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关键词： 科学院   上海市   生物学研究   中华人民共和国   逆境   植物   实验室   科研需要   表观遗传   管家  

摘要： 中国科学院上海植物逆境生物学研究中心是依托中国科学院上海生命科学研究院筹建,国家、中国科学院和上海市共同支持的公益性研究机构。研究中心聚焦植物科学前沿领域与生物技术重大战略性科学问题,以知识创新为基础、以解决现代农业科技、新型生物能源和生物技术等国家重大战略需求为目标。植物环境继续研究植物(作物)花期的环境响应机理以揭示季节变化(光周期及生长温度)与非生物环境胁迫(盐、干旱、低温等)调控花期的分子与表观遗传基础。详细信息请见:http://***/cn/***?id=70。现因科研需要,诚聘实验室管家/助理研究员一名。

关键词： 桔梗   组织培养   中学生物  

摘要： 本文以桔梗为实验材料,建立快速繁殖体系,以添加了不同浓度激素配比的MS培养基作为基础培养基,观察各培养基中外植体的生长情况,从而选出最适的激素配比。为在中学开展生物学组织培养选修课程提供依据。

关键词： 拟南芥   高粱   CIPK   CK1   盐胁迫   胁迫应答   开花时间  

摘要： 蛋白激酶催化的靶蛋白磷酸化修饰是植物体内调节信号转导的重要机制。已有大量的研究表明,蛋白磷酸化参与了植物的生长发育、植物的抗逆性以及各种信号转导通路等一系列生命过程。CIPK和CK1是植物中研究得较为广泛的两个蛋白激酶亚家族,其中CIPK在CBL-CIPK系统介导的植物对逆境应答过程中发挥了重要作用。CK1在调控植物开花时间,根的发育、微管调控等方面有重要作用。结合本实验室和合作单位的前期工作基础,本文对植物CIPK和CK1进行了系统的生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR分析了基因表达模式,利用过表达和缺失功能突变体对CIPK和CK1在胁迫信号转导与生长发育调控中的功能进行了系统研究,获得了如下主要研究结果:(1)利用生物信息学方法分析了高粱CIPKs编码基因的核酸和氨基酸序列。基因结构分析表明SbCIPKs可分为含内含子和不含内含子两个亚族,在聚类分析中也分布于两个独立的分支。基因组进化分析表明在含内含子和不含内含子分支中均发现有片段倍增现象,而串联倍增则只出现在不含内含子亚族。SbCIPK的蛋白信息分析表明SbCIPK含有两个保守的功能结构域:N端的蛋白激酶结构域和C端的NAF结构域。激酶区为催化结构域,序列高度保守;NAF结构域为CBL相互作用所需结构域,保守程度相对较低。plant CARE分析表明大部分SbCIPK的启动子区都含有多个胁迫信号响应元件,而RT-PCR结果也表明,SbCIPK的表达水平也受到碱胁迫信号的诱导,表明SbCIPKs可能在抗盐胁迫中发挥作用。(2)本实验室前期报道了At CIPK14在拟南芥盐胁迫应答中的功能,本文选取了其同源蛋白SbCIPK4进行了初步的功能研究。SbCIPK4过表达植株在盐胁迫条件下的表型数据表明,在盐胁迫条件下野生型的幼根的生长及幼苗半径相较于过表达植株都受到了更显著的抑制,同时,胁迫信号通路的关键基因的RT-PCR结果也显示SbCIPK4过量表达转基因植株中胁迫反应相关基因的表达受盐诱导的程度大,说明盐胁迫条件下SbCIPK4可能通过促进胁迫相关基因的表达提高植物的耐盐胁迫能力。35S::GFP:SbCIPK4的瞬时表达与亚细胞定位结果均表明SbCIPK4定位于核内,是一个核蛋白激酶。(3)酵母双杂交筛选结果表明,SbCIPK4与SbCBL5互作,且发现SbCBL5通过N端结构域与其相互作用。Pull-down分析也验证了SbCIPK4与SbCBL5在体外存在相互作用。盐胁迫条件下,SbCBLs与SBCIPKs的协同表达分析表明,两者均受到Na2CO3诱导表达,且SbCIPK4与SbCBL5基因表达量同时显著增强。(4)生物信息学分析结果表明:CK1A基因的调控区域存在大量与光调控相关和胁迫诱导相关的元件。生物芯片和Q-PCR分析表明CK1A在植物生长发育的多个阶段都有较高表达,特别是在植物器官花和种子的发育和成熟过程中表达最高。CK1A RNAi植株在长日照条件下表现出晚花表型,并且开花基因FT、SOC1、和CO都有一定程度的降低,特别是成花素基因FT的表达下调最为明显。成功建立了CK1A激酶结构域的原核表达和纯化体系,得到了纯度较高的CK1A重组蛋白,对重组蛋白的激酶自磷酸化实验证明其具有体外自磷酸化激酶活性。综上,本研究运用多种生物信息学工具和分子生物学方法探讨和阐明了CIPK基因在植物抗盐胁迫中的生理功能及分子机制,以及CK1A基因在植物开花光周期途径中的生物学功能。

