百合鳞茎发育生物学研究进展

百合是重要的鲜切花,也可以做盆花,还可以在园林中应用。要生产出优质的百合切花,需要优良的百合种球,生产出优质种球需要对百合鳞茎的发育生物学深入了解。在阐述了百合鳞茎生长发育特点的基础上,对其生长发育过程中重要的生理生化变化进行了综述,其中包括鳞茎中淀粉含量变化、淀粉代谢的关键酶、可溶性糖及蛋白质的相关研究进展,并就今后鳞茎发育研究趋势进行了展望。      

寒地百合小鳞茎膨大发育与生物量动态变化

研究了百合小鳞茎在哈尔滨地区膨大发育过程中生物量累积与分配动态变化规律。结果表明,百合小鳞茎在哈尔滨地区的膨大发育过程可划分为5个阶段,即鳞茎失重消耗期、补偿期、充实膨大增重期Ⅰ、生长受抑期和充实膨大增重期Ⅱ。生物量分配规律:苗期至现蕾期以茎叶部分为主,现蕾后生物量主要分配于地下小鳞茎,分配于新鳞茎和根中的生物量始终很低。     

东方百合鳞茎的山地膨大发育与养分积累研究

以东方百合(Lilium Oriental hybrids)子鳞茎在浙江省缙云县大洋镇海拔800 m的山地培育,全程跟踪测定其鳞茎膨大发育的形态变化与养分积累规律.结果表明,百合种球自繁效果明显,至收获时平均鲜重达45.2 g,是栽种时的3.4倍;平均周径为15.5 cm,是栽种时的1.5倍;淀粉含量达到293mg·g-1FW,是下种时的近3倍左右,与进口球相近,品质达到了商品球的要求.蔗糖占可溶性总糖的比例多在60%以上,鳞茎在不同生育期的蔗糖含量变化趋势与可溶性总糖变化趋势一致.百合植株的叶片数量与鳞茎周径、鲜重和百合株高有很大的相关性.     

百合鳞茎发育过程中可溶性糖含量的变化

为探讨不同规格百合鳞茎发育模式的差异,采用比色法和高效液相色谱法对鳞茎发育过程中的糖含量进行了测定。研究表明:兰州百合(Lilium davidiivar. unicolor)鳞茎萌发阶段,较小鳞茎外部鳞片的糖消耗更多,总糖含量出现最低值的时间更早;中部鳞片糖消耗的启动期比外部鳞片晚,以较大规格鳞茎的总糖含量较高、降低幅度更大;鳞茎盘的总糖含量在花后60 d达到最大值,各部位鳞片的总糖含量均以栽种和萌发初期最高;出苗后20 d和现蕾期是百合鳞茎总糖变化的转折期。‘精粹’(‘Elite’)百合较小鳞茎比较大鳞茎延后20 d出现总糖含量的最低值,鳞茎盘的总糖含量在鳞茎萌发阶段显著下降。各生育期蔗糖含量在总糖中所占比例不同,其含量变化决定了总糖含量的变化。还原糖含量在植株现蕾期发生明显变化,是否与花的形态建成有关有待于探讨。     

兰州百合发育过程中植株及鳞茎内氮磷钾的吸收与分配规律

 以兰州百合为试材，研究了植株及鳞茎发育过程中各个器官的营养吸收与分配。结果表明：鳞茎萌发阶段，母鳞茎贮存的营养元素主要用于新生茎、叶的生长发育，幼苗期，氮、磷、钾主要分配在母鳞茎、叶片和茎秆中。随着光合器官逐渐成熟，叶片中的分配比率增大。现蕾期至开花期，是氮、磷、钾分配中心由百合地上部分转向鳞茎的转折时期。植株营养吸收的关键时期为幼苗至现蕾期，鳞茎发育对钾营养的需求大于氮和磷。     

