毛竹和厚壁毛竹的核型分析及45S和5S rDNA的FISH分析

【目的】厚壁毛竹(Phyllostachys edulis ‘Pachyloen')是毛竹(Phyllostachys edulis)的栽培品种,是具有较高经济价值的优特种质。对毛竹与厚壁毛竹进行细胞遗传学研究,了解其核型特征。【方法】采用双色荧光原位杂交技术,对毛竹、厚壁毛竹进行了核型分析,利用45S 和 5S rDNA 在其染色体上进行了物理定位。【结果】毛竹、厚壁毛竹的染色体数目都为48条,毛竹的染色体相对组成为2n=48=12L+10M₂+14M₁+12S,核型公式为 2n=48=32m+12sm+4st(2SAT); 厚壁毛竹的染色体相对组成为2n=48=12L+8M₂+16M₁+12S,核型公式为2n=48=34m+10sm+4st(2SAT)。毛竹与厚壁毛竹的染色体不对称系数分别为61.41%和59.55%,均属于“2B”型。荧光原位杂交(FISH)结果表明:毛竹、厚壁毛竹都有2个45S rDNA位点和4个5S rDNA位点。【结论】厚壁毛竹的染色体数量为48条,补充了毛竹的染色体为48条的循证依据; 获得了毛竹、厚壁毛竹45S 和 5S rDNA荧光原位杂交核型,两者的45S和5S rDNA 位点没有明显差异,具有相似的核型,显示其较近的亲缘关系。     

平安竹叶片缩小的细胞学观察

【目的】解析平安竹叶片缩小的细胞学机制。【方法】对平安竹叶片的石蜡切片进行细胞学结构观察,用Gilies方程精确描述叶片外轮廓。【结果】平安竹叶片在长度、宽度、厚度及数目上显著小于其原种矢竹; 但数学建模结果表明平安竹叶片形态与矢竹相似,均可以用Gilies方程精确描述; 进一步解剖学观察发现,平安竹叶片多数细胞外观形态与矢竹类似,但泡状细胞形态极不规则; 量化分析发现其叶表皮细胞在长与宽上均与矢竹类似,但细胞数目明显减少; 纤维细胞相比于矢竹既短且宽。【结论】细胞数目变少及细胞变小是平安竹叶片缩小的细胞学原因。     

毛竹竹秆秆柄形态与解剖学研究

目的 揭示毛竹竹秆秆柄形态学与解剖学特征。方法 利用形态统计学、滑走切片与石蜡切片技术对不同发育时期毛竹秆柄形态与解剖结构进行研究。结果 毛竹成熟笋秆柄长约3.22 cm, 基部、中部与上部直径分别约为1.2、1.4与1.9 cm,平均具有约14个芽鳞片。解剖学分析显示,毛竹秆柄为实心结构,从外到内依次分布有表皮、下皮、皮层、维管组织与基本组织。其中,下皮约7层细胞,皮层约25层细胞,秆柄横切面维管束分布数量约672个。毛竹竹秆秆柄维管束从形态上可分为6种类型,以仅具有单个后生导管的纤维帽闭合式维管束为主,其形态显著不同于毛竹竹秆与竹鞭节间典型的开放式维管束。同时薄壁细胞纵向排列不规则,且无明显的长、短细胞之分。纵切显示,秆柄木质化程度、维管束密度均为底部最高,中部次之,上部最低。对不同初生增粗生长期笋芽秆柄形态与解剖学观察发现,发育后期笋芽秆柄芽鳞片数、长度与直径均与成熟笋秆柄接近;同时发育前期笋芽秆柄已具有与成熟笋秆柄相同的芽鳞片数;但秆柄长度变化从小到大依次为发育前期笋芽<发育中期笋芽<发育后期笋芽。结论 毛竹竹秆秆柄解剖学结构显著不同于竹秆;秆柄基本结构在笋芽的发育前期已分化完成;发育前期至发育后期笋芽秆柄具有一个明显的伸长生长过程。     

