子浓度分别为lx105个/mL和5x104个/mL时苹果灰霉病(Botrytis cinerea)和青霉病（Penicillum expansum）在23℃-25℃和1℃下的发生。C．albidus和Trichosporon sp.对梨灰、青霉病也有一定抑制效果。B-912对柑桔果实青霉病(Penicillium italicum)、绿霉病(Penicillium digitatum)和核果类果实褐腐病(Monilinia fructicola)也有极好的抑制效果。生物防治效果与拮抗菌的浓度成正比，与病菌孢子浓度成反比。 2．拮抗酵母菌在室温和冷藏条件下都能迅速在果实伤口定殖，接种酵母菌48 h后，数量可增加20倍以上。拮抗菌和病菌孢子的接种时间与生物防治效果有关，先接种拈抗菌的抑菌效果显著地好于同时或后于病菌接种的效果。 3．温度对拮抗酵母菌的抑菌活力没有明显影响，无论是在室温还是在冷藏条件下，拮抗酵母菌都有同样的抑菌效果。但拮抗细菌B-912的抑菌效果与温度有一定关系。较高的温度有利于细菌拮抗作用的发挥。 4．拮抗菌能与常规的果实采后处理措施如钙处理、化学杀菌剂、冷藏和气调贮藏相结合。酵母菌与2% CaC12配合能明显地增强其抑菌能力;拮抗菌与低浓度的杀菌剂如扑海因混合使用，可达到高浓度杀菌剂的抑病效果;C．albidus和Trichosporon sp.对果实采后气调贮藏环境有良好的适应性，它们在气调下对采后苹果、梨的灰霉病和青霉病的抑制效果比冷藏条件下的好。 5．细菌B-912的抑菌机理与其产生抗菌素有关，B-912的滤液在in vitro上能有效地抑制病菌孢子的萌发，在invivo上也能明显地抑制果实采后病害的发生。拮抗酵母菌的抑菌机理则较复杂，但主要与病菌竞争营养有关，同时，C．guilliermondii和P．membranefaciens对软腐菌的抑制还通过产生水解酶如β-1，3一葡聚糖酶和几丁酶与病原菌直接作用，并参与诱导寄主产生抗性等

水稻OsRAA1基因的克隆与功能分析

FPF1（flowering promoting factor1）蛋白最早在白芥中研究发现是开花促进因子, 可能参与了赤霉素的信号传导途径。它可以和AP1和LFY蛋白协同作用，促进茎顶端分生组织向花分生组织转化。本论文将AtFPF1基因转化水稻，转基因水稻抽穗时间只有微弱的提前。然而异源表达AtFPF1却抑制了转基因水稻根的生长，促进了成苗根系的发达。这些表型类似于我们克隆的水稻OsRAA1 （Oryza sativa Root Architecture Associated 1）的功能。这是首次报道AtFPF1/OsRAA1在水稻中具有控制根系发育的功能 生物信息学分析表明水稻OsRAA1基因定位于水稻1号染色体，它编码的蛋白推测分子量为12kD和AtFPF1有58%的同源。通过RNA原位杂交和OsRAA1基因启动子调控GUS基因表达的模式，证实OsRAA1基因主要在根尖的顶端分生区和伸长区，根尖分支区和幼侧根的中柱，侧根的原基表达。同时在幼穗分支顶端，根茎结合区的边周维管束，稃片，花药与花丝的结合区也有表达。OsRAA1在玉米泛素启动子驱动下组成型表达，可以抑制水稻初生根的生长，促进不定根的形成，部分植物形成不同程度螺旋状的初生根。这些表型和野生型水稻用生长素处理的表型类似。OsRAA1组成型表达，在成苗阶段，特别是孕穗前，大大促进叶片伸长，并导致部分小花败育。光学镜检表明OsRAA1组成型表达的水稻的花丝伸长过快，部分小花花药萎缩败育。剑叶表面细胞电镜扫描表明，OsRAA1组成型表达的水稻剑叶的硅化细胞比对照植株要长。野生型水稻根系生长素处理的Northern杂交和OsRAA1基因启动子调控GUS基因表达的水稻生长素处理后GUS活性染色表明，OsRAA1基因的转录受生长素诱导。而且OsRAA1组成型表达的水稻根的向地性反应减缓。这些结果表明，OsRAA1可能参与了生长素的信号转导途径。 与此同时，从基因序列数据库中，在很多植物中寻找到很多表达片段和FPF1/OsRAA1基因同源。从已有报道和我们的结果表明，在植物中可能普遍存在一个受赤霉素和生长素调控FPF1/OsRAA1基因家族，调控着植物各个器官的发育。

