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沙地云杉林研究述评

生态学报 2020年第1期40卷 34-42页

作者：刘云超陈立新段文标白永安赵玉民东北林业大学林学院哈尔滨150040 赤峰学院资源与环境科学学院赤峰024001 内蒙古白音敖包国家自然保护区白音敖包025350

沙地云杉(Picea mongolica)是我国特有的针叶林树种,主要分布于内蒙古白音敖包国家级自然保护区。在该地区的防风治沙、退化土壤的生态恢复,三北防护林体系建设等方面起着重要作用。从沙地云杉林的生长环境、个体生态、种群生态、群落... 详细信息

沙地云杉(Picea mongolica)是我国特有的针叶林树种,主要分布于内蒙古白音敖包国家级自然保护区。在该地区的防风治沙、退化土壤的生态恢复,三北防护林体系建设等方面起着重要作用。从沙地云杉林的生长环境、个体生态、种群生态、群落生态等方面对国内外的研究现状和最新研究进展进行了综述,并从不同尺度上对沙地云杉林未来研究中应该重视的一些科学问题进行了展望。这些科学问题主要有:(1)沙地云杉个体生长、生殖和保护的结构和生理机理方面的研究。(2)沙地云杉种群与群落方面的研究包括:生命表与生育力表编制与统计;种内与种间的关系;化感作用;种群、群落发生、发展和衰亡的内在机制;自然干扰和人为干扰对沙地云杉更新的研究;全球气温变化对沙地云杉林天然更新的影响等。(3)沙地云杉林生态系统方面的研究包括:大量和微量营养元素在沙地云杉林的凋落物⁃微生物⁃土壤⁃沙地云杉的循环、利用规律及转化机理;凋落物分解规律及机理;水分循环;土壤理化性质和生化特性对沙地云杉生长和生物量的影响;沙地云杉林生态系统能量流动和信息传递研究等。(4)沙地云杉林生态经营研究;沙地云杉丰产林营造技术;沙地云杉种子园、母树林规划与创建;沙地云杉林杄插繁殖技术与无性系研究;幼树移栽技术;沙地云杉天然林和人工林施肥技术;沙地云杉林病虫害预测与防治研究等。

关键词：白音敖包沙地云杉生态系统研究现状

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沙地云杉种子发育生理特性及转录组学分析

沙地云杉种子发育生理特性及转录组学分析

作者：燕兴内蒙古农业大学

学位级别：硕士

沙地云杉(Picea mongolia)是我国稀有珍贵的云杉树种,其主根较浅,侧根发达,主干下须根常拱起半裸于地面向四周延伸,能将四周的散细流沙聚拢,同时其具有优良的抗寒、抗旱等特性,成为浑善达克沙地生态系统中的主要物种,构成了独特的沙地... 详细信息

