發育生物學的研究進展范文

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篇1

【關鍵詞】身心發展 體育舞蹈 舞蹈教學

身體的表現結合了肉體和精神兩方面，而身體其實也是人們情感的表達工具。在大學校體育教學實踐中，通過開設體育舞蹈、健美操等課程，來突出大學生的形體美和韻律美，有助于學生增強自信抒感，以達到身心和諧發展的教學目的，本文就體育舞蹈教學促進大學生身心發展進行以下探討。

1 觀察對象與方法

1.1觀察對象

本文從1所綜合類師范院校，1所理工科類大學選取400名學生為觀察對象，對其進行連續3學期的隨訪。

1.2方法

1.2.1資料查閱法 查閱中國期刊數據庫、相關身體運動及體育舞蹈圖書、身心健康方面相關文獻。

1.2.2試驗法 應用電子肺活量計、測試注意力穩定性的軟件

1.2.3調查法 使用身心健康調查表和自制調查問卷，其中自制問卷調查項目包括：學生對體育舞蹈的興趣、學習體育舞蹈原因、對體育舞蹈教學評價

1.3數據處理 Spss.18和Excel軟件對相關數據進行處理，通過T檢驗進行數理統計。

2 結果

2.1體育舞蹈教學現狀

2.1.1學生對體育舞蹈的興趣

從調查結果顯示：400名大學生中有68名對體育舞蹈非常感興趣，占調查人數的17%;229名大學生對體育舞蹈基本感興趣，占調查人數的57.25%;在調查的400例大學生中感興趣比例為74.25%;另有103名大學生對體育舞蹈不感興趣;占調查人數的25.75%;同時調查結果還顯示：女生對體育舞蹈感興趣的人數多于男生，

2.1.2學習體育舞蹈的原因

大學生學習體育舞蹈原因包括：有意識和無意識2種。從問卷調查反饋信息來看，排名靠前的3個原因包括：促進身心健康發展（人數為196名、占比49%），有利于人際交往（人數為152名、占比38%）、提高綜合素質（52名、占比13%）。從以上調查數據可知，大學生接受體育舞蹈教學的原因比較正面。

2.1.3學生對體育舞蹈教學的評價

從問卷調查中可知，學生對教師體育舞蹈教學中專業技能比較滿意人數有230名，占比為57.5%，而學生對教師教學態度表示滿意人數達到了316名，占比為79%;另外據調查可知學生對教學體育舞蹈教學組織能力滿意度調查，有252名同學表示滿意，學生對體育舞蹈教師組織能力滿意度為62.5%;由此可見學生對體育舞蹈教學總體評價還是比較高。

2.2體育舞蹈教學對學生生理健康的影響作用

體育舞蹈教學對心肺功能的影響作用，可通過電子肺活量計進行測量，以了解大學生在參加體育舞蹈鍛煉后，肺活量和心率發生的變化情況。調查結果顯示：（2795.42±331.03ml），與參與體育舞蹈鍛煉前的（1796.34±362.31ml）有了明顯改善（p

2.2.1體育舞蹈教學能促進學生注意力提高

體育舞蹈教學具有較強的排他功能，能夠在較短時間吸引學生注意力。通過應用注意力穩定性測試軟件，從上述參與調查對象中選取了60例學生進行檢測，調查結果顯示，形體鍛煉能起到促進大學生注意力的穩定作用。參與體育舞蹈鍛煉前因子得分值：9.56～13.95，通過體育舞蹈課程中的形體訓練，有效提高了大學生注意力的穩定性，避免了由于睡眠時間少、心理壓力因素、以及焦慮和抑郁情緒的潛在影響，使得學生注意力更為集中了，其中上述60例觀察對象中注意力穩定性因子得分16分以上的占多數，最高分值達到了24分只有2名是10分以下?？梢?，體育舞蹈教學增強了學生注意力，并對其注意力穩定性有明顯提升作用。在體育舞蹈教學實踐中，教師結合瑜伽鍛煉的方式，讓學生將呼吸、姿勢和冥想結合起來鍛煉，指導學生呼吸練習時，應將注意力投射進呼吸整個過程，讓學生在特定心理狀態下，提高自身注意力，通過體能訓練和形體訓練等，大學生注意力的穩定性得到了明顯提升[2]。

2.2.2體育舞蹈教學對大學生心理健康的影響

通過調查問卷來了解心理健康發展，所調查項目包括：

軀體化、強迫征象、人際關系敏感度、抑郁狀況、焦慮狀況、敵對情緒、恐怖心理、偏執心理、精神病性9項，從調查數據來看實施體育舞蹈教學前后，上述9項調查項目中，學生均有較大程度改善[3]。由此可見，體育舞蹈教學對學生身心具有明顯促進作用，同時學生之間關系更協調了，通過形態教學不僅活躍了教學氣氛，還緩解了人際關系敏感度，改善了大學生強迫癥，通過體育舞蹈鍛煉學生在跳舞過程中，增加了與舞伴的協調，增進了同學之間的了解同時，還培養了學生與人合作的習慣[4]。

3 體育舞蹈教學對大學生身心發展的影響

3.1體育舞蹈教學在實踐中的應用

體育舞蹈教學通過教學比賽，教師專業技能進修等提高教學師資力量，運用多種方法促進體育舞蹈教師業務水平的提高，以推動體育舞蹈教學質量的不斷增值。同時還應做好體育舞蹈 教學的宣傳工作，定期舉辦觀摩比賽為學生提供展示自我的平臺，這將有利于幫助學生建立自信，提高大學生與人合作的能力。另外，體育舞蹈教學還應增加資金投入，從性能方面改進教學設備，并完善體育舞蹈教學場地，便于體育舞蹈教學能順利開展。

3.2體育舞蹈教學具有促進大學生身心健康的影響作用

體育舞蹈課程促進了大學生身心發展，在生理方面體育舞蹈鍛煉中的蹲、跳、轉體等運動動作，增強了人體呼吸肌力量，使大學生胸廓活動量增加，改善了其呼吸方式并促進了身體技能水平提高。在體育舞蹈教學實踐中，學生將呼吸、姿勢和冥想結合，在特定心理狀態下，不僅通過體育舞蹈鍛煉提高了自身注意力，還促進自身注意力的穩定性得到了明顯提升[5]。在心理健康方面，體育舞蹈教學讓學生之間關系更和諧了，這不僅活躍了教學氣氛，還緩解了人際關系敏感度，培養了同學與人合作的習慣。所以說，體育舞蹈教學能夠促進大學生身心發展，作為程度中等的有氧運動，體育舞蹈不僅提高了提高大學生心肺功能，還使得參與調查的大學生達到了減脂、減肥的目的。同時體育舞蹈鍛煉使得大學生肺活量明顯提高，緩解了學生身心疲勞和心理壓力。

