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富氢水在植物生长发育及逆境胁迫响应中的作用研究进展

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园艺学报 2024年第7期51卷 1489-1500页

作者：李雅晨郑艳梅宋雯佩李大卫梁红张宪智仲恺农业工程学院园艺园林学院广州510225 中国科学院武汉植物园武汉430074

富氢水(hydrogen-richwater)是指在常温一个大气压下氢气(H2)饱和浓度为0.0016%的水,可作为一种安全、绿色、环保的新型植物生长调节剂,在农业生产中展现出广阔的应用前景。近期研究发现,富氢水可以调节植物激素合成和信号传递,从而影... 详细信息

富氢水(hydrogen-richwater)是指在常温一个大气压下氢气(H2)饱和浓度为0.0016%的水,可作为一种安全、绿色、环保的新型植物生长调节剂,在农业生产中展现出广阔的应用前景。近期研究发现,富氢水可以调节植物激素合成和信号传递,从而影响植物的生长发育;也可以有效清除活性氧,发挥抗氧化作用,进而减轻植物的逆境胁迫损伤;并且有助于果蔬和鲜切花的品质保鲜,延长采后货架期。本文系统地分析了富氢水在促进植物生长发育、缓解植物逆境胁迫损伤、延长采后货架期等3个方面的最新研究进展,并深入讨论了富氢水在园艺植物生产上的应用现状及趋势。提出在未来富氢水的研究中,需结合植物生理学、分子生物学、遗传学等多学科手段,解析其作用的分子机制,以期为更好地开展氢农业实践提供理论依据。

关键词：富氢水园艺植物生长发育逆境胁迫采后

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种子萌发调控的研究进展

中国科学：生命科学 2024年第7期54卷 1226-1253页

作者：宋松泉唐翠芳程红焱舒凯湘南学院南岭现代种业研究院郴州423099 中国科学院植物研究所北京100093 西北工业大学生态环境学院西安710129

种子萌发是植物生命周期的起始.在萌发过程中,干燥种子从静止状态迅速恢复代谢活性,导致胚突破周围结构以完成萌发.种子萌发是一个复杂的多步骤过程,受许多内源和外源因子的调控,在物种生存与繁衍和作物生产中具有重要的生物学和经济意... 详细信息

种子萌发是植物生命周期的起始.在萌发过程中,干燥种子从静止状态迅速恢复代谢活性,导致胚突破周围结构以完成萌发.种子萌发是一个复杂的多步骤过程,受许多内源和外源因子的调控,在物种生存与繁衍和作物生产中具有重要的生物学和经济意义,但其分子调控机制目前还不完全清楚.近年来,种子萌发及其调控的研究已取得了许多重要的成就.本文在此基础上综述了种子萌发调控的研究进展,主要包括种子萌发的生理调节、植物激素特别是脱落酸和赤霉素的作用、基因转录和转录后控制、特异性调控因子以及表观遗传的调控,并提出了在本领域需要进一步研究的科学问题,试图为深入理解种子萌发的分子机制,从而为提高种子萌发活力和防止穗萌发提供参考.

关键词：表观遗传生理植物激素调控种子萌发转录和转录后

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近10年光合作用领域若干重要研究进展

植物生理学报 2024年第2期60卷 211-247页

作者：杨文强林荣呈端木德强李磊卢从明欧阳敏王文达孙韬田利金王柏臣朱新广中国科学院植物研究所光生物学重点实验室北京100093 华中农业大学生命科学技术学院农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室武汉430070 南开大学生命科学学院天津300071 山东农业大学生命科学学院小麦育种全国重点实验室山东泰安271018 华中农业大学生命科学技术学院作物遗传改良全国重点实验室武汉430070 天津大学生物安全战略研究中心天津300072 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

光合作用是地球上几乎所有生命的能量和物质基础,其应用与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。本文主要概述了近10年来光合作用研究在光合膜蛋白结构与光反应机理、光合碳代谢、叶绿体生物发生与发育、光合作用蛋白质量控制、光合... 详细信息