关键词： 四川   地榆属   地榆   种质资源   生物学特性  

摘要： 地榆属(Sanguisorba L.)是蔷薇科(Rosacea e)多年生草本植物,对该属的开发利用主要在药用功能方面,随着人们对园林植物功能价值的挖掘,药用观赏型园林植物越来越受到市场的追捧。因此,地榆属下的大多数物种都具有成为药用观赏植物的潜质。目前,尚未见对四川地榆属植物的系统研究。为此,本研究针对四川地区的地榆属植物资源,运用了野外实地调查、GIS技术、引种地观测和生物统计等方法和技术,对四川地榆属种质资源进行了调查研究,同时,从三个不同原生地引种代表性的植物到成都盆地进行了引种栽培生物学特性的初步研究。主要研究成果如下：1.四川地榆属植物分布广泛,现有3种、2变种,分别为：地榆(***)、矮地榆(***)、高山地榆(***)、长叶地榆(*** ***)、腺地榆(S. officinalis ***)。其空间分布不平衡,其中,川西凉山州、甘孜州、阿坝州三州地区分布地榆属植物种类最多,资源量最大。矮地榆广泛分布于川西高原,地榆广泛分布于省内其它地区；地榆、长叶地榆、腺地榆分布海拔在350-3800m范围内,矮地榆、高山地榆分布海拔在2600-4800m范围内。2.对地榆属植物地理分布影响最大的气候因素为温度,其次是降水。地榆属植物在川西高原大部分地区居群更新状况良好,但在川内其它农耕地区资源破坏严重。3.地榆种子灰褐色至紫黑色,质地较硬,千粒重2.43g,每克种子412粒,属于小粒型种子。地榆种子休眠属于机械性的种壳休眠。常温清水浸种24h发芽率、发芽势最高,为85.78%,76.67%；浓度为200mg/L的GA浸种对其萌发有一定效果,发芽率、发芽势分别为77%、69.11%。常温清水浸种的处理方式成本低、方法简便,在实际生产中可以选用。4.从若尔盖、三台、射洪三地引种野生地榆,射洪地榆发芽率、发芽势最高,分别为80.90%、68.43%：三台地榆成活率最高,为98.6%。5.栽培条件下,若尔盖地榆3月初萌芽,花期5-8月,果期7-9月,生长周期3-10月；三台、射洪地榆4月初萌芽,花期7-9月,果期8-9月,生长周期4-11月。地榆株高周年积累生长量呈现“慢-快-慢”曲线,不仅可通过播种繁殖,还能进行根茎切段的无性繁殖。均表现出极强的适应性,较强的抗病虫害能力,较野生状态萌发早,花期、生命周期及观赏期延长,长势强健,株型紧凑饱满,花量繁多,具有极高的观赏价值。6.地榆属植物质朴自然,花序飘逸动感,在株型、花型、花色、叶形、叶色等方面表现出多样观赏特性,可与乔木、灌木、野生花卉、保健植物、草坪草配置,广泛应用于药用观赏植物专类园、滨水绿化、屋顶绿化、庭院绿化、道路绿化、建筑小品绿化。