結論

綜上，體育舞蹈教學促進了大學生身心健康發展，教師在教師實踐中，通過結合體育舞蹈鍛煉各項目特點，以及學生的具體情況，來實行針對性較強的干預訓練，使得大學生身心兩方面均有明顯促進作用。同時還應看到對大學生身心健康發展的促進作用，需要在較長時間內鍛煉才能達到上述效果，文中用了3個學期時間對大學生進行觀察，以觀察大學生通過體育舞蹈教學對其身體的影響作用，另外體育舞蹈課對學生社會性發展也有促進作用，能夠促進學生與人合作能力的提高。

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篇2

【關鍵詞】苔蘚植物；分子生物學；DNA序列

苔蘚是目前存在于地球表面較為低等的一種植物且分布廣泛，被人們所認識的苔蘚植物約有2萬多種[1]。苔蘚植物作為一種耐干旱鹽堿脅迫的植物常常被用來荒漠治理中的先鋒植物[2]，隨著科學技術的日益發展，分子生物學技術也逐漸發展到苔蘚植物的研究中。但是由于苔蘚不像其他植物試驗樣品容易且可持續獲得，對苔蘚植物分類學的研究一直處于形態學方面，在分子及生理生化角度來研究苔蘚植物的進展則較為緩慢[3，4]。關于苔蘚植物分子生物學的研究主要集中在分子系統學、分子遺傳、物種的分類鑒定以及資源的拓展及創新方面。

1.苔蘚植物分子系統學的研究

苔蘚植物的起源和演化在植物界中一直存在著一定的爭議，特別是傳統分類學在苔蘚植物上的界定[5]，分子系統學的逐步發展成為苔蘚分類新的道路。常用在苔蘚分子系統上的研究手段主要有：隨機擴增多態性DNA（RAPD）、限制性片段長度多態性（RFLP）、擴增片段長度多態性（AFLP）、序列特征擴增區域（SCAR）、微衛星（SSR）、DNA序列測定以及同工酶分析技術[6]。苔蘚植物在分子水平上進行系統的研究起始于90年代初，對于植物分子系統學水平的研究大多起始于植物DNA序列，而苔蘚植物在當時缺少DNA序列的研究[7，8]。直到1995年以后，關于苔蘚植物分子DNA序列發展至1000個，包含250個類別[9]。

苔蘚植物DNA探索是從葉綠體基因組、線粒體基因組以及核糖體基因組開始進行的。葉綠體基因組中，已經較成熟運用的基因片段為rbcL、trnL-F、rps4、trnL-trnF等，nad5、nad1、trnS和18S、ITS2等分別為線粒體和核糖體基因片段較為常用檢測基因[10]。1999年，Beckert對苔蘚植物門進行了大系統進化的分析，分析了47種苔蘚植物中nad5基因內含子，研究結果支持將Hypnanae與Dictananae亞綱重組[11]。2009年，Miwa在蛇苔屬（Conocephalum）對于環境的適應并且隨之進化能力的研究中，將小蛇苔（Conocephalum japonicum （Thumb.） Grolle）樣本中的rbcL基因擴增并測序，比對后結合其他結論，說明了小蛇苔中發現了三種不同類型的rbcL基因，認為可將其作為系統進化和物種鑒定的重要手段[12]。2010年，Kathrin Feldberg通過對rbcL， psbA， trnL-trnF region， atpB-rbcL spacer， nrITS1-5.8S-ITS2標記基因在108個隱葫苔科新增成員的分析研究，研究結果支持將隱葫苔科分為Adelanthoideae 和Jamesonielloideae兩個亞科，亞科Adelanthoideae包括Adelanthus屬、Pseudomarsupidium屬、及Wettsteinia屬，然而分子數據并不支持現代形態學體系對于Jamesonielloideae的劃分，基于分子系統進化結果分析，Feldberg提出了Jamesonielloideae包括了在五個主要的進化枝中具有代表性的Anomacaulis屬、Cryptochila屬、Cuspidatula屬、Jamesoniella屬和Syzygiella屬[13]。細鱗苔科（Lejeuneaceae）是苔類植物中的大科，它囊括了約90屬，1000余種，Wilson利用134個細鱗苔科樣品中的四種標記基因rbcL、psbA、源自cpDNA的trnL-trnF以及nrITS，運用最大似然貝葉斯分析法（即最大簡約法）進行分析，分析數據支持將細鱗苔科分為兩個亞科Ptychanthoideae亞科和Lejeuneoidea e亞科，而把Lejeuneoideae亞科又分為Lejeuneeae屬、Brachiolejeuneeae屬和Symbiezidium屬，然而根據形態分類并不符合以上Lejeuneoideae的分類，故需要更多實驗進一步驗證[14]。

2.苔蘚植物分子遺傳學多樣性的研究

對于苔蘚植物遺傳多樣性的研究從開始的形態學水平到細胞學水平，逐漸發展到現在的分子水平。分子水平研究遺傳多樣性分為生化和DNA水平，生化水平多使用酶學研究方法，利用同工酶或者等位酶方法。近年來，分子水平上對于苔蘚植物遺傳研究一般運用分子標記法，常用手段包括RAPD、SSR、AFLP、SRAP等。張安世等對11種苔蘚植物的親緣關系做了RAPD和SRAP的分析，結果顯示RAPD多態性比率為100%，SRAP多態性比率為96.9%，對數據進行Average Linkage法建立聚類樹狀圖分析表示，兩種方式均可將11種苔蘚分為3類且牛角蘚單獨一類，與形態學分類一致，但是在3類中具體劃分歸屬科以上單位RAPD、SRAP和形態學分類存在差異，此外，RAPD與SRAP在對大葉鳳尾蘚和小牛舌蘚全緣亞種的劃分上也存在差異[15]。墻蘚（Tortula muralis）是一個世界性分布的苔蘚種類，Werner依據對49個墻蘚新成員中葉綠體rps4基因序列數據分析后，表示18.53%序列符合區域間差異，81.43%認為是區域內差異，只有在日本區域內采集樣本完全區別于其他區域，通過生物地理學系統發生分析表明，墻蘚可能是一個并系，不確定的是墻蘚中不同的進化枝是繼續進化還是一個隱藏物種的典例[16].李晶采取20種東北地區的蘚類植物對其進行RAPD分析，遺傳多態性約占96.34%，同時利用數據分析建立UPGMA聚類圖，結果顯示遺傳相似性系數為0.27可將樣品分為泥炭蘚類和真蘚類；遺傳相似性系數為0.42則可將樣品分為四類，而聚類圖的分類情況與苔蘚植物經典分類系統表示結果一致[17].2002年，Skotnicki對黃瓜絲蘚（Pohlia nutans）中核糖體RNA18S-26S ITS進行RAPD研究，研究結果表示黃瓜絲蘚像梨蒴曲柄蘚（Campylopus pyriformis）一樣，表現出低遺傳多樣性[18]。魏海英等對采用鄰接法和最大似然法對中國羽蘚科12屬25種植物rbcL和rps4建立了系統樹，并結合DNA序列分析和形態學特征分析支持將牛舌蘚科獨立成科，山羽蘚屬歸為羽蘚亞科，不支持沼羽蘚亞科獨立成科[19]。