光合作用是地球上几乎所有生命的能量和物质基础,其应用与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。本文主要概述了近10年来光合作用研究在光合膜蛋白结构与光反应机理、光合碳代谢、叶绿体生物发生与发育、光合作用蛋白质量控制、光合色素合成与叶绿体反向信号、光保护与环境适应、光合作用与农业、光合作用与合成生物学和光合产氢与人工光合作用等方向的前沿进展,探讨了未来发展趋势。

关键词：光合作用叶绿体光保护蛋白质量控制碳代谢光反应合成生物学

基于YOLOv5m和CBAM-CPN的单分蘖水稻表型参数提取

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农业工程学报 2024年第2期40卷 307-314页

作者：陈慧颖宋青峰常天根郑立华朱新广张漫王敏娟中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国科学院分子植物科学卓越创新中心植物分子遗传国家重点实验室上海200032 中国农业大学烟台研究院烟台264670

为快速获取单分蘖水稻植株的形态结构和表型参数,该研究提出了一种基于目标检测和关键点检测模型相结合的骨架提取和表型参数获取方法。该方法基于目标检测模型生成穗、茎秆、叶片的边界框和类别,将所得数据分别输入到关键点检测模型检... 详细信息

为快速获取单分蘖水稻植株的形态结构和表型参数,该研究提出了一种基于目标检测和关键点检测模型相结合的骨架提取和表型参数获取方法。该方法基于目标检测模型生成穗、茎秆、叶片的边界框和类别,将所得数据分别输入到关键点检测模型检测各部位关键点,按照语义信息依次连接关键点形成植株骨架,依据关键点坐标计算穗长度、茎秆长度、叶片长度、叶片-茎秆夹角4种表型参数。首先,构建单分蘖水稻的关键点检测和目标检测数据集;其次,训练Faster R-CNN、YOLOv3、YOLOv5s、YOLOv5m目标检测模型,经过对比,YOLOv5m的检测效果最好,平均精度均值(mean average precision,mAP)达到91.17%;然后,应用人体姿态估计的级联金字塔网络(cascaded pyramid network,CPN)提取植株骨架,并引入注意力机制CBAM(convolutional block attention module)进行改进,与沙漏网络(hourglass networks,HN)、堆叠沙漏网络模型(stacked hourglass networks,SHN)和CPN模型相比,CBAM-CPN模型的预测准确率分别提高了9.68、8.83和1.06个百分点,达到94.75%,4种表型参数的均方根误差分别为1.06 cm、0.81 cm、1.25 cm和2.94°。最后,结合YOLOv5m和CBAM-CPN进行预测,4种表型参数的均方根误差分别为1.48、1.05、1.74cm和2.39°,与SHN模型相比,误差分别减小1.65 cm、3.43 cm、2.65 cm和4.75°,生成的骨架基本能够拟合单分蘖水稻植株的形态结构。所提方法可以提高单分蘖水稻植株的关键点检测准确率,更准确地获取植株骨架和表型参数,有助于加快水稻的育种和改良。

关键词：目标检测注意力机制水稻关键点检测骨架提取表型参数单分蘖植株

烟草羟基丙酮酸还原酶编码基因NbHPR1启动子克隆及表达分析

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分子植物育种 2024年

作者：杨浩吕和鑫赵磊天津科技大学生物工程学院中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院低碳合成工程生物学重点实验室

光呼吸是植物体内重要的代谢过程，是植物生理生化研究的热点之一。前期，基于拟南芥光呼吸代谢关键基因编码序列，在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)数据库中进行多序列比对，获得了光呼吸关键基因序列，但其表达模式仍不清楚。本研... 详细信息

