发育生物学的研究进展范文

导语：如何才能写好一篇发育生物学的研究进展，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】身心发展 体育舞蹈 舞蹈教学

身体的表现结合了肉体和精神两方面，而身体其实也是人们情感的表达工具。在大学校体育教学实践中，通过开设体育舞蹈、健美操等课程，来突出大学生的形体美和韵律美，有助于学生增强自信抒感，以达到身心和谐发展的教学目的，本文就体育舞蹈教学促进大学生身心发展进行以下探讨。

1 观察对象与方法

1.1观察对象

本文从1所综合类师范院校，1所理工科类大学选取400名学生为观察对象，对其进行连续3学期的随访。

1.2方法

1.2.1资料查阅法 查阅中国期刊数据库、相关身体运动及体育舞蹈图书、身心健康方面相关文献。

1.2.2试验法 应用电子肺活量计、测试注意力稳定性的软件

1.2.3调查法 使用身心健康调查表和自制调查问卷，其中自制问卷调查项目包括：学生对体育舞蹈的兴趣、学习体育舞蹈原因、对体育舞蹈教学评价

1.3数据处理 Spss.18和Excel软件对相关数据进行处理，通过T检验进行数理统计。

2 结果

2.1体育舞蹈教学现状

2.1.1学生对体育舞蹈的兴趣

从调查结果显示：400名大学生中有68名对体育舞蹈非常感兴趣，占调查人数的17%;229名大学生对体育舞蹈基本感兴趣，占调查人数的57.25%;在调查的400例大学生中感兴趣比例为74.25%;另有103名大学生对体育舞蹈不感兴趣;占调查人数的25.75%;同时调查结果还显示：女生对体育舞蹈感兴趣的人数多于男生，

2.1.2学习体育舞蹈的原因

大学生学习体育舞蹈原因包括：有意识和无意识2种。从问卷调查反馈信息来看，排名靠前的3个原因包括：促进身心健康发展（人数为196名、占比49%），有利于人际交往（人数为152名、占比38%）、提高综合素质（52名、占比13%）。从以上调查数据可知，大学生接受体育舞蹈教学的原因比较正面。

2.1.3学生对体育舞蹈教学的评价

从问卷调查中可知，学生对教师体育舞蹈教学中专业技能比较满意人数有230名，占比为57.5%，而学生对教师教学态度表示满意人数达到了316名，占比为79%;另外据调查可知学生对教学体育舞蹈教学组织能力满意度调查，有252名同学表示满意，学生对体育舞蹈教师组织能力满意度为62.5%;由此可见学生对体育舞蹈教学总体评价还是比较高。

2.2体育舞蹈教学对学生生理健康的影响作用

体育舞蹈教学对心肺功能的影响作用，可通过电子肺活量计进行测量，以了解大学生在参加体育舞蹈锻炼后，肺活量和心率发生的变化情况。调查结果显示：（2795.42±331.03ml），与参与体育舞蹈锻炼前的（1796.34±362.31ml）有了明显改善（p

2.2.1体育舞蹈教学能促进学生注意力提高

体育舞蹈教学具有较强的排他功能，能够在较短时间吸引学生注意力。通过应用注意力稳定性测试软件，从上述参与调查对象中选取了60例学生进行检测，调查结果显示，形体锻炼能起到促进大学生注意力的稳定作用。参与体育舞蹈锻炼前因子得分值：9.56～13.95，通过体育舞蹈课程中的形体训练，有效提高了大学生注意力的稳定性，避免了由于睡眠时间少、心理压力因素、以及焦虑和抑郁情绪的潜在影响，使得学生注意力更为集中了，其中上述60例观察对象中注意力稳定性因子得分16分以上的占多数，最高分值达到了24分只有2名是10分以下。可见，体育舞蹈教学增强了学生注意力，并对其注意力稳定性有明显提升作用。在体育舞蹈教学实践中，教师结合瑜伽锻炼的方式，让学生将呼吸、姿势和冥想结合起来锻炼，指导学生呼吸练习时，应将注意力投射进呼吸整个过程，让学生在特定心理状态下，提高自身注意力，通过体能训练和形体训练等，大学生注意力的稳定性得到了明显提升[2]。

2.2.2体育舞蹈教学对大学生心理健康的影响

通过调查问卷来了解心理健康发展，所调查项目包括：

躯体化、强迫征象、人际关系敏感度、抑郁状况、焦虑状况、敌对情绪、恐怖心理、偏执心理、精神病性9项，从调查数据来看实施体育舞蹈教学前后，上述9项调查项目中，学生均有较大程度改善[3]。由此可见，体育舞蹈教学对学生身心具有明显促进作用，同时学生之间关系更协调了，通过形态教学不仅活跃了教学气氛，还缓解了人际关系敏感度，改善了大学生强迫症，通过体育舞蹈锻炼学生在跳舞过程中，增加了与舞伴的协调，增进了同学之间的了解同时，还培养了学生与人合作的习惯[4]。

3 体育舞蹈教学对大学生身心发展的影响

3.1体育舞蹈教学在实践中的应用

体育舞蹈教学通过教学比赛，教师专业技能进修等提高教学师资力量，运用多种方法促进体育舞蹈教师业务水平的提高，以推动体育舞蹈教学质量的不断增值。同时还应做好体育舞蹈 教学的宣传工作，定期举办观摩比赛为学生提供展示自我的平台，这将有利于帮助学生建立自信，提高大学生与人合作的能力。另外，体育舞蹈教学还应增加资金投入，从性能方面改进教学设备，并完善体育舞蹈教学场地，便于体育舞蹈教学能顺利开展。

3.2体育舞蹈教学具有促进大学生身心健康的影响作用

体育舞蹈课程促进了大学生身心发展，在生理方面体育舞蹈锻炼中的蹲、跳、转体等运动动作，增强了人体呼吸肌力量，使大学生胸廓活动量增加，改善了其呼吸方式并促进了身体技能水平提高。在体育舞蹈教学实践中，学生将呼吸、姿势和冥想结合，在特定心理状态下，不仅通过体育舞蹈锻炼提高了自身注意力，还促进自身注意力的稳定性得到了明显提升[5]。在心理健康方面，体育舞蹈教学让学生之间关系更和谐了，这不仅活跃了教学气氛，还缓解了人际关系敏感度，培养了同学与人合作的习惯。所以说，体育舞蹈教学能够促进大学生身心发展，作为程度中等的有氧运动，体育舞蹈不仅提高了提高大学生心肺功能，还使得参与调查的大学生达到了减脂、减肥的目的。同时体育舞蹈锻炼使得大学生肺活量明显提高，缓解了学生身心疲劳和心理压力。

结论

综上，体育舞蹈教学促进了大学生身心健康发展，教师在教师实践中，通过结合体育舞蹈锻炼各项目特点，以及学生的具体情况，来实行针对性较强的干预训练，使得大学生身心两方面均有明显促进作用。同时还应看到对大学生身心健康发展的促进作用，需要在较长时间内锻炼才能达到上述效果，文中用了3个学期时间对大学生进行观察，以观察大学生通过体育舞蹈教学对其身体的影响作用，另外体育舞蹈课对学生社会性发展也有促进作用，能够促进学生与人合作能力的提高。

【参考文献】

[1]姜金伟，姚梅林.学业自我概念对技工学生学校投入的影响：群体内部认同的中介作用[J].心理发展与教育，2011，6（1）：59.

[2]姜桂萍，李青，纪仲秋.等. 身体表现类运动对大学生身心健康发展的促进研究[J].北京师范大学学报，2013，49（1）：99.

[3]吴绪敏. “阳光体育”背景下山东省高校体育舞蹈教学开展现状与对策研究[J].山东体育学院学报，2011，27（3）：86-90.

篇2

【关键词】苔藓植物；分子生物学；DNA序列

苔藓是目前存在于地球表面较为低等的一种植物且分布广泛，被人们所认识的苔藓植物约有2万多种[1]。苔藓植物作为一种耐干旱盐碱胁迫的植物常常被用来荒漠治理中的先锋植物[2]，随着科学技术的日益发展，分子生物学技术也逐渐发展到苔藓植物的研究中。但是由于苔藓不像其他植物试验样品容易且可持续获得，对苔藓植物分类学的研究一直处于形态学方面，在分子及生理生化角度来研究苔藓植物的进展则较为缓慢[3，4]。关于苔藓植物分子生物学的研究主要集中在分子系统学、分子遗传、物种的分类鉴定以及资源的拓展及创新方面。

1.苔藓植物分子系统学的研究

苔藓植物的起源和演化在植物界中一直存在着一定的争议，特别是传统分类学在苔藓植物上的界定[5]，分子系统学的逐步发展成为苔藓分类新的道路。常用在苔藓分子系统上的研究手段主要有：随机扩增多态性DNA（RAPD）、限制性片段长度多态性（RFLP）、扩增片段长度多态性（AFLP）、序列特征扩增区域（SCAR）、微卫星（SSR）、DNA序列测定以及同工酶分析技术[6]。苔藓植物在分子水平上进行系统的研究起始于90年代初，对于植物分子系统学水平的研究大多起始于植物DNA序列，而苔藓植物在当时缺少DNA序列的研究[7，8]。直到1995年以后，关于苔藓植物分子DNA序列发展至1000个，包含250个类别[9]。

苔藓植物DNA探索是从叶绿体基因组、线粒体基因组以及核糖体基因组开始进行的。叶绿体基因组中，已经较成熟运用的基因片段为rbcL、trnL-F、rps4、trnL-trnF等，nad5、nad1、trnS和18S、ITS2等分别为线粒体和核糖体基因片段较为常用检测基因[10]。1999年，Beckert对苔藓植物门进行了大系统进化的分析，分析了47种苔藓植物中nad5基因内含子，研究结果支持将Hypnanae与Dictananae亚纲重组[11]。2009年，Miwa在蛇苔属（Conocephalum）对于环境的适应并且随之进化能力的研究中，将小蛇苔（Conocephalum japonicum （Thumb.） Grolle）样本中的rbcL基因扩增并测序，比对后结合其他结论，说明了小蛇苔中发现了三种不同类型的rbcL基因，认为可将其作为系统进化和物种鉴定的重要手段[12]。2010年，Kathrin Feldberg通过对rbcL， psbA， trnL-trnF region， atpB-rbcL spacer， nrITS1-5.8S-ITS2标记基因在108个隐葫苔科新增成员的分析研究，研究结果支持将隐葫苔科分为Adelanthoideae 和Jamesonielloideae两个亚科，亚科Adelanthoideae包括Adelanthus属、Pseudomarsupidium属、及Wettsteinia属，然而分子数据并不支持现代形态学体系对于Jamesonielloideae的划分，基于分子系统进化结果分析，Feldberg提出了Jamesonielloideae包括了在五个主要的进化枝中具有代表性的Anomacaulis属、Cryptochila属、Cuspidatula属、Jamesoniella属和Syzygiella属[13]。细鳞苔科（Lejeuneaceae）是苔类植物中的大科，它囊括了约90属，1000余种，Wilson利用134个细鳞苔科样品中的四种标记基因rbcL、psbA、源自cpDNA的trnL-trnF以及nrITS，运用最大似然贝叶斯分析法（即最大简约法）进行分析，分析数据支持将细鳞苔科分为两个亚科Ptychanthoideae亚科和Lejeuneoidea e亚科，而把Lejeuneoideae亚科又分为Lejeuneeae属、Brachiolejeuneeae属和Symbiezidium属，然而根据形态分类并不符合以上Lejeuneoideae的分类，故需要更多实验进一步验证[14]。

2.苔藓植物分子遗传学多样性的研究

对于苔藓植物遗传多样性的研究从开始的形态学水平到细胞学水平，逐渐发展到现在的分子水平。分子水平研究遗传多样性分为生化和DNA水平，生化水平多使用酶学研究方法，利用同工酶或者等位酶方法。近年来，分子水平上对于苔藓植物遗传研究一般运用分子标记法，常用手段包括RAPD、SSR、AFLP、SRAP等。张安世等对11种苔藓植物的亲缘关系做了RAPD和SRAP的分析，结果显示RAPD多态性比率为100%，SRAP多态性比率为96.9%，对数据进行Average Linkage法建立聚类树状图分析表示，两种方式均可将11种苔藓分为3类且牛角藓单独一类，与形态学分类一致，但是在3类中具体划分归属科以上单位RAPD、SRAP和形态学分类存在差异，此外，RAPD与SRAP在对大叶凤尾藓和小牛舌藓全缘亚种的划分上也存在差异[15]。墙藓（Tortula muralis）是一个世界性分布的苔藓种类，Werner依据对49个墙藓新成员中叶绿体rps4基因序列数据分析后，表示18.53%序列符合区域间差异，81.43%认为是区域内差异，只有在日本区域内采集样本完全区别于其他区域，通过生物地理学系统发生分析表明，墙藓可能是一个并系，不确定的是墙藓中不同的进化枝是继续进化还是一个隐藏物种的典例[16].李晶采取20种东北地区的藓类植物对其进行RAPD分析，遗传多态性约占96.34%，同时利用数据分析建立UPGMA聚类图，结果显示遗传相似性系数为0.27可将样品分为泥炭藓类和真藓类；遗传相似性系数为0.42则可将样品分为四类，而聚类图的分类情况与苔藓植物经典分类系统表示结果一致[17].2002年，Skotnicki对黄瓜丝藓（Pohlia nutans）中核糖体RNA18S-26S ITS进行RAPD研究，研究结果表示黄瓜丝藓像梨蒴曲柄藓（Campylopus pyriformis）一样，表现出低遗传多样性[18]。魏海英等对采用邻接法和最大似然法对中国羽藓科12属25种植物rbcL和rps4建立了系统树，并结合DNA序列分析和形态学特征分析支持将牛舌藓科独立成科，山羽藓属归为羽藓亚科，不支持沼羽藓亚科独立成科[19]。

3. DNA条形码技术在苔藓植物物种鉴定的应用

苔藓植物分子水平的物种鉴定主要应用DNA条形码技术。DNA条形码技术主要是从样本材料基因组DNA中扩增适合的目的基因并且基因片段纯化后进行测序，提交到Genbank方便物种的鉴定和分类[20].本项技术在动物中已经得以使用并获得成效，少数高等植物中也有了一定的研究进展，而在苔藓植物鉴定中还需要大量实验工作。

DNA条形码中需要确定一个通用片段作为鉴定探针。动物的CO1已经较为成熟应用[21-22]，而在苔藓植物中，rbcL、rpoC1、rps4、trnH-psbA、trnL-trnF有很强的特异性且易获得，而被认为可以应用的苔藓植物DNA条形码[23-25]，但是在近年来对上述基因片段的遗传分辨率以及在鉴别亲缘关系较近的苔藓物种之间有一定的争论。其中的rpoC1基因，在植物物种鉴别中效率较低，而由Hollingsworth[26]在2009年发表的文章中表示，rpoC1基因进化速度较快，可以作为陆生植物的DNA条形码，在科级水平的鉴别中有很好的表现。

DNA条形码技术作为新兴物种鉴别技术，优势很明显，虽然已经在大部分苔藓植物基因中得以应用，但是因为缺乏亲缘关系较近的样本的鉴定和研究，所以在物种鉴别时用于亲缘关系近的样品的应用就有一定的误差。今后对于物种鉴别研究中，可致力于DNA条形码技术在近亲物种鉴别的研究和改进中。

4.总结

苔藓植物对环境有很强的适应性，耐旱抗寒，我国苔藓植物物种丰富，以上条件为我们更好的研究苔藓植物的系统发育及演化，以及遗传鉴定提供了基础，但是我国苔藓分子水平研究起步较晚，在这方面的研究与国外相比还较为落后。我们需要发展壮大苔藓植物分子研究的队伍，把更多分子手段运用到苔藓植物系统、遗传以及鉴定，有很大的发展空间，将会有更多可利用的研究价值。

参考文献：

[1]宋秀珍，李翠兰，李艳红.苔藓植物的分子生物学研究.生物学通报，2004，39（7）：1-3.

[2]TROITSKY.AV，IGNATOV.MS，BOBROVA.VK，et al . Contribution of genosystematic to current concepts of phylogeny and classification of bryophytes. Biochemistry，2007，72（12）：1368-1376.

[3]施定基.苔藓植物的生理生化，苔藓植物生物学，吴鹏程主编.北京：科学出版社，1998，102-122.

[4]施定基.苔藓植物的分子生物学，苔藓植物生物学，吴鹏程主编.北京：科学出版社， 1998， 122 -130.

