稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化

稻属AA型物种包含栽培稻和与其最近缘的野生稻物种,是稻属植物中一个重要的类群.为了探究稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化,以AA型稻属物种中已经公布的6个叶绿体基因组为对象,利用PAML和Selecton对叶绿体基因进行适应性进化的分析.研究发现,4个基因(matK,ccsA,psbB和rpoC2)经历了正选择作用,并对基因的正选择位点进行了定位,初步分析了正选择位点的变异特点,探讨了正选择位点与蛋白质结构保守性的关系.本研究为深入了解稻属的叶绿体基因及其适应性进化提供了重要参考.     

高粱叶绿体psbD基因的克隆及其高效表达

近年来光合作用基因工程的研究进展十分迅速,许多重要的编码光合作用反应中心的蛋白质及酶的基因,已在多种植物叶绿体基因组及核基因组上定位并测定了其碱基序列,杉浦昌弘等先后完成了烟草、水稻等高等植物叶绿体基因组全序列分析,但是C_4植物除玉米外,叶绿体基因的研究较少,高粱是主要的C_4植物,其叶绿体光系统基因的研究国内外均     

脱血红素细胞色素c的跨膜转运与N端序列的两亲性螺旋结构

蛋白质跨膜转运是当前分子生物学、细胞生物学研究中十分活跃的领域之一,在真核细胞中,蛋白质跨膜转运主要有三种类型:(1)以胞吞或外排形式通过质膜;(2)跨内质网膜转运;(3)跨线粒体、叶绿体等膜系的转运,线粒体的大部分蛋白质是在细胞质内核糖体上以前体的     

粮食作物产量对气候变暖的响应

玉米、小麦和水稻是主要粮食作物,总收获面积和总产量分别占全球禾谷类作物的79%和90%.气候变暖导致主要粮食作物减产.玉米对气候变暖的敏感性高于小麦,温度升高1℃导致全球玉米减产3%~12%,小麦减产3%~9%;温度升高有利于中、高纬度地区水稻生产,但导致低纬度地区水稻减产.作物产量对气候变暖的响应呈非线性,当温度高于作物生长的适宜温度时,产量对气候变暖的敏感性随温度升高的幅度进一步增强.热带地区作物产量对气候变暖的敏感性高于温带地区;雨养农业区作物产量对气候变暖的敏感性高于灌溉农业区,灌溉可有效降低高温对作物产量的负面影响.大气CO_2浓度升高促进作物生长,CO_2施肥效应能在一定程度上补偿由于气候变暖导致的粮食作物减产.气候变暖导致粮食作物减产以及CO_2浓度升高促进作物生长已有共识,但对气候变暖下CO_2施肥效应的认知存在极大的不足,其主要原因是自然状态下CO_2浓度升高和增温对作物生长的交互作用的实验研究太少.未来研究重点应拓展FACE(free-air CO_2 enrichment)条件下的增温实验,通过不同CO_2浓度梯度下的增温实验,结合其他因子(水分、氮素等)的调控,精细量化不同条件下的CO_2施肥效应,并据此发展和完善作物模型,进而客观评估未来气候变暖情景下CO_2的施肥效应及其对作物减产的补偿作用.     

代谢网络进化过程中拓扑结构与功能之间的关联

代谢网络进化过程中酶的拓扑连接与它们的功能之间具有怎样的关联呢? 这种关联在亲缘关系较近的物种间是否具有一定的相似性呢? 以叶绿体和其内共生祖先蓝藻(Synechococcus sp. WH8102, syw)的代谢网络为对象, 以大肠杆菌、拟南芥和红藻的代谢网络作为对照,研究酶的连接度与其功能之间的关联. 结果表明, 各个物种中不同代谢通路和性质分类(EC)的酶都具有不同的平均连接度, 但是同一代谢通路或性质分类的酶在叶绿体和蓝藻syw中显示非常相似的连接度. 另外, 叶绿体与蓝藻syw之间的保守模块, 如氨基酸代谢等, 具有明显更高的平均连接度. 而且, 叶绿体和蓝藻中的同工酶都比其他酶具有更高的连接度, 对应基础类代谢通路, 并存于二者之间的保守模块中. 因此, 尽管内共生过程中叶绿体代谢组发生了较大的重组, 但是网络拓扑结构与功能间的关联仍然与其祖先细菌蓝藻非常相似, 说明这种关联可能用于衡量进化过程中物种间亲缘关系远近的程度.     