3. DNA條形碼技術在苔蘚植物物種鑒定的應用

苔蘚植物分子水平的物種鑒定主要應用DNA條形碼技術。DNA條形碼技術主要是從樣本材料基因組DNA中擴增適合的目的基因并且基因片段純化后進行測序，提交到Genbank方便物種的鑒定和分類[20].本項技術在動物中已經得以使用并獲得成效，少數高等植物中也有了一定的研究進展，而在苔蘚植物鑒定中還需要大量實驗工作。

DNA條形碼中需要確定一個通用片段作為鑒定探針。動物的CO1已經較為成熟應用[21-22]，而在苔蘚植物中，rbcL、rpoC1、rps4、trnH-psbA、trnL-trnF有很強的特異性且易獲得，而被認為可以應用的苔蘚植物DNA條形碼[23-25]，但是在近年來對上述基因片段的遺傳分辨率以及在鑒別親緣關系較近的苔蘚物種之間有一定的爭論。其中的rpoC1基因，在植物物種鑒別中效率較低，而由Hollingsworth[26]在2009年發表的文章中表示，rpoC1基因進化速度較快，可以作為陸生植物的DNA條形碼，在科級水平的鑒別中有很好的表現。

DNA條形碼技術作為新興物種鑒別技術，優勢很明顯，雖然已經在大部分苔蘚植物基因中得以應用，但是因為缺乏親緣關系較近的樣本的鑒定和研究，所以在物種鑒別時用于親緣關系近的樣品的應用就有一定的誤差。今后對于物種鑒別研究中，可致力于DNA條形碼技術在近親物種鑒別的研究和改進中。

4.總結

苔蘚植物對環境有很強的適應性，耐旱抗寒，我國苔蘚植物物種豐富，以上條件為我們更好的研究苔蘚植物的系統發育及演化，以及遺傳鑒定提供了基礎，但是我國苔蘚分子水平研究起步較晚，在這方面的研究與國外相比還較為落后。我們需要發展壯大苔蘚植物分子研究的隊伍，把更多分子手段運用到苔蘚植物系統、遺傳以及鑒定，有很大的發展空間，將會有更多可利用的研究價值。

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作者簡介：

篇3

動物形態的多樣性造就了豐富多彩的動物世界.脊椎動物附肢形態的發生一直以來是研究物種形態進化發育的典型例子.脊椎動物的附肢在漫長的進化歷程中發生了多次重大的改變,這大大提高了脊椎動物的適應性.另外,在由水生鰭向陸生足演化以及四足動物形態各異的四肢發育過程中,涉及很多與發育相關的基因和調控通路.本文結合發育生物學和遺傳學的證據,綜述了近年來對脊椎動物四肢發育及進化機制的相關研究,強調了基因的時空差異表達及調控是造成生物形態適應性進化的主要驅動力.

關鍵詞：

脊椎動物；附肢發育；附肢進化；適應性進化；信號通路

脊椎動物在由水生到陸生的進化過程中,其賴以運動的附肢經歷了由成對的鰭向四肢的變化,再由四肢到翅膀的演變,甚至是喪失了四肢(如蛇和鯨)的演變等一系列過程.這一復雜的四肢演變過程使脊椎動物能很好地適應水、陸、空三大生態位.所以,從骨骼發育和進化起源來看四足動物的前后肢與魚的胸鰭和腹鰭是同源的,但在功能上卻發生了適應性輻射進化[1],這種同源卻不同功能的例子還有同屬哺乳類的蝙蝠的翼手和人的手.于是,關于脊椎動物四肢是如何進化和發育的問題一直被人們所關注.從20世紀末開始,人們對進化過程中形態的改變和發育過程之間的聯系甚是感興趣[2].而脊椎動物的四肢是研究發育過程中形態發生以及它們最早是如何從軟骨魚類進化而來的良好模型[3].近年來,比較發育生物學、比較基因組學以及轉錄組數據分析的研究興起,可以通過對比同源發育基因在不同物種之間的差異表達模式,以及相關信號通路上的基因差異表達來揭示脊椎動物四肢進化發育的分子機制[4,5].本文結合發育生物學和分子生物學研究進展,一方面闡述了脊椎動物四肢從側芽到有功能四肢的發育過程,是由相同的發育模式和基因信號途徑調控的;另一方面通過分析脊椎動物在四肢進化過程中發生一系列形態轉變的成因,表明最終發育為不同形態和功能的四肢則是由發育相關基因的差異表達所致.進一步強調了多學科的交叉研究以及更多不同物種的基因組和轉錄組的解析,是將來對非模式生物的形態發育及進化的研究趨勢.

1脊椎動物附肢發育的研究進展

脊椎動物的附肢在形態和功能上表現出系統多樣性:強健的四肢行走奔跑于陸地山野間、矯健的翅膀飛行穿梭于天宇叢林間、靈動的魚鰭暢游河流海洋間.但是附肢發育的基本形態發育模式是保守一致的,主要可分為近遠軸(proximal-distal,肱骨到掌骨),前后軸(anterior-posterior,拇指到小指)和背腹軸(dorsal-ventral,手背和手心)[6,7],見圖1(a).附肢的發育都是由側板中胚層的側芽發生開始[8,9],具體表現為:側板中胚層細胞增殖形成側肢芽,隨后外胚層細胞沿著肢芽邊緣形成頂外胚脊(apicalectodermalridge,AER);AER分泌纖維生長因子(Fgfs)到間充質細胞,使肢芽進一步生長[10],最后從3個軸發育成不同形態的附肢.因此,調控附肢發育的分子機制也是保守的,主要涉及Fgfs,Wnts,Shh,RA和Bmps等信號通路.這些通路主要是與軟骨增生和分化的調節有關[11].

1.1Fgfs,Wnts信號通路調控附肢側芽的發生

側芽的發生主要涉及T-box轉錄因子Tbx5和Tbx4以及纖維生長因子Fgfs8和Fgfs10正確表達在側板中胚層,產生附肢芽.在敲除Tbx5的小鼠中,其前肢芽無法形成[12],同樣在雞胚中抑制Tbx5和Tbx4的表達,則會形成無附肢的雞胚[13].另外,在肢芽形成時如果FGF8沒有活性,那么形成的肢芽會很小[10],而FGF10在斑馬魚的胸鰭和雞的前肢肢芽形成中維持了Tbx5的表達[14].而這些影響附肢芽形成的基因的正確表達主要由Fgfs,Wnts信號通路調控,詳情見圖1(b).