[5]勃，吴玉环.DNA测序在苔藓植物系统学研究中的应用.贵州师范大学学报，2010，28（4）：41-45.

[6]侯义龙，曹同.苔藓植物与分子生物学标记技术，生态学杂志，2005，24（1）：83-87.

[7]Rippka R.， Deruelles J.，Waterbury J.B.Herdman M.et Stanier R.Y.，Genetic assignments，strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria.Journ.General Microbiol，1979，111：1-61.

[8]汪小全，洪德元.分子系统学研究进展.植物科学研究进展，李承森主编.北京：高等教育出版社，1998，16-30.

[9]施定基，冉亮，宁叶，邵宁，等.苔藓分子生物学的一些进展.贵州科学，2001，19（4）：1-5.

[10]尹倩平，于晶.国外苔藓植物分子系统学研究新进展.生物技术，2011，2：17-20.

[11]Beckert S， Steinhauser S， Muhle H， et al. A molecular phylogeny of bryophytes based on nucleotide sequences of the mitochondrial nad5 gene. Plant Systematics and Evolution，1999，218：179-192.

[12]Miwa H， Odrzykoski IJ， Matsui A， et al. Adaptive evolution of rbcL in Conocephalum （Hepatice，bryophytes）. Gene，2009，441：169-175.

[13] Kathrin Feldberg，Jirˇi Vanˇa，David G. Long，et al. A phylogeny of Adelanthaceae （Jungermanniales， Marchantiophyta） based on nuclear and chloroplast DNA markers， with comments on classification，cryptic speciation and biogeography. Molecular Phylogenetics and Evolution，2010，55：293-304.

[14] Rosemary Wilson，S. Robbert Gradstein，Harald Schneider，et al. Unravelling the phylogeny of Lejeuneaceae （Jungermanniopsida）：Evidence for four main lineages.Molecular Phylogenetics and Evolution，2007，43：270-282.

[15]张世安，张为民，邢智峰，等.RAPD和SRAP标记技术在苔藓植物亲缘关系研究中的比较分析.中国农学通报，2010，26（3）：32-36.

[16] Werner O， Guerra J.Molecular Phylogeography of the Moss Tortula muralis Hedw. （Pottiaceae） Based on Chloroplast rps4 Gene Sequence Data.Plant Biol，2004，6（2）：147-157.

[17]李晶，沙伟.东北地区部分大型藓类植物遗传多样性的RAPD研究.植物研究.2008，28（6）：689-692.

[18] Skotnicki M.L. Bargagli R. Ninham J.A. Genetic diversity in the moss Pohlia nutans on geothermal ground of Mount Rittmann， Victoria Land， Antarctica. Polar Biol， 2002，25： 771-777.

[19]魏海英.中国羽藓科（Thuidiaceae）系统发育研究——基于形态和rbcL、rps4基因序列数据.南京林业大学.2005，6.

[20] 陈娟，张安世， 苔藓植物DNA 条形码的研究进展. 安徽农业科学， 2012，40（5）：2561-2565.

[21] Hajibabaei M， Singer G A， Hebert P D， et al. DNA barcoding： how it complements taxonomy， molecular phylogenetics and population genetics. Trends in Genetics，2007，23（4）：167-172.

[22] Hebert P D， Ratnasingham S， Waard J R， et al.Barcoding animal life：cytochrome coxidase subunit divergences among closely related species. Proc Roy Soc B-Biol Sci，2003，27（S1）： 96-99.

[23] Newmaster S G，Fazeka S A J，Ragupathy S.DNA barcoding in the land plants：evaluation of rbcL in a multigene tiered approach.Canadian Journal of Botany，2006，84： 335-341.

[24] Kress W J，Erickson D L.A two-locus global DNA barcode for land plants： the coding rbcL gene complements the noncoding trnH-psbA spacer region.PLoS ONE，2007，2（ 6） ：508.

[25] FazekaS A J，BurgessS K S，KESANAKURTI P R，et al. Multiple multilocus DNA barcodes from the plastid genome discriminate plant species equally well.PLoS ONE，2008，3（ 7）：2802.

[26] Hollingsworth M L，Clarka A，Forrest L L，et al. Selecting barcoding loci for plants：evaluation of seven candidate loci with species level sampling in three divergent groups of land plants. Molecular Ecology Resources，2009，9：439-457.

作者简介：

篇3

动物形态的多样性造就了丰富多彩的动物世界.脊椎动物附肢形态的发生一直以来是研究物种形态进化发育的典型例子.脊椎动物的附肢在漫长的进化历程中发生了多次重大的改变,这大大提高了脊椎动物的适应性.另外,在由水生鳍向陆生足演化以及四足动物形态各异的四肢发育过程中,涉及很多与发育相关的基因和调控通路.本文结合发育生物学和遗传学的证据,综述了近年来对脊椎动物四肢发育及进化机制的相关研究,强调了基因的时空差异表达及调控是造成生物形态适应性进化的主要驱动力.

关键词：

脊椎动物；附肢发育；附肢进化；适应性进化；信号通路

脊椎动物在由水生到陆生的进化过程中,其赖以运动的附肢经历了由成对的鳍向四肢的变化,再由四肢到翅膀的演变,甚至是丧失了四肢(如蛇和鲸)的演变等一系列过程.这一复杂的四肢演变过程使脊椎动物能很好地适应水、陆、空三大生态位.所以,从骨骼发育和进化起源来看四足动物的前后肢与鱼的胸鳍和腹鳍是同源的,但在功能上却发生了适应性辐射进化[1],这种同源却不同功能的例子还有同属哺乳类的蝙蝠的翼手和人的手.于是,关于脊椎动物四肢是如何进化和发育的问题一直被人们所关注.从20世纪末开始,人们对进化过程中形态的改变和发育过程之间的联系甚是感兴趣[2].而脊椎动物的四肢是研究发育过程中形态发生以及它们最早是如何从软骨鱼类进化而来的良好模型[3].近年来,比较发育生物学、比较基因组学以及转录组数据分析的研究兴起,可以通过对比同源发育基因在不同物种之间的差异表达模式,以及相关信号通路上的基因差异表达来揭示脊椎动物四肢进化发育的分子机制[4,5].本文结合发育生物学和分子生物学研究进展,一方面阐述了脊椎动物四肢从侧芽到有功能四肢的发育过程,是由相同的发育模式和基因信号途径调控的;另一方面通过分析脊椎动物在四肢进化过程中发生一系列形态转变的成因,表明最终发育为不同形态和功能的四肢则是由发育相关基因的差异表达所致.进一步强调了多学科的交叉研究以及更多不同物种的基因组和转录组的解析,是将来对非模式生物的形态发育及进化的研究趋势.

1脊椎动物附肢发育的研究进展

脊椎动物的附肢在形态和功能上表现出系统多样性:强健的四肢行走奔跑于陆地山野间、矫健的翅膀飞行穿梭于天宇丛林间、灵动的鱼鳍畅游河流海洋间.但是附肢发育的基本形态发育模式是保守一致的,主要可分为近远轴(proximal-distal,肱骨到掌骨),前后轴(anterior-posterior,拇指到小指)和背腹轴(dorsal-ventral,手背和手心)[6,7],见图1(a).附肢的发育都是由侧板中胚层的侧芽发生开始[8,9],具体表现为:侧板中胚层细胞增殖形成侧肢芽,随后外胚层细胞沿着肢芽边缘形成顶外胚脊(apicalectodermalridge,AER);AER分泌纤维生长因子(Fgfs)到间充质细胞,使肢芽进一步生长[10],最后从3个轴发育成不同形态的附肢.因此,调控附肢发育的分子机制也是保守的,主要涉及Fgfs,Wnts,Shh,RA和Bmps等信号通路.这些通路主要是与软骨增生和分化的调节有关[11].

1.1Fgfs,Wnts信号通路调控附肢侧芽的发生

侧芽的发生主要涉及T-box转录因子Tbx5和Tbx4以及纤维生长因子Fgfs8和Fgfs10正确表达在侧板中胚层,产生附肢芽.在敲除Tbx5的小鼠中,其前肢芽无法形成[12],同样在鸡胚中抑制Tbx5和Tbx4的表达,则会形成无附肢的鸡胚[13].另外,在肢芽形成时如果FGF8没有活性,那么形成的肢芽会很小[10],而FGF10在斑马鱼的胸鳍和鸡的前肢肢芽形成中维持了Tbx5的表达[14].而这些影响附肢芽形成的基因的正确表达主要由Fgfs,Wnts信号通路调控,详情见图1(b).

1.2RA,Fgfs信号通路调控附肢近远轴的发育

附肢前后轴包括近肢体端的肱骨,中段的桡骨和尺骨以及远端的掌骨和指骨.那么在发育过程中生物个体如何控制从肱骨向指骨的发育转变?四肢的形成主要经历了软骨细胞增生、凋亡和骨节生成的阶段[1,8].在此过程中,Bmp和Sox9影响软骨细胞增殖与富集,如果形成的软骨细胞较少,发育形成的四肢则较短[8].Wnts信号通路是细胞增殖所必需的,并且负调控软骨生成[15].近远轴的三段骨节的形成主要是由RA/FGF的表达比例决定的.随着RA和FGF表达的比例下降,附肢倾向于由肱骨向桡骨和尺骨转变;随后在较低的RA/FGF的比例下,HoxA13基因被激活,形成掌骨和尺骨[3,16],见图1(c).因此,脊椎动物的附肢从肱骨到指骨的近远轴的发育是由多条信号通路相互调节决定的.

1.3Shh,Bmps信号通路调控附肢前后轴的发育

脊椎动物前后轴的确定源于肢芽形成时,Shh在肢芽后侧区域特异表达[17],而Sox9,Gli3和Hand2是确保Shh正确表达于肢芽后侧的关键基因[18,19],见图1(d).Gli3于肢芽前侧表达,而Hand2表达在肢芽后侧[18],二者相互抑制呈现出表达的极性.研究表明,Gli3是Shh的抑制因子,对指骨的特化和数目起决定性作用,当Gli3被抑制后,小鼠则出现严重的多趾现象[20].此外,Bmp信号通路中Sox9和Bmpr1b的表达,使得软骨凝聚,形成指骨,最后GDF5介导指节形成[21].而且基因在正确的发育时期的正确表达是附肢正常发育的前提,如:Bmp4在发育早期失活,则肢芽停止生长无法形成指节;若在后期失活,则会出现多指(趾)现象[22].这表明,Shh和Bmp信号通路的正确调控是脊椎动物形成正常前后轴附肢的重要因素.

1.4Wnts信号通路调控附肢背腹轴的发育

脊椎动物附肢的背腹之分主要表现为四肢远端指头背部有指甲结构而腹部则有较多的分泌腺分布.这种结构上的差异主要是由上皮细胞和间质细胞之间相互作用的结果[23].从分子层面上来看,主要是由于Wnts信号通路调控了基因的背腹极性表达,产生了附肢的背腹轴.附肢芽的背轴外胚层表达WNT-7a,进而调控lmx1b表达于背轴;在腹轴肢芽外胚层中则表达EN-1(由engrailed-1编码表达),而且EN-1负调控WNT-7a的表达[23],见图1(e).在小鼠中,wnt-7a和lmx1b的敲除,都能导致背轴组织结构向腹轴结构转化[23,24];同样地,在engrailed-1功能散失的小鼠中,四肢的腹轴组织结构向背轴组织结构转化[25].因此,wnt-7a信号通路的表达调控是附肢背腹轴的正确分化的决定性因素.

2脊椎动物四肢进化的研究进展

在探讨了脊椎动物的附肢是如何发育之后,那么相应的问题油然而生:脊椎动物不同形态的附肢是如何进化而来的呢?它们进化的分子机制又是什么?我们主要从对称鳍向四肢的演化和为适应不同环境四足动物演化出不同形态的四肢两个方面来剖析脊椎动物四肢进化的分子机制.

2.1基因的时空表达差异与对称侧鳍向四肢的演化

约在3亿6千万年前(360millionyears)[8],脊椎动物的祖先离开水面进化出了适应陆生生存的四肢,四肢最早源于硬骨鱼的两侧对称鳍,而对称鳍则是由中部背鳍(如七鳃鳗)演化而来[26].在对称鳍的出现到向四肢演变过程中主要是由T-box基因、Hox基因和Shh在侧芽不同部位的差异表达所致.在上文提及附肢侧芽形成中也提到T-box基因对前后肢侧芽的形成起到关键作用.研究表明,在小鼠和斑马鱼胚胎中,Tbx5和Tbx4分别表达于形成前后肢的侧板中胚层中[12,27].而文昌鱼和七鳃鳗虽然都有Tbx5/4,但是在胚胎时期仅表达于背部中胚层而非侧板中胚层,这与文昌鱼和七鳃鳗只有背鳍而无侧鳍的发育模式是一致的[28].同样地,通过原位杂交比较发现,Hoxd基因在软骨鱼类(如catshark)中和四足动物中有相同的时间表达模式:在肢芽发育早期阶段(PhaseⅠ),Hox9表达于近端;而在后期(PhaseⅡ),Hox10-Hox13沿着远端边缘表达,表明Hox基因在附肢芽发育的时间表达模式是保守的,因此,Hox基因成员在特定发育时间的特定表达是附肢正常发育的基础.但是其在软骨鱼类肢芽上的表达区域要局限得多[29],导致四足动物四肢近远轴的形成.这种基因的表达差异也存在于硬骨鱼类和四足动物中,如HoxA11和HoxA13分别表达于四足动物四肢的近远轴,但在斑马鱼的鳍芽中没有类似的表达极性,而表现出重叠表达[30],因此鱼鳍没有明显的近远轴区别.另外,脊椎动物的四肢从鳍进化而来以后,在形态上的一大区别就是鱼鳍无明显的前后轴之分.鳍的内部骨骼都是在同一平面上排列且骨骼较多,而陆生四足动物则有明显的指骨骨骼分化,见图1(a).Shh信号通路在四肢前后轴形成的过程中起关键作用[31].在非模式生物猫鲨(catshark)的研究中,对培养中的卵进行前后轴相关基因的原位杂交发现:Shh信号通路上的2个标志性基因Ptch1和Hand2在鳍的前后端都有表达[32],因此猫鲨的鳍几乎没有前后端的分化;而在四足动物中Ptch1和Hand2仅表达于后端[7](图1(d)),基因的这种区域性表达形成了四肢的前后轴发育模式.另外,基因在不同发育时期的表达及表达时间的长短也影响着附肢的形态发育.如小鼠的第三到第五指骨的发育取决于SHH表达的量和表达时间的长短,其第五指骨的形成需要SHH表达的时间最长[33].同样地,在鸡胚的不同发育时期抑制SHH的表达所生成的指骨数是不一样的[34].因此,T-box,Hox和Shh基因在时空上的差异表达可能与硬骨鱼类对称鳍的发生有关,同时也是对称侧鳍向陆生脊椎动物的四肢演变的重要因素.