抑制细胞分裂素核苷酸磷酸水解酶显著增强水稻产量

<正>细胞分裂素(cytokinin)在水稻整个生命周期中对生长发育起到重要调控作用,特别是通过调控穗发育影响水稻产量.活性的细胞分裂素N⁶-(2-异戊烯基)腺嘌呤(iP, N⁶-(Δ2-isopentenyl) adenine)和反式玉米素(trans-zeatin, t Z)对水稻的细胞分裂、组织分化、穗发育起到重要的调控作用^[1～3].当前主流观点认为,植物体内的细胞分裂素合成主要分为两种途径,即一步法合成和两步法合成.     

根据褐飞虱取食行为精细调控寄主水稻抗性的新机制

<正>植物害虫是农业生产的重要生物灾害因子,严重威胁作物生产安全.为了从寄主植物获取足够营养,植食性昆虫进化出了复杂多样的取食策略^[1].水稻(Oryza sativa L.)是我国乃至全球最重要的粮食作物之一,常年遭受多种害虫为害.褐飞虱(Nilaparvata lugens St?l, BPH)是水稻单食性害虫,通过刺吸式口器吸食韧皮部汁液,对水稻造成直接危害;     

用FPR方法研究鸡胚细胞质膜和鸡胚卵黄球膜蛋白质的侧向扩散

过去几年中应用荧光漂白恢复(FPR)方法对细胞膜上蛋白质的流动性进行了若干研究。该方法在细胞膜研究中已引起重视。膜上大分子迁移的信息特别有助于了解细胞膜在生长和分化过程中的动态变化,因而对于诸如细胞恶变过程或“细胞重建”过程的研究有重要意义。     

赤芍、川芎及丹参中某些成分对人工膜和含胆固醇人工膜的作用——富里哀变换红外光谱法研究

胆固醇是维持细胞膜的结构和功能所必需的成分,不同细胞膜脂中所含胆固醇量仅限于在很窄的范围内保持动态平衡。冠心病患者的红细胞膜胆固醇含量高于健康人。血管内皮细胞胆固醇与磷脂的克分子比值(C/PL)升高,是使屏障功能紊乱,血管壁受损,导致动脉粥样硬化疾病的重要因素之一。活血化瘀复方中丹参、川芎及赤芍为最常用的单味药。它们所含有的成分的作用可能与调节脂质双层膜的物理状态,改变膜蛋白的脂类环境,改善膜的功能和代谢过程有关。     

多极性位点的杂化氢键有机框架吸附分离CO2/CH4

氢键有机框架(HOFs)是极具研究价值的新型多孔材料,但稳定、永久多孔且富含功能位点的HOFs的构筑难题制约了其在气体吸附分离领域的应用.本文采用具有轮桨立体构型和多氢键位点的金属-核碱基构造体构筑了一类稳定的微孔杂化HOFs材料(HOF-ZJU-201、HOF-ZJU-202和HOF-ZJU-203),框架内的无机阴离子、氨基以及电荷差异性分布孔道作为多重极性位点实现了CO₂的选择性吸附和CO₂/CH₄的吸附分离.在298 K和1 bar (1 bar=10⁵ Pa)条件下,杂化HOFs材料的CO₂吸附量为2.31～3.35 mmol/g,对CO₂/CH₄(50/50, v:v)的分离选择性为7.3～9.0.通过色散矫正的密度泛函理论计算和Hirshfeld表面分析明确了杂化HOFs材料通过氢键、静电偶极作用以及范德华力选择性捕获CO₂的作用机理.固定床穿透实验进一步验证了杂化HOFs材料对CO₂     

非电行业烟气氮氧化物催化净化

氮氧化物(NO_x )严重威胁人体健康和生态环境。随着火电行业烟气NO_x 初步实现超低排放，非电行业烟气NO_x 排放控制成为重中之重。NH₃ 选择性催化还原NO_x 是最有效的NO_x 控制技术。非电行业烟气含有SO₂ 、碱性物质以及重金属等杂质，易导致催化剂中毒失活。针对NO_x 净化催化剂低温活性不足、SO₂ 中毒、碱金属中毒以及复合中毒等关键难题，文章综述了各类低温抗中毒NOx 净化催化剂的研究进展，总结了提高催化剂的低温活性、抗SO₂ 中毒、抗碱金属中毒以及抗复合中毒的策略。文章为开发低温抗中毒NOx 净化催化剂提供了研究思路，为推进NO_x 净化催化剂在非电行业烟气NOx 净化中的实际应用提供理论指导。     

