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多壁碳纳米管对水蕨配子体发育及孢子体产生的影响

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植物研究 2024年第1期44卷 45-50页

作者：郭严冬周义峰郑玉红张明霞廖恩慧曹建国江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园) 南京210014 上海师范大学生命科学学院上海200234

探究多壁碳纳米管在水蕨配子体发育及孢子体产生中的作用,以期为濒危蕨类植物的保护和繁育奠定基础。以蕨类模式植物水蕨(Ceratopteris thalictroides)为供试材料,设置0(对照)、0.5、1.0、2.5、5.0 mg·L^(-1)多壁碳纳米管5个处理组,采... 详细信息

探究多壁碳纳米管在水蕨配子体发育及孢子体产生中的作用,以期为濒危蕨类植物的保护和繁育奠定基础。以蕨类模式植物水蕨(Ceratopteris thalictroides)为供试材料,设置0(对照)、0.5、1.0、2.5、5.0 mg·L^(-1)多壁碳纳米管5个处理组,采用光学显微镜观察不同质量浓度多壁碳纳米管对水蕨配子体发育及孢子体产生的影响。结果显示:与对照组相比,0.5~2.5 mg·L^(-1)多壁碳纳米管处理可使水蕨孢子萌发提前约15 d,其中,0.5 mg·L^(-1)多壁碳纳米管对水蕨孢子萌发的促进效果最好,0.5~1.5 mg·L^(-1)多壁碳纳米管对丝状体和片状体产生的促进效果最好,2.5 mg·L^(-1)多壁碳纳米管对原叶体和孢子体产生的促进效果最好。高质量浓度(5.0 mg·L^(-1))多壁碳纳米管处理会导致部分配子体出现畸形,精子器退化,细胞中叶绿体出现失绿现象,部分发育出的孢子体上的细胞也出现叶绿体失绿等衰退现象。此外,多壁碳纳米管的加入促进了水蕨雄配子体的产生。综上所述,0.5~2.5 mg·L^(-1)多壁碳纳米管处理可以明显促进水蕨配子体发育和孢子体的产生,且精子器数量明显增多,有雌雄同株和雌雄异株配子体同时出现,高质量浓度多壁碳纳米管处理会使水蕨配子体发育出现“高浓度抑制”现象,在实际应用过程中应根据具体的需要选择相应的添加量。

关键词：蕨类植物水蕨多壁碳纳米管配子体孢子体

粗梗水蕨营养期和生殖期微RNA的测定与分析

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植物研究 2022年第6期42卷 1014-1022页

作者：孙军李贵生植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室吉首大学生物资源与环境科学学院吉首416000

miRNA控制着开花植物从营养期到生殖期的转变,但这种机制的进化仍不得而知。蕨类植物是陆地植物进化的重要环节,本研究分别测定了粗梗水蕨营养期和生殖期的小RNA,鉴定了42个保守的miRNA,并证实了miR397等7个miRNA最早出现在蕨类植物。mi... 详细信息

miRNA控制着开花植物从营养期到生殖期的转变,但这种机制的进化仍不得而知。蕨类植物是陆地植物进化的重要环节,本研究分别测定了粗梗水蕨营养期和生殖期的小RNA,鉴定了42个保守的miRNA,并证实了miR397等7个miRNA最早出现在蕨类植物。miR156在粗梗水蕨的生殖期表达下调,而其SPL靶基因与此同时表达上调。miR172则在生殖期表达上调,并同时有其AP2-like靶基因下调的现象。miR171和miR159的积累水平也发生了变化,因此miRNA控制生长时期转变的机制应该出现在原始的真叶植物中。miR160/166/319/394可能与粗梗水蕨可育叶向下内卷的形态有关。粗梗水蕨能产生tasiR-ARF,从而表明miR390-TAS3-ARF的通路第1次出现于蕨类植物。

关键词： miRNA tasiRNA 水蕨生长时期转变叶卷曲

海金沙和水蕨MADS-box基因家族的进化分析及功能验证

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海金沙和水蕨MADS-box基因家族的进化分析及功能验证

作者：徐月霞上海师范大学

学位级别：硕士

植物花器官的起源被达尔文称为“讨厌之谜”。开花是从营养生长到生殖生长过程的转变,对于植物繁衍和产量提高至关重要。蕨类植物是世界上古老的维管植物,介于苔藓和种子植物之前的过渡类群,占有十分重要的系统位置,研究其生殖转变的调... 详细信息

