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关键词： 组蛋白变体   生物学功能   转录调控  

摘要： 组蛋白变体是重要的表观遗传调控因子,能够在染色质特定位置替换常规组蛋白,维持染色质结构进而保证转录激活或抑制的顺利进行。目前,组蛋白变体的调控功能已成为植物学研究领域的一个热点。近年来,随着植物组蛋白变体生物学功能研究的不断深入,发现组蛋白变体能够在植物生长发育和环境应答调控等多个生物学过程中发挥重要作用。该文简要介绍了已知的植物组蛋白变体的种类,系统综述了各类组蛋白变体在植物多个生命进程中的生物学功能及调控过程,以期为深入认知植物组蛋白变体的作用机制提供参考。

关键词： 植物   发育生物学  

ISBN: (纸本)9787307151086

摘要： 本书综合近年来植物发育领域的研究成果，从分子、细胞、组织、器官水平，按照植物发育的自然顺序，介绍了植物发育的过程和机理。本书将贯穿在整个植物发育中的一些规律和机理提炼出来，集中在前两章介绍。因此在深刻理解基本规律的基础上，在后续的章节中，读者对植物发育中连续的动态调控机理能够有整体的理解。后续内容包括植物开花决定、配子体发育、传份受精、胚胎发生、果实发育、根和茎端器官的发育。

