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摘要： 自1970年袁隆平院士、李必湖研究员在海南发现野生稻不育株以来,湖南师范学院生物学系植物学科一直承担杂交水稻基础理论研究。陈梅生教授为首的课题组率先开展野败不育水稻花粉发育的细胞学研究。随后,周广洽教授率领以谭周磁老师、陈良碧老师、李训贞老师为骨干的课题组创建了杂交水稻研究室,主攻杂交水稻应用基础理论研究,周广洽教授担任湖南杂交水稻研究开发协作组基础理论研究小组组长。1999年,陈良碧教授担任湖南省超级杂交稻研究开发协作组副组长兼基础理论研究小组组长。2002年,陈良碧教授、姜孝成教授、徐孟亮教授、李东屏教授、梁满中教授等创建植物发育与分子生物学研究室。

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： 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： 金龟子绿僵菌   黏附素MAD2   基因敲除   黏附性   杀虫毒力   生长特性  

摘要： 【目的】昆虫病原真菌绿僵菌兼具植物内生性。已知黏附素MAD2是绿僵菌两种黏附蛋白之一,在实现绿僵菌与植物的黏附、定殖中起重要作用,但其作用机理知之甚少。本研究通过构建金龟子绿僵菌(Metarhizium anisopliae)mad2敲除突变株(Δmad2),探究MAD2蛋白对绿僵菌生物学功能的影响。【方法】从NCBI中获取mad2前后基因组DNA序列,设计扩增mad2前后同源臂特异性引物,以绿僵菌基因组DNA为模板,扩增得到前后同源臂基因S1、S2;设计特异性引物Hyg-F/R,以pKH-KO载体为模板,扩增得到带有启动子序列的潮霉素基因hyg;再通过overlap PCR构建mad2的同源敲除盒S1H、S2H;最后利用PEG介导的原生质体转化,获得稳定遗传的mad2敲除株。通过对比敲除株与野生株(WT)的生长特性、黏附作用、杀虫毒力以及诱导花生共生基因转录水平的变化,分析MAD2蛋白的生物学功能。【结果】原生质体转化获得了敲除mad2的同源重组转化子;敲除株与野生株对比分析表明,敲除株的孢子萌发率显著低于野生株,萌发中时间比野生株延长5.47 h;培养12 h和14 h时,敲除株的菌丝长度显著均小于野生株,分别为野生株的77.8%和76.3%;培养12 d的产孢量也比野生株减少33.3%。敲除株对洋葱内表皮的黏附力明显降低,但对蝗虫后翅的黏附性无显著影响。敲除mad2并不影响绿僵菌对家蚕的毒力。敲除株处理花生12 h后,与野生株处理相比,花生共生受体SYMRK、钙信号解码相关基因(CaM、CCaMK和DELLA)、脂质氮素转运相关基因(LTP1、NRT24、ABCC2)的转录水平出现显著下调;而与空白对照相比,mad2缺失后SYMRK转录水平仍有一定的上调,CaM、CCaMK和DELLA的转录水平产生显著抑制,对ABCC2、LTP1、NRT24的转录无明显影响。【结论】金龟子绿僵菌黏附素MAD2影响菌株的孢子萌发、早期菌丝生长、产孢及对植物的黏附力,但对昆虫的黏附和杀虫毒力无影响;在菌株与花生互作早期,MAD2触发了花生共生基因的转录。

ISBN: (纸本)9787313240484

关键词： 植物生物学   课程思政   立德树人  

摘要： “课程思政”能提升思想政治教育的亲和力和针对性,满足学生成长发展需求和期待,对高校落实立德树人根本任务和人才培养目标具有重要现实意义。《植物生物学》是本科院校重要的专业主干课程之一,为学生学习后续课程奠定了基础。植物学知识本身具有明显的价值倾向和家国情怀,蕴含丰富的思政元素,该课程可作为知识传授、能力培养和价值引领的重要载体,培养学生成为符合社会需求的德才兼备的生物学人才。通过对《植物生物学》课程教学内容和教学过程进行归纳梳理,分析总结出课程教学中的思政内容和切入点,使思政元素贯穿于教学各个环节,并对思政教育中应注意的问题进行了阐述,体现了课程特色,构建了课程教学的新模式。

关键词： 教学改革   协同教学   课堂教学模式   支持式单科协同教学   植物生物学  

摘要： 当前教与学的关系正发生深刻变革,授课须以学生学习为其基本出发点,同时是否促进学生学习逐渐成了衡量教师教学质量的核心标准。为了提高课堂教学效果,我们对传统的“单师型”教学模式进行了改革,并在《植物生物学》教学中实践了“支持式单科协同教学模式”。支持式单科协同教学模式是一种由多位具有不同专长的教师组成教学团队,分工合作,并根据教学需要邀请相关专家(尤其是名师名家)进课堂讲授最新的研究成果和心得体会,协同完成一门课程的新式教学模式。实践证明,这种教学模式不仅能使学生更好地理解和掌握所学知识,而且还能让学生感受多位教师的创新思想,从而更好地达成心智成长的目标。不过,这种模式的教学也存在课程费时多、主体配合难与讲座专家难以安排等问题。这些问题仍需要在教学创新过程中合理地解决。

关键词： 川芎嗪   表没食子儿茶素没食子酸酯   银杏叶提取物   人参皂苷Rg1   黑素细胞   中波紫外线  

摘要： 目的研究和比较川芎嗪(tetramethylpyrazine,TMP)、表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechingallate,EGCG)、银杏叶提取物和人参皂苷Rg1对不同剂量中波紫外线(ultravioletB,UVB)诱导的原代人黑素细胞生物学活性的影响。方法分离培养原代人黑素细胞,分别以30,90 mJ·cm-2的UVB照射细胞,然后用不同浓度的各植物药单体或提取物(TMP100,300,600μg·mL-1;EGCG 10,20,40μg·mL-1;银杏叶提取物40,80,160μg·mL-1;人参皂苷Rg1 50,100,200μmol·L-1)孵育至72 h,MTT法测定细胞增殖情况;多巴氧化法测定酪氨酸酶活性;NaOH裂解法测定黑素含量。结果 30 mJ·cm-2UVB能诱导黑素细胞增殖,加强酪氨酸酶活性,促进黑素生成,TMP、EGCG、银杏叶提取物能不同程度地抑制该效应,以EGCG最为显著;90 mJ×cm-2 UVB对黑素细胞产生明显的细胞毒作用,细胞增殖下降,黑素合成减少,TMP、EGCG、银杏叶提取物和人参皂苷Rg1则均能减轻该效应,以TMP最为显著。结论 TMP、EGCG、银杏叶提取物不但能抑制低剂量UVB诱导的黑素细胞增殖和黑素合成,还能减轻高剂量UVB对黑素细胞的细胞毒作用,对黑素细胞起一定的光保护作用。

关键词： 中学生物学   课程与教学改革   核心素养   真实情境   生物学教学   探究性学习   生物学课程   藻类植物  

摘要： 生物课程与教学改革以核心素养的培育为宗旨,教学过程重视科学实践,强调培养学生对社会生活和生产实践中的真实问题的解决能力,发展核心素养。同时生物学课程作为自然科学门类中的一员,其任务也包含了帮助学生理解自然科学的本质。因此在真实的环境中开展针对真实问题的生物学教学就具有了重要意义。