2.2基因的表达水平差异与四肢的适应性辐射

演化陆生脊椎动物的四肢形态多样性呈现出适应性进化:手、脚、爪子、翅膀,甚至是四肢退化等不同形态.主要差异在于指骨的数目及指节长短的差异,在进化中这些差异的形成离不开对四肢发育起重要调控作用的信号通路及其基因.首先我们关注的是与指骨形成密切相关的Shh信号通路.在没有四肢的爬行类(如:蛇)和两栖类(如:蚓螈)中,Shh的增强子序列功能发生了退化[35];同样的由于Shh的信号调控使得鸡和鸟类的翅膀仅有3个指骨[34].除了两爬类和鸟类,Shh信号通路对四肢发育的调控也见于哺乳动物中:比起小鼠,在仅有两个指骨的猪和牛中,Ptch1在肢芽的后端表达量较低[36];而且海豚的后肢退化也是转录因子Hand2和Shh在后肢芽上无表达的结果[37].在哺乳动物中除了海豚和鲸类,四肢特化比较明显的要数蝙蝠,而且近年来对蝙蝠四肢的进化发育研究也很多.以下就以蝙蝠为例,探讨基因表达水平的差异如何调控脊椎动物的四肢形态进化.在现存的蝙蝠中,不同物种间的翅膀形态各异.无论是从翅膀的外部形态(翼尖形态、纵横比大小)还是从内部骨骼连接(有无指节)来看,都有着明显的差异,而这些差异可能与其不同的飞行环境和捕食策略有关[38,39].就形态而言,现生蝙蝠前肢的第Ⅰ和Ⅱ指节较短,第Ⅲ,Ⅳ及Ⅴ指节较长[40],而且指间的组织并没有凋亡脱落,而是有一层富有弹性的肌肉组织组成为翼膜.蝙蝠指节的这种异常生长形态,是由于生长板上的软骨细胞的增殖、分化和减慢凋亡[41].从基因策略看,首先要抑制骨节形成,即抑制软骨细胞凋亡.在骨节形成之前,蝙蝠在指节间表达GREM(Bmp抑制蛋白)以及FGF8抑制细胞凋亡;另外Fgf-Shh-bmp-Gremlin的反馈调节作用使得指间组织增生发育,最后肢长得到延伸[42].另一个策略就是增加软骨形成蛋白的表达量,例如影响软骨细胞增殖的Bmp2,Hoxd13和prx1在蝙蝠中表达显著上调.对比人和小鼠,这些基因在序列上高度保守,但是在蝙蝠中有较高的表达水平,这使得蝙蝠软骨细胞大量增殖,最终导致指节变长[43~46].另外,Booker等人[47]在蝙蝠祖先基因组上发现了多个快速进化区域,这些快速进化区域与四肢发育基因(Twist2,Spry1,Shh,Spg20,Hoxd)在位置上相距较近,并认为这些区域对调节四肢发育的基因有增强子的功能.因此,这些基因表达水平的上调使得蝙蝠进化出了与其他哺乳动物不同形态的四肢.蝙蝠的四肢除了进化出与其他哺乳动物有较大差异的翼手外,其自身的前后肢也有较大的差异,即后肢明显比前肢短.从脊椎动物发育相关的信号通路[48]来看,这些通路中基因的活性和表达量在蝙蝠前后肢上也有区别,这可能与蝙蝠前后肢形态差异有关.Wnt/β-catenin信号通路在前肢上受到抑制,此信号通路的作用是在软骨发育过程中抑制间质细胞的凝集,前肢此信号通路受到抑制后,大量的间质细胞凝集并发育成翅膀.Bmps信号通路则有两种模式:Bmps和Gremlin1在胚胎发育前期在后肢表达较高,而在胚胎发育后期则在前肢有较高的表达[5].对应的,一些上述信号通路中的调控基因在前后肢上也有显著的表达差异,如5ʹHoxd,Tbx3,Tbx5,Mut3和Lhx8仅表达于前肢而且表达量相对很高,尤其是在第Ⅲ和Ⅴ指节中有更高的表达水平;而Tbx4,Pitx1以及激活凋亡程序的Msx1和Msx2在后肢中表达较高[1,5,49].除调控基因外,先前的相关研究表明,一些长链非编码RNA(LncRNAs)也与发育调控相关[50].在蝙蝠的四肢发育过程中,一些LncRNAs在蝙蝠中很保守而且在前后肢中存在表达差异,如Tbx5-as1在蝙蝠前肢中有较高的表达并影响前肢的发育[5].另外,基因调控区域的改变也会影响个体的形态发育[51],蝙蝠前肢中H3K27乙酰化水平较高,而后肢则H3K27甲基化水平较高[5].综上所述,多因素调控下的基因表达水平差异是导致蝙蝠的前后肢呈现不同形态的主要驱动力.

3结论与展望

篇4

【摘要】对近年来植物抗盐的适应机制的研究进展作了概述,阐明了植物在盐胁迫下的反应及盐胁迫作用机理。

【关键词】耐盐性;渗透调节;适应机制

doi:10.3969/j.issn.1006-1959.2010.08.320文章编号:1006-1959(2010)-08-2289-03

土壤盐渍化是农作物生产中最严重的非生物逆境之一,目前全世界至少有20%的耕地遭受不同程度的盐渍化威胁。同时,我国耕地由于灌溉和施肥不当引起的次生盐渍化问题日益恶化,对农业生产的影响逐年加重。选育耐盐作物,提高作物对盐渍环境的适应能力,是减轻土壤盐渍化危害以及开发利用沿海滩涂等盐渍化土地资源的重要途径之一[1]。此外,深入剖析植物耐盐性的机理,对于人们理解植物在环境胁迫条件下的基因调控、信号转导、离子转运和矿质营养等方的生物学机理也有十分重要的意义,因而成为植物分子生物学研究的一个热点领域。本研究对植物抗盐的适应机制作了概述,同时对植物在盐胁迫下的反应做了阐述。

1.植物盐胁迫

逆境是对植物生长和生存不利的各种环境因素的总称,又称胁迫。植物所生长的土壤中所含有的可溶性盐分过多,就称为盐胁迫。植物在逆境中的生理生态反应就称为逆境生理[2]。逆境胁迫对植物的伤害最直观的表现反映在植株的外在形态上。例如植物遭受严重水分胁迫后,就会产生如植株矮小、叶子卷曲及萎蔫、有坏死斑点和过早凋落等一些明显的症状。总体来说盐胁迫对植物的生长产生的影响有以下几个方面:

1.1吸收水分于对的能力降低。土壤盐分过高会使土壤溶液的水势降低,导致植物吸水困难,相当植物产生干旱胁迫。

1.2离子失调。植物在受到盐胁迫时,土壤中Na+含量较高往往会排斥植物对其它离子如K+、Ca2+及Mg2+的吸收。研究认为,盐离子对植物有更直接的毒害方式,即盐离子会打破植物细胞内的离子平衡,从而使植物代谢紊乱[3]。

1.3产生渗透胁迫。土壤中盐分过多会使土壤溶液的水势降低,导致植物吸水困难,造成生理干旱。研究显示,盐胁迫对植物生长的影响是间接的,它通过降低细胞的水势,影响植物对水分和矿质营养元素的吸收,严重时会导致植物萎蔫或者死亡。

1.4破坏植物的能量平衡。植物在受到盐胁迫时,会打破植物体内的能量平衡。这是由于ATP的减少或碳水化合物转移的减少造成的,能量平衡的打破还可能是由于光合作用产物由生长转向了渗透调节、生长调节物质产生了变化、维持呼吸和离子运输的能量增加等[4]。

1.5积累有毒物质。植物在受到盐胁迫时,其体内会积累大量的有毒物质,如氮代谢的中间产物,它们会转化成具有一定毒性的腐胺和尸胺,还可被氧化为氨气和过氧化氢,这些有毒物质都会对植物造成一定的伤害。此外,盐胁迫还会引起体内活性氧的积累,导致活性氧代谢的失衡。

2.植物耐盐性的适应机制

盐生植物的研究始于十九世纪初。Harvery于1939年讨论植物耐盐性时,只收集到9篇关于植物耐盐性方面的论文[5]。之后的十几年来,有关耐盐性的研究取得了明显的发展,国外学者对植物耐盐性的研究进行了大量的工作。研究植物耐盐性的关键在于探明植物对盐胁迫的适应机制,为此国内外研究者都对植物的耐盐机理展开了大量的研究,发现盐胁迫对植物造成的伤害主要有两种途径:即主要通过盐离子的直接作用形成的离子胁迫和间接的脱水作用[6]。因此,植物要能在盐渍化土壤中正常的生长发育,必需具备抗渗透胁迫和离子胁迫的能力。真盐生植物为了吸收较多的水分和降低水势,主要通过将植物组织肉质化以及通过细胞的离子区域化作用将盐分稀释并运输到液泡中;泌盐植物则是通过自身的器官,如盐腺或囊泡,将吸收的盐害离子排出体外,从而避免盐胁迫的伤害。

2.1诱导合成保护酶。植物生长发育过程中产生的活性氧在正常情况下不会对植物造成严重伤害,但当植物处于逆境时,植物细胞结构就会产生的大量活性氧,造成膜系统和核酸物质的氧化伤害,从而破坏正常的生理代谢[4]。为避免活性氧的大量积累,耐盐植物会增强体内的抗氧化系统活性,清除过量的活性氧。研究发现,植物在受到盐胁迫时,其体内的保护酶活性都在一定程度上得到增强[7],但盐胁迫程度增加时,膜系统受到伤害,一部分活性物质溶出,会导致保护酶活性降低。

2.2离子区域化、拒盐作用及离子平衡。盐胁迫条件下,不论是盐生植物还是非盐生植物,细胞质中Na+浓度过高都会对细胞内的生理活动造成伤害。植物细胞一般会通过离子区域化、拒盐作用以及维持适当钾和钙离子的浓度这三种机制,来保证细胞正常的生理活动。这是植物适应盐胁迫的比较重要的机制。

2.2.1离子区域化。盐生植物可以将盐害离子从细胞质或细胞器中清除出去,或者通过跨膜运输使离子转入液泡中,这不仅能使整个细胞的渗透压保持在一定的水平,保证植物对水分的吸收,同时使细胞质免受离子的毒害。非盐生植物则是尽量减少对盐害离子的吸收,同时将吸收到的离子输送到老的组织中,以牺牲这些老的组织为代价,来保护幼嫩组织的生长发育。

2.2.2拒盐作用。降低地上部分盐分浓度是植物耐盐的重要机理之一,一些植物的根部很少吸收盐分或吸收盐分后基本保留于根茎部,从而阻止盐害离子向地上部分运输或者运输很少,这就保证了植物地上部分进行正常的光和代谢。

2.2.3植物植物对钾、钠离子的选择性吸收。钾是植物体内的一种常量营养元素,是植物进行正常生理活动所必需的矿质元素,正常情况下植物细胞中的K+/Na+的比值较高,由于K+和Na+的电化学性质极为相似,因此,Na+浓度过高可抑制植物对其他离子的选择性吸收,植株的正常生长因此也受到一定的阻碍。

2.3渗透调节。渗透胁迫是盐胁迫对植物造成伤害的重要原因之一。为了避免渗透胁迫,植物细胞通过渗透调节来降低胞内水势,保持胞内水分,从而保证植物细胞的正常生理活动。为了使细胞降低水势,细胞从外界吸收无机离子,同时自身合成许多有机小分子物质作为渗透调节剂,两者的协同作用使胞内的水势低于外界水势,水分沿着水势梯度从胞外流入胞内,从而保证了植物的正常生命活动。参与渗透调节的物质被称为渗透调节剂,主要包括无机离子,如Na+、K+、C1-;有机小分子,如甜菜碱、脯氨酸、糖类、氨基酸及其衍生物等两大类。这两大类物质在细胞质和液泡中都有分布,但无机离子在液泡中的含量较多,有机小分子在细胞质中较多。其原因是无机离子进入细胞后,在离子区域化的作用下大多转运入到液泡中,降低了液泡水势,而细胞质中就必须合成有机小分子来平衡细胞质内外的水势。盐生植物多以无机离子作为主要渗透调节剂,而非盐生植物则以有机小分子的渗透调节为主。

甜菜碱是一种重要的渗透调节物质。它是一种季铵型的水溶性生物碱,化学名称为三甲基甘氨酸,其独特的分子结构使其既可以与生物大分子的亲水区结合,同时也可以与疏水区结合,是一种有效的非毒性渗透调节剂[8]。大量研究证实,在盐胁迫条件下植物体内会积累大量的甜菜碱,Khan等人发现在盐胁迫下,弯角梭梭中甜菜碱含量增加,但地上部分和地下部分的增加量有显著差异[9]。

脯氨酸是另一种重要的含氮渗透调节物质。盐胁迫下,脯氨酸含量的变化是由于其合成过程增强而氧化速率下降所造成的。植物在盐胁迫下能积累大量的脯氨酸是一种较为普遍的现象,如泌盐红树植物桐花树的叶中脯氨酸含量在盐胁迫下显著提高[10];一般认为,脯氨酸的作用是平衡液泡中的高浓度盐分,避免细胞质脱水,但关于脯氨酸与盐胁迫的关系迄今仍有争议。有实验报道,脯氨酸积累与耐盐程度成负相关,因而认为脯氨酸积累可能是植物受到盐害的结果。然而,更多的研究者认为,脯氨酸积累是植物为了对抗盐胁迫而采取的一种保护性措施。此外,脯氨酸还可能具有其他作用,如防止酶变性、作为碳、氮的能量储备及自由基清除剂、调节细胞质pH值,防止细胞质酸化等。因此脯氨酸如何对植物的抗盐性起作用有待于进一步的研究。

可溶性糖也是一种渗透调节剂,盐胁迫初期,植物中的可溶性糖含量增加,但到了盐胁迫后期,其含量有所降低,这有可能是呼吸作用的增强和光合作用的衰竭所致[11][12]。

2.4分子水平上的耐盐机制。在分子水平上,盐胁迫可使植物某些基因的表达状况发生变化,如合成或者抑制某些蛋白质的合成,以提高植物的抗盐性[9]。但是植物的抗盐性状是由多个基因控制的数量性状,这就决定了从分子水平上去认识抗盐机制的复杂性。到目前为止,人们已经在植物中发现了很多的耐盐基因,许多在植物耐盐过程中具有重要作用的基因相继得到鉴定和克隆。其中一些基因被用于转基因研究,使得转基因植物的耐盐性在不同程度上得到提高,深化了人们对耐盐机理的了解。如Na+/H+逆向转运蛋白基因(NHX),它是盐过敏信号途径中的一类基因,它所编码的蛋白存在于植物细胞液泡膜上,可以将Na+区隔化至液泡中,避免细胞质中的高Na+盐毒害,维持高的K+/Na+比,达到离子平衡和渗透平衡,以提高植物的盐耐特性,从而减轻或防止植物生长受抑制等。

但是由于盐生植物种类繁多,耐盐类型不同,至今仍有许多问题未能解决,如盐生植物中确定耐盐性的关键基因,如何应用遗传学或者分子生物学的方法将关键性耐盐基因导入作物中以获得抗盐的转基因植物,以提高作物的耐盐性和产量。因此尚有大量工作有待于进一步的深入研究。

参考文献

[1]周三,韩军丽,赵可夫.泌盐盐生植物研究进展[J].应用与环境生物学报,2001,7(5):496-501.

[2]喻方圆,徐锡增.植物逆境生理研究进展[J].世界林业研究,2003,16(5):6-11.

[3]Munns R,A Termaat.Whole plant responses to salinity[J].Plant Physio1,1986,l3:l43-l60.

[4]Pasternak D.Salt tolerance and crop production a comprehensive approach[J].Phytopathol,1987,25:271-291.

[5]刘友良,毛才良,王良驹,等.植物耐盐性研究进展[J].植物生理学通讯,1987,(4):1-7

[6]刘国花.植物抗盐机理研究进展[J].安徽农业学报,2006,34(23):6111-6112.

[7]史冬燕.渗透胁迫对皱果苋叶片渗透调节物质的影响[J],2009,19(3):53-55.

[8]张立新,李生秀.甜菜碱与植物抗旱/盐性研究进展[J].西北植物学报,2004,24(9):1765-1771.

[9]Khan M A,Ungar I A,Showalter A M.Effects of sodium chloride treatments on growth and ion accumulation of the balophyte Haloxylon recurvum[J].Commu Soil Sci Plant Ana,2000,31:2763-2774.

[10]Aubert S,Hennion F,Bouchereau A,et a1.Subcellular compartmentation of proline in the leaves of the subantartic Kerguelen cabbage Pringlea antiscorbutica R-Br[J].Plant Cell Environ,1999,22:255-259.