关键词： GhKTI12   产量   耐盐耐旱性   转基因烟草   棉花  

摘要： 随着全球气温不断升高,水资源短缺日益突出。同时,由于农业生产对土地资源的过度开发利用,导致土壤盐渍化日趋严重。导致干旱和盐碱成为限制农业生产的主要因素,严重影响了国家粮食安全。棉花是一种较耐旱、耐盐碱作物,但是极度干旱和高盐碱土壤仍可以造成棉花减产90%以上。通过发掘耐旱、耐盐碱相关基因对棉花进行遗传改良,培养耐旱耐盐碱棉花新种质,高效利用水资源和盐渍化土壤,对保障棉花产业的健康发展和粮食安全具有重要意义。KTI(Killer Toxin Insensitive)是一种基因转录过程中延伸因子复合体重要的调控基因,在植物叶片发育、细胞周期进程和对非生物胁迫的响应中发挥重要作用,然而关于陆地棉中Gh KTI12基因在生长发育过程中发挥的功能尚未见报道。本研究利用陆地棉转录组数据分离获得了一个盐碱胁迫条件下高表达Gh KTI12基因,同时通过构建该基因病毒诱导的基因沉默系统(VIGS)载体和过表达载体别转化棉花和烟草,对该基因的功能进行了深入研究,取得的具体结果如下:1)利用q RT-PCR检测Gh KTI12基因在棉花组织器官表达特征,结果表明该基因在棉花花药和雌蕊等生殖器官中高表达,其次是根和茎等营养器官。利用数据库对Gh KTI12基因启动子序列进行分析,结果发现基因启动子中逆境响应元件比例达到48.97%。此外,已有报道表明KTI基因能够调控细胞分裂相关基因表达,受到Na Cl和聚乙二醇(PEG)诱导,与植物产量形成和抵抗逆境胁迫相关。2)为了分析Gh KTI12基因在棉花中的功能,本研究利用VIGS技术沉默陆地棉幼苗中Gh KTI12基因。通过对获得的基因沉默植株进行干旱和盐碱胁迫处理,发现Gh KTI12沉默的植株对盐胁迫和渗透胁迫的敏感性更高导致植株叶片枯萎,叶绿素含量分别降低了46%和30%。利用200m M Na Cl和400m M甘露醇溶液分别浇灌2个月龄的基因沉默植株,处理1个月后发现基因沉默植株表现为叶片变小和株高降低,并表现出早花表型。同时,利用RNA-seq和q T-PCR检测盐碱和干旱胁迫处理之后TRV-KTI12基因沉默植株,获得了10112个差异表达基因(DEG)。差异基因GO和KEGG富集分析表明,逆境胁迫条件下与棉花光合作用相关的叶绿素a/b结合蛋白(LHCB)表达下调;与植物激素信号转导途径相关的下调差异基因约有73个,这些基因通过激活各种与胁迫相关的通路,诱导植物产生耐受性。其中30%的植物激素信号转导途径相关的下调基因能够调控植物根系发育,进一步增强植物抵抗干旱等胁迫能力。例如ABA生物合成基因ABF3、ABI5、ABI2可以通过促进植物叶片气孔关闭,减少水分蒸腾损失,增强植物抵抗干旱能力;钙结合蛋白CML45、CML11、CML27、CML23、CML19参与调节植物对盐胁迫和干旱胁迫应答反应。3)为了验证Gh KTI12基因功能,本研究通过构建陆地棉Gh KTI12基因过表达载体,导入烟草并获得7个过表达转基因植株。利用q RT-PCR筛选转基因植株中Gh KTI12表达水平,鉴定出3个T代植株(OE-5、OE-6、OE-8)高表达外源基因并以此开展后续研究。通过对来源于OE-5、OE-6和OE-8两个植株的后代材料进行研究,发现在正常生长条件下,转基因植株具有株高较高、开花时间较晚、叶片数量较多、营养期较长等特征。过表达Gh KTI12的材料可以通过增加叶片上表皮细胞和主茎节间细胞的数量,显著增加叶片大小和株高。与WT烟草植株相比较,转基因烟草植株叶片长度显著增加34.31.%,叶宽增加16.88%;株高增加;花期延迟30天左右;植株干重增加34.4%,种子产量增加37.6-45.3%;叶片表皮细胞数增加55.26%,茎秆表皮细胞数增加54.83%,Gh KTI12具有促进细胞增殖功能。4)为解析Gh KTI12转基因烟草植株表型变化的分子机制,对培养60天转基因烟草植株和WT植株的茎尖分生组织(SAM)进行RNA-seq和q RT-PCR分析,获得了11168个差异表达基因(DEG)。对差异表达基因GO和KEGG富集分析表明,与开花时间相关的MADS-box基因下调表达,抑制了开花增强因子基因的转录水平导致花期延迟,如AG样基因、SEP1、SEP2、AP1和AP3;同时发现大量参与细胞增殖、细胞膜合成和线粒体呼吸相关基因的表达上调,这些基因为细胞增殖提供细胞能量需求,参与植物器官生长调节。5)干旱和盐胁迫条件下,转基因烟草的耐旱性和耐盐性均高于野生烟草。利用200m M Na Cl固体培养基和300mm甘露醇固体培养基分别处理转基因幼苗2周,结果表明转基因植株根系长度在胁迫条件下显著增长,成活率显著提高。生化分析转基因烟草叶片表明,植株内的脯氨酸、叶绿素、相对含水量(RWC)和丙二

关键词： 博物馆   标本   分子生物学   鉴定  

摘要： 自然博物馆的馆藏标本是其进行科普、教育和研究的基础。面对数量迅速增长的标本和日益紧缺的鉴定人才，博物馆人员利用传统形态学鉴定方法逐渐捉襟见肘，不能及时完成鉴定任务。而新兴起的分子生物学鉴定方法则有着鉴定结果精确、周期短和通量大的优点。文章通过与传统形态学等鉴定方法的比较，对DNA条形码技术、随机扩增多态性DNA(RAPD)技术、限制性内切酶片段长度多态性（RFLP）技术和线粒体DNA(mtDNA)序列分析法的原理和应用进行了简要介绍，以期能引起自然类博物馆的关注，从而运用分子生物学方法快速、准确地鉴定海量标本。