棉花抗黄萎病基因工程研究和防卫反应相关基因的克隆

系统获得性抗性(Systematic acquired resistance, SAR)是植物抵御病原菌侵染的最有效手段，利用基因工程技术导入SAR信号发生过程中的关键基因后，植物的SAR基因表达量提高并且对病原菌侵染的反应速度加快，因此植物的抗病性得以增强，与传统的抗病基因工程技术相比它对病原菌没有专一性，许多学者称之为广谱抗病基因工程，该领域已成为目前抗病基因工程研究的热点和前沿。 NDR1和NPR1基因在植物的SAR发生中起着重要的作用，前者功能定位在ROS(reactive oxygen species)的激活和随后的水杨酸(SA)诱导合成之间，突变株病原菌诱导后SA合成能力降低，SAR发生减弱，目前还没有对该基因进行过量表达分析的报道;后者功能定位在SAR信号转导级联反应之中的SA积累和随后的SAR基因表达之间。该突变株在病原菌侵染时不产生病程相关蛋白(PRs)，表现为感病，而对照抗病;过量表达该基因的转基因拟南芥对多种病原菌的侵染产生抗性，PR1等PRs蛋白的表达量也提高，异源表达该基因的水稻对白叶枯病的抗性也提高。本研究利用RT-PCR方法从拟南芥中克隆了这两种基因，序列分析表明拟南芥Wassilewskija生态型的NDR1基因与Columbia生态型相比，共有7处碱基不同，引起编码氨基酸变化4处，而NPR1基因与报道的Wassilewskija生态型来源的NPR1基因完全相同。 我们构建了35S启动子驱动的NDR1和NPR1基因的植物组成型高效表达载体，利用农杆菌介导法转化烟草，PCR和Southern鉴定外源基因已经整合到植物基因组中。抗病性分析显示过量表达NDR1和NPR1基因的烟草对晚疫病和赤星病的抗性都有明显提高，说明这两个基因的在其它植物中异源表达后，都能提高植物对多种病原菌的抗性。 本论文提出了利用这两个基因来培育抗黄萎病棉花的设想，一方面为解决这个“世纪性”难题积累新的资料，另一方面也为其它作物的抗病基因工程提供新的经验。利用35S启动子驱动的NDR1和NPR1基因的植物组成型表达载体分别对陆地棉品种石远321进行花粉管通道法转化。同时，还探讨了这两个基因在棉花中的共转化实验，希望它们的“协同增效”能进一步提高棉花的抗病性。对其中2001年夏天在南京注射所获得的5,000粒种子在三亚进行100 g/ml卡那霉素筛选，初步鉴定分别获得转NDR1和NPR1基因株系26和24棵，PCR进一步鉴定其中分别有12和7棵为转基因阳性，转基因频率分别为0.50％和0.27％，目前利用营养钵蘸根法对其二代进行抗枯、黄萎病鉴定，结果显示有转基因植株对枯、黄萎病的抗性都明显增强，进一步的鉴定正在进行中。2002年初海南注射分别获得转NDR1和NPR1基因以及共转化种子22,000、10,500和12,500粒种子，2002年夏在中国农科院植保所黄萎菌病圃筛选抗黄萎病单株，并利用100 g/ml卡那霉素初步筛选出了一批抗性植株，每种转基因株系随机挑选5株进行PCR鉴定，结果显示为阳性。进一步的抗黄萎病鉴定和筛选以及分子分析正在进行中。 同时，本文还探讨了病原菌诱导型启动子在广谱抗病基因工程应用的可能性。根据烟草的Pr1-a启动子已知序列设计引物，PCR扩增启动子序列后,构建病原菌诱导型NPR1基因植物表达载体，并对棉花进行转化，获得种子11,500粒，利用同上的筛选方法，获得了一致的结果，目前抗黄萎病鉴定、分子检测以及生物学分析正在进行中。 最后，鉴于抗生素标记在转基因植物的应用引起了许多“安全性”争论的事实，还构建了无筛选标记的表达载体对抗虫棉进行转化，这样在生产上可以直接获得抗虫棉抗黄萎病棉花新材料，也为其它作物抗病基因工程积累经验。 本研究还提出了一种较为有效的提取高质量棉花总RNA的方法，与原来一些棉花RNA纯化方法相比，该方法所用都为常规试剂，易于重复，质量高。并且利用获得的总RNA构建了黄萎菌激发子诱导的cDNA文库，滴度测定为1╳107pfμ/μg，插入片段大小在5 00~2 000 bp范围内。 鉴于NPR1基因研究的重要性，本研究还利用简并引物PCR技术从海岛棉和陆地棉的基因组中都分离到了NPR1基因的同源片段，大小都为208 bp，与拟南芥NPR1基因的相应部分的同源性分别为66％和65％，它们之间的同源性为87％，目前该基因的全长正在分离鉴定中。 多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIPs)在植物的防御反应中起着重要的作用，通过分析已知20余种pgip基因序列的保守区，设计简并引物，PCR扩增海岛棉（Gossypium barbadense）7124 cDNA文库，得到一条长561 bp的片段，序列测定后分析确认为pgip基因的一部分。根据此序列和棉花病原菌诱导的cDNA文库载体中已知部分设计RACE引物，扩增后，5’和3’RACE分别得到666bp和906 bp的片段。序列分析表明它具有完整的编码框，产物为330 aa的蛋白质。序列分析该蛋白具有10个串联的LRR(leucine-rich repeat)区，与柑桔(Citrus)和枳(Poncirus)的pgip基因的同源性分别为69.2%和68.7%。进一步PCR扩增得到该基因的全长阅读框，并且获得了相应的基因组片段，序列分析发现该基因没有内含子。这是从棉属植物中克隆的第一个pgip基因。

