植物羧酸酯酶的结构、表达调控及生物功能研究进展

羧酸酯酶（carboxylesterase,CXE）是一类广泛存在于动植物及微生物中具有α/β折叠水解酶活性的水解酶类。蛋白序列比对分析表明植物CXE具有一个催化活性的丝氨酸保守结构域（GXSXG基序）,结合并水解各种酯类化合物。在植物中,其家族不同成员在组织中的表达存在差异,并受乙烯、病菌等因素的诱导,在除草剂活性物质激活、植物激素信号物质代谢以及生物胁迫等过程中发挥重要的生物学功能。本文对植物CXE家族成员的结构、表达调控和生物学功能进行综述,并讨论了未来可能的研究方向,为CXE功能的深入研究提供参考。     

杉木人工林灌木层生物量模型构建

目的本研究选择湖南、安徽、江西3省杉木人工林为研究对象,构建乔灌层调查因子与其生物量之间的估算模型。试图获取更为可靠、精准的灌木层生物量估算模型,为提高估算杉木人工林灌木层生物量模型精度提供参考。方法在研究区域进行典型抽样调查,测定不同林龄杉木林上层乔木郁闭度C_s、林分密度D_s(株/hm2)、平均胸径D_m(cm),下层灌木平均高度H(m)、平均地径D(cm)、盖度C、灌木层枝、干、叶、根干鲜质量(kg),通过计算获得乔木层杉木蓄积量V(m3/hm2)、灌木层生物量数据(t/hm2)。通过Pearson相关性分析灌木层结构和乔木层调查因子对灌木层生物量的影响,选取最佳灌木层结构因子为模型参数建立枝叶、干、地上、地下生物量估算模型。将乔木层林分调查因子作为自变量加入模型中,对比分析模型R2在乔木层调查因子作为自变量加入后的变化,并用样本外的数据进行检验,构建估算灌木层生物量更为精确的模型。结果研究结果显示:灌木层各组分生物量模型以幂函数为主,各林龄灌木层地下生物量与自变量D2H获取了最佳模型,R2为0.516~0.955;其余部分生物量以盖度与高度乘积(CH)为自变量获得了拟合效果较好的模型, R2为0.516~0.718。与单独采用灌木层结构因子为预测变量建立的灌木层生物量预估模型相比,乔木层平均胸径D_m作为自变量的加入使中幼龄林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高,R2为0.718~0.990;郁闭度C_s的加入使近成过熟林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高,R2为0.817~0.886。结论因此,评价和分析乔木林下层灌木生物量,不仅要考虑灌木层自身结构生物量关系,还要考虑到乔木层相关因子的影响,从而建立更符合灌木生物学与生态学相一致的生物学结构模型,本研究可为亚热带地区杉木人工林下层灌木生物量的估算提供参考。      

冬季覆盖作物秸秆还田对水稻植株养分积累与转运的影响

为明确双季稻区不同冬季覆盖作物秸秆还田对后茬水稻植株干物质和养分积累与分配的影响,选择不同冬季覆盖作物-双季稻种植模式为研究对象,采取田间小区定位试验,以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),开展了黑麦草-双季稻(Ry-R-R)、紫云英-双季稻(Mv-R-R)、油菜-双季稻(Ra-R-R)和马铃薯-双季稻(Po-R-R)种植模式下不同冬季覆盖作物秸秆还田后对后茬水稻各部位干物质和氮、磷、钾积累与分配影响的研究。结果表明：早稻成熟期,Po-R-R处理茎、叶物质贡献率均高于其他处理;晚稻成熟期,Ra-R-R处理的茎、叶物质转运率和物质贡献率均高于其他处理。早稻成熟期,Mv-R-R处理水稻植株穗和地上部分的氮素和磷素积累量均显著高于CK处理（P<0.05）;各秸秆还田处理水稻植株茎和地上部分的钾素积累量均显著高于CK处理（P<0.05）。晚稻成熟期,Po-R-R处理叶、穗和地上部分的氮素和磷素积累量均显著高于CK处理（P<0.05）。Mv-R-R处理穗和地上部分的钾素积累量均显著高于Ry-R-R、Ra-R-R和CK处理（P<0.05）。总的来说,各冬季覆盖作物秸秆还田措施均促进了水稻各部位干物质积累和转运;其中以紫云英秸秆还田处理有利于水稻群体养分的积累与转运。     