沙地云杉(Picea mongolia)是我国稀有珍贵的云杉树种,其主根较浅,侧根发达,主干下须根常拱起半裸于地面向四周延伸,能将四周的散细流沙聚拢,同时其具有优良的抗寒、抗旱等特性,成为浑善达克沙地生态系统中的主要物种,构成了独特的沙地森林草原。本论文以沙地云杉六个发育时期(S1-S6)的种子为试验材料,分别从形态学、细胞学和转录组学水平探究沙地云杉种子发育过程中的变化规律,为沙地云杉种子发育关键基因的鉴定、种子性状遗传改良等相关研究提供理论依据。重要研究结果如下:(1)对沙地云杉种子纵径、横径、厚度测定及种子体积和球度的计算,结果表明在S6时期沙地云杉种子纵径、横径达到最大,在S5时期种子厚度、种子体积以及种子球度达到最大,在S1时期各项形态指标最小,沙地云杉种子生长发育大致有四个时期,呈现“缓慢生长—快速生长—缓慢生长—缓慢下降”的趋势;通过对种子鲜重、干重测定及种子千粒重和含水量的计算,结果表明在S6时期沙地云杉种子千粒重达到最大,含水量降到最低,在S1千粒重最小,含水量最高,沙地云杉种子物质积累大致有两个重要时期,呈现“缓慢累积—快速累积”的趋势。(2)对种子色泽进行观察,发现种子颜色随着种子发育由浅入深,由乳白色最终转变为黑褐色,同时,种皮结构也变的致密坚硬起来;通过石蜡切片对种子细胞结构进行观察,随着种子发育,细胞体积增大,细胞之间排列由不规则到整齐,在这个过程中细胞质变浓,染色加深,细胞壁增厚,木质素含量升高。(3)随着沙地云杉种子的发育,种子中MDA含量呈下降的趋势,S1时期的MDA含量均显著高于其他时期;SOD、POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,在种子发育初期,SOD、POD酶活性分别在S2时期与S4时期达到最大;沙地云杉中可溶性蛋白含量呈现升高的趋势,S6时期的蛋白质含量达到最大;沙地云杉中可溶性糖含量呈现先下降后升高的趋势,可溶性淀粉呈现先升高后下降的趋势,与糖相反,在S4时期糖含量降到最低,而淀粉则达到最高;沙地云杉中电导率和相对电导率呈现先升高后下降的趋势,S5时期的电导率和相对电导达到最大,然后在S6时期突然降到最低。(4)转录组测序共测得了原始reads为3167.9M,过滤掉测序产生的低质量reads为3094.8M,以|log2Fold Change|>1,padj沙地云杉种子的成熟过程。挑选7个与调控种子发育相关的基因进行q RT-PCR实验,结果表明这7个基因的表达模式与转录组测序结果相符,转录组测序结果准确。

关键词：沙地云杉种子生物学特性生理生化转录组学

沙地云杉LEA基因家族鉴定及PmLEA25基因抗逆功能分析

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沙地云杉LEA基因家族鉴定及PmLEA25基因抗逆功能分析

作者：李佳琪内蒙古农业大学

学位级别：硕士

沙地云杉(Picea mongolica)是我国特有树种,仅分布于内蒙古浑善达克沙地东部边缘,也是内蒙古三大沙地治理和干旱区城市绿化的主要树种。但沙地云杉在极端干旱和盐碱环境下还是有不适应现象,干旱、盐等非生物胁迫严重影响着沙地云杉的生... 详细信息

沙地云杉(Picea mongolica)是我国特有树种,仅分布于内蒙古浑善达克沙地东部边缘,也是内蒙古三大沙地治理和干旱区城市绿化的主要树种。但沙地云杉在极端干旱和盐碱环境下还是有不适应现象,干旱、盐等非生物胁迫严重影响着沙地云杉的生长发育。胚胎发育晚期丰富蛋白(Late embryogenesis abundant protein)是植物在受到逆境胁迫时诱导合成的一类功能蛋白,与植物抗逆功能密切相关。本研究以沙地云杉为材料,通过挪威云杉全基因组和课题组前期测定的沙地云杉生长发育的转录组数据库,筛选和鉴定LEA基因家族,并对其进行命名和生物信息学分析;通过RT-qPCR技术分析非生物胁迫(干旱、盐)下沙地云杉PmLEA基因家族成员的表达量,挖掘其抗干旱、耐盐相关的关键基因,并进行基因克隆、遗传转化拟南芥(Arabidopsis),对其进行功能验证,进而为改善和提高沙地云杉抗逆性提供理论支持,同时为云杉属植物抗逆育种提供有效的基因资源。具体结果如下:1.基于HMM模型从挪威云杉全基因组和沙地云杉转录组数据库中共鉴定出49个PmLEA家族成员,根据Pfam结构域和系统进化关系将其分为8个亚家族;保守基序分析表明,沙地云杉LEA基因在同一亚家族内的基序高度保守,但不同亚家族间差异较大。2.RT-qPCR定量结果显示,在2种胁迫下发现沙地云杉LEA基因家族中高表达量基因分别为PmLEA4.2a、PmLEA23、PmLEA25、PmLEA34和PmLEA41,其他基因也受到不同程度的诱导表达。其中PmLEA25基因在干旱和盐胁迫下均连续显著上调表达,且上调倍数最低为36倍,最高为158倍,对胁迫应答最为强烈,进而确定PmLEA25基因为调控沙地云杉干旱和盐胁迫的关键候选基因。3.利用Gateway技术构建PmLEA25基因表达载体,通过花絮侵染法异源表达拟南芥,获得T3代转基因拟南芥。4.在200mM、300mM Mannitol和150mM、200mM NaCl胁迫处理下,PmLEA25基因过表达拟南芥的种子萌发率均明显高于野生型,同时过表达株系幼苗的主根长度明显要比野生型长、且侧根更多。5.在干旱和盐胁迫处理下,PmLEA25基因过表达拟南芥的成苗生长状态明显优于野生型;过表达拟南芥体内的脯氨酸含量,POD、SOD、CAT酶活力明显高于野生型,MDA含量明显低于野生型,表明PmLEA25基因提高了拟南芥对干旱和盐胁迫的耐受性。