毛竹与樟子松木材孔隙结构的比较

【目的】竹木材料孔隙结构特征是影响材料性能的重要因素。通过定量表征与直观观察相结合方式探索竹木材料内部孔隙结构特征。通过对比分析,建立竹木材料内部孔隙结构与组织构造的对应关系,分析竹木材料内部孔隙结构差异,研究孔隙结构对材料性能的影响。【方法】以毛竹和樟子松木材为试验材料,采用压汞法对材料的孔隙率、孔体积、孔径分布、比表面积等参数进行定量测试,分析材料的孔隙结构特征。采用扫描电镜对材料的组织结构(毛竹:导管、筛管、薄壁细胞和纹孔等部位。樟子松:管胞、射线薄壁细胞、纹孔等部位)进行观察,确定各组织结构所构成孔隙的孔径范围。【结果】孔隙率(毛竹47.58%、樟子松67.16%)及汞压入量(毛竹0.633 mL/g、樟子松1.596 mL/g)测试结果表明毛竹内部孔体积显著低于樟子松。总孔面积(毛竹82.04 m²/g、樟子松18.16 m²/g)及中孔孔径(毛竹33.8 nm、樟子松445.0 nm)对比结果表明毛竹中大部分孔隙集中在孔径较小区域(32.4 nm左右),而樟子松木材中孔隙孔径主要集中在226.7、7 082.3 nm左右,造成毛竹孔面积显著高于樟子松木材。结合扫描电镜观察结果可知,毛竹中孔径11.3～100 μm范围内孔隙主要对应导管、基本组织中的薄壁细胞及纤维细胞。而835.0 nm左右孔隙对应基本组织及纤维细胞上纹孔。樟子松木材中孔径20 μm左右孔隙对应樟子松木材管胞; 而7 082.3 nm左右孔隙则对应具缘纹孔的纹孔口和射线薄壁细胞。此外,毛竹和樟子松木材中孔径小于1 μm的孔隙结构(毛竹中32.4 nm左右,樟子松木材中226.7、749.9 nm左右)主要位于具缘纹孔塞缘及细胞壁上。【结论】采用压汞法和扫描电镜观察方法可以实现对毛竹及樟子松木材孔隙结构的表征分析,有助于分析竹木材料性能差异产生的原因。然而,在通过压汞测试材料孔隙结构参数时,受墨水瓶孔效应影响,部分孔径较大的孔隙被认为是小孔,影响测试结果的准确性。因此,后续研究应考虑竹木材料的孔隙形态,从而实现对竹木材料孔隙结构的全面准确表征。     

变温对毛竹种子萌发及幼苗生长的影响

【目的】研究变温对毛竹(Phyllostachys edulis)种子萌发及幼苗生长发育的影响,了解竹类植物种子在不同温度处理下的萌发特性,以及幼苗1~5片叶展叶时的生长发育规律,为竹类植物实生苗研究提供理论依据和实践基础。【方法】采集广西桂林市灵川县大境乡的毛竹种子,在实验室培养箱中育苗,设定7个变温处理[24 h内设置2个不同的昼夜温度(时长为12 h/12 h)组合 ]:29 ℃/15 ℃(T1),28 ℃/16 ℃(T2),27 ℃/17 ℃(T3),26 ℃/18 ℃(T4),25 ℃/19 ℃(T5),24 ℃/20 ℃(T6),23 ℃/21 ℃(T7)和1个恒温处理22 ℃/22 ℃(T8)。每隔12 h详细观测每个变温处理下每粒种子萌发时间、1~5片真叶展叶时间和叶下高,并测量叶片面积、地上部和地下部鲜(干)质量、根系形态、叶表面微形态、气孔长度和气孔密度。【结果】①在不同变温处理下,毛竹种子的萌发率均在50%以上;结合毛竹种子萌发的发芽势,发现T4—T7的种子发芽势高于30%;从T1—T8,毛竹种子的平均萌发时间逐渐缩短。②不同变温处理下的毛竹幼苗从第1片叶到第5片叶展叶时间逐渐延长;T6—T8处理下幼苗展叶时间和展叶数量都相对集中;同一培养处理下的毛竹幼苗从第1片叶至第5片叶的叶下高和展叶面积逐渐增加,温差越大毛竹幼苗叶下高越高;第3片叶后叶片的发育速率趋于稳定;温差越大,毛竹幼苗生物量也越大;根系在T3—T6处理下发育更好。③随着温差减小,毛竹叶片下表皮乳突和表皮毛数量逐渐变多,同一处理下的第1片叶到第5片叶,下表皮的乳突和表皮毛数量也逐渐变多;从T1—T8,毛竹幼苗叶下表皮气孔呈列排布,气孔表观形态虽无显著性差异,但气孔长度和气孔密度总体呈先上升后下降的趋势,气孔密度最高值主要集中在T5。【结论】26 ℃/18 ℃(T4),25 ℃/19 ℃(T5),24 ℃/20 ℃(T6)变温处理更利于促进毛竹种子发芽率和发芽势提高,综合幼苗的叶下高、叶片面积、发育速率、生物量、根系和气孔密度等各项指标,这3个组合变温处理更适宜幼苗总体生长发育。     