篇5

关键词：瓜类蔬菜；分子标记技术；辅助育种；研究进展

中图分类号：S642.036 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）04-0136-04

瓜类蔬菜在我国蔬菜生产中占有重要地位。分子标记是以个体间遗传物质核苷酸序列变异为基础的遗传标记，是DNA水平上遗传多态性的直接反映[1]。分子标记技术的出现，使植物育种的“间接选择”成为可能，大大提高了遗传分析的准确性和选育品种的有效性[2]。近年来，随着分子生物学的迅猛发展，分子标记技术在蔬菜育种中的作用越来越受到重视[3]。本文综述了几种常见的分子标记技术在瓜类蔬菜育种中的研究进展，以期为瓜类蔬菜高效分子育种体系的建立提供参考。

1 分子标记技术种类

Bostein等（1980）最早利用限制性长度片段多态性 （Restriction fragment length polymorphism， RFLP）作为遗传标记构建了遗传连锁图谱，开创了直接利用DNA多态性发展遗传标记的新阶段[4]。DNA分子标记技术简单、快速、易于自动化[9]，与传统的遗传标记相比具有许多特殊优点，如不受环境、季节限制，不受个体发育阶段影响，不存在基因表达与否的问题等[5～8]。现已发展出十几种DNA标记技术，概括起来主要包括以下3种类型：

①基于杂交的分子标记技术，如 RFLP。

②基于PCR扩增的分子标记技术，它又分为两类。一是仅基于PCR的扩增方法。它包括使用随机引物（Arbitrary primer） 进行扩增的随机扩增多态性DNA技术（Random amplified polymorphic DNA， RAPD），和采用特定引物或引物对扩增的标记技术，主要有序列特异性扩增区 （Sequence characterized amplified region， SCAR）、微卫星DNA （ Microsatellite DNA），又称简单重复序列 （Simple sequence repeat， SSR）和ISSR（Inter simple sequence repeat）等。其中SCAR属于位点特异的PCR标记方法，其他则属于多位点标记方法，检测区域均与微卫星序列有关。二是PCR与酶切相结合的方法。主要指扩增片段长度多态性（Amplified fragment length polymorphism， AFLP）和酶切扩增多态性序列（Cleaved amplified polymorphic sequence， CAPS）两类。其中AFLP 是先酶切，再用特殊设计的引物进行扩增；而CAPS是先扩增，再酶切扩增片段，检测酶切片段的长度多态性。

③基于DNA序列和芯片的分子标记技术，如单核苷酸多态性 （Single nucleotide polymorphism， SNP）。

每种DNA 分子标记技术都具有各自的优缺点和适用性，需要研究者结合实际加以选择。

2 分子标记技术在瓜类蔬菜育种中的应用

分子标记技术主要涉及分子遗传图谱的构建、遗传多样性研究、品种纯度鉴定、亲缘关系鉴定、重要基因的标记与定位、分子标记辅助选择、基因的图位克隆等许多领域，其在瓜类蔬菜育种中的应用，提高了瓜类蔬菜作物的育种效率[10]。

2.1 种质资源亲缘关系和遗传多样性的研究

随着生物学尤其是遗传学和分子生物学的发展，植物遗传多样性的检测水平获得了显著提高，从形态学、细胞学（染色体）、生理生化水平逐步发展到分子水平，为物种起源、品种分类的研究提供了理论依据。分子标记技术检测的是基因组水平上的差异，非常稳定，不受外界环境影响，并且通过对遗传图谱的分析，可以准确区分品种间的差异，为种质资源亲缘关系和遗传多样性的分析提供可靠、有效的工具[11～13]。

赵娜等[14]采用61对SSR特异引物对46份厚皮甜瓜进行UPGMA聚类分析，结果显示，供试材料的遗传相似系数达到了0.62，说明这46份厚皮甜瓜材料的亲缘关系非常近。盛云燕等[15]在甜瓜SSR标记遗传多样性研究中，采用50对SSR特异引物对46份甜瓜栽培品种（系）进行分析，有48对引物扩增出谱带，其中46对具有多样性，结果显示，运用分子标记技术可以提高甜瓜栽培品种多样性分析的准确性。尚建立等[16]以我国西瓜、甜瓜种质资源中期库内1 200份西瓜种质为材料，对果实重量、果肉颜色、中心糖、种子千粒重等12项主要植物学性状进行遗传多样性和相关性分析。高山等[17]采用RAPD和ISSR分子标记技术对38份苦瓜种质进行遗传多样性分析，两种标记技术都能扩增出各自的多态性谱带，反应了苦瓜种质丰富的遗传多样性；其中RAPD标记将供试苦瓜种质划分为3个类群6组，与张长远等[18]对苦瓜亲缘关系的RAPD分析结论基本一致。杨衍等[19]对36份苦瓜种质资源利用AFLP技术进行遗传多样性和亲缘关系评价分析，将供试材料分为2个类群。Gaikwad等[20]也做过类似的相关研究。李晓慧等[21]利用SRAP分子标记对西瓜品种的多态性进行分析，探讨了西瓜的遗传多样性。段会军等[22]对50个西瓜枯萎病菌株的RAPD、ISSR和AFLP分子标记的研究揭示了西瓜枯萎病菌株分子水平上的遗传多样性，同时也说明了西瓜枯萎病遗传分化较大，存在着比较丰富的遗传变异，为西瓜抗病育种和西瓜枯萎病的综合防治提供理论依据。Paris等[23]利用AFLP、ISSR、SSR标记对45个南瓜品种进行研究，将其分为3个亚种。黄秀丽[24]利用种子蛋白质与几种同工酶电泳及RAPD标记对南瓜属4个栽培种间的亲缘关系进行探讨，结果表明中国南瓜与美洲南瓜亲缘关系最近，与印度南瓜关系较远。

2.2 分子标记辅助选择

传统的育种主要依赖于植株的表现型进行选择，环境条件、基因间的互作、基因型与环境互作等多种因素都会影响表现型选择效率，一个优良品种的培育往往需花费7～8年甚至十几年时间。如何提高选择效率，是育种工作的关键。分子标记辅助选择育种可以对作物在早期进行快速、准确的选择，减少育种过程的盲目性和周期性，提高育种效率，加速育种进程[25，26]。

王怀松等[27]以抗病的7-2和感病的7-1、7-3杂交组合与分离群体为试材进行了甜瓜抗白粉病连锁分子标记研究，建立了甜瓜抗白粉病AFLP标记技术体系，找到了一个与甜瓜白粉病抗病基因紧密连锁的AFLP标记：M60/E25-520。马鸿艳[28]利用获得的2对SSR标记结合田间接种鉴定对101份甜瓜种质资源进行抗白粉病筛选，结果显示，引物SSR04816平均符合率为81.4%，引物SSR01498平均符合率为68.6%，引物SSR04816鉴定结果符合率大于80%，可用于分子标记辅助选择育种。张晓波等[29]对甜瓜雌雄异花同株和雄全同株材料间杂交后代及回交后代的花性型分离进行研究，在F2代中利用SSR技术对单性花基因进行了分子标记筛选并找到了与该基因连锁的标记，遗传距离分别为7.0 cM和29.5 cM。孙晓丹等[30]利用形态学观察、经典遗传性状分析、AFLP分子标记等技术在形态学和分子标记水平上研究了黄瓜嫩果白色果皮颜色遗传规律，开发出实用有效的分子标记，提高了黄瓜育种工作效率。为了加速培育出人们青睐的优质黄皮西瓜，王日升等[31]以西瓜黑皮母本（H97）和黄皮父本（2605）构建的BC1分离群体为材料，利用RAPD技术筛选出一个与黄皮性状基因连锁的RAPD标记AI09-1500，重组率为17.2%。

2.3 品种纯度鉴定

种子质量的高低影响农作物产量及品质，在种子质量检验的各个指标中，品种纯度检验尤为重要。传统的品种纯度鉴定费时费力且受环境、人为等多方面影响。分子标记技术以种子的DNA作为检测对象，在植物体的各个组织、各个发育时期均可检测，且不受季节、环境限制，不存在是否表达的问题[32]。

羊杏平等[33]利用RAPD和ISSR两种分子标记技术鉴定西瓜杂交种抗病苏蜜和苏蜜5号的遗传纯度，成功发现了能用于纯度检测的7个RAPD母本特异引物、4个RAPD父本特异引物、2个ISSR母本特异引物及2个RAPD父母本特异标记共显性引物，对于西瓜杂交种的遗传纯度检测具有重要意义。李菊芬等[34]应用RAPD、ISSR和SSR三种分子标记技术对西瓜杂交种“东方红1号”和“8424”纯度的快速鉴定进行了研究，在73对SSR引物中，各筛选到3对多态性引物能够用于杂交种纯度鉴定，且SSR鉴定结果与大田形态鉴定结果一致。李菊芬等[35]研究还显示，应用筛选出的SSR引物组合，能够有效地检测出混杂在杂交种中的母本自交系种子，也能检测出其它不明来源花粉所导致的生物性混杂，提高了甜瓜杂交种纯度检测结果的准确度。

2.4 遗传图谱构建及基因定位

分子遗传图谱是指以遗传标记为基础的染色体或基因位点的相对位置的线性排列图[36]。遗传图谱的构建是瓜类蔬菜分子研究的重要内容之一，是基因定位与图位克隆及基因组结构与功能研究的基础，为分子标记辅助育种提供依据。

路绪强等[37]利用甜瓜全雌系W1998（无雄花）与雌雄异花同株品系3-2-2（有雄花）杂交，F1代全部为雌雄异花同株，以F2代为试材，采用SSR分子标记构建甜瓜遗传图谱，并定位了甜瓜控制雄花分化基因（An），进一步完善了甜瓜性别分化的表达机制。王军辉等[38]利用抗黄瓜花叶病毒（CMV）的黄瓜材料F-3和感CMV的黄瓜材料HZL04-1为亲本，构建了包含190个F2代的遗传作物群体，采用SSR、EST-SSR、SCAR三种分子标记技术进行遗传连锁分析，构建了黄瓜遗传连锁图谱，该图谱为黄瓜抗CMV的QTL定位奠定了基础。易克等[39]以野生西瓜种质PI296341为父本，普通西瓜97103为母本，获得F8的重组自交系群体，通过16个SSR引物和5个ISSR引物组成的48个标记构建了一个包括11个连锁群的分子图谱，总长度为558.1 cM，平均图距为11.9 cM。Yeboah等[40]利用SRAP和ISSR标记技术对黄瓜F2代群体进行标记分析，共获得109个多态性标记，构建了包含7个连锁群的连锁图谱，基因位点平均间距为16 cM。尽管分子标记在瓜类作物的遗传图谱和基因定位方面取得了很大进展，但是饱和度高且能满足育种需求的遗传图谱尚未见报道。

3 问题与展望

近几年来，分子标记技术不断发展、完善，但是利用分子标记大规模培育瓜类蔬菜作物优良品系或品种的愿望仍未实现。多数研究仍处在起步阶段，缺乏合理有效的试验依据；瓜类作物的遗传图谱饱和度较低，无法满足育种的需求[41]；与传统的形态鉴别方法相比，DNA分子标记技术所需仪器精密、药品昂贵、程序复杂，难以普及和应用[26]。因此，今后应充分利用不同分子标记技术加快遗传图谱的整合工作，提高其饱和度，完善高密度遗传标记连锁图谱的构建，同时开展新型分子标记的研究，寻求经济实用的新性状标记，并与常规育种有效结合起来，为瓜类蔬菜育种提供更好的服务。

参 考 文 献：

[1] 汤谧， 任俭， 杜念华， 等. 分子标记技术在西瓜甜瓜育种中的应用进展[J]. 贵州农业科学， 2013，41（4）：19-22.

[2] 刘英， 陈柏杰， 金荣荣， 等.分子标记技术在甜瓜育种中的应用研究进展[J]. 中国瓜菜，2009（5）：46-50.

[3] 谭亮萍， 吴朝林， 曾化伟. DNA分子标记技术及其在蔬菜遗传育种研究中的应用[J]. 长江蔬菜， 2007（11）：35-39.

[4] Botstein D， White R L， Skolnick M， et al. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms [J]. Am. J. Hum. Genet.，1980， 32（3）：314-333.

[5] 李隆云， 钟国跃， 卫莹芳， 等. DNA分子标记及其在中药中的应用[J].中国中医药科技，2002，9（5）：315-319.

[6] 贾继增.分子标记种质资源鉴定和分子标记育种[J].中国农业科学，1996， 29（4）：1-10.

[7] 罗林广，王新望，罗绍春.分子标记及其在作物遗传育种中的应用[J].江西农业学报，1997，9（1）：45-54.

[8] 何风华.DNA 分子标记及其在植物遗传育种上的应用[J].生物学教学，2004，29（1）：8-9.

[9] 焦仁海， 孙发明， 刘兴二， 等. 玉米 DNA 分子标记及其研究进展[J]. 农业生物技术科学，2006，22（4）：48-51.

[10]张海英， 许勇， 王永健. 葫芦科瓜类作物分子遗传图谱研究进展[J].分子植物育种， 2004， 2（4）：548-556.

[11]李光光，郑岩松，李向阳， 等.利用分子标记研究苦瓜资源的遗传多样性[J].南方农业学报，2013，44（1）：6-11.

[12]王燕龙，姜言生，曲志才， 等.SSR分子标记在作物种质资源鉴定中的应用[J].山东农业科学，2012，44（10）：11-18.

[13]刘静.AFLP分子标记的发展及应用[J].山东农业科学，2010（5）：10-14.

[14]赵娜，周晶，杨文才，等.厚皮甜瓜遗传多样性的SSR分析[J].中国瓜菜，2009（5）：5-10.

[15]盛云燕，栾非时，陈克农.甜瓜SSR标记遗传多样性的研究[J].东北农业大学学报，2006，37（2）：165-170.

[16]尚建立，王吉明，郭琳琳，等.西瓜种质资源主要植物学性状的遗传多样性及相关性分析[J].植物遗传资源学报，2012，13（1）：11-15，21.

[17]高山，林碧英， 许端祥，等.苦瓜种质遗传多样性的RAPD和ISSR分析[J].植物遗传资源学报，2010，11（1）：78-83.

[18]张长远，孙妮，胡开林.苦瓜品种亲缘关系的RAPD分析[J].分子植物育种，2005，3（4）：515-519.

[19]杨衍，刘昭华，詹园凤，等.苦瓜种质资源遗传多样性的AFLP分析[J].热带作物学报，2009，30（3）：299-303.

[20]Gaikwad A B， Behera T K， Singh A K， et al. Amplified fragment length polymorphism analysis provides strategies for improvement of bitter gourd（Momordica charantia L.）[J]. HortScience， 2008，43（1）：127-133.

[21]李晓慧，田朝阳，王从彦.SRAP分子标记分析西瓜遗传多样性[J].生物技术，2007，17（3）：23-26.

[22]段会军，张彩英，李喜焕， 等.基于RAPD、ISSR和AFLP对西瓜枯萎病病菌遗传多样性的评价[J].菌物学报，2008，27（2）：267-276.

[23]Paris H S， Yonash N， Portnoy V， et al， Assessment of genetic relationships in Cucurbita pepo（Cucurbitaceae） using DNA markers[J]. Theor. Appl. Genet.， 2003， 106（6）：971-978.

[24]黄秀丽.南瓜属4个栽培品种间亲缘关系的探讨及南瓜白粉病抗性评估的初步研究[D].汕头：汕头大学，2005.

[25]张春秋.甜瓜抗白粉病基因Pm-2F的精细定位与克隆[D].北京：中国农业科学院， 2012.

[26]董艳敏，卢金东，刘栓桃.分子标记技术在葫芦科瓜类作物中的应用进展[J].山东农业科学，2008（2）：21-24.

[27]王怀松， 贺超兴， 张志斌， 等.甜瓜白粉病抗性AFLP连锁标记的初步研究[J].中国瓜菜，2009（2）：4-6.

[28]马鸿艳. 甜瓜白粉病抗性遗传分析及相关基因SSR标记[D].哈尔滨：东北林业大学，2011.

[29]张晓波，马鸿艳，栾非时.甜瓜雌雄异化同株性状的遗传特征及SSR分子标记的研究[J].东北农业大学学报，2007，38（1）：18-22.

[30]孙晓丹，商庆梅，秦智伟.黄瓜嫩果白色果皮颜色遗传规律及其AFLP标记及研究[J].北方园艺，2011（3）：135-140.

[31]王日升，李立志，方锋学， 等.西瓜黄皮性状RAPD标记的研究[J].华北农学报，2007，22（增刊）：107-109.

[32]刘英， 陈柏杰， 金荣荣， 等. 分子标记技术在甜瓜育种中的应用研究进展[J].中国瓜菜， 2009（5）：46-50.

[33]羊杏平，刘广，侯喜林， 等.利用RAPD和ISSR 2种分子标记鉴定西瓜杂交种的遗传纯度[J].江苏农业学报，2010，26（6）：1313-1318.

[34]李菊芬， 许玲， 马国斌. 利用分子标记技术鉴定西瓜杂交种纯度[J].上海农学学报，2009，25（1）：72-75.

[35]李菊芬， 许玲， 马国斌. 应用SSR分子标记鉴定甜瓜杂交种纯度[J].农业生物技术学报，2008，16（3）：494-500.

[36]王贤磊， 高兴旺， 李冠， 等. 甜瓜遗传图谱的构建及果实与种子QTL分析[J].遗传， 2011，33（12）： 1398-1408.

[37]路绪强，马鸿艳，刘宏宇，等.控制甜瓜雄花分化基因的遗传分子及初步定位[J].东北农业大学学报，2010，41（7）：51-55.

[38]王军辉，崔兴华，张桂华，等.利用SSR标记技术构建黄瓜遗传连锁图谱[J].北方园艺，2010（22）：15-18.

[39]易克，徐向利，卢向阳， 等.利用SSR和ISSR标记技术构建西瓜分子遗传图谱[J].湖南农业大学学报：自然科学版，2003，29（4）：333-337.