植物花器官的起源被达尔文称为“讨厌之谜”。开花是从营养生长到生殖生长过程的转变,对于植物繁衍和产量提高至关重要。蕨类植物是世界上古老的维管植物,介于苔藓和种子植物之前的过渡类群,占有十分重要的系统位置,研究其生殖转变的调控机制,对于揭示花器官的起源及植物适应多样性环境十分有益,然而关于生殖转变的调控机制多集中在种子植物中,在蕨类中研究甚少。MADS-box基因是普遍存在于真核生物中的一类转录因子,对于被子植物生殖转变为开花过程中花器官的发生和分化功能保守。鉴于MADS-box基因在植物花发育方面功能保守,蕨类中MADS-box家族基因信息的局限性及功能未知,本研究选取蕨类的模式植物水蕨及核心薄囊蕨基部类群海金沙为研究对象,根据拟南芥中MADS-box家族基因,从水蕨（Certopteris thalictroides）和海金沙（Lygodium japonicum）转录组数据库中鉴定MADS-box家族基因,对其进行系统分类、结构特征、理化性质及表达特征分析;根据水蕨MADS-box基因家族的系统进化分析结果及其表达谱结果,选取了三个候选基因进行克隆、载体构建,利用烟草转基因体系对这三个基因进行功能验证。主要研究结果如下:1.利用拟南芥中MADS-box基因家族,从海金沙和水蕨中分别鉴定出68、63个MADS-box基因。a)根据系统进化分析,该基因家族可以分为两大类,Ⅰ型基因分别包含2、10个,该类基因均包含一个MADS-box结构域。Ⅱ型基因66、53个,均含有一个MADS-box和一个不完整或缺失的K结构域。Ⅱ型基因可以进一步分为MIKC、CRM1、CRM3和CRM6亚家族,海金沙分别包括2、1、16和47个,水蕨分别包含10、25、5和13个。b)理化性质分析表明,Lj MADS基因氨基酸数目差异很大,蛋白序列长度从103个氨基酸到520个氨基酸不等,蛋白的分子量为11.357-56.353 k Da,等电点为4.44-10.76。Ctha MADS基因氨基酸数目差异很大,蛋白序列长度从50个氨基酸到766个氨基酸不等,蛋白的分子量为8.911-89.595 k Da,等电点为4.59-12.20。Ⅰ型基因的内含子数1-6个不等,MIKC亚家族内含子数在9-12个不等,MIKC亚家族的内含子数在1-11个不等。2.表达谱分析表明,a)海金沙中Ⅰ类基因组成型表达;MIKC基因主要在未受精的配子体中高表达,CRM1类基因组成型表达,CRM3类基因多在孢子体和根中高表达,在成熟孢子叶和营养叶中不表达,CRM6类基因多在孢子叶、营养叶和根中高表达;b)水蕨中Ⅰ类Mα亚家族的基因不表达,Mβ亚家族的基因主要在根中表达,Mγ亚家族的基因仅在未受精的配子体表达;Ⅱ类MIKC类基因多在配子体阶段高表达或者特异性表达;CRM1类基因组成型表达,CRM3类基因多在孢子体和成熟营养叶中高表达,CRM6这类基因多在孢子叶、营养叶和根中高表达。3.基于系统进化分析及表达谱分析,本研究选取属于种子植物花粉发育功能保守的MIKC亚家族、且在配子体中特异表达的水蕨Ctha MADS17基因,以及在孢子叶、营养叶和根中优势表达、且属于MIKC类CRM6亚家族的两个亚基因Ctha MADS29A和Ctha MADS29B进行进一步的基因克隆及功能分析。功能分析表明,烟草中过量表达Ctha MADS17基因会影响花瓣和胚珠的发育,表现为花瓣变小,胚珠不育;过量表达Ctha MADS29A基因会影响柄长和胚珠发育。扫描电镜表明,转Ctha MADS17和Ctha MADS29A基因的本氏烟草的花粉部分败育。过量表达Ctha MADS29B基因无明显的表型变异。该研究结果为探究MADS-box在蕨类植物中的功能,揭示维管植物中MADS-box基因的演化和具体作用机制奠定了基础。

关键词： MADS-box家族蕨类植物水蕨海金沙花发育

水蕨抗艾滋病病毒蛋白CVNH及其突变体在毕赤酵母中的表达（英文）

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中山大学学报（自然科学版） 2017年第4期56卷 118-125页

作者：崔利敏王桢王艇苏应娟中山大学生命科学学院广东广州510275 南京农业大学生命科学学院江苏南京210095 华南农业大学生命科学学院广东广州510642 中山大学深圳研究院广东深圳518057