关键词： 微重力   植物   信号转导  

摘要： 微重力条件下生长的植物,其细胞壁代谢会发生变化。如木质素等和次生壁相关的代谢下降。这些可能和微重力条件下,植物需要的支撑能力减少,出现了适应性的次生壁减弱现象。细胞壁的松弛,可能就是一种用进废退现象。因此,我们在这项空间科学项目中要研究的也是植物适应性机制

关键词： 核心概念   初中生物学   实践教学  

摘要： 《义务教育生物学课程标准(2011年版)》提出了50个重要概念并指出其处于学科的中心地位及其在生物学教学中的重要性。中国教育学会生物学教学专业委员会理事长赵占良老师在解读《课程标准》时指出重要概念等同于核心概念。结合研究者所在地区及所在学校生物学核心概念的教学现状,研究者以核心概念教学的五个基本要素、四个基本步骤及教学设计的指标为理论依据,以初中生物学核心概念教学的一般过程、编写初中生物学核心概念教学设计、实施核心概念教学及反思等三个部分为研究主线,针对初中生物学核心概念教学实践展开研究。本文运用文献研究法、案例研究法及课堂观察的教育研究方法。研究者对所任教的班级进行了为期一学期的生物学核心概念课堂教学的实践。本文将苏教版七年级上册“生物圈中的绿色植物”主题内的核心概念知识内容进行梳理并编写初中生物学核心概念的教学设计,在研究者所任教的四个班级进行教学设计的实施与反思,在反思和调整教学设计的基础上,通过课堂概念提问和概念测试评价方式对初中生物学核心概念的掌握情况展开评价,发现大多数学生能够较好的构建并理解核心概念。本研究表明构建初中生物学核心概念的教学设计可以有效帮助学生理解核心概念,并提高学习效率和课堂概念的教学效率。

关键词： 植物microRNA   生物合成   作用机制   环境胁迫影响  

摘要： MicroRNA(miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约为21 nt的小RNA分子,一般由内源基因编码,RNA聚合酶Ⅱ转录后,经过Dicer-Like酶等一系列的蛋白复合物将pre-miRNA(precursor miRNA)剪切成成熟miRNA,在转录及转录后水平介导靶mRNA转录沉默、降解或翻译抑制来调控基因的表达,是真核细胞基因表达的重要调控因子。第一个miRNA是在秀丽隐杆线虫(***)中发现的lin-4,与lin-14 mRNA 3′UTR的碱基序列部分互补,降解lin-14,从而抑制lin-14的表达。lin-4对靶基因lin-14的调控与线虫的生长发育密切相关。而第一个发现的植物miRNA是拟南芥mi R171,它靶向剪切编码基因Scarecrow-Like(SCL)家族的mRNA,调控其基因的表达,进而影响植物的生长发育。植物部分miRNA,如mi R156—mi R408在各植物物种中相对保守,而mi R408以后的miRNA具有物种特异性。植物在生长过程中会遭遇诸多不可预知(如同盐碱、干旱、重金属以及害虫和病原菌的侵扰等)的环境胁迫。固着生长的特性使得植物不能像动物那样通过移动来避免不利环境的影响,因此,需要自身特殊机制来应对这些环境胁迫。植物在长期逆境中已进化出极为精细复杂的生理和分子机制。miRNA与它作用的靶基因是响应环境胁迫的主要调控因子。miRNA参与了植物的生长发育、信号转导、蛋白质降解、营养胁迫、抗病原菌的入侵以及适应高盐和干旱等逆境胁迫过程,对于调节内源抗性基因表达具有一定意义。目前通过高通量测序、实时定量PCR检测和转基因等技术已经发现了很多与环境胁迫相关的miRNA,它们在逆境胁迫下的表达呈现显著差异性;miRNA的过表达植株经逆境胁迫处理可能表现出一定的抗逆或敏感性。同一家族的miRNA不同成员在响应环境胁迫时具有物种特异性。新疆地区是典型的大陆性干旱气候,降水量少,盐碱荒漠化地区多。在这样严酷的环境中顽强生存着许多盐生旱生类植物,这些植物的miRNA如何在逆境中发挥调控作用,依然需要更深入的探索。本文主要综述了现阶段植物miRNA生物合成、与靶基因作用方式、生物功能以及不同环境胁迫下对miRNA和作用的靶基因影响等方面的研究进展,以便更好地利用miRNA依据的生物技术开展研究和应用转化。