基于DEM的淮河源地貌形态类型划分

[目的]对淮河源地貌形态类型进行划分研究,为该区土地利用、旅游和城市规划以及生物多样性保护提供参考依据。[方法]以淮河源地区为研究对象,基于分辨率为30m的DEM数据,采用地貌形态划分方案中具有代表性的柴宗新方案、徐汉明方案和高玄彧方案,运用空间分析中的邻域分析、重分类、地图代数以及转换工具等,分别对各方案下的淮河源地貌形态类型进行划分并与实际勘察地形进行对比与分析,探寻适合淮河源地貌基本形态划分的最佳方案。[结果]柴宗新方案要素单一,不能确切反映地貌的基本特征;高玄彧方案中的2级分类对研究区并未发挥其作用,该方案比较适合高程高,地貌形态类型多的地区;徐汉明方案采用相对高度和海拔高度2个条件作为地貌基本形态划分的依据,此方案即兼顾了绝对高度的客观作用,又考虑了人们观察山地的真实感受,因此徐汉明方案比较适合淮河源地貌形态的划分。[结论]根据徐汉明方案将淮河源地区地貌形态划分为平原、丘陵、低山和中低山4种类型,主要以平原和丘陵为主,表现为东低西高,北低南高的地势特征。     

基于InVEST模型的大凌河上游汇水区水源涵养功能评估

[目的]对流域生态系统产水功能进行定量评估及空间表达,为流域水资源优化配置,水资源可持续管理及提高生态效率提供科学支撑。[方法]以2015年大凌河上游汇水区作为研究区,基于权衡多重生态系统服务、保护与发展的决策支持系统模型(InVEST模型)中的水源涵养模块(Water Yield),对大凌河上游汇水区水源涵养功能定量评价,分析其空间分布特征,对水源涵养量进行归一化处理,识别其水源涵养等级。[结果](1)2015年大凌河上游地区水源涵养总量达1.82×109 m3,水源涵养量空间异质性明显。(2)归一化处理结果表明,水源涵养较高等级区位于喀喇沁左翼蒙古族自治县中部、北部,水源涵养较低等级区位于内蒙古宁城县及敖汉旗北部、河北省平泉县。水源涵养中等级面积广泛,占据研究区面积的34.7%。(3)喀喇沁左翼蒙古族自治县、朝阳县西南部为重要水源涵养区,应加强水源管理与保护。[结论]土地利用类型、气候因子、土壤质地等因素对水源涵养空间异质性有重要影响,水源涵养量空间分布不均且差异显著。     

大豆疫霉细胞凋亡相关基因的鉴定与表达分析

为探讨大豆疫霉Phytophthora sojae细胞凋亡潜在的调控机制,根据已知的细胞凋亡蛋白,利用在线工具BLASTP、pFAM和SMART在大豆疫霉蛋白组数据库中鉴定细胞凋亡同源蛋白并构建其进化树,通过转录组数据和实时荧光定量PCR技术分析细胞凋亡相关基因在大豆疫霉生长、发育及侵染不同时期的表达情况。结果显示:在大豆疫霉中共鉴定到13个细胞凋亡同源蛋白,包括核酸内切酶G(PsNUC1)、细胞色素c(PsCYCS)、凋亡诱导因子(PsAIF)、丝氨酸蛋白酶(PsHtrA-1、PsHtrA-2和PsHtrA-3)、多聚ADP核糖聚合酶(PsPARP-1、PsPARP-2和PsPARP-3)和TatD核酸酶(PsTatD1、PsTatD2、PsTatD3和PsTatD4)。在进化上,PsNUC1、PsCYCS、PsAIF、PsHtrA-1、PsPARP-1、PsPARP-2、PsPARP-3、PsTatD1和PsTatD2与人及秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans的同源蛋白亲缘关系较近,而与真菌相关蛋白亲缘关系较远,PsHtrA-2、PsHtrA-3、PsTatD3和PsTatD4与酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae相关蛋白相似度更高,说明大豆疫霉细胞凋亡蛋白在进化中发生了较大变异。大豆疫霉细胞凋亡相关基因PsHtrA-1和PsRARP-1在孢子囊阶段诱导表达,PsHtrA-2和PsRARP-2在游动孢子阶段上调表达,PsAIF、PsHtrA-3、PsRARP-1和PsRARP-2在侵染阶段明显诱导表达,PsCYCS在侵染阶段下调表达。细胞凋亡相关基因在大豆疫霉不同阶段的表达模式有较大差异,说明细胞凋亡在大豆疫霉生长、发育及致病过程中具有重要作用。     