关键词： 光尾拟短体线虫   斯莫滑刃线虫   形态学   繁殖系数   植物寄生性   rRNA异质性   高通量测序  

摘要： 植物寄生线虫(plant parasitic nematodes,PPNs)是一类重要的病原生物,给全球农业生产造成了严重的经济损失,因其体型微小、种类众多、寄主广泛以及生境复杂等原因使人类对多数线虫种类的研究不足,因此明确PPN的种类、生物学特性以及遗传变异规律等,对于制定线虫病害的防治策略具有重要意义。本文对青海省长势衰弱的番茄植株根系及根围土样中分离到的一种拟短体线虫Pratylenchoides群体进行了鉴定,对荷兰进境截获的斯莫滑刃线虫Aphelenchoides smolae的真菌取食特性及对植物寄生性进行了研究,并对7个PPN种群的r RNA 28S基因D2区序列进行了异质性分析,主要研究结果如下:1.通过形态和分子特征分析将青海线虫群体鉴定为光尾拟短体线虫***,主要形态鉴别特征为:侧线6条;唇区无明显缢缩,唇环3～4个;口针较粗壮,口针基部球宽圆形,明显向后倾斜;食道腺背侧覆盖肠端,背食道腺核及1个亚腹食道腺核位于食道腺与肠交接处之前,另1个亚腹食道腺核位于食道腺与肠交接处后方;尾圆柱形,末端光滑或有1～3条环纹;雄虫交合刺较长,交合伞较大,包裹到尾端。基于r RNA 18S、28S D2-D3以及ITS区序列的系统进化树揭示青海群体与刻尾拟短体线虫***、埃尔祖鲁姆拟短体线虫***以及侧尾拟短体线虫***等聚类在一个独立分支上。2.以斯莫滑刃线虫为研究对象,以苜蓿滑刃线虫、贝西滑刃线虫2个种群和腐烂茎线虫为对照,分别接种至链格孢菌、灰葡萄孢菌、镰刀菌、拟盘多毛孢菌等4种真菌,同时将上述4个滑刃线虫种群接种至菊花、大豆、苜蓿等3种植物5个品种上,结果表明,斯莫滑刃线虫和苜蓿滑刃线虫能取食这些真菌的菌丝,但繁殖系数(Rf)存在明显差异,斯莫滑刃线虫在灰葡萄孢上的Rf值最高,镰刀菌上最低。贝西滑刃线虫苜蓿群体在镰刀菌上不能正常生长繁殖,而腐烂茎线虫在镰刀菌上的Rf值明显高于4个滑刃线虫种群。斯莫滑刃线虫能引起菊花心叶褐变坏死、苜蓿叶片畸形皱缩以及黄豆新叶出现褐色病斑,表明其具有弱植物寄生性。苜蓿滑刃线虫仅引起苜蓿病变症状,贝西滑刃线虫在所有接种植物上均产生明显病变症状。4个滑刃线虫种群在菊花、大豆、苜蓿的繁殖系数均低于1,表明它们不是合适寄主。3.通过单克隆测序和高通量测序两种方法对腐烂茎线虫Ditylenchus destructor、小裂片螺旋线虫Helicotylenchus microlobus、南方根结线虫Meloidogyne incognita、咖啡短体线虫Pratylenchus coffeae、落选短体线虫***、桑尼短体线虫***及肾形肾状线虫Rotylenchulus reniformis等7个种群r RNA基因28S D2区的DNA及c DNA序列进行分析,结果表明线虫群体中广泛存在r RNA基因异质性,但异质性水平有较大差异,且大多数突变为保守突变,不影响核糖体功能。高通量测序法获得的序列多样性明显高于单克隆测序,且单克隆测序中绝大多数的单核苷酸多态性(SNP)位点均能够在高通量测序中发现,因此可作为研究r RNA异质性的有效方法。r RNA在转录过程中保留了DNA中的多态性,但c DNA序列存在大量不同基因型的短序列,推测转录过程中可能存在r RNA的剪切。总之,本文研究结果丰富了我国植物寄生线虫分类学信息,为研究滑刃线虫的植物寄生性以及我国口岸制定植物检疫措施提供了理论依据,同时为进一步研究r RNA异质性水平对生物个体生存与进化的影响提供了参考信息。

关键词： 深度学习   单元教学   逆向设计  

摘要： 单元逆向教学设计是基于UbD模式的将具有较强内在联系的零散课时重新整合,形成了从目标出发的连贯的"长时段"计划的教学方式。单元教学可以促进学生的深度学习,更好地培养学生对主要概念和过程进行深入、持久的理解,使我们的生物课堂既有效果又有效率。本研究将以七年级生物"绿色植物的蒸腾作用"单元为例,从关联深度学习特征的预期设定、探寻深度学习发生的评估证据、促进深度学习实现的活动编排这三个环节来尝试进行单元逆向教学设计。