1.2RA,Fgfs信號通路調控附肢近遠軸的發育

附肢前后軸包括近肢體端的肱骨,中段的橈骨和尺骨以及遠端的掌骨和指骨.那么在發育過程中生物個體如何控制從肱骨向指骨的發育轉變?四肢的形成主要經歷了軟骨細胞增生、凋亡和骨節生成的階段[1,8].在此過程中,Bmp和Sox9影響軟骨細胞增殖與富集,如果形成的軟骨細胞較少,發育形成的四肢則較短[8].Wnts信號通路是細胞增殖所必需的,并且負調控軟骨生成[15].近遠軸的三段骨節的形成主要是由RA/FGF的表達比例決定的.隨著RA和FGF表達的比例下降,附肢傾向于由肱骨向橈骨和尺骨轉變;隨后在較低的RA/FGF的比例下,HoxA13基因被激活,形成掌骨和尺骨[3,16],見圖1(c).因此,脊椎動物的附肢從肱骨到指骨的近遠軸的發育是由多條信號通路相互調節決定的.

1.3Shh,Bmps信號通路調控附肢前后軸的發育

脊椎動物前后軸的確定源于肢芽形成時,Shh在肢芽后側區域特異表達[17],而Sox9,Gli3和Hand2是確保Shh正確表達于肢芽后側的關鍵基因[18,19],見圖1(d).Gli3于肢芽前側表達,而Hand2表達在肢芽后側[18],二者相互抑制呈現出表達的極性.研究表明,Gli3是Shh的抑制因子,對指骨的特化和數目起決定性作用,當Gli3被抑制后,小鼠則出現嚴重的多趾現象[20].此外,Bmp信號通路中Sox9和Bmpr1b的表達,使得軟骨凝聚,形成指骨,最后GDF5介導指節形成[21].而且基因在正確的發育時期的正確表達是附肢正常發育的前提,如:Bmp4在發育早期失活,則肢芽停止生長無法形成指節;若在后期失活,則會出現多指(趾)現象[22].這表明,Shh和Bmp信號通路的正確調控是脊椎動物形成正常前后軸附肢的重要因素.

1.4Wnts信號通路調控附肢背腹軸的發育

脊椎動物附肢的背腹之分主要表現為四肢遠端指頭背部有指甲結構而腹部則有較多的分泌腺分布.這種結構上的差異主要是由上皮細胞和間質細胞之間相互作用的結果[23].從分子層面上來看,主要是由于Wnts信號通路調控了基因的背腹極性表達,產生了附肢的背腹軸.附肢芽的背軸外胚層表達WNT-7a,進而調控lmx1b表達于背軸;在腹軸肢芽外胚層中則表達EN-1(由engrailed-1編碼表達),而且EN-1負調控WNT-7a的表達[23],見圖1(e).在小鼠中,wnt-7a和lmx1b的敲除,都能導致背軸組織結構向腹軸結構轉化[23,24];同樣地,在engrailed-1功能散失的小鼠中,四肢的腹軸組織結構向背軸組織結構轉化[25].因此,wnt-7a信號通路的表達調控是附肢背腹軸的正確分化的決定性因素.

2脊椎動物四肢進化的研究進展

在探討了脊椎動物的附肢是如何發育之后,那么相應的問題油然而生:脊椎動物不同形態的附肢是如何進化而來的呢?它們進化的分子機制又是什么?我們主要從對稱鰭向四肢的演化和為適應不同環境四足動物演化出不同形態的四肢兩個方面來剖析脊椎動物四肢進化的分子機制.

2.1基因的時空表達差異與對稱側鰭向四肢的演化

約在3億6千萬年前(360millionyears)[8],脊椎動物的祖先離開水面進化出了適應陸生生存的四肢,四肢最早源于硬骨魚的兩側對稱鰭,而對稱鰭則是由中部背鰭(如七鰓鰻)演化而來[26].在對稱鰭的出現到向四肢演變過程中主要是由T-box基因、Hox基因和Shh在側芽不同部位的差異表達所致.在上文提及附肢側芽形成中也提到T-box基因對前后肢側芽的形成起到關鍵作用.研究表明,在小鼠和斑馬魚胚胎中,Tbx5和Tbx4分別表達于形成前后肢的側板中胚層中[12,27].而文昌魚和七鰓鰻雖然都有Tbx5/4,但是在胚胎時期僅表達于背部中胚層而非側板中胚層,這與文昌魚和七鰓鰻只有背鰭而無側鰭的發育模式是一致的[28].同樣地,通過原位雜交比較發現,Hoxd基因在軟骨魚類(如catshark)中和四足動物中有相同的時間表達模式:在肢芽發育早期階段(PhaseⅠ),Hox9表達于近端;而在后期(PhaseⅡ),Hox10-Hox13沿著遠端邊緣表達,表明Hox基因在附肢芽發育的時間表達模式是保守的,因此,Hox基因成員在特定發育時間的特定表達是附肢正常發育的基礎.但是其在軟骨魚類肢芽上的表達區域要局限得多[29],導致四足動物四肢近遠軸的形成.這種基因的表達差異也存在于硬骨魚類和四足動物中,如HoxA11和HoxA13分別表達于四足動物四肢的近遠軸,但在斑馬魚的鰭芽中沒有類似的表達極性,而表現出重疊表達[30],因此魚鰭沒有明顯的近遠軸區別.另外,脊椎動物的四肢從鰭進化而來以后,在形態上的一大區別就是魚鰭無明顯的前后軸之分.鰭的內部骨骼都是在同一平面上排列且骨骼較多,而陸生四足動物則有明顯的指骨骨骼分化,見圖1(a).Shh信號通路在四肢前后軸形成的過程中起關鍵作用[31].在非模式生物貓鯊(catshark)的研究中,對培養中的卵進行前后軸相關基因的原位雜交發現:Shh信號通路上的2個標志性基因Ptch1和Hand2在鰭的前后端都有表達[32],因此貓鯊的鰭幾乎沒有前后端的分化;而在四足動物中Ptch1和Hand2僅表達于后端[7](圖1(d)),基因的這種區域性表達形成了四肢的前后軸發育模式.另外,基因在不同發育時期的表達及表達時間的長短也影響著附肢的形態發育.如小鼠的第三到第五指骨的發育取決于SHH表達的量和表達時間的長短,其第五指骨的形成需要SHH表達的時間最長[33].同樣地,在雞胚的不同發育時期抑制SHH的表達所生成的指骨數是不一樣的[34].因此,T-box,Hox和Shh基因在時空上的差異表達可能與硬骨魚類對稱鰭的發生有關,同時也是對稱側鰭向陸生脊椎動物的四肢演變的重要因素.