百合鳞茎发育过程中内源激素变化初探

以兰州百合和亚洲系精粹百合为试材,观察了设施栽培条件下鳞茎发育过程中内源激素的变化.结果表明,百合现蕾期ABA含量最低,随着鳞茎的发育,内源ABA含量显著升高,在植株半枯期达到最大值,新鳞茎的ABA含量高于母鳞茎.鳞茎发育过程中,新鳞茎中内源GA3含量下降,母鳞茎中内源GA3含量大幅度上升,且母鳞茎的GA3含量高于新鳞茎.现蕾期IAA含量最高,随着鳞茎发育呈下降趋势,母鳞茎的IAA含量高于新鳞茎.百合现蕾直至植株半枯期,新鳞茎中内源ZR处于较高水平,半枯期后显著下降,母鳞茎中ZR的变化趋势2种百合有所不同.兰州百合的ABA和GA3含量高于精粹百合,ZR含量显著低于精粹百合,2种百合IAA含量相近.从不同发育时期内源激素及其比值的变化和不同种类百合之间的差异可初步判定ABA、GA3、ZR对鳞茎发育起着重要的调节作用.     

东方百合试管鳞茎膨大的研究

以东方百合‘S iberia’试管苗为材料,研究了激素种类及其质量浓度、蔗糖浓度、大量元素浓度、低温处理对试管鳞茎形成和膨大的影响。结果表明,低质量浓度NAA有利于提高结鳞茎率;90 g/L蔗糖处理结鳞茎效果最好,所结鳞茎的平均直径为1.59 cm,平均鲜重为2.09 g,但与70 g/L蔗糖处理差异不显著;增加大量元素浓度可以促进鳞茎的形成和膨大,当浓度为2M S时,鳞茎直径最大达2.06 cm,平均直径1.65 cm,平均鲜重2.68g,较处理前的单芽增加了12.8倍;5℃低温处理可使试管苗100%结鳞茎,处理30 d对结鳞茎的效果最好,鳞茎的直径、鲜重平均分别为1.50 cm,2.06 g。     

盆栽百合鳞茎发育与碳水化合物变化的关系

为深入探讨盆栽百合的鳞茎发育机制,对盆栽百合粉冠军(After eight)和橙色精灵(Tinydina)的鳞茎发育规律及鳞茎不同部位中淀粉、可溶性糖和蔗糖含量进行了研究。结果表明:现蕾后鳞茎中可溶性糖和蔗糖含量迅速下降;盛花后鳞茎干质量和鲜质量同时增加;叶半枯到叶全枯时新鳞茎中淀粉含量迅速上升,两品种增长幅度分别为41.9%和15.6%。因此,盛花期是粉冠军和橙色精灵百合鳞茎膨大的转折点,此时新鳞茎成为主要的"库";盆栽百合鳞茎发育存在后熟期。     

百合小鳞茎膨大发育过程中氮磷钾的吸收与分配规律

以周径为4～6cm的''耀眼''(Evening Star)百合小鳞茎为试材,研究了常规栽培条件下百合小鳞茎膨大发育过程中养分的吸收和分配规律,以期为百合种球生产制定合理的施肥管理制度及探索百合小鳞茎膨大发育机理提供理论依据.研究结果表明,百合小鳞茎在苗期以前,主要以消耗鳞茎中的养分为主;苗期后对营养元素的吸收量逐渐增大.氮和钾的吸收最大高峰期在半枯期后至采收期的37d,磷的吸收高峰期在现蕾24d后至采收期的58d,此期即为百合种球生产中需肥关键时期.现蕾期以前,营养元素主要分配于茎叶中,各养分含量水平于苗期达最高;现蕾24d后养分分配以鳞茎中为主;分配于根系和新鳞茎中营养元素仅为10%左右.     

东方百合索邦的组织培养及鳞茎快繁研究

以东方百合索邦的鳞片为外植体,对影响小鳞茎的诱导、增殖、成球等因子进行系统研究。结果表明,鳞片不同部位诱导小鳞茎的能力从强到弱依次为基部>中部>尖部。小鳞茎诱导的最佳培养基为MS 2.0mg/L 6-BA 0.2 mg/L NAA。在一定浓度范围内,随蔗糖和PP333浓度的增加,小鳞茎的增殖速度加快,二者最适浓度分别为9%和15 mg/L。黑暗较光照利于小鳞茎的增殖。液体悬浮培养小鳞茎的增殖率高于固体培养。     