转cry1Ab+cry1C双价抗虫水稻对二化螟的抗性评价

为明确转cry1Ab+cry1C双价抗虫水稻对二化螟的抗性及其杀虫蛋白的时空表达,本研究采用离体水稻组织生测法系统评价了cry1Ab、cry1C、正交cry1Ab+cry1C和反交cry1C+cry1Ab 4种抗虫水稻品系对二化螟的杀虫效果,并用ELISA方法测定了Cry1Ab、Cry1C蛋白在各个抗虫水稻品系中的表达情况。结果显示,二化螟在不同生育期的4种转基因抗虫水稻上取食的叶面积显著低于非转基因对照亲本明恢63。4个转基因抗虫水稻品系在生长前期（苗期、分蘖和拔节期）对二化螟表现极高的杀虫效果,生长后期（孕穗期和成熟期）杀虫效果有所下降。两双价抗虫水稻杀虫效果最好,其次为转cry1Ab和cry1C水稻。Bt蛋白表达水平随着抗虫水稻生育期的变化而变化,且差异显著;Cry1Ab的蛋白表达量在水稻整个生长期均显著高于Cry1C。Cry1Ab蛋白在单价抗虫水稻叶片和茎杆中均表现出随生育期先升高后下降的趋势,但在双价抗虫水稻中表现出随生育期逐渐下降的趋势。Cry1C蛋白在单、双价抗虫水稻的叶片组织中均表现出逐渐升高的趋势。与单价抗虫水稻相比,双价抗虫水稻中的Cry1Ab、Cry1C的蛋白表达水平并没有表现出显著的降低。因此,双价抗虫水稻不仅能高效防治害虫,还能延缓害虫抗性,在生产上表现出良好的应用前景。该研究结果可望为转Bt基因抗虫作物的环境安全评价提供科学数据和理论依据。     

大田长期水氮处理对土壤氮素及小麦籽粒淀粉糊化特性的影响

土壤氮素和水分含量对小麦产量和品质有重要影响。为优化水肥管理实现优质高效栽培, 2014—2015和2015—2016小麦生长季在河南省温县大田水氮长期定位试验地块, 以中筋品种豫麦49-198为材料进行灌水与施氮两因子裂区试验。主区为灌水处理, 设全生育期不灌水(W0)、拔节期750 m ³ hm ^-2 (W1)和拔节期750 m ³ hm ^-2 +开花期750 m ³ hm ^-2 (W2) 3个水平, 副区为氮素处理, 设不施氮(N0)及总氮量180 (N1)、240 (N2)和300 kg hm ^-2 (N3) 4个水平。与W0处理相比, 2个灌水处理均显著降低耕层土壤(0~20 cm)中的硝态氮含量, 灌水处理的籽粒支链淀粉含量、总淀粉含量、淀粉峰值黏度、谷值黏度和最终黏度均显著高于不灌水处理。灌水还增加了籽粒中小淀粉粒(粒径<5.0 μm)的体积百分比, 2014—2015年度增幅显著, W1、W2处理分别较W0处理增加3.4%和4.8%。施氮提高耕层土壤硝态氮含量, 但籽粒直链淀粉含量和小淀粉粒体积百分比低于不施氮处理。在0~240 kg hm ^-2施氮量范围内, 籽粒支链淀粉含量、总淀粉含量及峰值黏度、谷值黏度、最终黏度均随施氮量增加而增加。相关分析表明, 耕层土壤硝态氮含量与总淀粉含量、峰值黏度、谷值黏度和最终黏度间呈极显著正相关。拔节期灌1水、施氮量240 kg hm ^-2条件下, 耕层土壤硝态氮含量为19.64~20.55 mg kg ^-1, 小麦籽粒黏度值较高, 同时改善了淀粉品质。