中国籼稻亚种内的群体结构及地理生态分化

籼稻是亚洲和世界其他一些地区广为种植的主要栽培稻亚种,同时也是我国杂交水稻恢复系的主要来源.研究籼稻亚种内的遗传结构和遗传多样性对中国栽培稻亚种内的分类和演化以及水稻杂种优势利用具有重要的理论和实践意义.本研究通过36个SSR标记对1582份籼稻地方品种的群体结构和地理生态分化进行了分析.结果表明,利用分子标记所做基于模型和基于遗传距离的群体结构表现一致,即早籼稻生态型可划分为4个地理生态群,中间型生态型可划分为3个地理生态群,晚籼稻生态型可划分为2个地理生态群.当地的生态环境和空间隔离是形成地理分化的主要原因.地理生态群既体现了品种间的遗传差异又是对不同生态环境适应的反映,可用于籼稻亚种内杂种优势群划分的依据.根据SSR标记在各个生态型及地理生态群的基因型分布,筛选了可用于鉴别各生态型和地理生态群的SSR特征等位变异并建立了相应的SSR分子判别式.通过SSR分子判别式选择籼稻的中间类型开展籼粳杂种优势研究以及选择不同地理生态类型开展籼稻亚种内杂种优势研究,有助于突破籼粳杂种优势利用的障碍和加强籼稻亚种内杂种优势利用.     

光合作用放氧反应

光合作用放氧中心(OEC)是植物光系统II(PSII)中利用太阳能高效、安全地将水氧化，释放出电子、质子和氧气的生物催化剂。OEC的合成、结构和催化机理及其仿生模拟一直是光合领域广受关注的研究热点和难点。近年PSII高分辨率晶体结构研究揭示出OEC是一个特殊的Mn₄CaO₅ 簇合物，这一重要进展使人类可以在原子水平上探讨光合放氧反应的微观机理，同时也为OEC的人工合成提供了重要依据。我们近年来成功合成出结构和理化性能均与生物OEC类似的系列仿生Mn₄CaO₄簇合物，为研究OEC的微观机理提供了理想的化学模型，同时也为发展高效、廉价人工光合作用水裂解催化剂奠定了基础。目前无论是自然光合放氧研究，还是人工光合放氧研究都有大量重要的科学问题亟待深入研究。     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料，具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能，因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计，可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征，从而进一步提高其力学性能，以满足实际应用需求。因此，文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料，提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000 ^oC/3~5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段，研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性，并对其力学性能，特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明，提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变，部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成，显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化，导致材料内自由体积的湮灭和“河流状”断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高，陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下，硼含量的增加削弱了非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000 °C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si₂B_1.5C₂N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm³、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

地球内部的3He是原始起源吗？

³He的来源至今被地球学家解释为在46亿年前地球形成时贮存在地球内部的,即原始起源。但是这原始起源学说在解释有的地学问题已受到了挑战,例如：①有的金刚石中的反常高的³He/⁴He 比值;②大洋中脊玄武岩（MORB）和洋中脊的热液气孔喷出的热流的³He/⁴He比值具有近似恒定的峰状分布。作者最近对火山湖水中氚的垂直分布进行了新的研究,发现火山口形成的土耳其Nemrut湖和德国Laacher湖底部同时注入有来自地幔的氚（³H）和³He。这二者都是核聚变（d-d反应）的产物。氚的半衰期为12.4年,地球形成时的氚早已不存在。地球深处由已知常规核反应生产的氚含量小于0.01TU (1TU相当³H/H=10^-18),处于探测限以下。地球深处释放的氚表明其可能来源于核聚变。作者认为产生³H和³He的核聚变可能发生在地幔和地核的交界处的高温高压下富集氢的介质。由此推论：地球深处的³He并非一定是“原始起源”。     

巨压电弛豫铁电单晶及其在医用超声换能器中的应用

压电材料是一类非常重要的多功能材料。它可以实现机械能和电能之间的相互转换,在机电器件和电声领域有广泛的应用。基于宽频带超声波换能器、高灵敏度传感器和大应变执行器等压电器件的发展需求,迫切地需要研发出具有更大压电应变常数和更高机电耦合系数的压电材料。弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(化学分子式(1-x)Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-xPbTiO_3简称PMN-xPT或PMN-PT)及其同类单晶(简称弛豫铁电单晶)的发现恰逢其时,它们所具有的巨压电性和极高的机电耦合系数使得很多机电器件的性能有了一次大幅度的改进。例如:PMN-33%PT单晶的压电常数d_(33)高达2800 pC/N,是通用的压电材料PZT压电陶瓷的5倍,其机电耦合系数k_(33)也高达94%,而最好的PZT的机电耦合系数k_(33)也只能达到70%。本文系统地介绍了弛豫铁电单晶材料及其在医用超声换能器方面的应用进展。     