硅溶胶浸渍处理对毛竹光老化性能的影响

为研究硅溶胶浸渍处理对毛竹光老化性能的影响,探索利用硅溶胶改善竹材耐光老化性能的可行性,以毛竹为试验材料,采用傅里叶红外分析方法,对硅溶胶浸渍及光老化处理前后毛竹表面化学成分进行分析; 通过色差测试,研究硅溶胶浸渍处理前后毛竹加速光老化条件下的色彩稳定性; 结合扫描电镜及能谱分析,总结硅溶胶处理及光老化处理前后毛竹内部硅溶胶分布情况,并分析其对毛竹光老化性能的影响。研究结果显示:加速光老化后,毛竹在波数1 720、1 594、1 510、1 462及1 035 cm^-1等处吸收峰产生变化,说明毛竹表面的半纤维素及木质素产生了光降解; 而在浸渍硅溶胶后,光老化毛竹化学成分对应位置的吸收峰变化减少,说明硅溶胶对毛竹耐光老化性能有改善效果。色差分析结果同样显示,硅溶胶浸渍处理后毛竹的色差减小,耐光老化性能得到改善。扫描电镜及能谱分析结果显示:硅溶胶浸渍处理后,硅溶胶填充于毛竹细胞腔内,对毛竹内部化学物质起保护作用; 而老化处理后,毛竹内部硅溶胶会产生一定程度的流失。浸渍处理后硅溶胶在毛竹内部主要以物理填充方式分布于细胞腔中,起到对其内部化学物质(纤维素、半纤维素及木质素等)的保护作用,使毛竹光老化后色差减小,耐光老化性能加强。因此,利用硅溶胶改善竹材耐光老化性能具有可行性。     

矢竹地下茎节间生长的解剖学和转录组研究（英文）

【目的】竹鞭是散生竹的主茎,对竹子地下茎的研究对竹子生长发育意义重大。利用多学科方法,综合解析竹子地下茎节间生长的解剖学变化及其转录组特征。【方法】采用形态学观察结合石蜡切片、扫描电镜等方法观察矢竹(Pseudosasa japonica)地下茎生长过程中的形态学变化及解剖结构特征;并利用转录组测序结合生物信息学分析比较不同生长阶段节间转录组特征;差异表达基因利用MapMan软件进行可视化分析。【结果】矢竹地下茎的生长主要由竹鞭前端约14个处于不同生长发育阶段的节间生长引起。解剖学分析进一步表明,长度小于0.4cm的节间细胞具有较强的分裂能力;而1.0 cm长节间主要以细胞伸长生长为主。同时1.0 cm长节间基本组织细胞已具有显著的长、短细胞之分,且其导管细胞、纤维细胞等维管组织细胞较0.4 cm长节间的同类细胞在长度上更长,发育更为成熟。除此之外,相比于0.4 cm长节间,1.0 cm长节间髓组织已明显破裂,并初步形成了髓腔。通过比较0.4 cm长节间与1.0 cm长节间转录组图谱发现,差异表达基因从0.4 cm长节间中以细胞分裂与初生代谢基因表达为主,向1.0 cm长节间中以细胞壁合成、次生代谢基因表达为主进行转变。同时,1.0 cm长节间与细胞程序性死亡相关基因如乙烯信号通路及活性氧爆发相关基因也呈显著上调表达。【结论】矢竹地下茎节间在生长过程中存在一个明显的由细胞分裂为主向细胞伸长生长为主的转变。同时,在节间生长中还伴随一些发育过程的转变,如长、短细胞的发育,髓腔的形成。而这些过程的转变可能与细胞生长及细胞程序性死亡等相关基因的上调表达有关。     