篇6

关键词：高压静电场；植物生长；微观机理

中图分类号： Q947.8 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.024

目前，静电生物效应的研究和应用已日益向纵深发展，对植物的生物效应研究也取得了可喜的成就[1-3]。本研究利用从试验中获得的结果，以现有的认识水平和程度，从理论的角度对高压静电场（以下均简称静电场）对植物的诱导机理进行研究。

众所周知，地球上的植物生长，除了需要阳光、水、矿物质等环境因素以外，还需要静电场、磁场、射线、声波等物理因素。从物理学的角度讲，地球本身是一个带负电的球体。电离层与地面之间的电势差平均值约为3.0×105 V。晴天时，地球表面的大气电场的场强值约为100～200 V·m-1[5]，而且，大气电场内还存在带电离子的上、下运动，这构成了植物生长必需的静电场和因带电离子运动产生的大气电流。近年来，国内外学者用人工方法将静电场作用到植物上，对植物的生长进行调控，达到了预期的目的。然而，对于静电场诱导植物生长机理的研究，还没有得到一个十分完整而满意的解释，本研究从5个方面对静电场对植物的诱导进行研究，以弥补理论上的缺陷。

1 静电诱导植物生长

国内关于静电诱导植物生长的报道很多，所采用的静电场的类型大致有3种：一是正负离子电场；二是正负脉动电场；三是正负静电场。最常用的是第一种和第二种。

王淑惠等[6]采用适宜强度的静电场对小麦幼苗进行处理，对小麦幼苗的生长效应、成熟期植株性状和产品结构进行了测量记录，见表1和表2。其中，对照组是指未经静电场处理。

从表1[6]可以看出，除功能叶片无显著差别（P>0.05）外，苗高、叶片数都有显著差别（0.05>P>0.01）。总根数、功能叶宽、叶龄、分蘖数和冻害程度差别明显（P

从国内多篇报道看，促进植物生长所采用的静电场类型大多是正离子电场[3]。在静电场作用下，植物能加快吸收CO2，对病虫害有抑制作用，提高产量[4]。当然，为了延长花卉的开花时间，有时候也采用负离子电场[2]。

2 静电处理使细胞膜兴奋机理

植物的生长发育大部分依赖于植物细胞吸收营养成分，而细胞膜作为细胞与周围生理环境进行物质交换的重要通道，具有极其关键的作用。细胞膜的兴奋水平可直接影响植物生长的程度。因此，当某种静电场作用到植物上时，可使细胞膜兴奋，提高细胞膜内外的物质交换的速率，这对于促进植物生长发育具有重要的实际意义。笔者认为，静电场促进植物中细胞膜的兴奋，主要有以下2点机理。

2.1 静电影响细胞膜电位促使细胞膜兴奋机理

细胞膜是细胞质与外界相隔的一层薄膜，又称质膜，是位于原生质体，紧贴细胞壁的膜结构，而细胞膜可以看作是具有一定厚度、一定电阻和一定电路的特殊“电路”。细胞膜的磷脂双分子层将细胞内液与细胞外液分隔，由于细胞内外带电离子不均等分布在膜的两侧，因此，存在一定的电位差，形成细胞膜电位，图1显示了细胞膜的等效电路[7]。

细胞膜电位主要分为两种：静息电位和动作电位。静息电位是指细胞未受外界刺激时存在于细胞内外两侧的电位差。细胞在未受外界刺激时，细胞内的生理环境较为稳定，在其中发生着许多重要的生物化学反应。K+顺着细胞膜内外的浓度差扩散至细胞膜外，正电荷增多，膜外电位上升，膜内呈现极低的负电位。而Na+内流至细胞膜内，进而提高膜内电位，最终K+、Na+所维持的细胞膜内外的电位差构成了细胞膜的静息电位，此时，细胞膜的离子净流动速率呈现动态平衡。

动作电位是指细胞受到刺激，在静息电位的基础上发生一次短暂的、扩散性的电位变化。当外界给予细胞一定的刺激后，细胞膜的静息电位呈现活化状态。首先出现缓慢的去极化状态，Na+通道开放，Na+大量内流，膜电位逐渐变小，当达到-50 ～ 55 mV的临界水平 [8]，即阈电位时，随即产生一个爆发性的除极化，动作电位短时间达到0 mV，细胞内外电位相等，膜电位极性反转，之后细胞膜电位进行反极化，大量K+顺浓度差电位差流向细胞膜外，膜电位恢复到静息状态。

通过静电处理细胞膜，可使细胞膜上的通道蛋白形态发生改变，膜电容增大，促使K+、Na+流向发生改变。细胞膜电位由静息电位转变为动作电位，Na+通道蛋白开放，内负电位降到阈电位水平。细胞进行去极化过程，此时细胞膜处于兴奋状态。离子的净流动速率大大加快。并且电流的流向均是朝向内，植物表现内压“电恒”状态。因此，通过静电处理使细胞膜兴奋，提高离子的通透性，进而促进细胞吸收离子的过程，加快细胞与周边生理环境进行物质交换。

2.2 静电通过影响细胞膜分子结构促使细胞膜兴奋机理

细胞膜的基本结构是一个有蛋白质镶嵌的磷脂双分子层，而膜电位的产生与膜上带电脂质分子与蛋白质分子的解离状态与膜内外的离子浓度场有关。由文献[9]可知，细胞膜外表面处的电势为：

5.1 静电处理使细胞中DNA分子合成速率加快机理

众所周知，基因（遗传因子）是遗传的物质基础，在生物学上的定义为DNA或RNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列。它储存着生命孕育、生长、凋亡过程的全部信息，通过复制、表达、修复，完成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。在细胞中，存在CDK启动因子，它是一类重要的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其主要的生物学作用是启动DNA的复制和诱发细胞的有丝分裂，以复合物形式出现[19]。该复合物分为催化亚基和调节亚基两部分，催化亚基为CDK，调节亚基为细胞周期蛋白。CDK与细胞周期蛋白是调控细胞分裂的核心因子。通过静电处理植物细胞，加速ATP的合成，进而促进CDK与细胞周期蛋白的合成，从而促进细胞的有丝分裂。

5.2 静电处理细胞促使染色体变异机理

试验表明[20]，静电处理植物细胞能够增长有丝分裂中期的细胞数目，缩短细胞有丝分裂周期，提高细胞的分裂速度。静电处理植物细胞不仅可以使DNA复制加快，还能使核酸蛋白质分子中的氢键断合，引起染色体变异。通过静电处理，引起细胞染色体变异大致有以下几种 [21-23]：染色体断片、染色体落后、染色体桥不等分裂、单极纺锤体和多极纺锤体。而其主要形成原因是经常使核酸蛋白质中带电离子数目改变，加速氢键的形成速度，促使染色体变异。

静电场对植物生长诱导的机理十分复杂。它是一门静电学与生物学的交叉学科，其研究难度大。本研究结果可为从事用静电对植物进行调控的应用工作者提供有益的帮助。但是要更详细地解释其机理，尚需做不少工作。例如，静电正离子电场与负离子电场作用到同种植物上，或同一种静电场作用到不同植物上，其诱导结果是不一样的。不同的场强、不同的作用时间、不同的方向和消退效应，其结果也是不一样的。如何从微观的角度分析其差异，是下一步要研究的课题。

参考文献：

[1]仲兆清.静电场生物效应在作物上的研究进展[J].内蒙古农业科技，1997（S）：18-19.

[2]蒋耀庭，潘丽娜.高压静电场对茉莉等四种花卉的调控作用[J].自然杂志，2003（4）：237-239.

[3]张振球. 静电生物效应[M].北京：万国学术出版社，1989：1-10.

[4]苗建勋.静电正离子辐射对蔬菜生长的促进作用[J].洛阳工学院学报，1999，20（2）：6-10.

[5]张三慧.大学物理：第三册[M].北京：清华大学出版社，1999：115-116.

[6]王淑惠，黎先栋，宋长铣.高压静电场处理小麦种子对幼苗生长和有关化学成分的影响[J].生物化学与生物物理进展，1991，18（5）：392-399.

[7]贾莉君.离子选择微点极测定植物细胞跨膜电位的液泡中硝酸根离子活度的方法研究[D].南京：南京农业大学， 2006：124.

[8]孟凯，李延海.生后早期大鼠视皮层锥体神经元的电学特性[M].北京：高等教育出版社，2007：87.

[9]那日，冯璐.我国静电生物学效应机理研究新发展[J].物理，2003，32（2）：87-93.

[10]孙一源，佘登苑.农业生物力学及农业生物电磁学[M].北京：中国农业出版社，1996：50-473.

[11]李新颖，蒋耀庭，孙明.高压静电场对花卉的调控作用的微观机理初探[J].内蒙古农业科技，2006（2）：46-48.

[12]鲍重光.静电技术原理[M].北京：北京理工大学出版社出版社，1993：311.

[13]高伟娜，顾小清.高压静电场对植物生物学效应的研究发展[J].现代生物医学发展，2006，6（7）： 60-62.

[14]李旭英，刘滨疆，陈淑英.空间电场对植物吸收CO2和生长速度的影响[J].农业工程学报，2007（10）：177-181.

[15] 李晓静，任安祥.茄子种子电磁生物效应的研究[J].华北农学报，2007， 22（2）：180-183.

[16]吴旭红，孙为民，张红燕.静电场对植物的生物学效应[J].黑龙江农业科学，2005（2）：44-46.

[17]白希尧，马之田，刘恒言，等.静电技术在农业中的应用[J].自然杂志，1984，7（12）：902-906.

[18]白希尧，马安成，阎之，等.静电处理作物种子的生理生化研究[J].辽宁农业科学，1987（5）：24-29.

[19]戴爱玲.细胞周期调控因子的研究进展[J].龙岩师专学报，2002，6（3）：53-54.

[20]张振球. 国内静电生物效应进展[J].静电，1992（1）：28.

[21]谢菊芳，廖贡献，张著.高压静电场对植物细胞的影响[J].中南民族学院学报，2000，19（3）：9-12.

篇7

1 当代大学生的生物科学素养现状及其存在问题

生物相关专业的学生对生物科学技术具有浓厚的兴趣,生物科学技术基础知识扎实,对生物技术发展持积极的肯定态度,具备良好的科技强国的信念。但是,他们对高新生物科学技术知识和先进实验技术了解较少,生物科学实验实践技能较差,对生物科学科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有调查表明,当代大学生对于当前的一些生物热点问题有一定的了解,但是对于高新技术的应用和新的科学研究领域的认识不足。在理性上,有43%的学生是盲目的怀疑,或者是盲从专家和他人的观点,对事物较少有自己的看法;在探索求知精神上,“科学功利主义”对学生的影响最大,使得学生视野狭窄、目光短浅;在实证精神上,有62%的学生缺乏实验实证精神,偏重抽象思维,缺乏科学实验的精神和价值眼光。②此外,许多高校只注重生物专业课的常规教学,很少举办专门的科研活动,且科学技能培养与锻炼的途径缺乏,这使得大学缺乏浓郁的科学素养氛围,学生较难形成一定的科学技能,由此科学实践能力也较差。

2 细胞生物学教学中培养科学素养的意义

细胞生物学是生物学类及农林医药类本科生一门必修的专业基础课,是现代生命科学的前沿分支学科之一,它是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是一门承上启下的学科,和分子生物学一起同是现代生命科学的基础,并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中,和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系,是生命科学的重要支柱之一,在解决人类面临的重大问题、促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。同时,细胞生物学又是一门实践性很强的学科,重要理论与实践密切地联系着。随着生命科学自身和生物产业的快速发展,对生命科学相关领域创新型人才的需求也在不断增加。由此可见,细胞生物学课程中科学素养的培养对于建立与其专业层次、研究方向相符合的细胞生物学知识构架体系,培养和锻炼学生的科学思维能力具有非常重要的作用。

3 细胞生物学教学中如何培养学生的科学素养

细胞生物学作为生物学类及农林医药类的一门专业基础课程,在培养学生的科学素养方面,具有举足轻的重要作用。然而,科学素养的提高不是一朝一夕之功,教师应始终将其贯穿于自己的教学之中。如何在细胞生物学教学中培养和提高学生的科学素养,以下是笔者的一些想法和体会。

3.1 加强课堂教学中的“生活化”融合

  细胞生物学的知识理论性强,内容抽象深奥、难于理解,教师可以试将抽象的内容与日常生活相联系,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景或事物,这不仅使抽象的内容具体化和动态化,使其容易理解,而且激发了学生的探究欲望和学习兴趣。例如讲解“蛋白质的分选”时,引导学生由细胞社会联想到人类社会。细胞中的各种蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分,只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体,才能参与细胞的各种生命活动。这就好比在人类社会中,各专业的毕业生只有找到适合其自身特点的工作岗位才能发挥所长。总之,运用发散性思维,尽可能地将细胞生物学抽象的理论知识与生活实际联系起来,并配合以多媒体辅助手段,使抽象的内容变得形象生动,易于理解掌握。

3.2 侧重教学内容的前沿性和新颖性

细胞生物学发展极为迅速,随着科学家们研究成果的不断涌现,其内容处在不断更新的动态过程中。因此,教师在教学过程中,要注重联系学科的前沿和热点,讲述较先进的科学结论,跟踪国际上最新进展。此外,教师在注重教学的同时,宜以科研并举,以科研引导和促进教学;教学与培养科学研究型人才紧密结合;教学内容与最新科研进展同步,使学生在正确掌握细胞生物学基础上学会解决与之相关的科学研究问题。如将教师的主要科研成果与基础理论教学有机结合,结合教学内容介绍自己的科研成果,这样既生动又贴切,学生又很熟悉,使学生获得学习的兴趣和动力,亦可以启发学生的创新思维能力,培养学生的科研钻研精神。

3.3 增加细胞生物学实验综合性和设计性实验的比例

综合性实验注重知识的综合运用,实验原理和方法步骤较为复杂,可以使学生更好地理解实验原理,正确使用仪器设备,锻炼学生综合分析问题的能力;设计性实验是指学生根据实验项

目,自主设计实验方案,自主准备实验材料,自主配制实验所需试剂,根据自己的时间自主安排实验进程,设计性实验可以充分调动学生的实验积极性,培养学生的创新思维和勇于探索的精神。由此可见,综合性和设计性实验可以锻炼学生综合分析问题和解决问题的能力。③然而目前许多高校由于实验条件和课时安排的限制,细胞生物学实验主要以基本操作和验证性实验为主,综合性和设计性实验较少甚至没有,这在一定程度上限制了学生综合素质和创新思维的培养。④因此,教师应根据科学性、可行性和实用性原则增大综合性和设计性实验的比例。如我们精选了真核生物基因组的提取、纯化、鉴定、扩增、酶切、重组、转化、筛选的大实验,膜蛋白的分离与鉴定等综合设计型大实验,这些实验中的每个实验都构成了一个综合性整体,同时,在实验材料的选择上尽量做到由学生自主选择。通过每一次的综合设计实验,使学生进一步巩固了已学习的知识和已掌握的技术,并能够对实验结果进行合理的正确的资料采集、整理、分析和归纳,有效地培养了学生的科学素质、科学精神、创新思维及分析问题和解决问题的能力。 3.4 组织各种“科学小组”,布置学科发展前沿的讨论,与全程科研训练对接,以培养学生的科学态度和科学精神

篇8

大鼠生后MGBv神经元主动膜特性的变化及GABA受体激动剂的影响姚小红万子兵熊鹰(182)

凝血酶对原代培养海马神经元游离钙浓度的影响杨文琼孙圣刚童萼塘曹学兵(188)

大鼠咬肌神经切断后三叉神经运动神经元高亲和性神经营养因子受体表达的变化张富兴庞有旺郭峰董玉琳熊抗辉李金莲(193)

大鼠坐骨神经修复后重组睫状神经营养因子对相关神经元生长相关蛋白43、生长抑素表达的影响许家军陈尔瑜路长林何成(198)

神经科学通报 不同程度睡眠剥夺对大鼠认知和脑线粒体呼吸功能的影响窦伟赵忠新缪明永王文昭黄流清(204)

银杏叶制剂对大鼠脑缺血再灌注后N-甲基-D-天冬氨酸受体表达的影响及脑保护作用李晓红张峰赵明霞张秋玲赵忠新(210)

胰岛素治疗对糖尿病大鼠学习记忆功能障碍及大脑皮层额叶和海马神经肽含量变化的影响管庆波韩辉董建军蒋玲赵文博赵家军王桂兰(215)

RNA干扰对阿尔茨海默病家族性瑞典型APP突变的沉默作用邱昕潘纪安陈宇张玮莹杨华静张苏明(219)

《中华现代医院管理杂志》免费查阅、全文上网(192)