关键词： 红榄李   繁殖生物学   濒危红树植物   开花物候   花部综合特征  

摘要： 濒危红树植物红榄李(Lumnitzera littore(Jack.)Voigt),使君子科(Combretaceae)榄李属(Lumnitzera Wild.),国家二级保护植物,也是《国际湿地公约》濒危物种。由于自然生长于易受人为干扰的高潮带,红榄李在全世界的分布情况不容乐观。在我国红榄李仅分布于海南岛,由于生境破坏和人为干扰,野生红榄李的数量已经从2007年的359株急剧下降到现在的14株,分布于三亚铁炉港(9株)和陵水大墩村(5株)。大部分红榄李已经处于老龄或接近老龄化阶段,虽然均可正常开花结果,但种子萌发率极低,胚败育严重。在我国,红榄李存在严重的生殖障碍。本文运用繁殖生物学的原理和方法,对红榄李的生物学特性、花部综合特征、开花物候、繁育系统和营养元素分配等方面进行了分析研究,主要结果如下:1.红榄李在我国的分布情况:在我国范围内,红榄李现存14株全部分布于海南岛,其中9株分布于三亚铁炉港,5株分布于陵水大墩村。2.红榄李的群落特征:三亚铁炉港与红榄李混生的树种以嗜热窄幅种为主,主要有正红树、榄李、海莲等18种真红树,海芒果、水黄皮、黄槿等6种半红树。而红榄李分布较为分散,主要位于低潮间带。3.红榄李的生物学特征:除了中国植物志中所记录的一些基本特征外,对其描述更加精准详细,并有新的特征发现:现存红榄李实际树高最多8.5m左右;枝条随着生长逐渐由嫩绿色变成红色后成灰褐色;叶片表面蜡质,光滑无毛,主叶脉明显;总状花序由10-15枚花组成;单果,果实成熟时呈绿色,子房部位果皮微微泛红;种子脱落后经长期海水浸泡,果皮逐渐变为黑褐色后腐烂,顶端成毛刺状;种子经后熟作用先出茎后发根,子叶展开,胚轴和子叶背部泛红。这些发现可用来补充和完善中国植物志。4.红榄李的花部综合特征:除了中国植物志中所记录的一些基本特征外,花部特征有以下新发现:花冠呈辐射对称;雄蕊10枚;花药具2花粉囊,纵裂,背着药;花瓣、花丝和花柱均成红色;单心皮,子房1室,子房下位,胚珠4-5枚。5.红榄李的花粉柱头形态:电镜扫描状态下,红榄李的花粉呈长球形或近球形,辐射对称,赤道观面呈椭圆形;3条萌发孔沟,具有沟膜,3条假沟,属于N3P4C5型花粉,即赤道三孔沟类型;花粉外壁具假沟及皱波状纹饰,形状不规则。柱头呈柱状,无分叉,中间凹陷,表面干燥无分泌物形成,为干柱头,无乳突细胞分化。6.红榄李的开花物候:单花的花期为10-14天,开放过程可分为萌动期、初展期、盛开期、凋落期,花期60-140天。红榄李的群体花期从1月底到8月底,无双花期现象。单花花期约12.60±0.80天,单花序花期约29.70±1.00天,单株花期约115.20±6.00天,开花不同步。单株平均开花数量为9.60±0.03万朵,平均开花振幅为83.47±1.50朵.株-1.天-1。7.红榄李的花粉和柱头活力:花粉活力最高不超过10%,持续5天左右。柱头在未散粉前1天已具可授性;散粉后的第1-2天,活性最高,持续4天左右。雌蕊先熟,雌雄异熟。柱头可授期和花粉活力持续期有交叉空间。8.红榄李的繁育系统:兼性异交型,部分自交亲和,需要传粉者。花粉-胚珠比(P/O)为21 649.08,杂交指数(OCI)为4,异花授粉能有效提高结实率和降低空胚率。胚败育严重,虫害严重。9.红榄李的生殖生长期间营养元素分布特征:N、P、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、B等营养元素在红榄李和榄李的不同器官的含量均具有显著性差异,在二者大多数相应器官的含量也均差异显著。除了N、P、Na和B外,红榄李花中的其余元素均比榄李低。综上所述,导致红榄李濒危的原因如下:(1)种群规模小,交配对象减少,自交和近交概率增加;(2)伴生树种的花粉竞争,降低了对传粉者的吸引力;(3)红榄李进化阶段较为原始;(4)开花不同步;(5)花粉活力过低;(6)柱头可授期和花粉活力持续期有交叉空间,可能有空间进行自花授粉;(7)胚败育;(8)虫害;(9)自交亲和;(10)低含量的K、Mg、Ca、Fe、Cu、Zn元素,可能对红榄李花的发育有抑制作用。