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。

BADH基因转化番茄提高耐盐性的研究

甜菜碱是植物在盐、干旱或其它胁迫下在细胞中迅速积累的一种相容性有机小分子化合物，它在细胞中的积累与植物抗盐性的提高密切相关。甜菜碱醛脱氢酶（BADH）催化甜菜碱醛转化为甜菜碱。我们将来源于耐盐植物山菠菜（Atriplx hortensis L.）的BADH基因通过农杆菌介导法导入‘百丽春’番茄(Lycopersicon esculentum L. ‘Bailichun’)中，并获得15株转化植株，PCR、Southern和Northern检测表明，其中的6株有外源BADH基因的整合，5株中BADH基因能够正常表达，但不同植株间BADH基因的表达水平和BADH酶活力有较大差异。对叶片电导率的测定表明，转基因植株比野生型的耐盐性有较大提高。T1代分析表明，检测的两个转基因株系后代遵循孟德尔分离规律，90mmol/L NaCl胁迫下种子发芽率提高了2~4倍，幼苗的苗高、根长和须根数三个指标均明显优于对照。部分T1代植株在水培条件下能够耐受180mmol/L NaCl胁迫。 植物耐盐的另一机理就是利用液泡膜上存在的转运蛋白将细胞内的有毒离子区域化。我们将已转入编码转运蛋白基因AtNHX1的番茄品种‘Moneymaker’（L. esculentum‘Moneymaker’）株系X1OEA1通过农杆菌介导法转入山菠菜BADH基因，以期获得转双基因耐盐番茄。目前已获得转基因植株，PCR结果证明部分抗性幼苗中已整合了BADH基因，其它各项分子检测正在进行中。