延胡索去甲乌药碱合成酶基因CyNCS1克隆及其表达模式分析

【目的】克隆延胡索去甲乌药碱合成酶（norcoclaurine synthase,NCS）基因,分析其在延胡索异喹啉类生物碱合成中的关键作用。【方法】基于转录组数据库,利用逆转录PCR克隆延胡索CyNCS1基因及其启动子区域序列,采用生物信息学方法分析其编码蛋白的理化性质、结构特征及其启动子区域顺式作用元件,同时进行多序列比对和系统进化树分析,确定其进化关系;利用实时荧光定量PCR对其根、茎、叶及发育早、中、晚期块茎的组织表达模式进行分析;对茉莉酸甲酯（MeJA）、脱落酸（ABA）处理0,4,8,12 h的叶片进行表达谱分析,以体积分数75%酒精溶剂处理为对照（CK）,确定该基因的表达特征。【结果】CyNCS1基因开放读码框长873 bp,编码291个氨基酸,编码蛋白分子量为33.09 ku,等电点为6.90,具有去甲乌药碱合成酶保守的催化结构域（GDGGVGTV/IL、YKEKF和MIEGGHLDMG）,且不含信号肽,预测定位于细胞核中。多序列比对结果显示,CyNCS1与石生黄堇、罂粟的NCS蛋白同源性较高,分别为83.6%和82.1%;系统进化树结果显示,CyNCS1与石生黄堇CsNCS蛋白聚为一支,说明二者亲缘关系较近。该基因启动子区长2 238 bp,包含多种植物激素及低温、热胁迫等环境因子的顺式作用元件。实时荧光定量PCR结果显示,随着发育推进块茎中CyNCS1的表达量显著增高,且受到MeJA和ABA的诱导,MeJA处理8 h时表达量为0 h的3.10倍,ABA处理8 h为0 h的3.16倍;而对照CyNCS1表达量随时间推移无明显变化。【结论】克隆并鉴定了延胡索NCS酶基因CyNCS1,明确了其在发育进程中的表达模式,并确定该基因表达受MeJA和ABA的诱导。     

百合遗传转化受体系统的建立

以东方百合“索邦”(L ilium tenu if olium orien ta l‘Sorbonne’)的鳞片、再生形成的小鳞片和叶柄为外植体,进行了愈伤组织诱导、不定芽分化、潮霉素抗性筛选及生根研究。结果表明,3种外植体均可在培养基M S+0.5 m g/L NAA+0.4 m g/L 6-BA+90 g/L Sucrose+4.0 m g/L VB1中形成大量的愈伤组织,愈伤组织分化不定芽的最适培养基为M S+0.5 m g/L 6-BA,筛选的潮霉素质量浓度为20 m g/L,生根培养基为1/2M S+0.2或0.4 m g/L IBA+0.1%活性炭。     

芒果PAL基因的克隆与序列分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)是酚类物质合成的第一个酶,是催化苯丙烷类反应的第一酶。根据已经报道的PAL基因的序列设计兼并引物,采用3′RACE和5′RACE方法,克隆得到了芒果果实PAL基因的全长cDNA序列。该基因开放阅读框为2160 bp,编码719个氨基酸,分子重量为79.18 kD。对基因组扩增得到了2200 bp长度的片段分析发现,该基因未含有内含子序列。通过系统发育分析发现,该基因编码的蛋白与问荆、杉木、银杏等植物具有较近的亲缘关系。对不同芒果品种的PAL基因的表达进行分析发现,红色的贵妃品种中表达量较高,而绿色的桂七品种中表达量较低。     