关键词： 被子植物   群落繁育   系统进化  

摘要： 被子植物繁育系统的进化一直是进化生物学上的热点问题。岛屿作为天然的进化生物学实验室，为研究被子植物繁育系统的演化提供了绝佳的场所。Baker在1955年提出“经远距离迁移后具自交能力的植物类群会更有优势”的观点（后人称之为Baker's Law）。海洋岛屿上的植被作为远距离扩散的典型，成为探讨Baker's Law时的经典对象。而被子植物物种是否像Baker论断的那样具自交亲和性的类群在殖民岛屿更有优势？植物在岛屿上会用什么样的繁殖策略去应对岛屿上特殊的环境，它们是否会将繁殖保障作为策略的重点？这些问题尚缺乏深入、系统的研究。本文将针对这些科学问题从群落和物种两个水平进行探讨。　　在群落水平上，本研究选取了中国南海面积、物种数以及形成时间相近的两个岛屿，一个是近大陆(48km)的大陆性岛屿庙湾岛，另一个是远离大陆(380km)的海洋性岛屿永兴岛，对两个岛的被子植物繁育系统进行比较研究。通过统计两个岛上雌雄异株的比例，以及对比两岛屿两性花植物的花粉胚珠比、花粉量、胚珠数、花粉大小、花冠对称性、花冠类型、生活型、系统位置共8方面的特征，探讨两个岛屿上被子植物群落繁育系统的差别。结果表明:1、海洋性岛屿永兴岛雌雄异株植物的比例(1.63％)显著低于大陆性岛屿庙湾岛(14.95％);2、花粉胚珠比及单花花粉量方面，永兴岛的植物类群显著低于庙湾岛(U=2811，P＜0.05)，但花粉的大小显著大于庙湾岛(U=2419，P＜0.001);3、花冠的对称性和花冠的合/离瓣在两个岛屿间没有差异;而生活型方面，永兴岛木本植物的比例(28.74％)，显著低于庙湾岛(57.7％)(x2=17.586a，P＜0.001)。永兴岛是一个距大陆远、成岛时间短(7000aB.P.)的岛屿，其被子植物两性花类群中花粉胚珠比低意味着群落中高的自交倾向，雌雄异株植物罕见以及木本类群比例低则体现岛屿对高异交类群的制约作用，这些结果支持了Baker对植物经过长距离传播后可自交的类群更易殖民岛屿的假说。　　在物种水平上，本研究对典型海洋性岛屿永兴岛的三种优势种——海岸桐（Guettarda speciosa）、海巴戟天（Morinda citrifolia）及草海桐（Scaevola taccada）进行了繁殖生物学研究。结果发现:1、永兴岛海岸桐是具有严格异型自交不亲和性的非精确二型花柱植物，其在永兴岛上仅有一种访花者（疑似甘薯天蛾），访花频率低，自然结实率低;2、海巴戟天在其它热带岛屿中有报道具花柱异型性，但在永兴岛上只有柱头探出的居群，其具有完全的自交亲和性，传粉者多样性高，访花频繁，自然结实率高与人工异交授粉结实率无显著差异;3、草海桐具有二次花粉呈现，具有雌雄异熟和延迟自花授粉现象，但自交亲和能力弱;其访花者较多，具有多种类型的传粉者，其特殊的花粉二次呈现机制对泛化传粉者起着重要的作用。三种植物的研究结果说明，岛屿上占优势的植物不一定是自交为主，而是拥有多种多样的繁殖策略;这些策略中，保障繁殖和促进异交常常同时存在。　　两个水平的研究结果说明，自交提供的繁殖保障是植物登陆岛屿的第一步，异交植物传播至远距离的岛屿时受到更明显的制约，所以距离更远的海洋性岛屿上具自交倾向的类群会更为丰富;但要在岛屿环境的进化过程中取得进一步生存优势，植物在选择“异交规避近交衰退”和“自交以保障繁殖”之间进行的博弈比想象中更为复杂精妙。