《神经生物学》（高等教育出版社）第二版寿天德主编(252)

《神经科学通报》第一届编委会成员简介（续）(253)

Caspase和calpain在神经元凋亡和亨廷顿舞蹈病发病机制中的作用王燕顾振纶秦正红(224)

亨廷顿舞蹈病的治疗王琳辉林芳(230)

神经科学教学与医学模式革命关新民施静(236)

在《神经生物学》教学中培养学生的科学精神和作风寿天德(241)

正确处理《神经科学基础》教学改革中的几个关系李金莲(242)

编写高质量的教材是课程建设的核心崔浩军(242)

神经生物学的教材建设要体现相对独立的学科体系蒋星红郭试瑜单立冬印其章(243)

开设神经生物学实验课的做法和存在的问题龚珊单立冬朱奇蒋星红(243)

关于在本科生的神经生物学教学中采取启发式教学的思考伍忠銮周文良(244)

制作和使用多媒体课件教学中需改进的问题付建华李露霞(244)

硕士研究生《神经生物学》教学方法探讨杨盛昌潘盛武(245)

搞好青年教师培养实现学科可持续发展曹莉张勇由振东何成路长林王成海(245)

重视更新教学内容提高神经生物学教学质量张勇曹莉由振东王成海(246)

在神经生物学教学中积极开展第二课堂活动张勇曹莉由振东王成海(246)

培养神经生物学创新型人才要加强专业英语的训练王建军罗兰(247)

改革神经生物学课堂教学模式的尝试张勇曹莉由振东王成海(247)

不同层次学生的神经生物学课程教学重点确定神经科学通报 崔希云(248)

关于神经生物学教学课件制作的几点思考沈建新(248)

以“学”为中心构建神经生物学教学模式的尝试李东亮赵红岗王淑秀(249)

体育师范类院校运动人体科学教学中的神经生物学张日辉(249)

在成人教育中开展神经生物学教学的必要性祁文秀(250)

《神经生物学》教学的体会与思考陈其才吴飞健唐佳王欣(250)

在课堂教学中优化组合多媒体教学手段神经科学通报 邓建新李晓蓓(251)

医学神经生物学课程体系的建设与实践阮怀珍杨忠胡志安蔡文琴(251)

神经生物学实验教学的探讨陈盛强孙卫文苏涛廖卫平郑德枢(252)

首届全国头部断层影像解剖学及其临床应用学习班在绍兴成功举办(18)

《神经科学通报》启事(32)

MAP激酶在细胞内信号传递，神经可塑性及痛觉易化中的作用Ru-RongJiYu-QiuZhang(3)

痛情绪和相关记忆机制的研究进展张玉秋纪如荣(10)

大脑音乐功能的研究狄海波陈宜张(82)

GBS与空肠弯曲菌感染吴铮范文辉(87)

肾上腺皮质激素和神经细胞黏附分子在应激影响记忆的个体差异性中的作用王宗文严进(91)

朱鹤年教授与立体定向技术倪国坛(95)

睡眠剥夺及睡眠恢复后大鼠中缝核群星形胶质细胞的反应及其与神经元的关系王晓东宿长军李柱一王者晋饶志仁(19)

大鼠骨髓基质细胞分泌胶质细胞源性神经营养因子的研究叶民陈生弟戚晨陆国强梁梁徐洁懿(23)

CGRP和NGF对脑局部缺血再灌注大鼠脑组织神经元凋亡及PKCmRNA表达的调节作用邢雪松吕威力方秀斌(28)

高渗刺激后大鼠视上核星形胶质细胞和神经元的反应及其相互关系的光、电镜研究段丽申晶袁华张萍曹荣饶志仁(33)

神经科学通报 海人藻酸致痫大鼠海马神经元凋亡中caspase-3作用的实验研究赵瑞刘建民赵文元黎莉霍克克周晓平(39)

NNMS抑制大鼠脑缺血再灌注后氧自由基产生的作用沈明徐建兴(44)

腺苷A1受体在双相呼气和吸气神经元电活动中的作用王剑莉吴中海李军(48)

GABA对大鼠伏隔核痛反应神经元电活动的影响许艳徐满英闰彬彬(53)

神经干细胞分化的神经元离子型谷氨酸受体NMDA亚单位的mRNA和蛋白表达杨林王宇倩朱剑虹(58)

甘珀酸抑制大鼠唇下注射Formalin引起的伤害和Sp5C神经元的Fos表达兰莉袁华曹荣段丽申晶高蓓饶志仁(63)

原位杂交检测Sema4C基因在胚胎和成年小鼠组织中的表达吴海涛刘淑红景孝堂吴燕范文红范明(68)

心肌缺血伤害性刺激对大鼠丘脑束旁核痛敏神经元放电的影响原大江张林忠温建忠张策郭政(73)

Nogo-A在成年大鼠脊髓和背根节的分布程希平刘惠玲宋朝君金伯泉焦西英游思维鞠躬(77)

爪蟾顶盖神经元的大微抑制性突触后电流（mIPSCs）依赖从钙储池释放的钙？王红蔡浩然(101)

谷氨酸钠对大鼠背部皮神经传入放电的影响曹东元郭媛张琪田雨灵王会生赵晏(111)

神经元膜NMDA受体蛋白免疫复合物单分子纳米结构及定位AFM比较研究郁毅刚徐如祥姜晓丹柯以铨蔡颖谦(117)

炎性痛诱导海马神经元形态学变化及PKC的表达上调杨丽平李清君(129)

神经胶质瘤中缓激肽B2受体的表达水平与病理级别的相关性赵逸松薛一雪刘云会付伟姜乃佳安平王萍(135)

多巴胺和乙酰胆碱抑制脂多糖刺激原代胶质细胞iNOS的表达刘佳福刘振国周海燕陈生弟陆国强梁梁(141)

6-羟多巴胺毁损的帕金森病模型大鼠脚桥核神经元放电频率和放电形式的变化王勇张巧俊刘健冯洁褚玉霞高蕊刘娅萍(146)HtTp://

电针抗氧化应激参与对MCAO大鼠再灌注脑功能损伤的保护王次霞李忠仁陈伯英(153)

肌苷减少高浓度锌损伤的PC12细胞坏死而不是凋亡史明郑春霞游思维(158)

第5届国际老年痴呆及相关疾病学术研讨会征文通知(110)

优秀论文征稿评选活动(116)

声明原大江(128)

关于召开“第三届全军生理与病理生理专业学术会议”的第一轮通知(170)

伏核在药物成瘾中的作用衡立君高国栋(165)

《神经科学通报》第一届编委会成员简介（续）(173)

电刺激构建大鼠皮层网络癫痫的海马细胞电生理特征神经科学通报 汪胜刘青邹祖玉韩丹(257)

3-硝基丙酸多次化学预处理对多巴胺能神经元的保护作用邓学军孙圣刚曹学兵李红戈梁直厚(266)

Nogo-66受体分子在体外培养的星形胶质细胞中的表达孙芳金卫林龙梅鞠躬(273)

急性重复缺氧暴露小鼠海马HIF-1α表达的变化邵国张然高翠英吕国蔚(278)

睡眠剥夺大鼠大脑皮层和海马nNOS表达的改变在其学习记忆损伤中的作用陈俊李积胜王华仁张珩(283)

大鼠脊髓损伤后Nogo-A表达变化的免疫组织化学研究郭强李淑蓉苏炳银(287)

帕金森病患者程序性学习的初步研究王晓平赵永波LassondeM耿昌明(291)

阿尔茨海默病大鼠模型海马MAPK的表达商秀丽徐万鹏刘云会杨金霞张化薛一雪(296)

第三届北京神经变性病及卒中国际研讨会(300)

情绪领域中杏仁核研究的几个主要问题胡治国刘宏艳彭聃龄(301)

反义Noggin基因对成年大鼠海马内Nestin及GFAP表达的影响徐海伟范晓棠(319)

在尾核痛反应神经元和整体甩尾反射水平上研究CCK-8对抗电针的镇痛作用杨春晓石铁锋何秋月徐满英刘凤玉(324)

百草枯干预不同时间后DAT和VMAT2基因表达的时程变化任今鹏任惠民蒋雨平(330)

突触前活动区的分化与功能沈露露王大勇(335)

血脑屏障——形态、调节和临床意义刘晔管阳太(344)

血脑屏障上P-糖蛋白研究进展芦颖洪浩刘国卿(351)

未折叠蛋白反应及其在生理功能与疾病中的作用陈志欣顾振纶秦正红(356)

中枢神经系统炎性脱髓鞘损伤髓鞘再生的细胞学治疗管阳太张广先AbdolmohamadRostami(364)

骨形态发生蛋白-2在大鼠脑内嘴侧迁移流中的发育学表达刘建军姚忠祥邹丽云陈兴书蔡文琴杨辉(371)

人参皂甙对老龄大鼠基底前脑-皮质胆碱能系统TrkB蛋白表达的影响赖红曾亮赵海花方欣杨吉平吕永利(376)

神经科学通报 三羟异黄酮对大鼠海马CA1区神经元自发放电的影响王茹武宇明张浩王昕何瑞荣(380)

针刺对缺血性脑损伤大鼠的治疗作用及对GDNF表达水平和MAPKs信号转导通路的调节呙登俊赵永波陈英辉(385)

大鼠局灶性缺血再灌注后大脑皮质ADM及其mRNA的表达毕国荣张辉周慧杰张贺敏海虹方秀斌(391)

PrP可抑制tau介导的体外微管形成作用韩俊王小凡姚海兰高晨李锋张宝云姜慧英(398)

一氧化氮合酶活性与抑郁症的相关性张静徐汉明张昌勇童俊张红周晓亮(404)

胰岛素干预加重海马注射Aβ阿尔茨海默病大鼠模型认知损害赵倩华罗玉敏周玢洪震(408)

药物难治性癫痫患者脑内水通道蛋白-4的表达上调陈英辉赵永波刘文文呙登俊王乃东马爱梅(413)

生酮饮食对海藻酸致痫大鼠海马突触重建和GluR5、GluR6mRNA的影响徐向平孙若鹏金瑞峰(418)

骨髓源干细胞在脑组织的迁移和分化邹西峰徐群渊(425)

篇9

关键词：牡丹（Paeonia suffruticosa）；鲜（切）花；衰老；花期调控

中图分类号；S685.11 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）20-4852-05

Advances on Studies of Senescence and Florescence Control in Fresh（Cut） Flower of Paeonia suffruticosa

LI Yan-mei1，WANG Han1，HAN Wen-zhong2，YANG Ying-jun1

（1.Department of Gardening & Forestry， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003，Henan， China；

2.The Government of Cangtou Town in Henan Province， Xin-an county， Xin-an 471814，Henan， China）

Abstract： The short florescence and the rapid senescence of Paeonia suffruticosa have already significantly restricted its development. Therefore， many researchers focus their studies on the florescence prolonging and the senescence control. The advances in senescence physiology and florescence control in Paeonia suffruticosa are reviewed in detail for the past 20 years in this paper. The application of genetic engineering in Paeonia suffruticosa is also presented.

Key words： Paeonia suffruticosa； fresh flower（cut）； senescence； florescence regulation

牡丹（Paeonia suffruticosa）为多年生落叶小灌木，素有“国色天香”、“花中之王”的美称。一年一度的牡丹花会不仅增加了河南洛阳和其他牡丹产区的旅游收入，而且带动了当地的经济发展，提高了城市的知名度。但是由于牡丹花自然花期较短，一般为7～10 d，且过于集中，可谓是“弄花一年，看花十日”，使牡丹的观赏质量和产区的经济效益都受到了较大影响。据预测，如果牡丹花期延长1 d，将会增加1 000万元的旅游收入，同时一些其他的积极意义尚未计入。因此研究如何延长牡丹鲜（切）花花期及其调控技术、培育新种质具有重要意义。在牡丹花期延长及调控方面已有许多学者进行了大量研究，本文综述了牡丹鲜（切）花衰老机制、花期调控和延迟开花措施等研究进展。

1 牡丹鲜（切）花衰老机制研究

1.1 牡丹开花生物学研究

长期以来，一些学者对牡丹开花生物学、栽培环境和花期调控等进行了深入探讨。王忠敏[1]认为牡丹开花生物学与温度密切相关，而且温度是主导因子，但水分和光照也不可缺少。刘克长等[2]也认为影响牡丹开花早晚的主要气象因子是气温和日照，并且认为可用3月中旬到4月上旬的活动积温（>0 ℃）和日照总时数两个因子作为花期预报的基础，拟合出二元回归预报方程，并对历史上的相应时期进行拟合，发现其准确率可达100%（允许误差为±2 d）。蒋勤等[3]研究认为要使牡丹花期延迟到夏季开花，宜选用的品种应该是瓣化程度较低的类型。高志民等[4]和弓德强等[5]则研究了栽培措施对花期的影响，他们分别施用多效唑（PP333）、B9等植物生长延缓剂，对冬季催花牡丹花朵（花器官）的影响进行研究，认为这些生长延缓剂对牡丹有显著地促进成花作用，同时高志民等[6]研究了催花基质附加温处理的催花效果，认为通过栽培基质加温，可以促进催花花大色艳，花期提早、质量提高。江德娥等[7]研究认为南方牡丹催花前使牡丹植株经过20～30 d的0 ℃低温处理，才能完成花芽分化与发育，促进开花。所有这些基础性的探索与研究，为人们认识牡丹的开花生物学和人为调控花期奠定了坚实的基础，自20世纪90年代以来，牡丹的反季节催花生产才逐渐实现商品化和程序化。

1.2 牡丹鲜（切）花衰老过程的生理生化变化

对牡丹鲜（切）花衰老过程的一些生理生化变化，目前人们有了一定认识，已经清楚其衰老是一个有许多因子参与并相互作用的过程[8-16]。在衰老过程中，花瓣中可溶性蛋白质含量、细胞质膜透性、丙二醛（MDA）、超氧阴离子（O2-）、脯氨酸、超氧化物歧化酶（SOD）等变化是有一定规律可循的，它们的含量与变化与花朵衰老之间呈显著相关关系[10，17]。另外，与其他生理过程一样，衰老也同样受许多环境因子（如营养亏缺、病原物入侵、缺水、光照和温度失常等）以及一些化学物质（如乙烯、ABA、水杨酸、Ca2+、O3、外源乙烯等）的诱导[10，18，19]，这些因子和化学物质可作为衰老信号的传递分子参与衰老过程。牡丹在开花过程中，不饱和脂肪酸在膜脂过氧化作用中发生了一系列自由基反应，导致膜脂趋于饱和化，使切花衰老。Miller等[20]研究表明，牡丹花衰老是多种内外因素综合调控而导致细胞编程性死亡（Programmed cell death，PCD）的结果，是一个十分复杂的过程。

1.3 内源激素变化

乙烯是一种重要的器官致衰内源激素，最近研究表明，牡丹鲜（切）花的衰老都与乙烯的释放与作用密切关联。栽培的牡丹品种多是天然或人工杂交后代，因此不同品种在衰老过程中，内源激素变化和乙烯释放类型也不尽相同[16，21-23]。如史国安等[24，25]研究表明，洛阳红花朵中乙烯释放量呈典型的跃变型，跃变高峰出现在盛花末期，乙烯的大量产生导致了牡丹切花的快速衰老。杨秋生等[26]对品种胜丹炉研究发现，随着衰老进程推进，乙烯释放量有一个明显的高峰。王荣花等[21]研究指出另一切花品种赵粉也属于呼吸跃变型。郭闻文等[23]进一步探讨了牡丹切花中乙烯的释放速率与ACC含量变化、ACC合成酶（ACS）与ACC氧化酶（ACO）活性变化之间的相互关系，认为牡丹内源乙烯的代谢可分成3种类型：类似跃变型，以春红娇艳为代表，乙烯跃变峰出现在盛花期之前，比开花初期和衰老期均高出2倍以上；类似非跃变型，以层中笑为代表，乙烯生成量均保持在一个较稳定的低水平，上下波动的幅度很小；类似末期上升型，以百花丛笑和洛阳红为代表，乙烯生成量至衰老期仍持续上升。除了对内源乙烯发生作用的机制进行深入研究外，外用乙烯对花器官的发育与衰老也有重要影响，而且发现不同种类的花以及同一种花在不同发育时期对乙烯的敏感性不同[22，27-28]。