欧洲千里光CYCLOIDEA(CYC)类SvRAY1基因的克隆及功能分析

  目的  揭示菊科Asteraceae欧洲千里光Senecio vulgaris CYC2类RAY1基因过表达使舌状花发生不同程度变宽现象的机制,进一步探究其产生原因。  方法  克隆欧洲千里光SvRAY1基因,利用生物信息学、实时荧光定量PCR反应(qRT-PCR)、超表达载体构建、扫描电镜观察、转基因植株形态学观察与统计等方法与技术,进一步进行SvRAY1基因功能分析。  结果  qRT-PCR反应显示:SvRAY1基因主要在欧洲千里光舌状花及筒状花中表达,且生殖发育第S3和S4阶段舌状花中表达量最高;形态学观察表明转基因欧洲千里光SvRAY1超表达植株的舌状花比野生型长度较短、显著变宽。扫描电镜观察舌状花腹侧表皮细胞大小与形状,宽度显著变宽的株系中显示远轴端细胞排列紧密且细胞分裂旺盛,中轴端细胞形状由边缘弯曲变为平滑,细胞长度变短且分裂旺盛。  结论  欧洲千里光舌状花发育过程中,SvRAY1基因可能促进细胞横向分裂,进而舌状花细胞形态和排列发生不同程度的变化引起舌状花变宽。图6表2参28     

山葡萄VaCBF1转录因子基因的克隆与表达分析

【目的】克隆山葡萄(Vitis amurensis)CBF1转录因子基因(VaCBF1),为其功能的深入研究及其在植物抗寒基因工程中的应用奠定基础。【方法】根据植物CBF基因AP2/EREBP保守区设计1对简并引物,利用PCR法从山葡萄cDNA中扩增VaCBF1基因的中间片段。再根据中间片段区域设计2对特异引物,采用反向PCR法扩增VaCBF1基因的5′端和3′端序列。将中间片段与5′端和3′端序列拼接后得到山葡萄VaCBF1基因的cDNA全长序列,据此设计1对特异引物,PCR扩增VaCBF1基因编码区的全长序列,并对其进行生物信息学分析。同时,利用荧光定量PCR分析山葡萄VaCBF1基因在不同逆境胁迫(干旱、低温、盐胁迫)下的表达情况。【结果】成功地从山葡萄中克隆得到VaCBF1基因cDNA全长序列,其长度为762bp,编码253个氨基酸,在GenBank注册号为DQ517296。同源性分析证实,VaCBF1属于CBF转录因子家族。荧光定量PCR分析发现,低温胁迫可以诱导山葡萄VaCBF1基因高表达,而该基因的表达不受盐及干旱处理诱导。【结论】首次从山葡萄中克隆了VaCBF1基因,并证实该基因参与了植物对低温胁迫的应答。     

秦巴山及其毗邻地区8种野生百合孢粉学研究

对秦岭及其毗邻地区的8个种和变种的百合花粉进行了扫描电镜观察。结果发现:这8种百合花粉均为两侧对称,赤道面观为椭圆形,极面观为心形,萌发孔为远极单沟,表面具网状纹饰;不同百合种类在花粉形态、大小、P?E值及花粉的表面纹饰特征等方面存在较大的差异,这些性状特征或指标对野生百合种或变种水平上的分类具有较大的分类学价值。     

基因组步移技术克隆稀有鮈鲫角蛋白18基因序列及序列分析

角蛋白18是角蛋白的一种,属于S型角蛋白,是在哺乳动物和两栖类动物胚胎发育中第一个表达的中间纤维蛋白。根据已发表的人、爪蟾及斑马鱼角蛋白18 DNA序列,通过DNAman同源性比较获得保守序列,并从中设计二对引物。从稀有鮈鲫基因组中PCR扩增得到2 779 bp的角蛋白18的DNA序列片段;通过基因组步移,分别获得该基因的上游和下游序列片段;最后将获得的全基因片段克隆至质粒载体pMD19T进行序列测定检验。结果显示所克隆的稀有鮈鲫角蛋白18基因全长3 765 bp。对该基因进行NCBI的Blastn同源性比较分析,表明稀有鲫同斑马鱼比较角蛋白18 DNA序列存在73.6%同源相似性;同时对该基因进行生物学分析,开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）预测表明稀有鮈鲫角蛋白18是含有7个外显子和6个内含子,共编码367个氨基酸的蛋白质。     