2.2基因的表達水平差異與四肢的適應性輻射

演化陸生脊椎動物的四肢形態多樣性呈現出適應性進化:手、腳、爪子、翅膀,甚至是四肢退化等不同形態.主要差異在于指骨的數目及指節長短的差異,在進化中這些差異的形成離不開對四肢發育起重要調控作用的信號通路及其基因.首先我們關注的是與指骨形成密切相關的Shh信號通路.在沒有四肢的爬行類(如:蛇)和兩棲類(如:蚓螈)中,Shh的增強子序列功能發生了退化[35];同樣的由于Shh的信號調控使得雞和鳥類的翅膀僅有3個指骨[34].除了兩爬類和鳥類,Shh信號通路對四肢發育的調控也見于哺乳動物中:比起小鼠,在僅有兩個指骨的豬和牛中,Ptch1在肢芽的后端表達量較低[36];而且海豚的后肢退化也是轉錄因子Hand2和Shh在后肢芽上無表達的結果[37].在哺乳動物中除了海豚和鯨類,四肢特化比較明顯的要數蝙蝠,而且近年來對蝙蝠四肢的進化發育研究也很多.以下就以蝙蝠為例,探討基因表達水平的差異如何調控脊椎動物的四肢形態進化.在現存的蝙蝠中,不同物種間的翅膀形態各異.無論是從翅膀的外部形態(翼尖形態、縱橫比大小)還是從內部骨骼連接(有無指節)來看,都有著明顯的差異,而這些差異可能與其不同的飛行環境和捕食策略有關[38,39].就形態而言,現生蝙蝠前肢的第Ⅰ和Ⅱ指節較短,第Ⅲ,Ⅳ及Ⅴ指節較長[40],而且指間的組織并沒有凋亡脫落,而是有一層富有彈性的肌肉組織組成為翼膜.蝙蝠指節的這種異常生長形態,是由于生長板上的軟骨細胞的增殖、分化和減慢凋亡[41].從基因策略看,首先要抑制骨節形成,即抑制軟骨細胞凋亡.在骨節形成之前,蝙蝠在指節間表達GREM(Bmp抑制蛋白)以及FGF8抑制細胞凋亡;另外Fgf-Shh-bmp-Gremlin的反饋調節作用使得指間組織增生發育,最后肢長得到延伸[42].另一個策略就是增加軟骨形成蛋白的表達量,例如影響軟骨細胞增殖的Bmp2,Hoxd13和prx1在蝙蝠中表達顯著上調.對比人和小鼠,這些基因在序列上高度保守,但是在蝙蝠中有較高的表達水平,這使得蝙蝠軟骨細胞大量增殖,最終導致指節變長[43~46].另外,Booker等人[47]在蝙蝠祖先基因組上發現了多個快速進化區域,這些快速進化區域與四肢發育基因(Twist2,Spry1,Shh,Spg20,Hoxd)在位置上相距較近,并認為這些區域對調節四肢發育的基因有增強子的功能.因此,這些基因表達水平的上調使得蝙蝠進化出了與其他哺乳動物不同形態的四肢.蝙蝠的四肢除了進化出與其他哺乳動物有較大差異的翼手外,其自身的前后肢也有較大的差異,即后肢明顯比前肢短.從脊椎動物發育相關的信號通路[48]來看,這些通路中基因的活性和表達量在蝙蝠前后肢上也有區別,這可能與蝙蝠前后肢形態差異有關.Wnt/β-catenin信號通路在前肢上受到抑制,此信號通路的作用是在軟骨發育過程中抑制間質細胞的凝集,前肢此信號通路受到抑制后,大量的間質細胞凝集并發育成翅膀.Bmps信號通路則有兩種模式:Bmps和Gremlin1在胚胎發育前期在后肢表達較高,而在胚胎發育后期則在前肢有較高的表達[5].對應的,一些上述信號通路中的調控基因在前后肢上也有顯著的表達差異,如5ʹHoxd,Tbx3,Tbx5,Mut3和Lhx8僅表達于前肢而且表達量相對很高,尤其是在第Ⅲ和Ⅴ指節中有更高的表達水平;而Tbx4,Pitx1以及激活凋亡程序的Msx1和Msx2在后肢中表達較高[1,5,49].除調控基因外,先前的相關研究表明,一些長鏈非編碼RNA(LncRNAs)也與發育調控相關[50].在蝙蝠的四肢發育過程中,一些LncRNAs在蝙蝠中很保守而且在前后肢中存在表達差異,如Tbx5-as1在蝙蝠前肢中有較高的表達并影響前肢的發育[5].另外,基因調控區域的改變也會影響個體的形態發育[51],蝙蝠前肢中H3K27乙酰化水平較高,而后肢則H3K27甲基化水平較高[5].綜上所述,多因素調控下的基因表達水平差異是導致蝙蝠的前后肢呈現不同形態的主要驅動力.

3結論與展望

篇4

【摘要】對近年來植物抗鹽的適應機制的研究進展作了概述,闡明了植物在鹽脅迫下的反應及鹽脅迫作用機理。

【關鍵詞】耐鹽性;滲透調節;適應機制

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

土壤鹽漬化是農作物生產中最嚴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鹽漬化威脅。同時,我國耕地由于灌溉和施肥不當引起的次生鹽漬化問題日益惡化,對農業生產的影響逐年加重。選育耐鹽作物,提高作物對鹽漬環境的適應能力,是減輕土壤鹽漬化危害以及開發利用沿海灘涂等鹽漬化土地資源的重要途徑之一[1]。此外,深入剖析植物耐鹽性的機理,對于人們理解植物在環境脅迫條件下的基因調控、信號轉導、離子轉運和礦質營養等方的生物學機理也有十分重要的意義,因而成為植物分子生物學研究的一個熱點領域。本研究對植物抗鹽的適應機制作了概述,同時對植物在鹽脅迫下的反應做了闡述。

1.植物鹽脅迫

逆境是對植物生長和生存不利的各種環境因素的總稱,又稱脅迫。植物所生長的土壤中所含有的可溶性鹽分過多,就稱為鹽脅迫。植物在逆境中的生理生態反應就稱為逆境生理[2]。逆境脅迫對植物的傷害最直觀的表現反映在植株的外在形態上。例如植物遭受嚴重水分脅迫后,就會產生如植株矮小、葉子卷曲及萎蔫、有壞死斑點和過早凋落等一些明顯的癥狀?？傮w來說鹽脅迫對植物的生長產生的影響有以下幾個方面:

1.1吸收水分于對的能力降低。土壤鹽分過高會使土壤溶液的水勢降低,導致植物吸水困難,相當植物產生干旱脅迫。

1.2離子失調。植物在受到鹽脅迫時,土壤中Na+含量較高往往會排斥植物對其它離子如K+、Ca2+及Mg2+的吸收。研究認為,鹽離子對植物有更直接的毒害方式,即鹽離子會打破植物細胞內的離子平衡,從而使植物代謝紊亂[3]。