关键词： 核心素养   兴趣   探究   质壁分离  

摘要： 以"观察植物细胞的吸水和失水"探究实验为例,从采用翻转课堂教学法、利用学生在自主学习中发现的问题,以任务驱动推动小组进行合作探究,激发学习兴趣;通过材料和试剂的处理和改进,简化实验步骤,提升学习兴趣;现代信息技术的运用,加快课堂节奏,保持兴趣;实验数据的处理,延续兴趣等四个方面阐述如何培养学生生物学探究实验的学习兴趣。

关键词： 灰葡萄孢   挥发性物质   促生作用   真菌病毒   非编码RNA  

摘要： 灰霉病主要由葡萄孢(Botrytis spp.)和葡萄孢(Botrytis-like fungi)类似属引起,可以危害1400余种植物。往往造成重大损失。本实验室前期分离到一株灰霉病菌菌株QT5-19,该菌株在培养基上不产菌核和孢子,致病力丧失,能够产生挥发性气体抑制其他真菌生长,并促进植物生长。研究还发现QT5-19中携带真菌病毒,为了探究其对宿主真菌的影响,将QT5-19与另一个灰葡萄孢菌株QS17-3对峙培养,获得了1个传毒后菌株QS17-3V。本论文以QS17-3和QS17-3V为研究材料,探究QS17-3V的生物学特性及其促进植物生长的分子机制,取得的主要研究结果如下:(1)明确了菌株QS17-3V的分类属性及主要生物学特性在PDA培养基上20℃下培养QS17-3V,菌丝体初期白色,生长速度15.2 mm/d,4 d开始产生白色气生菌丝,直到15 d不产菌核和分生孢子。基于G3PDH序列对菌株QS17-3V、QS17-3和QT5-19进行系统进化分析,结果显示,这些菌株与灰葡萄孢(***)聚为一支。形态学与分子系统学鉴定QS17-3V属于灰葡萄孢。与QS17-3相比,在7种不同的培养基上培养,QS17-3V在CDA上生长速度明显快于QS17-3,在CMA、MM和SDA上生长速度较QS17-3慢。在MMN、YMEA和YSS上的生长速度与QS17-3相比无显著差异(P>0.05)。QS17-3V在所有培养基上均不产菌核和孢子。显微观察结果表明:菌株QS17-3V菌丝形态正常,分生孢子大小为5～7μm×3～4μm(长×宽)。致病力测定结果显示菌株QS17-3V在烟草、番茄上可以致病,培养72 h后病斑直径显著低于QS17-3在同等接种条件下造成的病斑直径。挥发性气体活性测定结果表明:QS17-3V产生的挥发性有机物质(Volatile organic compounds,VOCs)显著抑制灰霉病菌Streptobotrys sp.菌株Strepto BC-1菌核形成以及灰葡萄孢菌株Rose BC-3分生孢子产生,对瓜果腐霉、尖孢镰刀菌等病菌菌丝生长具有显著抑制作用。(2)发现QS17-3V产生的VOCs能对显著促进番茄生长,明确了VOCs的主要成分。在密封玻璃箱中测定了菌株QS17-3V和QS17-3产生的VOCs对番茄生长的影响,以灭菌空皿释放的挥发性物质处理为对照。结果显示,培养21 d后(20℃),与QS17-3的VOCs和对照VOCs处理相比,QS17-3V的VOCs处理番茄植株株高增加20.18%,茎基直径增加23.18%,植株鲜重增多27.94%,干重增加27.16%,差异达到显著水平(P<0.05)。可见,菌株QS17-3V产生的VOCs具有促进番茄生长的能力。通过顶空吸附法,抽取菌株QS17-3V产生的VOCs(PDA培养物,7 d),用GC-MS检测VOCs,并与数据库比对,共鉴定出10种挥发性物质。4种物质在QS17-3V中产生较多。(3)明确了QS17-3V中的真菌病毒种类通过宏病毒组测序技术,分析了菌株QS17-3V和QT5-19中的真菌病毒种类及含量。共检测到6种真菌病毒,其中,在QS17-3V中检测到3种真菌病毒,属于Fusariviridae、杆状RNA病毒科和副粘病毒科,在QT5-19中检测到5种真菌病毒,包括双分体病毒科、长尾病毒科、Fusariviridae、杆状RNA病毒科以及未分类的逆转录病毒科,2种真菌病毒在两个菌株中均存在,1种是Fusarivirus,另外1种是未描述的新种。(4)基于分析RNA深度测序数据,为揭示QS17-3V产生VOCs提供了重要线索对QS17-3V和QS17-3(QS17-3V的近等基因系)在转录水平上的差异表达基因进行了分析。共得到了m RNA、lnc RNA、s RNA和circ RNA等4个文库,共得到了1329个lnc RNA以及1054381个s RNA和circ RNA对应的基因信息6624个。共筛选到差异表达基因、差异的lnc RNA、mil RNA和circ RNA分别为1869、81、11和70个。差异表达基因和差异nc RNA的靶基因GO功能注释主要富集到蛋白质结合、生物代谢过程和催化活性等过程中。KEGG富集分析结果表明:差异表达基因集中在代谢途径。其中,有178个基因与代谢有关,可能是促生VOCs合成相关的基因。