关键词： 微地形尺度   草地群落   生物量   化学计量学特征  

摘要： 地形因子是黄土丘陵区影响植被生长的关键,微地形通过影响光照福射、温湿度及土壤养分格局,进一步影响了植物群落的分布和组成。本文以黄土丘陵区安塞试验站微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)尺度下的草地群落为研究对象,通过野外调查群落组成和地上、地下生物量以及室内分析测定群落植物叶片、根系及土壤化学计量学特征,探究黄土丘陵区群落生物学及化学计量学特征随微地形的变化特征,主要结论如下:(1)研究区内草地群落主要由菊科、禾本科和豆科的物种组成,阴坡物种较阳坡丰富。群落地上、地下生物量、根系年生长量分别为:164.12 g?m-2、1044.87 g?m-2、731.77 g?m-2?a-1,且在不同坡向的大小顺序都为:阴坡>阳坡>坡顶。根系生长主要集中在0～20 cm,且从上到下逐渐减小。(2)研究区土壤有机碳(1.20～12.78 g?kg-1)、全氮(0.14～0.94 g?kg-1)、全磷(0.14～0.63 g?kg-1)、全钾(8.32～11.53 g?kg-1)、速效钾(40.82～86.75 mg?kg-1)、铵态氮(3.53～7.23 mg?kg-1)、硝态氮(12.25～27.91 mg?kg-1)、速效磷(0.43～0.92 mg?kg-1)和土壤含水量(3.91～12.2%)基本都在阴坡大于阳坡,并且在阴阳坡的坡下部富集。土壤C/N比值(4.85～19.38)、C/P比值(3.64～27.66)、N/P比值(0.50～1.78)、C/K比值(0.22～1.13)也随着微地形的变化而变化。方差分析表明,坡向和坡位及其交互作用都对土壤养分和水分有显著影响。相关分析表明,土壤水分和养分与群落生产力之间密切相关。(3)研究区草本群落叶片C、N、P、K含量的平均值分别为:433.47、24.84、1.61、16.15 g?kg-1。叶片C/N、C/P、N/P、C/K化学计量比的平均值分别为:18.18、320.36、17.41、29.69,叶片N/P比值表明黄土丘陵区植物生长更易受P限制。根系C、N、P、K含量的平均值分别为:380.05、9.07、0.31、5.46 g?kg-1,根系C/N、C/P、N/P化学计量比的平均值分别为:49.61、1326.64、30.73。研究发现研究区草地群落叶片及根系C、N、P、K含量在坡向梯度上表现为阴坡大于阳坡。(4)植物与土壤作为生物地球化学循环的不同环节,两者之间必然存在着联系。相关分析表明:0～20、20～50、50～80、80～100 cm四个分层的土壤C、N、P、K含量与叶片及根系化学计量特征之间都有不同程度的相关关系,特别是表层土壤C、N、P、K含量与叶片及根系C、N、P、K含量基本都呈显著正相关关系。(5)草地群落添加N肥和N+P复合肥后显著增加了地上生物量而降低了地下生物量,且施肥增加了叶片N、P含量,改变了叶片N/P值,但根系C和K含量对施N肥和N+P复合肥后响应不大。施肥同样也改变了土壤养分含量和土壤化学计量特征,尤其是施肥大大增加了土壤速效N、P养分含量。