1.3產生滲透脅迫。土壤中鹽分過多會使土壤溶液的水勢降低,導致植物吸水困難,造成生理干旱。研究顯示,鹽脅迫對植物生長的影響是間接的,它通過降低細胞的水勢,影響植物對水分和礦質營養元素的吸收,嚴重時會導致植物萎蔫或者死亡。

1.4破壞植物的能量平衡。植物在受到鹽脅迫時,會打破植物體內的能量平衡。這是由于ATP的減少或碳水化合物轉移的減少造成的,能量平衡的打破還可能是由于光合作用產物由生長轉向了滲透調節、生長調節物質產生了變化、維持呼吸和離子運輸的能量增加等[4]。

1.5積累有毒物質。植物在受到鹽脅迫時,其體內會積累大量的有毒物質,如氮代謝的中間產物,它們會轉化成具有一定毒性的腐胺和尸胺,還可被氧化為氨氣和過氧化氫,這些有毒物質都會對植物造成一定的傷害。此外,鹽脅迫還會引起體內活性氧的積累,導致活性氧代謝的失衡。

2.植物耐鹽性的適應機制

鹽生植物的研究始于十九世紀初。Harvery于1939年討論植物耐鹽性時,只收集到9篇關于植物耐鹽性方面的論文[5]。之后的十幾年來,有關耐鹽性的研究取得了明顯的發展,國外學者對植物耐鹽性的研究進行了大量的工作。研究植物耐鹽性的關鍵在于探明植物對鹽脅迫的適應機制,為此國內外研究者都對植物的耐鹽機理展開了大量的研究,發現鹽脅迫對植物造成的傷害主要有兩種途徑:即主要通過鹽離子的直接作用形成的離子脅迫和間接的脫水作用[6]。因此,植物要能在鹽漬化土壤中正常的生長發育,必需具備抗滲透脅迫和離子脅迫的能力。真鹽生植物為了吸收較多的水分和降低水勢,主要通過將植物組織肉質化以及通過細胞的離子區域化作用將鹽分稀釋并運輸到液泡中;泌鹽植物則是通過自身的器官,如鹽腺或囊泡,將吸收的鹽害離子排出體外,從而避免鹽脅迫的傷害。

2.1誘導合成保護酶。植物生長發育過程中產生的活性氧在正常情況下不會對植物造成嚴重傷害,但當植物處于逆境時,植物細胞結構就會產生的大量活性氧,造成膜系統和核酸物質的氧化傷害,從而破壞正常的生理代謝[4]。為避免活性氧的大量積累,耐鹽植物會增強體內的抗氧化系統活性,清除過量的活性氧。研究發現,植物在受到鹽脅迫時,其體內的保護酶活性都在一定程度上得到增強[7],但鹽脅迫程度增加時,膜系統受到傷害,一部分活性物質溶出,會導致保護酶活性降低。

2.2離子區域化、拒鹽作用及離子平衡。鹽脅迫條件下,不論是鹽生植物還是非鹽生植物,細胞質中Na+濃度過高都會對細胞內的生理活動造成傷害。植物細胞一般會通過離子區域化、拒鹽作用以及維持適當鉀和鈣離子的濃度這三種機制,來保證細胞正常的生理活動。這是植物適應鹽脅迫的比較重要的機制。

2.2.1離子區域化。鹽生植物可以將鹽害離子從細胞質或細胞器中清除出去,或者通過跨膜運輸使離子轉入液泡中,這不僅能使整個細胞的滲透壓保持在一定的水平,保證植物對水分的吸收,同時使細胞質免受離子的毒害。非鹽生植物則是盡量減少對鹽害離子的吸收,同時將吸收到的離子輸送到老的組織中,以犧牲這些老的組織為代價,來保護幼嫩組織的生長發育。

2.2.2拒鹽作用。降低地上部分鹽分濃度是植物耐鹽的重要機理之一,一些植物的根部很少吸收鹽分或吸收鹽分后基本保留于根莖部,從而阻止鹽害離子向地上部分運輸或者運輸很少,這就保證了植物地上部分進行正常的光和代謝。

2.2.3植物植物對鉀、鈉離子的選擇性吸收。鉀是植物體內的一種常量營養元素,是植物進行正常生理活動所必需的礦質元素,正常情況下植物細胞中的K+/Na+的比值較高,由于K+和Na+的電化學性質極為相似,因此,Na+濃度過高可抑制植物對其他離子的選擇性吸收,植株的正常生長因此也受到一定的阻礙。

2.3滲透調節。滲透脅迫是鹽脅迫對植物造成傷害的重要原因之一。為了避免滲透脅迫,植物細胞通過滲透調節來降低胞內水勢,保持胞內水分,從而保證植物細胞的正常生理活動。為了使細胞降低水勢,細胞從外界吸收無機離子,同時自身合成許多有機小分子物質作為滲透調節劑,兩者的協同作用使胞內的水勢低于外界水勢,水分沿著水勢梯度從胞外流入胞內,從而保證了植物的正常生命活動。參與滲透調節的物質被稱為滲透調節劑,主要包括無機離子,如Na+、K+、C1-;有機小分子,如甜菜堿、脯氨酸、糖類、氨基酸及其衍生物等兩大類。這兩大類物質在細胞質和液泡中都有分布,但無機離子在液泡中的含量較多,有機小分子在細胞質中較多。其原因是無機離子進入細胞后,在離子區域化的作用下大多轉運入到液泡中,降低了液泡水勢,而細胞質中就必須合成有機小分子來平衡細胞質內外的水勢。鹽生植物多以無機離子作為主要滲透調節劑,而非鹽生植物則以有機小分子的滲透調節為主。

甜菜堿是一種重要的滲透調節物質。它是一種季銨型的水溶性生物堿,化學名稱為三甲基甘氨酸,其獨特的分子結構使其既可以與生物大分子的親水區結合,同時也可以與疏水區結合,是一種有效的非毒性滲透調節劑[8]。大量研究證實,在鹽脅迫條件下植物體內會積累大量的甜菜堿,Khan等人發現在鹽脅迫下,彎角梭梭中甜菜堿含量增加,但地上部分和地下部分的增加量有顯著差異[9]。

脯氨酸是另一種重要的含氮滲透調節物質。鹽脅迫下,脯氨酸含量的變化是由于其合成過程增強而氧化速率下降所造成的。植物在鹽脅迫下能積累大量的脯氨酸是一種較為普遍的現象,如泌鹽紅樹植物桐花樹的葉中脯氨酸含量在鹽脅迫下顯著提高[10];一般認為,脯氨酸的作用是平衡液泡中的高濃度鹽分,避免細胞質脫水,但關于脯氨酸與鹽脅迫的關系迄今仍有爭議。有實驗報道,脯氨酸積累與耐鹽程度成負相關,因而認為脯氨酸積累可能是植物受到鹽害的結果。然而,更多的研究者認為,脯氨酸積累是植物為了對抗鹽脅迫而采取的一種保護性措施。此外,脯氨酸還可能具有其他作用,如防止酶變性、作為碳、氮的能量儲備及自由基清除劑、調節細胞質pH值,防止細胞質酸化等。因此脯氨酸如何對植物的抗鹽性起作用有待于進一步的研究。