关键词：沙地云杉 PmLEA25 遗传转化干旱胁迫盐胁迫

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沙地云杉愈伤组织诱导及遗传转化研究

沙地云杉愈伤组织诱导及遗传转化研究

作者：哈斯图雅内蒙古农业大学

学位级别：硕士

沙地云杉(Picea mongolica)为松科(Pinaceae)云杉属(Picea)常绿乔木,是我国特有针叶树种之一。由于受到树体生长状况、外植体材料采集季节、株系基因型差异、组织培养周期长和遗传转化方法的成熟度低等因素制约,国内云杉属树种的再生及... 详细信息

沙地云杉(Picea mongolica)为松科(Pinaceae)云杉属(Picea)常绿乔木,是我国特有针叶树种之一。由于受到树体生长状况、外植体材料采集季节、株系基因型差异、组织培养周期长和遗传转化方法的成熟度低等因素制约,国内云杉属树种的再生及遗传转化体系并不完善。本研究以沙地云杉成熟胚、无菌苗针叶和茎段为外植体,研究不同基本培养基、不同生长调节剂种类及浓度对其愈伤组织诱导、增殖的影响。在此基础上,以沙地云杉愈伤组织为受体材料,筛选了GUS报告基因的遗传转化条件,并通过农杆菌介导法对愈伤组织进行了Pm LEA25基因遗传转化,获得了阳性愈伤组织。研究为沙地云杉再生体系建立奠定基础,同时为云杉属针叶树种遗传转化体系建立提供理论与技术参考。主要研究结果如下:(1)沙地云杉愈伤组织的诱导:以成熟胚为外植体诱导愈伤组织的最佳培养基组合为:LM(Litvay Medium)+6-BA 1.5 mg·L+NAA 0.5 mg·L,诱导率达96%;愈伤组织增殖最佳培养基组合为:1/2 LM+6-BA 1.0 mg·L+NAA 0.1 mg·L,增殖倍数达3.13;以无菌苗针叶为外植体诱导愈伤组织的最佳培养基组合为:DCR+6-BA2.5 mg·L+NAA 0.2 mg·L,诱导率达80%。以无菌苗茎段为外植体诱导愈伤组织的最佳培养基组合为:DCR+6-BA 2.0 mg·L+NAA 0.5 mg·L,诱导率达95.33%。愈伤组织增殖最佳培养基组合为:DCR+6-BA 2.0 mg·L+NAA 1.0 mg·L,增殖倍数达5.34。不同外植体诱导愈伤组织能力为:成熟胚>茎段>针叶。(2)以沙地云杉愈伤组织为受体,筛选了报告基因GUS的最佳遗传转化条件,结果表明:农杆菌介导法转化沙地云杉成熟胚愈伤时OD=0.5,时间以10 min为最佳,遗传转化效率高达80%。(3)构建沙地云杉Pm LEA25过表达载体,采用农杆菌侵染法获得过表达沙地云杉非胚性愈伤组织,分别对非转基因型与过表达愈伤组织进行200 m M Na Cl胁迫处理,结果发现Pm LEA25过表达沙地云杉成熟胚愈伤组织鲜重均明显高于非转基因型,证明Pm LEA25可显著提高沙地云杉的耐盐性。