CVN(Cyanovirin-N)是一种高效的抗HIV蛋白。Cyanovirin-N(CVNH)家族是CVN的同源蛋白,具有与CVN的肽链折叠类型并且具有高度保守的抗HIV的结构域。把水蕨Ceratopteris thalictroides野生型和突变型CtCVNH蛋白的编码序列分别克隆到真核表... 详细信息

CVN(Cyanovirin-N)是一种高效的抗HIV蛋白。Cyanovirin-N(CVNH)家族是CVN的同源蛋白,具有与CVN的肽链折叠类型并且具有高度保守的抗HIV的结构域。把水蕨Ceratopteris thalictroides野生型和突变型CtCVNH蛋白的编码序列分别克隆到真核表达载体pP ICZαA,结果所有野生型wC tC VNH和突变型mCtCVNH基因分别产生两条带,Western blot确认大小分别为22 000和24 000。采用超滤离心和Ni-NTA亲和色谱法纯化蛋白质,糖基化检测证实wC tC VNH蛋白不存在N-糖基化位点,可能的原因是载体pPICZαA中α因子信号肽序列的不完全切割或存在一些非糖基化的其它翻译后修饰,为今后进一步研究CtCVNH的药代动力学和药效学奠定了坚实的基础。

关键词：抗HIV蛋白水蕨突变体毕赤酵母

杭州临安北方型水蕨隐种群落的α-多样性特征及保护策略

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农业与技术 2023年第21期43卷 1-3页

作者：董元火宋呈钰宁婷婷曾长立江汉大学生命科学学院/湖北省汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心湖北武汉430056

通过样方法和α-多样性特征参数分析了杭州临安濒危的北方型水蕨隐种种群和群落基本特征。结果显示:主要有9科13属13种植物物种与杭州临安北方型水蕨隐种相伴而生。水蕨-千金子-碎米莎草是该北方型水蕨群落的群丛名。该北方型水蕨群落... 详细信息

通过样方法和α-多样性特征参数分析了杭州临安濒危的北方型水蕨隐种种群和群落基本特征。结果显示:主要有9科13属13种植物物种与杭州临安北方型水蕨隐种相伴而生。水蕨-千金子-碎米莎草是该北方型水蕨群落的群丛名。该北方型水蕨群落物种丰富度指数(R)、Simpson index(D)、Shannon-Wiener diversity index(H′)等物种多样性指标分别是13、0.8126、1.917。快速城镇化等人类活动对该种群的生存有重要影响,可能导致该种群消失。迁地保护是保存该北方型水蕨隐种的最有效保护措施。

关键词：水蕨隐种濒危 α-多样性临安

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水蕨配子体和孢子体发育的研究

湖南农业大学学报（自然科学版） 2008年第3期34卷 306-310,F0003页

作者：陈蔚辉肖卫彬韩山师范学院生物系广东潮州521041 韩山师范学院旅游管理系广东潮州521041

为探讨水蕨的生活史及其发育机制,采用土壤培养法,对粤东产水蕨的配子体和孢子体发育进程进行研究.结果表明:水蕨孢子于3月和11月播种,在室内自然条件下培养12 d后萌发形成丝状体,接着发育形成原叶体;1个月后原叶体分化出精子器和颈卵器... 详细信息

为探讨水蕨的生活史及其发育机制,采用土壤培养法,对粤东产水蕨的配子体和孢子体发育进程进行研究.结果表明:水蕨孢子于3月和11月播种,在室内自然条件下培养12 d后萌发形成丝状体,接着发育形成原叶体;1个月后原叶体分化出精子器和颈卵器,第2个月形成胚,胚经过3～4个月的发育形成成熟植株,长出新的孢子叶;孢子发育成熟约需1个月;4～6月是水蕨营养生长的高峰期.水蕨以孢子繁殖为主,其原叶体上能长出新的原叶体或片状结构,形状大多不规则,雌雄同体.此外,水蕨具有1个原叶体上发育出多株孢子体的现象.