P?schl-Teller Ⅰ势势代数及同谱势研究

【目的】P?schl-Teller Ⅰ势是超对称量子力学中为数不多的满足薛定谔方程并能精确求解的双参数势中的一种。研究精确求解该势的途径,用势代数精确求解它在超对称性完整和破缺条件下的能级;同时构造P?schl-Teller Ⅰ势的同谱势从而增加可精确求解的势数目。【方法】1） 基于超对称量子力学理论,研究了P?schl-Teller Ⅰ势的双参数势代数,应用待定系数法和迭代法得到了势代数描述的形状不变性,当超对称性破缺时,通过两步法调整参数的方式得到势代数形式的形状不变性;2） 通过形状不变性构造出一个新的超势族,使它与原势具有相同的能级,并作出能级图像进行精确对比。【结果】1） 根据势代数计算并得到了超对称性完整时的对应能谱;2） 通过两步法调整参数得到势代数的形状不变性,计算并得到了该势在超对称破缺情况下的能谱;3） 对比图像发现该势族与原势拥有相同能级。【结论】1） 对比采用势代数方法得到的计算结果与用求解薛定谔方程的方法得到的计算结果,发现两者完全一致,由此得出双参数势代数法是求解P?schl-Teller Ⅰ势能级的另一个新途径;2） 势代数法在超对称性破缺情况下仍适用精确求解对应的薛定谔方程;3） P?schl-Teller Ⅰ势的同谱势族可极大丰富可精确求解势的数目。     

平安竹纤维形态变异特征及其成因分析

【目的】阐明矢竹矮秆稳定变异体——平安竹纤维形态学特征并初步阐释其变异机制。【方法】利用石蜡切片及数量统计学方法进行显微观测与数据分析; qRT-PCR分析基因相对表达量; UPLC/GC-MS法测定赤霉素含量。【结果】平安竹竹秆不同部位纤维长度、长宽比及壁腔比显著小于矢竹; 但其宽度与腔径值显著大于矢竹; 而其不同部位纤维壁厚值虽小于矢竹,但差异不显著。平安竹地下茎纤维在长度、长宽比、壁厚及壁腔比上显著小于矢竹,但其宽度与腔径值则显著大于矢竹。形态解剖学分析显示,平安竹地下茎纤维细胞形态变异出现于节间活跃生长阶段。赤霉素及细胞壁与细胞骨架相关基因表达量分析结果表明,赤霉素信号途径在平安竹节间生长起始阶段即受到抑制; 而其细胞壁与细胞骨架相关下游功能基因则在其伸长早期与活跃阶段显著低于矢竹; 赤霉素含量分析也证实各赤霉素含量早在平安竹节间伸长起始阶段就低于矢竹。【结论】赤霉素信号途径受抑导致其下游细胞壁与细胞骨架组织相关基因下调是最终导致平安竹纤维细胞生长异常的原因之一。     