可溶性糖也是一種滲透調節劑,鹽脅迫初期,植物中的可溶性糖含量增加,但到了鹽脅迫后期,其含量有所降低,這有可能是呼吸作用的增強和光合作用的衰竭所致[11][12]。

2.4分子水平上的耐鹽機制。在分子水平上,鹽脅迫可使植物某些基因的表達狀況發生變化,如合成或者抑制某些蛋白質的合成,以提高植物的抗鹽性[9]。但是植物的抗鹽性狀是由多個基因控制的數量性狀,這就決定了從分子水平上去認識抗鹽機制的復雜性。到目前為止,人們已經在植物中發現了很多的耐鹽基因,許多在植物耐鹽過程中具有重要作用的基因相繼得到鑒定和克隆。其中一些基因被用于轉基因研究,使得轉基因植物的耐鹽性在不同程度上得到提高,深化了人們對耐鹽機理的了解。如Na+/H+逆向轉運蛋白基因(NHX),它是鹽過敏信號途徑中的一類基因,它所編碼的蛋白存在于植物細胞液泡膜上,可以將Na+區隔化至液泡中,避免細胞質中的高Na+鹽毒害,維持高的K+/Na+比,達到離子平衡和滲透平衡,以提高植物的鹽耐特性,從而減輕或防止植物生長受抑制等。

但是由于鹽生植物種類繁多,耐鹽類型不同,至今仍有許多問題未能解決,如鹽生植物中確定耐鹽性的關鍵基因,如何應用遺傳學或者分子生物學的方法將關鍵性耐鹽基因導入作物中以獲得抗鹽的轉基因植物,以提高作物的耐鹽性和產量。因此尚有大量工作有待于進一步的深入研究。

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篇5

關鍵詞：瓜類蔬菜；分子標記技術；輔助育種；研究進展

中圖分類號：S642.036 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2014）04-0136-04

瓜類蔬菜在我國蔬菜生產中占有重要地位。分子標記是以個體間遺傳物質核苷酸序列變異為基礎的遺傳標記，是DNA水平上遺傳多態性的直接反映[1]。分子標記技術的出現，使植物育種的“間接選擇”成為可能，大大提高了遺傳分析的準確性和選育品種的有效性[2]。近年來，隨著分子生物學的迅猛發展，分子標記技術在蔬菜育種中的作用越來越受到重視[3]。本文綜述了幾種常見的分子標記技術在瓜類蔬菜育種中的研究進展，以期為瓜類蔬菜高效分子育種體系的建立提供參考。

1 分子標記技術種類

Bostein等（1980）最早利用限制性長度片段多態性 （Restriction fragment length polymorphism， RFLP）作為遺傳標記構建了遺傳連鎖圖譜，開創了直接利用DNA多態性發展遺傳標記的新階段[4]。DNA分子標記技術簡單、快速、易于自動化[9]，與傳統的遺傳標記相比具有許多特殊優點，如不受環境、季節限制，不受個體發育階段影響，不存在基因表達與否的問題等[5～8]?，F已發展出十幾種DNA標記技術，概括起來主要包括以下3種類型：

①基于雜交的分子標記技術，如 RFLP。

②基于PCR擴增的分子標記技術，它又分為兩類。一是僅基于PCR的擴增方法。它包括使用隨機引物（Arbitrary primer） 進行擴增的隨機擴增多態性DNA技術（Random amplified polymorphic DNA， RAPD），和采用特定引物或引物對擴增的標記技術，主要有序列特異性擴增區 （Sequence characterized amplified region， SCAR）、微衛星DNA （ Microsatellite DNA），又稱簡單重復序列 （Simple sequence repeat， SSR）和ISSR（Inter simple sequence repeat）等。其中SCAR屬于位點特異的PCR標記方法，其他則屬于多位點標記方法，檢測區域均與微衛星序列有關。二是PCR與酶切相結合的方法。主要指擴增片段長度多態性（Amplified fragment length polymorphism， AFLP）和酶切擴增多態性序列（Cleaved amplified polymorphic sequence， CAPS）兩類。其中AFLP 是先酶切，再用特殊設計的引物進行擴增；而CAPS是先擴增，再酶切擴增片段，檢測酶切片段的長度多態性。

③基于DNA序列和芯片的分子標記技術，如單核苷酸多態性 （Single nucleotide polymorphism， SNP）。

每種DNA 分子標記技術都具有各自的優缺點和適用性，需要研究者結合實際加以選擇。

2 分子標記技術在瓜類蔬菜育種中的應用

分子標記技術主要涉及分子遺傳圖譜的構建、遺傳多樣性研究、品種純度鑒定、親緣關系鑒定、重要基因的標記與定位、分子標記輔助選擇、基因的圖位克隆等許多領域，其在瓜類蔬菜育種中的應用，提高了瓜類蔬菜作物的育種效率[10]。

2.1 種質資源親緣關系和遺傳多樣性的研究

隨著生物學尤其是遺傳學和分子生物學的發展，植物遺傳多樣性的檢測水平獲得了顯著提高，從形態學、細胞學（染色體）、生理生化水平逐步發展到分子水平，為物種起源、品種分類的研究提供了理論依據。分子標記技術檢測的是基因組水平上的差異，非常穩定，不受外界環境影響，并且通過對遺傳圖譜的分析，可以準確區分品種間的差異，為種質資源親緣關系和遺傳多樣性的分析提供可靠、有效的工具[11～13]。