关键词：沙地云杉愈伤组织遗传转化

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4株内生真菌对沙地云杉立枯病的抗病作用

浙江农林大学学报 2022年第2期39卷 372-379页

作者：姜海燕狄佳麟丛林闫伟白娜娜张旭白慧内蒙古农业大学林学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古农业大学食品科学与工程学院内蒙古呼和浩特010018

【目的】探究沙地云杉Pieca mongolica内生拮抗菌对沙地云杉立枯病菌Fusarium sp.的拮抗作用,旨在为利用生物资源、开发生防菌提供依据。【方法】以前期筛选出的4株具有强拮抗作用的沙地云杉内生真菌互隔链格孢菌Alternaria alternata (... 详细信息

【目的】探究沙地云杉Pieca mongolica内生拮抗菌对沙地云杉立枯病菌Fusarium sp.的拮抗作用,旨在为利用生物资源、开发生防菌提供依据。【方法】以前期筛选出的4株具有强拮抗作用的沙地云杉内生真菌互隔链格孢菌Alternaria alternata (SDYS36)、三线镰刀菌Fusarium tricinctum (SDYS63)、产黄青霉菌Penicillium chrysogenum (SDYS95)、聚多曲霉菌Aspergillus sydowii (SDYS180)为材料,以沙地云杉立枯病菌为靶标菌,采用体外对峙和盆栽试验,测定内生真菌对病原菌的体外拮抗性及感病幼苗的形态和相关生理指标变化,通过显著性分析筛选优势拮抗菌株。【结果】4株内生拮抗菌对立枯病菌均表现出体外拮抗活性,SDYS180的发酵液拮抗活性最高,达78.67%;SDYS95的菌株拮抗活性最高,达69.64%;SDYS63的挥发性代谢产物拮抗活性最高,达16.94%。4株内生拮抗菌对盆栽沙地云杉立枯病菌均表现出不同程度的拮抗活性,接种SDYS180促进染病幼苗的组织生长,株高、地径和根长分别提高17.12%、32.64%和16.56%;接种SDYS95的染病幼苗可溶性蛋白质质量分数提高13.41%,丙二醛质量摩尔浓度降低5.27%,过氧化物酶活性提高224.46%,超氧化物歧化酶活性提高37.05%,过氧化氢酶活性提高9.02%。【结论】菌株SDYS180和SDYS95是筛选出的防治沙地云杉立枯病的优势拮抗生防菌。

关键词：森林保护学沙地云杉内生真菌苗木立枯病菌拮抗作用

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4株内生拮抗菌对沙地云杉的促生作用

东北林业大学学报 2022年第6期50卷 39-45页

作者：狄佳麟姜海燕丛林白娜娜张旭白慧内蒙古农业大学呼和浩特010018

以前期筛选的4株具有强拮抗作用的沙地云杉内生真菌为试验材料,探究其促生活性,通过发酵液浸种和幼苗灌根处理,筛选出具有促生作用的内生拮抗菌。结果表明:4株内生拮抗菌对沙地云杉的种子和幼苗均表现出不同程度的促生活性。菌株SDYS63... 详细信息