关键词： 生物学   实验教学   科学探究素养   探究性实验  

摘要： 科学技术的发展推动了社会对创新型人才的需求,这就使得科学探究素养的培养显得极为重要。生物学实验教学是培养学生科学探究素养的重要途径之一,因此在教学中我们可以利用生物学实验来培养学生的科学探究素养。本研究以初中生物学实验为切入点来探索提升学生科学探究素养的有效途径及评价体系,希望能为生物学实验教学提供参考。本研究主要采用文献资料法、问卷调查法、数据分析法对基于科学探究素养的生物学实验教学进行理论研究和实践探索。首先,利用文献资料法对国内外的生物学科学探究素养和生物学实验教学现状进行分析,并在此基础上对延安市23所初中学校的实验教学开展情况进行调查分析。其次,对延安市使用的苏科版《义务教育教科书生物学》教材中涉及的实验教学内容进行整理,并从实验数量、实验内容、实验类型及实验的可行性四个角度进行分析。接着,将科学探究素养划分为七个一级要素,在此基础上制定了若干个二级要素,进而构建了科学探究素养的评价标准和工作单。以延安市职业技术学院附属中学成绩相近的两个班为实践对象,并划分为已进行实验的实验组和未进行实验的对照组,对两个班的科学探究素养水平进行评价。最后,在调查和教学实践的基础上,对本次研究进行了总结和反思,并对初中生物学实验教学提出一些建议。研究结果如下:(1)延安市地区不同等级的学校所面临的问题各不相同,大部分学校呈现可开展,却存在开展少、课时不足、教学效果不明显的问题,部分学校存在实验教学无法开展的情况。(2)通过教材分析,发现七年级的实验内容不管从数量还是其重要程度来看,都占有很大的比重,其中探究性实验数量最多,也存在部分实验因实验材料难以获得或者实验条件不达标等,而不适于开展。(3)生物学实验教学在培养“实施计划”、“分析现象和得出结论”和“表达交流与反思”三个要素上有明显的优势,但是简单的生物学实验教学不能有效落实培养“提出问题”“作出假设”“制定计划”“收集数据”四个要素。基于以上研究得出,生物学实验教学可以有效促进学生科学探究素养的落实和培养,但通过对延安市地区的生物学实验教学开展情况的调查分析,发现该地区的生物学实验教学还需要进一步改善。其中,应该加大对七年级实验教学开展的重视程度,科学、合理的设计开展实验的教学过程,有效落实学生科学探究素养的培养。本研究开展的是为了引起学校和教师在培养学生科学探究素养方面的关注,同时,希望为生物学实验的教学提供参考。