大青杨航天诱变植株早期抗氧化酶生化指标测定

近年来,国内外研究证明:特殊的空间条件如宇宙辐射、高真空、重粒子、微重力和交变磁场等太空独有的多种因素的综合作用,对生物生长、发育、生殖、遗传及衰老等方面都有较为深刻的影响.植物种子经过空间飞行后返地发芽,可产生大量的生理性变异或遗传性变异(蒋兴村,1996;邓立平等,1996).自1987年以来,我国已成功地利用返回式卫星先后搭载了小麦(Triticum aestivum)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)、棉花(Gossypium spp.)、大豆(Glycine,max)、番茄(Solanum lycopersicum)等重要农作物种子,并选育了一批优良品系(蒋兴村,1996),为空间技术在农业上的应用开辟了新的领域,但目前在林木方面鲜有报道.将太空诱变育种技术引入到林业研究中,对选育林木新品种不失为一种值得尝试的新途径.     

白桦雌花发育的形态相关性

以20年生白桦的雌花序为材料,研究了白桦雌花发育时序特征和形态相关性,测量了不同发育时期种子的纵径、横径、横径（含种翅）及花柱长。纵径、横径和横径（含种翅）随着发育进程呈现逐渐增长趋势。减数分裂之前的4月底至5月中旬期间,纵径与横径处于缓慢增长状态,5月15日到5月28日,减数分裂和配子体形成期间二者增长幅度较大,5月29日以后又趋于平稳。花柱的长度变化不大,纵横径比值呈缓慢平稳增长趋势,而花柱长与纵径的比值变化则较大,呈迅速下降趋势。横径（含翅）与横径相比,其增长幅度在5月21日之后更大,说明种翅在此期间增长较快。白桦花发育各时期的形态特征较明显,因此,根据花外部形态变化大致判断其生殖发育状态是可行的,能在一定程度上利于相关研究的适时取材问题。     

白桦cDNA-AFLP体系的优化和建立

为了建立适合白桦的cDNA-AFLP体系,对反应体系中的酶切、预扩增、选择性扩增的引物筛选等几个重要的影响因素进行优化,得到了适合白桦的cDNA-AFLP反应体系。选择白桦雄花为研究材料,用改良的CTAB法提取总RNA,采用低频酶EcoRⅠ和高频酶MseⅠ酶切双链cDNA。通过研究发现,预扩增中Mg2+浓度为2mmol/L,引物浓度为0.3μmol/L,dNTP浓度为0.25mmol/L,Taq酶浓度为1U,退火温度控制在60℃时,预扩增结果较好。另外,从16对引物组合中选出11对选择性较好的引物组合,扩增的产物经过6%的聚丙烯酰胺凝胶(PAGE)电泳和银染检测,得到清晰、分辨率高、信号强度明显且重复性好的结果,表明该cDNA-AFLP分析体系适用于白桦相关的功能基因的研究。     

白桦苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因的分离及其表达

利用RT-PCR和RACE技术从白桦(Betula platyphylla)中克隆了编码苯丙氨酸解氨酶(PAL)的cDNA,其2322bp的ORF编码773个氨基酸,其推导的氨基酸序列包含PAL-HAL和PAL2个功能域以及酶活性中心序列GTITASGDLVPLSYIA,该序列同其它5种植物的序列一致性为60%～73%,其中与美洲红(Rhizophora mangle)树最高为73.1%.以该序列构建了系统进化树,白桦与美洲红树聚为一类,其余3种裸子植物长白松、沙地海岸松和银杏聚为一类.BplPAL1基因在各组织中均有不同的转录表达,在次生木质部表达最强,其次是幼叶,在花序中的表达量较低,说明BplPAL1基因在各组织中的调控和表达是不同的.     

白桦雄花突变体早期发育差异表达基因的cDNA-AFLP分析

白桦是雌雄同株的单性花树种,已发现的天然的雄花序突变体,其结构和生殖发育均不同于正常雄花序,显示出明显的雄性不育特征。为揭示该雄花突变体的发育机制,采用cDNA-AFLP分子标记技术,分析白桦雄花突变体发育早期的差异基因表达谱,共获得81个ESTs,51个ESTs与GenBank中的基因相似性较低,视为新基因,30个ESTs与已知蛋白具有较高同源性。GO和KEGG对其功能的注释表明,这些蛋白参与催化活性、结合活性、生物调节信号转导、生物合成以及基因编码转录因子和花发育等过程。选择5个与白桦花发育有关的ESTs,分别为MAP激酶、泛素结合酶、纤维素合成酶、热激蛋白和细胞色素P450,应用Real-time RT-PCR检测它们在白桦雄花突变植株的不同组织和雄花发育过程的转录表达,结果表明,这些基因在白桦突变植株中表达水平发生不同程度的上调或下调表达,推测它们参与白桦营养生长和生殖发育,并与雄花的迟缓发育、花药和花粉发育异常等雄性不育特征有关。     