以前期筛选的4株具有强拮抗作用的沙地云杉内生真菌为试验材料,探究其促生活性,通过发酵液浸种和幼苗灌根处理,筛选出具有促生作用的内生拮抗菌。结果表明:4株内生拮抗菌对沙地云杉的种子和幼苗均表现出不同程度的促生活性。菌株SDYS63(三线镰刀菌Fusarium tricinctum)使沙地云杉种子萌发率提高25.22%,幼苗株高和地径生长提高25.24%和13.69%,总叶绿素质量分数提高71.36%,可溶性蛋白(SP)质量分数提高21.87%,丙二醛(MDA)质量摩尔浓度降低20.58%,超氧化物歧化酶(SOD)活性提高147.53%;SDYS36(互隔链格孢菌Alternaria alternata)使沙地云杉出苗率提高18.00%,根长生长提高35.68%,过氧化物酶(POD)活性提高714.29%,过氧化氢酶(CAT)活性提高69.44%;菌株SDYS95(产黄青霉菌Penicillium chrysogenum)和SDYS180(聚多曲霉菌Aspergillus sydowii)对沙地云杉种子和幼苗的促生活性较差;菌株SDYS63表现出最佳的促生活性。

关键词：沙地云杉内生真菌促生作用

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沙地云杉组织培养初步研究

内蒙古林业调查设计 2023年第1期46卷 30-32,29页

作者：瑞红李楠楠段永清王新凯宋希明内蒙古森工集团发展规划部牙克石022150 呼伦贝尔市北方寒冷干旱地区内陆湖泊研究院海拉尔021000 内蒙古大兴安岭林业生态研究院牙克石022150 乌兰察布市野生动植物和湿地保护站集宁012000

文章对沙地云杉组织培养进行初步研究。选用沙地云杉成熟种胚为外植体,以SH、MS、LP培养基为基本培养基,附加不同激素浓度组合分析对愈伤组织诱导的影响。研究表明:SH培养基为最佳培养基,而最佳的激素组合为0.1 mg/L2,4-D+0.1 mg/L6-BA... 详细信息

文章对沙地云杉组织培养进行初步研究。选用沙地云杉成熟种胚为外植体,以SH、MS、LP培养基为基本培养基,附加不同激素浓度组合分析对愈伤组织诱导的影响。研究表明:SH培养基为最佳培养基,而最佳的激素组合为0.1 mg/L2,4-D+0.1 mg/L6-BA。本试验结果对于进一步开展沙地云杉的组织快繁、再生体系建立奠定了基础,为沙地云杉开发利用提供科学依据。

关键词：沙地云杉愈伤组织组织培养培养基

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沙地云杉及近缘种种间谱系地理学研究

沙地云杉及近缘种种间谱系地理学研究

作者：乌云塔娜内蒙古农业大学

学位级别：硕士

沙地云杉（Picea mongolica）是我国特有树种,仅分布于浑善达克沙地东部边缘。该树种的地理空间分布较特殊,具有耐旱、耐寒、耐贫瘠及根幅大等特性。沙地云杉形态特征和核型特征与近缘种的红皮云杉和白扦极为相似,导致该物种在分类界尚... 详细信息