除了乙烯之外，还有其他激素参与了衰老进程的调控。魏文辉等[29]认为衰老过程中ABA含量多次出现高峰，每次高峰过后牡丹（鲜）切花衰老进程就会加剧1次，而且在低温下ABA含量更高；CTK含量在低温下比室温下含量高，而且维持高含量的时间也更长；IAA含量变化只出现了1次高峰，低温冷藏下IAA含量较低，且含量高峰出现的时间也比较晚。低温条件能有效地抑制乙烯的释放，低温下乙烯释放量逐渐降低。

1.4 其他内源因素的影响

水分是生物体重要的组成部分，花瓣中水分含量及变化会直接影响整个牡丹的开花进程。花开放过程中，存在的水分形成并维持一定膨压，促使花瓣细胞扩张，促进开花。如果花期水分不足，就会阻碍花蕾开放，还会影响开花率和开放程度。张红磊等[30]研究证实，牡丹花期天数与花瓣相对含水量呈极显著正相关。但是，水分也是导致花朵衰败的一个重要因素，这在以往许多以花朵为试材的研究中得到了验证。郭闻文等[23]发现瓶插牡丹初期吸水量越大导致花瓣含水量增加越大，从而促使开花，而失水量越大则导致含水量降低越大，则加速了花朵衰老进程。

可溶性糖也是影响植物开花进程的重要因素，可溶性糖含量提高会降低花瓣渗透势促进细胞吸水，从而促进开花。不同牡丹品种花瓣中可溶性糖含量及变化均不一致，从而造成各品种间花期的差异性。刘帅等[31]和史国安等[32]研究认为牡丹通过可溶性糖对含水量的调节控制花朵发育，Yamada等[33]在切花月季开花过程中也有同样的研究结果。

由此可见，牡丹的开花与衰老过程是一个十分复杂的过程，它不仅涉及内源物质（各种衰老物质、激素）深刻而广泛的控制与影响，而且还受到外界因素（日照、气温、营养状况、病虫为害等）和栽培技术措施（修剪程度、生长调节剂使用等）的影响，要人为地影响或调控牡丹的花期，人们必须采取综合措施才能实现。

2 花期的调控措施

牡丹自然花期为每年的4～5月份，并且只开花1次。为使牡丹多季开花、提高品质，园艺学家和牡丹花农在总结传统催花经验基础上，进行了相关催花生理研究，其中延迟花期是研究的重点。经过长期探索，他们一致认为牡丹花期调控的途径应该是在温室内对一些品种通过调节发育阶段的环境因子，利用栽培措施并结合一些激素物质，调控其内在生理生化过程以达到提早或延缓花器官发育进程，从而达到调控、延长花期的目的。

2.1 选择适当品种

目前大多数品种花期短而集中，延长牡丹花期应在早花品种和晚花品种选择上下功夫，选择花色齐全的早花和晚花品种系列，使花期延长。据初步统计，虽然牡丹栽培品种很多，全国有1 000个以上，但适宜冬季催花和抑制栽培达到延长花期目的并能批量应用的品种并不多，尚不足100个。目前，在山东荷泽、河南洛阳两地基本上以胡红、赵粉、似荷莲、洛阳红、朱砂垒、乌龙捧盛、肉芙蓉、银红巧对、银河金鳞、蓝田玉、状元红、鲁荷红、黑花魁等品种为主[34]。而要实现夏季开花的目的，则只能选用瓣化程度低的品种了[3]。

另据报道，寒牡丹（P. suffruticosa var. hiberniflora Maki-no）是指不需要特殊管理就能在冬季露地、气温较低条件下正常生长并开花的牡丹品种，花期一般在11月下旬至翌年1月下旬。日本是世界上惟一拥有寒牡丹的国家，中国虽没有真正的寒牡丹，但有关牡丹秋季开花的现象时有报道[34-36]。秋发牡丹可以作为寒牡丹栽培延长花期，另一方面可用于选育寒牡丹的育种亲本。

2.2 合适的栽培技术措施

2.2.1 控制积温和光照 温度是控制牡丹开花早晚的主导因子，尤其幼蕾发育期的有效积温更为关键。高志民等[37]发现，不同品种或同一品种的不同发育阶段对有效积温需求不同，晚花品种所需的有效积温较中花品种多。同时花蕾的不同发育时期对温度的敏感程度也不同，郭霞等[38]发现牡丹的幼蕾期对温度最为敏感，如果此时温度不适，可能会导致幼蕾败育，无法开花。除温度外，光照也是不可缺少的条件。牡丹是典型的长日照植物，花芽在长日照下形成，中长日照下开花。如果前期光照不足则不能抽蕾，后期光照不足则影响开花质量和开花时间。而且部分品种不能适应强光照，特别是在含苞待放之时，必须用遮阳网进行适当遮光，或者把植株转移到光线较弱的地方，才可达到延迟开花目的。根据这些发现，目前各牡丹产区采取降温、遮阳、冷藏等措施来延迟、延长牡丹的花期[39]。

2.2.2 结合修剪促使花期延迟 利用修剪技术也可以延迟花期。在牡丹上，对一些具有活动休眠花芽的品种适时修剪，转移顶端优势，并增施水肥和补充养分，活动休眠花芽就会很快萌发、抽茎、开花，从而达到延迟花期目的。如王忠敏[40]利用人工二次剪枝延迟花期，有效地延长了牡丹的观赏期。弓德强等[5]进一步研究了修剪措施对牡丹花芽分化和开花的影响，探讨了修剪措施对露地牡丹花期的调控机制。还有更多学者研究了对影响因子的综合处理达到了某些品种的促成栽培[1，4，5，24，41-44]。

正是基于这些基础研究，园艺工作者根据牡丹植株前期的长势，参考当地当时的光照、温度、土壤持水状况等，采取适当的调控措施，达到预期的催花与延花效果，满足元旦、春节的市场需要以及其他重大节日的庆典需要。

2.3 应用生长调节剂和化学物质延迟花期

生长延缓剂B9、PP333、青鲜素（MH）和乙烯利已广泛应用于园艺、园林植物上。在牡丹花期延迟研究上，李高锋[45]认为春施B9对牡丹成花有显著促进作用，使整株花期延长大约8.5 d；秋施PP333能延迟牡丹萌芽3～5 d，花期延迟1～2 d；秋施青鲜素、乙烯利可使牡丹延迟花期1～2 d。另有一些学者的研究也取得了类似的结果[4，6]。

2.4 现代基因工程技术的应用

目前延缓衰老的基因工程研究主要集中于控制乙烯的生成与释放。乙烯生物合成的重要限速步骤是从SAM以ACS催化成ACC，而ACO是乙烯生物合成途径中的最后一个酶，催化ACC向乙烯的转化，因此研究乙烯生物合成相关酶ACS和ACC氧化酶（ACO）活性以及参与乙烯信号传递相关酶的基因表达，尤其是编码乙烯受体蛋白基因（ETR）的分离等各方面成为牡丹乙烯调控研究中的主要内容。周琳等[46]克隆了牡丹品种洛阳红的ACO基因cDNA序列，杨英军等[47]克隆牡丹ACO基因的部分片段，构建了反义表达载体，范丙友等[48]构建了牡丹ACS反义基因植物表达载体。这些研究为利用反义RNA技术沉默牡丹ACO、ACS基因，达到控制乙烯合成的目的，为进一步探讨乙烯在牡丹切花衰老进程中的作用模式和调控机理奠定了基础。

3 问题与展望

目前生产上广泛采用传统的温度、光照、激素处理等调控措施来促成催花、延长花期，而且报道较多、效果最好的是牡丹的元旦、春节催花，从而达到反季节栽培的目的，而抑制栽培延迟开花的研究则很少[49]，再加上真正适合催花与调控花期的牡丹品种不多，不同年份气象因子的变化，使得预测预报和延长（迟）花期的效果不够理想。育种实践上，中国从事牡丹育种的人员大部分是基层技术人员，育种方式主要是从混收的实生苗中选育优系，而专业人员的定向杂交培育新品种途径运用较少，仅见于成仿云等[50]对紫斑牡丹杂交育种的报道。随着对牡丹野生种质资源的调查、收集等工作的开展，一些科研单位已经开始重视牡丹的种内、种间杂交，或采用诱变育种、空间诱变等，但仍未见到成功的报道，因此牡丹的花期调控研究仍有大量的工作需要今后继续完成。

对于园艺植物及产品的保鲜研究，人们通常采取两种策略：一是探索有效的抗乙烯生理作用的化学物质，在这方面发现的1-MCP（1-methylcyclopropane，1-甲基环丙烯）不可逆转地与乙烯受体结合，从而使乙烯信号不能被转导和翻译；二是通过转基因技术培育乙烯合成少的转基因品种，如Never-ripe 西红柿[51，52]和抗衰老的水果[53]。牡丹花朵衰老也是一个由基因调控的过程，这个过程受众多激素和其他一些未知因素的启动，在深入研究牡丹鲜（切）花衰老机制基础上，利用现有乙烯抑制剂、保鲜剂和抗氧化剂，来延长和延迟牡丹鲜（切）花寿命与自然花期，是今后牡丹鲜（切）花保鲜研究的重要方向之一，这方面已有学者进行了相关研究[54，55]。另一方面，利用现代分子生物学技术，进一步从事乙烯的生物合成基因的分离、鉴定以及乙烯信号的转导研究，寻找更有效地抑制乙烯生物合成的化学物质与途径乃是今后研究的重点。

随着分子生物学的不断发展，相信在不久的将来，人们有望通过对控制衰老的基因进行定位、表达、调整乃至克隆，以期弄清牡丹内源激素的平衡与基因表达的关系以及激素对衰老调控的分子机理及其相互之间的作用关系，弄清诱导系统、乙烯产生的具体方式，从而对进一步了解衰老的启动过程以及如何人为地调控都将具有重要的意义。

参考文献：

[1] 王忠敏. 牡丹周年开花的基本原理与技术措施[J].中国园林，1991，7（2）：48-54.

[2] 刘克长，刘怀屺，张继详，等.牡丹花前温度指标的确定与花期预报[J].山东农业大学学报，1991，22（4）：397-402.

[3] 蒋 勤，高志英.牡丹夏季开花抑制栽培技术初探[J].中国牡丹芍药，1992（2）：38-42.

[4] 高志民，王莲英.植物生长延缓剂在牡丹上的应用[J].北京林业大学学报，1997，19（2）：99-102.

[5] 弓德强，郑 鹏，任小林，等.B9对牡丹生长及开花的影响[J].西北农业学报，2003，12（1）：81-83.

[6] 高志民，王 雁，王莲英.基质加温对牡丹催花的影响[J].北京林业大学学报，1999，21（6）：22-27.

[7] 江德娥，王海宗.牡丹南移栽培与催花技术研究[J].江西林业科技，1999（6）：9-15.

[8] 许旭旦，陈国参，白阳明，等.不同药剂对牡丹切花保鲜效果的研究[J].园艺学报，1987，14（1）：69-72.

[9] 杨正申，张益民，孔祥生，等.牡丹、芍药切花保鲜技术研究[J].河南农业科学，1988（7）：21-24.

[10] 张圣旺，郑荣生，孟 丽，等.牡丹花衰老过程中的生理生化变化[J].山东农业大学学报（自然科学版），2002，33（2）：166-169.

[11] 高 勇，杨美蓉.保鲜剂延缓月季切花衰老及其对碳水化合物代谢的影响[J].江苏农业学报，1992，8（1）：43-46.

[12] SHARMA A D. CO2 evolution rate decease of an thurirmas affected in storage[J]. Horticulture Abstract，1986，56：425.

[13] GAO J P， KUBO Y， NAKMURA R， et al. Induction of ethylene biosynthesis in banana fruit under different ripening conditions[J]. J Japan Sco Hort Sci，1990，59（3）：665-671.

[14] GAO J P， NAKMURA R， KUBO Y， et al. Biosynthesis of trace-ethylene in some fruits[J]. J Japan Sco Hort Sci，1992，61（1）：199-204.

[15] YANG S F. Regulation of ethylene biosynthesis[J]. Hort Science，1980，15：238-243.

[16] HALAVY A H. Flower senescence[A]. LESHEM Y Y， HALAVY A H， FRENKEL C. Processes and control of senescence[C]. Amsterdam， Holland： Elsevier Amsterdam，1986.150-200.

[17] 李亚杰，施 江，胥华伟，等.不同类型牡丹花期蛋白质和脯氨酸的含量变化[J].河南科技学院学报，2012，40（1）：28-31.

[18] 张圣旺，郑国生，孟 丽.钙素对栽培牡丹花衰老的影响[J].植物营养与肥料学报，2002，8（4）：483-487.

[19] 姜泽盛， 威海峰， 张世忠. 外源乙烯与脱落酸对牡丹切花衰老进程的影响[J].山东农业科学，2012，44（4）：40-44.

[20] MILLER J D，ARTECA R N， PELL E J. Senescence-associated gene expression during ozone-induced leaf senescencein Arabidopsis[J]. Plant Physiol，1999，120（4）：1015-1024.

[21] 王荣花，刘雅莉，李嘉瑞.不同发育阶段牡丹和芍药切花开花生理特性的研究[J].园艺学报，2005，32（5）：861-865.

[22] 彭永宏，宋丽莉，李 玲.鲜切花衰老生理与保鲜技术研究进展[J].华南师范大学学报（自然科学版），2002（2）：120-126.

[23] 郭闻文，董 丽，王莲英，等.几个牡丹切花品种的采后衰老特征与水分平衡研究[J].林业科学，2004，40（4）：89-93.

[24] 史国安，杨正申，王长忠，等.温度和化学药剂对牡丹切花乙烯释放及贮藏品质的影响[J].北方园艺，1997（6）：62-63.

[25] 史国安，郭香风，韩建国，等.牡丹开花和衰老期间乙烯及脂质过氧化的研究[J].西北农业大学学报，1999，27（5）：50-53.

[26] 杨秋生，宋鸿雁，何松林，等.牡丹切花贮藏期内源激素水平变化规律的研究[J].河南科学，1997，15（3）：303-306.

[27] 张 微，张 慧，谷祝平，等.九种花衰老原因的研究[J].植物学报，1991，33（6）：429-436.

[28] 高俊平，张晓红，黄绵佳，等.月季切花开花和衰老进程中乙烯变化类型初探[J].园艺学报，1997，24（3）：274-278.

[29] 魏文辉，王力军，覃 瑞，等.牡丹切花衰老过程中内源激素水平变化的研究[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2000， 18（4）：1-6.

[30] 张红磊，丰 震，郭先锋，等.牡丹花期的重复力与遗传相关分析[J]. 中国农学通报，2010，26（14）：243-246.

[31] 刘 帅，丰 震，徐 艳，等. 牡丹不同品种花期差异的生理机理研究[J].北方园艺，2012（3）：67-71.

[32] 史国安， 郭香风， 张国海，等.牡丹开花和衰老期间花瓣糖代谢的研究[J].园艺学报，2009，36（8）：1184-1190.

[33] YAMADA K， ITO M， OYSMA T， et al. Analysis of sucrose metabolism during petal growth of cut roses[J]. Postharvest Biol Technol，2007，43（1）：174-177.

[34] 周兴文，刘改秀，董晓宇，等.牡丹花期调控的研究进展[J].陕西农业科学，2006（1）：49-51.

[35] 喻 衡.牡丹[M].上海：上海科学技术出版社，1998.

[36] 陈新露.中国秋发牡丹种质资源及秋发机理研究[D].北京：北京林业大学，2000.

[37] 高志民，王莲英.有效积温与牡丹催花研究初报[J].中国园林，2002（2）：86-88.

[38] 郭 霞，苏 冰.牡丹催花栽培的关键技术[J].山东农业科技，2002（2）：35-36.

[39] 王志远，张冬洁，薛发军.牡丹花保鲜技术研究[J].洛阳工学院学报，2001，22（增刊）：64-66.

[40] 王忠敏.利用人工二次枝延长牡丹花期[J].中国花卉盆景，1991（4）：13.

[41] HOSOKI T， HAMADA M， KANDO T， et al. Cultivar selection of tree peony suitable for December flowering[J]. Bulletin of the Faculty of Agriculture， Shimane University，1989，23：16-24.

[42] HOSOKI T. Breaking dormancy and accelerated flowering with sulphur-containing volatiles[J]. Chemical Regulation of Plants，1990，25（2）：199-202.

[43] HOSOKI T， HAMADA M， MAEDA T， et al. Forcing of tree peony [Paeonia suffruticosa Andr.] for December shipping using spring and winter blooming cultivars[J]. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science，1992，61（1）：121-126.

[44] 徐 睿， 梁 臣.叶面施肥对洛阳牡丹促成栽培开花质量的影响[J].河南林业科技，2003，23（1）：20-22.