选区激光熔化(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金腐蚀性能研究

 选区激光熔化技术(SLM)制备的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金，经780 ℃退火处理后，深入分析打印态和退火态合金在 0.5mol/L H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能。通过电化学工作站测试高熵合金的开路电位、交流阻抗与极化曲线，发现退火态(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金自腐蚀电位更高，自腐蚀电流密度更低，容抗弧直径更大，阻抗值更高，以及电荷转移电阻更大。X射线光电子能谱(XPS)，分析腐蚀表面钝化膜的成分及含量表明，退火态高熵合金腐蚀表面氧化物的种类更丰富，含量更高，更易形成稳定的钝化膜。结果表明，780 ℃退火处理能显著改善(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的耐腐蚀性能。     

节水抗旱稻及其发展策略

立足于节水抗旱的生理与遗传机制, 对提高干旱条件下水稻产量有积极作用的 避旱和耐旱两方面进行阐述, 并结合过去多年的抗旱研究积累, 提出了发展节水抗旱稻 的策略与方法, 主要包括4 个方面: (ⅰ) 可指导育种实践的抗旱性评价方法体系; (ⅱ) 抗旱资源的抗旱性分析与发掘; (ⅲ) 成功的节水抗旱稻育种技术流程; (ⅳ) 强调注重理 论研究成果的积累与育种工作相结合, 从育成品种出发研究解析节水抗稻的分子机制.     

水旱稻分化与节水抗旱稻

 普通野生稻在向栽培稻演化的过程中,形成旱稻和水稻两类适应不同土壤水分条件的生态类型,其中旱稻先于水稻驯化且长期受到“产量-抗旱性”的“双向选择”。采用“双向选择”策略,可将水稻的高产优质特性与旱稻的节水抗旱特性整合,育成节水抗旱稻。节水抗旱稻的水分利用效率高、抗旱性强,适合于“旱直播旱管”的绿色栽培模式,既可在水田不淹水栽培,又可在旱地或山坡地直播种植,拓展了栽培稻的种植空间。节水抗旱稻生产过程中可大幅度节约灌溉用水、减少面源污染和甲烷排放,降低劳动成本。     

乙烯信号转导通路研究

作为5大类植物激素之一的乙烯一直是科学家关注和研究的焦点。虽然结构简单,但是气态激素乙烯在植物的生长发育以及胁迫反应中具有重要的作用。通过近20年的研究,科学家已经描绘出一条近似线性的乙烯信号转导通路。在模式植物拟南芥中,这条通路的最上游是由一个多基因家族编码的乙烯的5个受体ETR1, ETR2, ERS1, ERS2和EIN4。与之相结合并共同定位于内质网上的是一个类似Raf的蛋白激酶CTR1。在没有乙烯存在的条件下,受体和CTR1的结合能够协同抑制下游乙烯信号。在这两类负调控因子的下游是乙烯信号的正调控因子EIN2。如果EIN2基因突变,即使有高浓度乙烯存在,植物黄化苗也将表现出完全的乙烯不敏感表型,显示出EIN2在乙烯信号通路中的核心地位。在EIN2的下游是乙烯信号的转录因子家族EIN3以及EILs,它们在响应乙烯信号之后会起始乙烯相关基因的表达。研究还发现,乙烯的转录因子受泛素化降解途径调控,负责识别及结合EIN3等转录因子的F box蛋白是EBF1和EBF2。EIN5是一种5’→3’外切核酸酶,它能够通过促进EBF1和EBF2的mRNA的降解来拮抗这两个F box蛋白对EIN3的负反馈调控。最近,有研究表明EIN2同样是一个半衰期很短并经由泛素化降解途径调控的蛋白,而执行调控EIN2任务的是另外两个F box蛋白ETP1和ETP2。虽然人们对于乙烯信号转导通路的认识取得了巨大进步,但是该信号通路的精细调节机制以及乙烯信号与其他植物激素信号之间的交叉反应还需进行更为深入的研究。