百合属的起源、分类及资源多样性

百合是世界著名的球根花卉,全世界有超过100种的野生种和9 000种的品种,这些资源中仅有不足50%用于育种,还有一些处于濒危状态。为使科研工作者和生产者深入了解百合,促进百合种质资源的保护和利用,分析了近年来国内外在百合起源、分类,以及生境、表型、遗传和功能多样性方面的研究进展,回顾了百合育种的4次突破,并指出我国在百合种质资源保护和利用方面存在的问题以及未来努力的方向。研究表明：1)百合在美洲的栽培历史似乎早于亚洲,我国可能是亚洲有百合记载最早的国家。已初步探明百合现代谱系的起源及其在美洲和欧洲的传播路径。2)基于形态学、细胞学、分子生物学特征及育种实践,百合属被分为轮叶组、根茎组、百合组、具叶柄组、卷瓣组、喇叭花组和斑瓣百合组等7个组。3)百合适应于多种生存环境,形成了丰富的表型、遗传和功能多样性。4)百合育种经历了亚洲百合、东方百合、组间杂种和花器官特化百合等4次突破。综上,利用百合资源的多样性,百合的种类得到了极大的丰富,但我国需加强百合野生资源驯化、世界百合资源利用和分子育种基础理论研究等方面的工作。     

普通小球藻八氢番茄红素合成酶基因psy的cDNA克隆及生物信息学分析

通过RACE-PCR首次克隆获得了普通小球藻(Chlorella vulgaris)中八氢番茄红素合成酶编码基因psy的cDNA全长序列。该序列全长1605 bp,包括1245 bp开放阅读框,编码415个氨基酸。氨基酸序列对比及系统发生分析表明其与其它物种的PSY蛋白具有同源性,与绿藻聚集一支,与小球藻Chlorella variabilis、原壳小球藻 Auxenochlorella protothecoides和佐夫色绿藻Chromochloris zofingiensis的遗传距离最近(分别为0.173、0.188和0.239),并具有较高的相似性(81% ~ 84%)和一致性(69% ~ 76%)。亚细胞定位预测表明C. vulgaris PSY前45个氨基酸残基为叶绿体转运肽,可能引导翻译后的肽链进入叶绿体。保守区块、特征基序分析及三维建模显示,序列中具有多个潜在的蛋白质修饰位点,以及PSY蛋白的保守区块和特征基序,包括两个保守的底物-镁离子结合位点和两个活性位点遮蔽残基,用于结合底物及保护催化反应中间产物;C. vulgaris PSY蛋白中还具有一个特异的底物-镁离子结合位点,其活性和功能还未知。总之,研究结果揭示了普通小球藻psy基因的cDNA全长序列及可能的蛋白质序列结构特性,结果可为构建过表达载体,提高类胡萝卜素产量提供相关信息。     

金纹细蛾Hsp90基因片段的克隆及其表达模式分析

【目的】对金纹细蛾Hsp90基因进行生物信息学和表达模式分析,为深入研究金纹细蛾PrHsp90与生长发育和抗逆行为的关系奠定基础。【方法】利用分子克隆技术获得金纹细蛾Hsp90基因片段,并对其进行生物信息学分析。同时利用RT-qPCR技术检测Hsp90在金纹细蛾不同组织、不同生长发育阶段和高温胁迫后的表达情况。【结果】获得了金纹细蛾Hsp90基因的一条长度为942bp的片段序列,命名为PrHsp90,登录号为KP671600。序列分析显示,其对应的氨基酸序列与其他昆虫的相似性很高,与棉铃虫(ADP37710.1)、斜纹夜蛾(ADK55516.1)、烟夜蛾(ADM26742.1)等鳞翅目昆虫的同源性在98%以上,表明Hsp90基因家族具有高度保守性。实时荧光定量结果表明,PrHsp90在金纹细蛾翅中的相对表达量显著高于头、胸、腹和足;金纹细蛾各个生长发育阶段都有PrHsp90表达,但其在成虫体内的相对表达量显著高于蛹期和幼虫期。高温胁迫下PrHsp90的表达水平随着温度的升高而升高,且经过35,38,41和44℃处理后的金纹细蛾,其体内PrHsp90相对表达量均显著提高,约为对照处理表达量的3~15倍。【结论】金纹细蛾PrHsp90的表达具有组织特异性,且在其生长发育的各个阶段和温度胁迫中均可能起重要作用。