关键词：水蕨配子体孢子体发育

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水蕨孢子囊早期发育的超微结构

西北植物学报 2011年第9期31卷 1758-1764页

作者：王赛赛戴锡玲王全喜上海师范大学生命与环境科学学院上海200234

利用透射电镜对模式植物水蕨(Ceratopteris thalictroides)孢子囊的早期发育进行研究.结果表明:水蕨的孢子囊是由叶片表皮的原始细胞发育而来,经过横向和纵向分裂形成外套层原始细胞和内部细胞,此过程中各个细胞内线粒体和叶绿体逐渐变... 详细信息

利用透射电镜对模式植物水蕨(Ceratopteris thalictroides)孢子囊的早期发育进行研究.结果表明:水蕨的孢子囊是由叶片表皮的原始细胞发育而来,经过横向和纵向分裂形成外套层原始细胞和内部细胞,此过程中各个细胞内线粒体和叶绿体逐渐变大,变发达;之后外套层原始细胞继续纵分裂形成孢子囊壁细胞,内部细胞分裂形成内外两层绒毡层和孢子母细胞,此过程中电子密集物在分裂最为旺盛的细胞内体积最大,数量最多;最后孢子母细胞减数分裂形成四分孢子,此时可见孢子之间以及孢子与原生质团之间均存在着表面膜.内层绒毡层为周原质团绒毡层,外层绒毡层为腺质型绒毡层.水蕨孢子囊的早期发育属于薄囊蕨型发育.

关键词：水蕨孢子囊发育超微结构绒毡层

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水蕨血红蛋白基因的分子克隆和序列分析

广西植物 2016年第2期36卷 216-223,161页

作者：齐小琼葛亚飞李大卫湖北第二师范学院化学与生命科学学院/植物抗癌活性物质提纯与应用湖北省重点实验室武汉430205 中国科学院武汉植物园植物种质创新与特色农业重点实验室武汉430074

植物血红蛋白(Hemoglobin)是一类由珠蛋白(Globin)和血红素(Ferroheme)组成的结合蛋白,在植物中广泛分布,迄今已在苔藓植物、裸子植物和被子植物中克隆到血红蛋白基因序列,但在蕨类植物中相关研究还未见报道。该研究采用热不对称交错PCR... 详细信息

植物血红蛋白(Hemoglobin)是一类由珠蛋白(Globin)和血红素(Ferroheme)组成的结合蛋白,在植物中广泛分布,迄今已在苔藓植物、裸子植物和被子植物中克隆到血红蛋白基因序列,但在蕨类植物中相关研究还未见报道。该研究采用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)方法克隆了水蕨血红蛋白基因的全长序列。该基因的序列总长为949 bp,包含4个外显子和3个内含子,编码189个氨基酸。预测的蛋白质(命名为CtHb)的分子量为21.14 kDa,等电点(pI)为7.81。三维结构模拟表明CtHb具有植物血红蛋白典型的三级结构:即含有A、B、C、E、F、G和H螺旋,形成了3-on-3的"三明治"结构。和水稻血红蛋白的三级结构相比,CtHb的大部分结构(包括具有远端和近端组氨酸定位的E螺旋和F螺旋的位置等)同水稻的结构极为相似。两者的不同之处主要表现在:(1)CtHb含有较长的N-端区域;(2)两者CD-loop的折叠方式不同;(3)两者螺旋B和螺旋C的连接方式不同,CtHb是通过卷曲连接的,而水稻中借助的是螺旋。结构进化分析揭示了植物血红蛋白从非共生到共生进化过程中的一些关键改变,这些改变可能有助于非共生血红蛋白向共生血红蛋白结构的转变,特别是有助于豆血红蛋白共生功能的实现。

关键词：植物血红蛋白序列分析三级结构模拟结构进化水蕨

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水蕨的生境及其遗传多样性分析

武汉大学学报（理学版） 2007年第2期53卷 224-230页

作者：董元火王青锋武汉大学生命科学学院湖北武汉430072

对分布在中国的24个现存水蕨种群和历史记载曾经分布但现已绝迹的22个水蕨种群原产地进行了广泛调查,发现绝迹种群所在地的原生境已遭到严重破坏,其水体pH值和电导率的平均值都高于现存种群所在地(p<0.05).结果表明水蕨的濒危与水生生... 详细信息

对分布在中国的24个现存水蕨种群和历史记载曾经分布但现已绝迹的22个水蕨种群原产地进行了广泛调查,发现绝迹种群所在地的原生境已遭到严重破坏,其水体pH值和电导率的平均值都高于现存种群所在地(p水蕨的濒危与水生生境破坏和丧失密切相关.用inter-简单重复序列(ISSR)标记分析了13个水蕨种群遗传多样性.总的多态位点百分率(PPB)为65.19%.分子变异分析(AMOVA)表明种群间的遗传变异为33.91%.结果显示水蕨在物种水平具有一个中间水平的遗传多样性和种群间低的遗传变异.孢子扩散引起的高的基因流可能是导致水蕨种群间低的遗传变异的主要原因.

关键词：水蕨濒危生境遗传多样性