光呼吸是植物体内重要的代谢过程，是植物生理生化研究的热点之一。前期，基于拟南芥光呼吸代谢关键基因编码序列，在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)数据库中进行多序列比对，获得了光呼吸关键基因序列，但其表达模式仍不清楚。本研究分析了本氏烟草光呼吸相关基因表达情况，筛选到本底水平高表达基因-羟基丙酮酸还原酶编码基因NbHPR1。进而，通过PCR扩增的手段克隆得到NbHPR1基因5'端上游2 000 bp的启动子序列。生信分析结果显示，NbHPR1启动子区域含有与生长、激素调节和光响应相关的特异性响应元件。通过构建融合表达载体并进行农杆菌遗传转化，获得NbHPR1启动子驱动的GUS报告基因转基因材料。染色结果表明，在本氏烟草的上胚轴、叶中均检测到GUS信号，其中叶片的表达量较高。总之，本研究为解析本氏烟草NbHPR1生理功能奠定理论基础。

关键词：光呼吸本氏烟草羟基丙酮酸还原酶启动子

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植物激素对棉花蕾铃脱落的调控研究进展

作物学报 2024年

作者：谢章书谢学方屠小菊刘爱玉董合忠周仲华湖南农业大学农学院/作物生理与分子生物学教育部重点实验室中国热带农业科学院橡胶研究所山东省农业科学院经济作物研究所

棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象，有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落，也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫下被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量，国内外现有公开报道中多集中于20世纪50、60年... 详细信息

棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象，有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落，也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫下被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量，国内外现有公开报道中多集中于20世纪50、60年代关于乙烯和脱落酸对棉花蕾铃脱落影响的初步发现。结合其他植物的研究结果来看，蕾铃脱落似乎与生长素、赤霉素和细胞分裂素等促生长类激素的下降以及乙烯和脱落酸等抑制生长类激素的升高密切相关，激素在植物体内不仅介导新陈代谢过程，还协调着与信号通路相关的调控因子，在脱落过程中起着关键作用。本文从植物激素调控入手，综述了近年来包括脱落区形成和作用的分子调控机制以及各激素在棉花蕾铃脱落以及其他植物(生殖)器官脱落过程中的响应和调控机制等。发现目前以棉花蕾铃脱落为对象的研究非常匮乏，且多集中于少数激素对棉花生殖生长影响的有限研究，缺乏对导致蕾铃脱落的深层次机制的探究和解析。因此，未来研究方向应着重于探究棉花蕾铃脱落的遗传基础、发掘新的抗脱落基因资源和培育抗脱落棉花品种，同时加强在以棉花为模型植物下，蕾铃脱落与植物激素调节的关系研究，为提高棉花产量提供理论依据和技术支持。

关键词：棉花植物激素蕾铃脱落研究现状研究方向

纳米硒(SeNPs)缓解烟草幼苗铅胁迫和促生效应

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生物技术通报 2024年第7期40卷 183-196页

作者：杜仲阳杨泽梁梦静刘义珍崔红利史达明薛金爱孙岩张春辉季春丽李润植山西农业大学农学院分子农业与生物能源研究所山西省特用作物遗传与代谢工程研究中心太谷030801 中国科学院烟台海岸带研究所海岸带生物学与生物资源利用重点实验室烟台264003

【目的】旨在探究纳米硒(SeNPs)对铅(Pb)胁迫烟草幼苗的生长、抗逆性、铅吸收和转运的影响,以揭示SeNPs的促生效应、富硒和阻滞铅吸收及转运的机制。【方法】以普通烟草(Nicotianatabacum)为研究对象,通过盆栽实验设置不同处理,包括低剂... 详细信息