盐胁迫对白榆超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

在东北林业大学育种基地,利用9种浓度(0.3%、06%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%、2.4%、3.0%)的Na2CO3和NaHCO3混合液对白榆扦插苗进行胁迫处理,探讨其在盐胁迫下,细胞质膜的伤害程度(电解质的相对外渗率)和质膜保护系统相关酶的活性(超氧物歧化酶)。结果表明,白榆在受到不同浓度的盐胁迫下,其叶片的电解质相对外渗率发生明显的变化。在一定盐浓度范围内叶片的电解质相对外渗率上升的趋势比较缓慢,表明白榆的细胞质膜对盐离子的伤害有较强的抗性。当土壤基质盐浓度大于1.5%时,叶片的电解质相对外渗率显著增加。白榆叶片中SOD的活性在盐浓度低于1.5%时呈现一个上升的趋势,苗木的生长正常,没有受伤害的症状,但是盐浓度超过1.5%时,SOD的活性快速下降,电解质相对外渗率迅速提高。     

大青杨卫星搭载种子返地培育扦插苗的苗木生长及叶片光合特性的变化

2005～2008年在黑龙江朗乡林业局英山苗圃进行了大青杨的卫星搭载种子返地培育的扦插苗苗木高、径生长变化及苗叶光合特征变化的研究。连续4年的观察、研究结果表明:与未搭载种子相比大青杨卫星搭载种子返地育成的扦插苗,其苗木的苗高和地径的增长率增大;其无性系扦插苗叶片的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)增大,但胞间CO2浓度(Ci)下降,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)的变化不大,PSⅡ光合电子传递量子效率(ФPSⅡ)增加。     

盐胁迫对柽柳超氧化物歧化酶活性的影响

利用不同浓度的Na_2CO_3和NaHCO_3混合液对柽柳扦插苗进行胁迫处理,探讨其在盐胁迫下细胞质膜的伤害程度(相对电导率)和质膜保护系统相关酶的活性(超氧化物歧化酶(SOD))。结果表明,柽柳在受到不同浓度的盐胁迫下,其叶片的相对电导率发生明显的变化。在一定盐浓度范围内,叶片的相对电导率上升的趋势比较缓慢,当土壤基质盐的质量分数大于2．1%时,叶片的相对电导率显著增加。柽柳叶片中SOD总体水平较高,清除活性氧、维持活性氧代谢平衡的能力较强,在一定盐浓度范围能够有效地避免活性氧对树种本身的氧化胁迫伤害。     

白桦雌花发育的形态相关

以20年生白桦的雌花序为材料,研究了白桦雌花发育时序特征和形态相关性,测量了不同发育时期种子的纵径、横径、横径(含种翅)及花柱长。纵径、横径和横径(含种翅)随着发育进程呈现逐渐增长趋势。减数分裂之前的4月底至5月中旬期间,纵径与横径处于缓慢增长状态,5月15日到5月28日,减数分裂和配子体形成期间二者增长幅度较大,5月29日以后又趋于平稳。花柱的长度变化不大,纵横径比值呈缓慢平稳增长趋势,而花柱长与纵径的比值变化则较大,呈迅速下降趋势。横径(含翅)与横径相比,其增长幅度在5月21日之后更大,说明种翅在此期间增长较快。白桦花发育各时期的形态特征较明显,因此,根据花外部形态变化大致判断其生殖发育状态是可行的,能在一定程度上利于相关研究的适时取材问题。     

白桦雄花突变体及其细胞学特征

以雄花序发育异常突变体为材料,从2008年9月18日至2009年5月6日,分期取材,对其花序和花药的形态结构进行比较分析,并利用生物显微制片技术观察其减数分裂和雄配子体发育。结果表明:该雄花突变体着生在当年生枝条的中部,出现较晚,形态较长且细,该植株上仍有形态上看似正常的雄花序。另外,经细胞学观察比较发现,这两种雄花序生殖发育也呈现异常状态。在单核小孢子形成之前,突变雄花序的花药及雄配子体发育比正常植株的雄花序要晚,并在单核小孢子后期发生败育,第二年春天不进行有丝分裂,不能形成成熟的花粉;形态看似正常的雄花序虽然能形成单核小孢子越冬,在第二年春天能形成成熟花粉,但只有部分花药开裂并散粉,由此推测这个白桦雄花突变体可能为雄性不育突变体。