沙地云杉（Picea mongolica）是我国特有树种,仅分布于浑善达克沙地东部边缘。该树种的地理空间分布较特殊,具有耐旱、耐寒、耐贫瘠及根幅大等特性。沙地云杉形态特征和核型特征与近缘种的红皮云杉和白扦极为相似,导致该物种在分类界尚存较大争议。本研究以沙地云杉、红皮云杉和白扦为研究对象,利用4个叶绿体基因片段（matk、trnL-trnF、trnS-trnG、ndhK-C）和3个单拷贝核基因片段（sb62、se1390、xy1420）进行谱系地理学研究,从3种云杉的遗传多样性、遗传分化与结构、单倍型及历史动态等方面系统分析,探讨沙地云杉系统进化历史及分类地位,为沙地云杉的分类鉴定及育种工程提供理论依据。主要研究结果如下:（1）基于cpDNA分子标记和nrDNA分子标记的遗传多样性分析,发现在叶绿体基因水平上,沙地云杉（Hs=0.71、HT=0.75）群体内遗传多样性（Hs）和总的遗传多样性（HT）比白扦（Hs=0.59、HT=0.67）和红皮云杉（Hs=0.19、HT0.19）高;在核基因水平上,白扦（Hs=0.80、HT=0.84）群体内遗传多样性（Hs）和总的遗传多样性（HT）比沙地云杉（Hs=0.69、HT0.74）和红皮云杉（Hs=0.62、HT=0.73）高。（2）基于4个叶绿体基因片段和3个单拷贝核基因片段的遗传分化及基因流分析,发现沙地云杉、红皮云杉和白扦在叶绿体基因水平上种间遗传分化程度适中（FsT=0.13）,基因流为1.65,核基因水平上3种云杉种间遗传分化水平较高（FsT=0.17）,基因流为1.21,其中,在叶绿体基因和核基因水平上沙地云杉与白（?）之间的遗传分化水平适中（FsT=0.07、FsT=0.13）,基因流大于1（1.67、3.16）。Amow（?）分析表明,叶绿体基因水平上遗传变异主要来自种内（90.83%）,而种间遗传变异仅占9.17%;核基因水平上种间无变异。（3）沙地云杉、红皮云杉和白扦在叶绿体基因和核基因水平上分别都具有各自独立单倍型,3种云杉的单倍型未能各自划分为一支,说明3个种间基因交流较频繁。（4）3种云杉在叶绿体基因水平上的总的遗传分化系数NST小于群体间遗传分化系数GsT,说明沙地云杉、红皮云杉和白扦不存在明显的谱系地理结构;在核基因水平上的总的遗传分化系数NsT大于群体间遗传分化系数GST,说明3种云杉种间存在明显的谱系地理结构。（5）基于4个叶绿体基因片段的Structure分析,发现类群数K=3时能将红皮云杉划分开,基于3个单拷贝核基因片段的Structure分析、以及4个叶绿体基因片段、3个单拷贝核基因片段、联合7个基因片段的NJ邻接关系树均未能将3种云杉清晰的划分,说明3个种间存在基因渐渗。（6）沙地云杉、红皮云杉和白扦的中性检验和错配分布分析结果表明,叶绿体基因和核基因水平上3种云杉的Tajimia’s D值、Fu and Li’s D*和Fu and Li’s F*值均为负值,表明3种云杉在历史上发生过群体扩张事件,但是沙地云杉在叶绿体基因水平上错配分布图表现为单峰,核基因水平上表现为双峰,说明沙地云杉近期没发生过群体扩张。综上所述,3种云杉种间遗传分化适中,基因交流频繁,认为沙地云杉、红皮云杉和白扦间存在基因渐渗,3个种间亲缘关系较近,其中沙地云杉与白扦的亲缘关系更近。

关键词：沙地云杉近缘种谱系地理学遗传多样性遗传分化与结构单倍型

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沙地云杉种子萌发特性研究

内蒙古林业科技 2022年第3期48卷 7-10,35页

作者：锡林呼代金玲白玉娥呼和浩特市园林建设服务中心内蒙古呼和浩特010031 内蒙古农业大学林学院内蒙古呼和浩特010019

为探索沙地云杉种子萌发特性,研究了温度、光照、浸种时间、赤霉素浓度对沙地云杉种子萌发的影响。结果表明:沙地云杉种子最适发芽温度为25℃,发芽率为80.00%。15℃、20℃和30℃温度条件下,种子发芽率显著降低。在有无光照的条件下沙地... 详细信息

为探索沙地云杉种子萌发特性,研究了温度、光照、浸种时间、赤霉素浓度对沙地云杉种子萌发的影响。结果表明:沙地云杉种子最适发芽温度为25℃,发芽率为80.00%。15℃、20℃和30℃温度条件下,种子发芽率显著降低。在有无光照的条件下沙地云杉种子均可萌发,但全光照和光照-黑暗条件下发芽率显著高于全黑暗条件,说明适当光照有利于沙地云杉种子萌发。浸种12 h可在萌发初期显著提高种子的发芽率,但是与对照相比,12~48 h浸种处理在发芽期结束时均未能显著提高种子的发芽率。低浓度的赤霉素对沙地云杉种子萌发有促进作用,用100 mg·L^(-1)赤霉素处理12 h,种子发芽率可达81.33%。

关键词：沙地云杉种子萌发温度光照浸种赤霉素