【目的】旨在探究纳米硒(SeNPs)对铅(Pb)胁迫烟草幼苗的生长、抗逆性、铅吸收和转运的影响,以揭示SeNPs的促生效应、富硒和阻滞铅吸收及转运的机制。【方法】以普通烟草(Nicotianatabacum)为研究对象,通过盆栽实验设置不同处理,包括低剂量(100 mg/L)和高剂量(200 mg/L)Pb胁迫,无机硒(Na2SeO3)、SeNPs处理和空白对照组。测定各处理组烟草幼苗的生物量、光合生理参数、抗氧化酶活性、脂质过氧化产物含量以及相关基因表达水平,分析铅和硒在植物体内的含量和分布。【结果】与对照组相比,硒处理显著促进了烟草幼苗的生长和光合作用,SeNPs促生效应更显著。硒处理还增强了烟草幼苗的抗氧化酶(SOD、POD和APX等)活性和抗氧化物质(抗坏血酸和谷胱甘肽等)的含量,降低了脂质过氧化产物(H2O2和MDA)的积累。在铅胁迫条件下,硒处理可显著提高烟草幼苗中硒的含量,同时降低铅的吸收和转运率。【结论】纳米硒能显著提高植物生物量,保护光合系统,激活抗氧化系统,阻滞铅吸收和转运,促进植物硒富集和改善植物对铅胁迫的抗性。

关键词：纳米硒铅胁迫烟草幼苗促生效应抗氧化系统生物有效性分子机制

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植物非生物逆境学科发展综述

植物生理学报 2024年第2期60卷 248-270页

作者：赵杨杨永青丁杨林张蘅谢彦杰赵春钊刘林川王鹏程中国科学院分子植物科学卓越创新中心/上海植物逆境生物学研究中心上海200032 中国农业大学生物学院北京100193 上海交通大学生命科学技术学院上海200240 南京农业大学生命科学学院南京210095 华南农业大学林学与风景园林学院广州510642 南方科技大学前沿生物技术研究院广东深圳518055

干旱、盐碱和极端温度等非生物胁迫严重抑制植物的生长和发育,是影响农业生产的主要环境因素。植物应答环境胁迫的分子机制一直是植物生物学的热点研究领域。本文邀请在非生物胁迫应答分子机制领域非常活跃的青年科学家,简要综述相关研... 详细信息

干旱、盐碱和极端温度等非生物胁迫严重抑制植物的生长和发育,是影响农业生产的主要环境因素。植物应答环境胁迫的分子机制一直是植物生物学的热点研究领域。本文邀请在非生物胁迫应答分子机制领域非常活跃的青年科学家,简要综述相关研究领域近年来的主要研究进展,并展望未来这一领域值得深入研究的一些科学问题,希望能引起对这一领域的更多的关注和思考。

关键词：非生物胁迫感受信号转导分子机制

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RNA与炎性免疫反应

生命的化学 2024年第9期44卷 1650-1666页

作者：邓凡白杨刘星中国科学院上海免疫与感染研究所核糖核酸功能与应用重点实验室上海200031 中国科学院大学北京100049

RNA是构成生命的基础性大分子,既能作为遗传信息的中间载体调控蛋白质的表达,也能作为信号分子参与调节生物体中各种生理过程以及机体对外界刺激的响应。在机体免疫系统中,RNA扮演的角色十分重要,编码RNA调控多种免疫功能相关蛋白的表达... 详细信息

RNA是构成生命的基础性大分子,既能作为遗传信息的中间载体调控蛋白质的表达,也能作为信号分子参与调节生物体中各种生理过程以及机体对外界刺激的响应。在机体免疫系统中,RNA扮演的角色十分重要,编码RNA调控多种免疫功能相关蛋白的表达,非编码RNA能够影响免疫通路信号传递,同时RNA能作为配体激活特定受体并起始炎性免疫反应。本文以RNA在免疫与炎症反应中发挥的作用为主题,讨论不同类型RNA及其代谢过程调控和影响机体稳态与病原感染过程中各种免疫信号的机制,同时介绍RNA作为配体激活的免疫反应以及RNA相关的炎症反应和自身免疫疾病。

关键词：核糖核酸炎症免疫反应自身免疫疾病

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