6个竹种竹叶的解剖形态观察与三维构建

【目的】比较6个观赏彩叶竹种/品种叶片结构差异,了解竹类植物叶片内部解剖结构的立体图像,构建6个竹种/品种叶片三维形态结构图。【方法】以‘七彩红竹’、靓竹、菲白竹、锦竹、‘黄条金刚竹’、花叶唐竹6个彩叶竹种/品种为材料,利用石蜡切片方法,制作叶片的3个切面(垂直于中脉的横切面、平行于中脉的纵切面、平行于叶表皮的平切面),通过光学显微镜成像系统对6个竹种/品种叶片各切面解剖结构进行观察和数据测量,并通过Photoshop拼构6个竹种/品种的叶片三维结构示意图。【结果】6个竹种/品种叶片表皮系统结构相似,泡状细胞多为2~5列交错排列,上表皮脉区短细胞集中分布;叶片基本组织系统细胞构成差异显著,叶肉细胞排列紧密有规律,不同竹种叶片叶肉细胞层数、细胞大小各不相同;梭型细胞为凋亡和具生活力两种形态,‘七彩红竹’叶片内梭型细胞全部凋亡,菲白竹、锦竹、花叶唐竹叶片内梭型细胞多数凋亡,靓竹、‘黄条金刚竹’叶片内梭型细胞极少凋亡;各竹种/品种维管系统由主脉、一级脉、二级脉和小横脉构成。【结论】6个竹种/品种叶片三维结构图的建立有助于更好地了解竹叶内部结构,并为竹子系统演化以及分类提供一定的借鉴。     

木竹的花器官形态与解剖结构研究

【目的】竹类植物极少开花。以箣竹属竹种木竹(Bambusa rutila)的花器官为研究对象,对木竹的花器官形态以及解剖结构特征进行系统的观察与描述,为竹类植物的分类学及生殖生物学研究提供新的理论信息。【方法】选择木竹不同发育阶段的小穗和小花为实验材料,采用外观形态观察结合石蜡制片的方法,对小穗与小花进行解剖结构观察,研究木竹花器官各部分的形态与解剖发育过程。【结果】木竹结实率极低。成熟小穗均长4.756 cm,宽4.0~5.0 mm。小穗顶生或腋生,每个小穗约含5~12朵小花,基部小花先开放,开花顺序由形态学的下端向上端依次开花,顶端的小花通常败育,小穗基部具潜伏芽。完整小花包括外稃1枚、内稃1枚、浆片3枚,雄蕊6枚和雌蕊1枚构成,成熟的小穗苞片与外稃尖端呈紫红色。木竹的小花为开放型小花,属于雌雄异位、雌雄同熟型。开放时花丝伸长,花药悬垂于小穗外,成熟的花药长6.0~6.5 mm,异花授粉。浆片呈卵圆形,半透明状上部具流苏状纤毛,偏紫红色,大小接近。雌蕊子房具棱,长2.5~3.0 mm,上部具绒毛,花柱短,柱头长,羽毛状3分枝柱头,呈紫红色。花药在进入减数分裂前的阶段发育同步,但减数分裂并不同步,出现二分体和四分体共存于同一花药室的情况。木竹的小孢子母细胞减数分裂过程中,四分体的排列方式为左右对称型,分裂方式为连续型。次生造孢细胞阶段,花药壁由外到内依次为表皮、药室内壁、中层和绒毡层,各由1层细胞组成,细胞质浓厚,细胞核显著,部分绒毡层细胞具有双核现象。次生造孢细胞时期,细胞排列紧密,细胞质浓厚,细胞核较大,核仁显著。造孢组织细胞发生游离,进入小孢子母细胞时期,花药壁中层细胞消失,药室空间增大。花药成熟后,花药壁仅有表皮和纤维层,绒毡层退化。成熟花粉粒为2细胞型。雄蕊的败育包括两种类型,第1种类型花药壁发育异常,第2种类型花粉粒发育异常。子房1室,双珠被,倒生胚珠,侧膜胎座,胚囊发育正常。【结论】木竹小穗属于混合花序,木竹花药很容易见到花粉粒败育,子房虽然发育正常,但多数都未受精,这可能是导致木竹结实率低的主要原因。