[45] 李高锋.洛阳牡丹花期调控技术研究[D]. 南京：南京林业大学，2005.

[46] 周 琳， 董 丽. 牡丹ACC氧化酶基因cDNA克隆及全序列分析[J].园艺学报，2008，35（6）：891-894.

[47] 杨英军，刘保国，卢军刚，等.牡丹ACC氧化酶基因的克隆与反义载体的构建[J].北方园艺，2008（5）：187-189.

[48] 范丙友，高水平，刘改秀，等.牡丹ACS基因片段的克隆及反义植物表达载体构建[J].华北农学报，2010，25（6）：34-37.

[49] 惠晓萍，殷丽青，竺唯杰， 等.冷藏处理延迟牡丹开花初探[J].上海交通大学学报（农业科学版），2009，27（1）：86-88.

[50] 成仿云，陈德忠.紫斑牡丹新品种选育及牡丹品种分类研究[J].北京林业大学学报，1998，20（2）：27-32.

[51] BARRY C S， BLUME B， HAMILTON A J， et al. Regulation of ethylene synthesis and perception in tomatos and its control using gene technology[A]. KANELLIS A K，CHANG C，KENDE H，et al. Biology and Biotechnology of the Plant Hormone Ethylene[C]. Dordrecht：Kluwer Academic Publishers，1997.299-306.

[52] GRIERSON D， HAMILTON A J， BOUYAZEN M， et al. Regulation of gene expression， ethylene synthesis and ripening in transgenic tomatos[A]. WRAY J L. Inducible Plant Proteins[C]. Cambridge， United Kingdom： Cambridge University Press，1992.155-174.

[53] BOLITHO K M， LAY-YEE M， KNIGHTON M L， et al. Antisense apple ACC-oxidase RNA reduces ethylene production in transgenic tomato fruit[J].Plant Science，1997，122（1）：91-99.

篇10

关键词 表观遗传学；获得性遗传；灵活性；可逆性

中图分类号 Q3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）08-0248-02

表观遗传是指生物不改变基因序列而只通过化学修饰来调控基因表达所导致的可遗传的改变，与之对应的学科就是表观遗传学（epigenetics），它最早于1939 年由英国学者Waddington在其著作《现代遗传学导论》一书中提出，当时认为表观遗传学是研究基因型产生表型的过程[1-3]。近年来，表观遗传学已成为生命科学研究的前沿和热点，其帮助生物适应环境和应对外力胁迫的作用和优势已逐渐被揭示出来，不仅在改良生物新品种和防治疾病等应用方面显示了巨大的潜力，而且还为人类进一步认识和理解生物进化提供了全新的思维方式。

1 表观遗传修饰

表观遗传修饰主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰[1，4]。DNA甲基化是真核生物基因组中最常见的一种DNA共价修饰形式。在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基，CG二核苷酸是甲基化的主要位点。DNA甲基化时，胞嘧啶从DNA双螺旋突出，进入能与酶结合的裂隙中，在胞嘧啶甲基转移酶催化下，有活性的甲基从S-腺苷甲硫氨酸转移至胞嘧啶5′位上，形成5-甲基胞嘧啶（5m C）。真核生物中有2%～7%的胞嘧啶存在甲基化修饰，同时70%的5-甲基胞嘧啶参与了CpG序列的形成，而非甲基化的CpG序列则与管家基因以及组织特异性表达基因有关。DNA甲基化会导致基因转录抑制或沉默，与胚胎发育、组织特异性基因的表达调控、X染色体失活和基因组印记等密切相关，不仅可影响细胞基因的表达，而且这种影响还可随细胞分裂而遗传下去。

组蛋白是染色体基本结构——核小体中的重要组成部分，其氨基端尾巴上的许多残基可以被共价修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、多聚ADP糖基化、羰基化等修饰，其中甲基化和乙酰化是最普遍最重要的组蛋白修饰。组蛋白修饰可影响组蛋白与DNA双链的亲和性，改变染色质的疏松或凝集状态，也可影响其他转录因子与结构基因启动子的亲和性，调控基因表达，进而导致转录激活或基因沉默，参与细胞分裂、细胞凋亡和记忆形成等众多生命过程。

除了DNA甲基化和组蛋白修饰外，表观遗传修饰还有染色质重塑、基因组印记、非编码RNA和副突变等。研究表明，表观遗传修饰过程是相当复杂的，许多修饰存在着依赖关系和协同作用[4]。比如，组蛋白修饰可以指导DNA甲基化[5-7]，从而导致基因沉默或激活。同时，DNA甲基化也可引导组蛋白修饰[8-9]，进而影响基因转录等。

2 灵活性

由于化学修饰比改变基因结构更快捷、更容易，所以相对于稳固的基因型遗传来说，表观遗传则具有更大的灵活性。这为生物快速适应千变万化的环境提供了一种适宜的应变机制。最新的研究发现，古生物能够适应快速变化的环境所依赖的正是表观遗传修饰。在距今3万年前，全球气候波动频繁，短时间内便可出现巨大起伏。按照传统的“基因突变+自然选择”的进化模式，生物肯定难以跟上这么快的节奏，然而事实上绝大多数生物都能够快速地适应这种巨大的气候变化压力而不至于灭绝，这其中的秘密就在于表观遗传修饰。Llamas et al[10]通过对冻土层中发掘出的3万年前美洲野牛的DNA胞嘧啶甲基化分析，发现这一时期野牛的表观遗传变化在2代内即可产生，也就是说，产生可遗传变异所需的时间远低于传统进化模式所需要的时间。这一结果表明，是表观遗传修饰帮助古代的动物度过了环境巨变的难关。具有土生习性的植物，由于难于移动，其生长、发育和繁殖更容易遭受逆境（如干旱、病虫侵袭和辐射等）胁迫影响。面对各种逆境压力，植物应变的对策也是表观遗传修饰。美国学者Dowen et al[11]研究发现，植物在受到病菌侵袭时，其全基因组会出现大量DNA甲基化修饰的改变，并且这种甲基化修饰会因环境刺激的变化而变化，以动态的方式调控基因表达，限制感染病菌的生长，帮助植物抵御病菌的入侵。表观遗传与环境密切相关，所以植物表观基因组存在明显的地域差异[12]，这种表观遗传差异在帮助生物适应不同的环境和向多样性发展方面发挥着至关重要的作用。

3 习得性

表观遗传修饰有2个明显特征：一是受环境影响，生物可以通过表观遗传修饰来改变性状；二是这些与环境相适应的表型（性状）可以遗传下去。这2个特征所表现出的获得性遗传，为生物的多样性和种群的适应性演化提供了一种习得性进化机制。最早关于DNA甲基化的可遗传特性是通过agouti viable yellow（Avy）小鼠模型研究发现的。该研究确定了一个启动子被甲基化的程度与小鼠的毛色（即棕色小鼠）的关联性[13-14]。英国学者Enrico Coen及其同事[15]发现，在野生植物群体中存在可遗传的具甲基化修饰的突变株。一种名为柳穿鱼的野生植物的正常植株的花呈两侧对称状。Enrico Coen et al在研究中发现了一种突变体，该突变体的花呈辐射对称状，而这一表型突变是由一个叫Lcyc的基因被甲基化修饰导致的，该基因与控制金鱼草（Antirrhinum）的背腹不对称的cycloidea基因同源。Lcyc的基因高度甲基化导致基因沉默，无法正常转录，这一基因在向后代传递时保持了甲基化状态，后代植株的花也呈辐射对称状。Rechavi et al[16]在一项研究中发现，表观遗传能够帮助线虫获得可遗传的免疫力。他们利用一种昆虫病毒Flock house virus（FHV）感染线虫，发现线虫通过RNA干扰的方式沉默病毒基因从而获得了针对这一病毒的免疫力。当这些线虫的后代再暴露在这类病毒中时，它们仍然具有对病毒的免疫力。

由表观遗传所致的获得性遗传现象不仅发生在线虫、植物中，而且在小鼠、猪和人类的研究中均被发现[16-19]。这种获得性遗传对于生物积累应对外力胁迫的经验和向多样性发展是极其重要的。一些生物之所以能够在十分恶劣的环境和强大的天敌胁迫下长久生存下来并不断进化，一个重要的原因就是生物能够遗传和继承抗胁迫的能力。虽然目前还不能证明表观遗传会转化为基因型遗传，但是从表观遗传的机制来看，这种转化是完全可能的。因为有研究发现，DNA甲基化修饰可以永久改变遗传密码。例如，胞嘧啶C的甲基化会使核酸经脱氨基作用转变为胸腺嘧啶T[20]。按照遗传漂变中性理论[21]，C转变为T的过程应该是随机的，但是人们发现甲基化CpG岛中的自发性脱氨基比非甲基化CpG序列中的将近快2倍，而人类基因组中近80%的甲基化位点发生在CpG序列中的C上（后跟有鸟嘌呤G）。这些现象用“随机”无法解释，人类更相信是生物机体有目的的为之。或许表观遗传是基因型遗传的前奏和准备，而基因型遗传则是表观遗传的积累和沉淀。所以，表观遗传很可能是基因型遗传的一个中间过渡阶段，通过这个中间过程的筛选，可以把更适应的性状选择和保留下来，以有利于生物的生存和进化。

4 可逆性

表观遗传的可逆性主要是指表观修饰的可逆性。这种可逆性既可使基因沉默[22-23]，又能够激活基因[24-25]。反映到表型上就是一种性状既可后天获得并能够遗传下去，也可在获得后又很快消失。这种可逆性也是一种灵活性，它在生物某些机能和组织的自我矫正、修复中发挥了重要作用。表观遗传修饰其实也是一把双刃剑，它虽然在帮助生物快速适应环境和应对外力胁迫方面起着至关重要的作用，但是不当的表观遗传修饰也会对生物产生负面作用，如导致细胞癌变等[26-27]。基因突变引发的癌变是无法逆转的，但是表观遗传修饰（表型突变）导致的癌变则可以通过表观遗传修饰来治愈。例如，Okada et al[28]发现了一种蛋白质复合体——延伸体（elongator），能够清除DNA上的表观遗传标记物，对胚胎发育过程形成不同类型的细胞有重要作用。这种延伸体就可能通过清除表观遗传标记的方式再次激活肿瘤抑制基因，从而使肿瘤细胞逆转化为正常细胞。赵雅瑞等[29]发现，siRNA诱导EZH2基因增强子的表观沉默能够抑制前列腺癌细胞的增殖和生长。近年来，类似的表观遗传抑制癌细胞生长的研究层出不穷[26-27，30]。另外，在细胞分裂和DNA复制中经常会发生DNA双链断裂，需要及时修复，否则就会影响基因组的稳定，引发癌变。研究表明，组蛋白的共价修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等修饰，对DNA修复进程起着关键的调控作用[31]。

5 结语

表观遗传修饰具有不改变DNA序列而能够导致遗传变化的特点，为生物快速适应瞬息万变的环境和应对外力胁迫提供了一种应变机制。但是，这种机制对生物适应环境、多样性发展和生物进化的作用目前还无法评估。随着研究的深入，表观遗传修饰的分子机制和若干修饰细节将逐步被揭示，表观遗传的优势和作用必将进一步地凸显在人类面前。

6 参考文献

[1] DUPONT C，ARMANT D R，BRENNER C A.Epigenetics：definition，mec-hanisms and clinical perspective[J].Semin Reprod Med，2009，27（5）：351-357.

[2] 李光雷，喻树迅，范术丽，等.表观遗传学研究进展[J].生物技术通报，2011（1）：40-49.

[3] 董玉玮，侯进慧，朱必才，等.表观遗传学的相关概念和研究进展[J].生物学杂志，2005，22（1）：1-3.

[4] 李建许，刘红林.DNA甲基化与组蛋白甲基化的关系[J].遗传，2004，26（2）：267-270.

[5] JIEJUN WU，SHU-HUEI WANG，DUSTIN POTTER，et al.Diverse histone modifications on histone 3 lysine 9 and their relation to DNA methylation in specifying gene silencing[J].BMC Genomics，2007（8）：131.

[6] LEHNERTZ B，UEDA Y，DERIJCK AA，et al.Suv39h-mediated histone H3 lysine 9 methylation directs DNA methylation to major satellite repeats at pericentric heterochromatin[J].Curr Biol，2003，13（14）：1192-1200.

[7] CERVONI N，SZYF M.Demethylase activity is directed by histone acety-lation[J].Biol Chem，2001，276（44）：40778-40787.

[8] SOPPE W J，JASENCAKOVA Z，HOUBEN A，et al.DNA methylation controls histone H3 lysine 9 methylation and heterochromatin assembly in Arabidopsis[J].Embo J，2002，21（23）：6549-6559.

[9] BIRD A.DNA methylation patterns and epigenetic memory[J].Genes Dev.，2002，16（1）：6-21.

[10] LLAMAS B，HOLLAND M L，CHEN KEFEI，et al.High-Resolution Analysis of Cytosine Methylation in Ancient DNA[J].PLoS ONE，2012，7（1）：e30226.

[11] DOWEN R H，PELIZZOLA M，SCHMITZ R J，et al.Widespread dynamic DNA methylation in response to biotic stress[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2012，109（32）：2183-2191.

[12] SCHMITZ R J，SCHULTZ M D，URICH M A，et al.Patterns of population epigenomic diversity author[J].Nature，2013，495（10）：193-198.

[13] DUHL D M，VRIELING H，MILLER K A，et al.Neomorphic agouti muta-tions in obese yellow mice[J].Nat Genetm，1994（8）：59-65.

[14] MICHAUD E J，VAN VUGT M J，BULTMAN S J，et al.Differential expre-ssion of a new dominant agouti allele（Aiapy）is correlated with methylation state and is influenced by parental lineage[J].Genes Dev，1994，8（12）：1463-1472.

[15] COLNEY LANE，NORWICH NR4 7UH，UK.An epigenetic mutation （下转第252页）

（上接第249页）

responsible for natural variation in floral symmetry[J].Nature，1999，401（6749）：157-161.

[16] RECHAVI O，MINEVICH G，HOBERT O.Transgenerational inheritance of an acquired small RNA-based antiviral response in C. elegans[J].Cell，2011，147（6）：1248-256.

[17] BRAUNSCHWEIG M，JAGANNATHAN V，GUTZWILLER A，et al.Inv-estigations on transgenerational epigenetic response down the male line in F2 pigs[J].PLOS ONE，2012，7（2）：30583.

[18] HEIJMANS B T，TOBI E W，STEIN A D，et al.Persistent epigenetic diff-erences associated with prenatal exposure to famine in humans[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2008，105（44）：17046-17049.

[19] CARONE BR，FAUQUIER L，HABIB N，et al.Paternally induced trans-generational environmental reprogramming of metabolic gene expression in mammals[J].Cell，2010，143（7）：1084-1096.

[20] SHEN J C，RIDEOUT W M，JONES P A.The rate of hydrolytic deamination of 5-methylcytosine in double-stranded DNA[J].Nucleic Acids Res，1994（22）：972-976.

[21] WEN-HSIUNG L I.Kimura’s Contributions to Molecular Evolution[J].theoretical population biology，1996（49）：146-153.

[22] WEINBERG M S，VILLENEUVE L M，EHSANI A，et al.The antisense strand of small interfering RNAs directs histone methylation and transcriptional gene silencing in human cells[J].RNA，2006（12）：256-262.

[23] CAO R，WANG H，WANG L，et al.Role of Histone H3 Lysine 27 methylation in polycomb group silencing[J].Science，2002（298）：1039-1043.

[24] BERT S A，ROBINSON M D，STRBENAC D，et al. Regional Activation of the Cancer Genome by Long-Range Epigenetic Remodeling[J].Cancer Cell，2012，23（1）：9-22.

[25] INOUE A，ZHANG Y.Replication-dependent loss of 5-hydroxymethyl-cytosine in mouse preimplantation embryos[J].Science，2011，334（6053）：194.

[26] DAWSON M A，KOUZARIDES T.Cancer Epigenetics：From Mechanism to Therapy[J].Cell，2012，150（1）：12-27.

[27] 张永彪，褚嘉祐.表观遗传学与人类疾病的研究进展[J].遗传，2005，27（3）：466-472.

[28] YUKI OKADA，KAZUO YAMAGATA，KWONHO HONG，et al.A role for the elongator complex in zygotic paternal genome demethylation[J].Nature，2010，463（28）：554-558.

[29] 赵雅瑞，罗诚祖，黄文彬，等.siRNA诱导EZH2基因增强子的表观沉默及其对人前列腺癌细胞的增殖抑制[J].中国男科学杂志，2009，23（7）：4-9.