趙娜等[14]采用61對SSR特異引物對46份厚皮甜瓜進行UPGMA聚類分析，結果顯示，供試材料的遺傳相似系數達到了0.62，說明這46份厚皮甜瓜材料的親緣關系非常近。盛云燕等[15]在甜瓜SSR標記遺傳多樣性研究中，采用50對SSR特異引物對46份甜瓜栽培品種（系）進行分析，有48對引物擴增出譜帶，其中46對具有多樣性，結果顯示，運用分子標記技術可以提高甜瓜栽培品種多樣性分析的準確性。尚建立等[16]以我國西瓜、甜瓜種質資源中期庫內1 200份西瓜種質為材料，對果實重量、果肉顏色、中心糖、種子千粒重等12項主要植物學性狀進行遺傳多樣性和相關性分析。高山等[17]采用RAPD和ISSR分子標記技術對38份苦瓜種質進行遺傳多樣性分析，兩種標記技術都能擴增出各自的多態性譜帶，反應了苦瓜種質豐富的遺傳多樣性；其中RAPD標記將供試苦瓜種質劃分為3個類群6組，與張長遠等[18]對苦瓜親緣關系的RAPD分析結論基本一致。楊衍等[19]對36份苦瓜種質資源利用AFLP技術進行遺傳多樣性和親緣關系評價分析，將供試材料分為2個類群。Gaikwad等[20]也做過類似的相關研究。李曉慧等[21]利用SRAP分子標記對西瓜品種的多態性進行分析，探討了西瓜的遺傳多樣性。段會軍等[22]對50個西瓜枯萎病菌株的RAPD、ISSR和AFLP分子標記的研究揭示了西瓜枯萎病菌株分子水平上的遺傳多樣性，同時也說明了西瓜枯萎病遺傳分化較大，存在著比較豐富的遺傳變異，為西瓜抗病育種和西瓜枯萎病的綜合防治提供理論依據。Paris等[23]利用AFLP、ISSR、SSR標記對45個南瓜品種進行研究，將其分為3個亞種。黃秀麗[24]利用種子蛋白質與幾種同工酶電泳及RAPD標記對南瓜屬4個栽培種間的親緣關系進行探討，結果表明中國南瓜與美洲南瓜親緣關系最近，與印度南瓜關系較遠。

2.2 分子標記輔助選擇

傳統的育種主要依賴于植株的表現型進行選擇，環境條件、基因間的互作、基因型與環境互作等多種因素都會影響表現型選擇效率，一個優良品種的培育往往需花費7～8年甚至十幾年時間。如何提高選擇效率，是育種工作的關鍵。分子標記輔助選擇育種可以對作物在早期進行快速、準確的選擇，減少育種過程的盲目性和周期性，提高育種效率，加速育種進程[25，26]。

王懷松等[27]以抗病的7-2和感病的7-1、7-3雜交組合與分離群體為試材進行了甜瓜抗白粉病連鎖分子標記研究，建立了甜瓜抗白粉病AFLP標記技術體系，找到了一個與甜瓜白粉病抗病基因緊密連鎖的AFLP標記：M60/E25-520。馬鴻艷[28]利用獲得的2對SSR標記結合田間接種鑒定對101份甜瓜種質資源進行抗白粉病篩選，結果顯示，引物SSR04816平均符合率為81.4%，引物SSR01498平均符合率為68.6%，引物SSR04816鑒定結果符合率大于80%，可用于分子標記輔助選擇育種。張曉波等[29]對甜瓜雌雄異花同株和雄全同株材料間雜交后代及回交后代的花性型分離進行研究，在F2代中利用SSR技術對單性花基因進行了分子標記篩選并找到了與該基因連鎖的標記，遺傳距離分別為7.0 cM和29.5 cM。孫曉丹等[30]利用形態學觀察、經典遺傳性狀分析、AFLP分子標記等技術在形態學和分子標記水平上研究了黃瓜嫩果白色果皮顏色遺傳規律，開發出實用有效的分子標記，提高了黃瓜育種工作效率。為了加速培育出人們青睞的優質黃皮西瓜，王日升等[31]以西瓜黑皮母本（H97）和黃皮父本（2605）構建的BC1分離群體為材料，利用RAPD技術篩選出一個與黃皮性狀基因連鎖的RAPD標記AI09-1500，重組率為17.2%。

2.3 品種純度鑒定

種子質量的高低影響農作物產量及品質，在種子質量檢驗的各個指標中，品種純度檢驗尤為重要。傳統的品種純度鑒定費時費力且受環境、人為等多方面影響。分子標記技術以種子的DNA作為檢測對象，在植物體的各個組織、各個發育時期均可檢測，且不受季節、環境限制，不存在是否表達的問題[32]。

羊杏平等[33]利用RAPD和ISSR兩種分子標記技術鑒定西瓜雜交種抗病蘇蜜和蘇蜜5號的遺傳純度，成功發現了能用于純度檢測的7個RAPD母本特異引物、4個RAPD父本特異引物、2個ISSR母本特異引物及2個RAPD父母本特異標記共顯性引物，對于西瓜雜交種的遺傳純度檢測具有重要意義。李菊芬等[34]應用RAPD、ISSR和SSR三種分子標記技術對西瓜雜交種“東方紅1號”和“8424”純度的快速鑒定進行了研究，在73對SSR引物中，各篩選到3對多態性引物能夠用于雜交種純度鑒定，且SSR鑒定結果與大田形態鑒定結果一致。李菊芬等[35]研究還顯示，應用篩選出的SSR引物組合，能夠有效地檢測出混雜在雜交種中的母本自交系種子，也能檢測出其它不明來源花粉所導致的生物性混雜，提高了甜瓜雜交種純度檢測結果的準確度。

2.4 遺傳圖譜構建及基因定位

分子遺傳圖譜是指以遺傳標記為基礎的染色體或基因位點的相對位置的線性排列圖[36]。遺傳圖譜的構建是瓜類蔬菜分子研究的重要內容之一，是基因定位與圖位克隆及基因組結構與功能研究的基礎，為分子標記輔助育種提供依據。

路緒強等[37]利用甜瓜全雌系W1998（無雄花）與雌雄異花同株品系3-2-2（有雄花）雜交，F1代全部為雌雄異花同株，以F2代為試材，采用SSR分子標記構建甜瓜遺傳圖譜，并定位了甜瓜控制雄花分化基因（An），進一步完善了甜瓜性別分化的表達機制。王軍輝等[38]利用抗黃瓜花葉病毒（CMV）的黃瓜材料F-3和感CMV的黃瓜材料HZL04-1為親本，構建了包含190個F2代的遺傳作物群體，采用SSR、EST-SSR、SCAR三種分子標記技術進行遺傳連鎖分析，構建了黃瓜遺傳連鎖圖譜，該圖譜為黃瓜抗CMV的QTL定位奠定了基礎。易克等[39]以野生西瓜種質PI296341為父本，普通西瓜97103為母本，獲得F8的重組自交系群體，通過16個SSR引物和5個ISSR引物組成的48個標記構建了一個包括11個連鎖群的分子圖譜，總長度為558.1 cM，平均圖距為11.9 cM。Yeboah等[40]利用SRAP和ISSR標記技術對黃瓜F2代群體進行標記分析，共獲得109個多態性標記，構建了包含7個連鎖群的連鎖圖譜，基因位點平均間距為16 cM。盡管分子標記在瓜類作物的遺傳圖譜和基因定位方面取得了很大進展，但是飽和度高且能滿足育種需求的遺傳圖譜尚未見報道。

3 問題與展望

近幾年來，分子標記技術不斷發展、完善，但是利用分子標記大規模培育瓜類蔬菜作物優良品系或品種的愿望仍未實現。多數研究仍處在起步階段，缺乏合理有效的試驗依據；瓜類作物的遺傳圖譜飽和度較低，無法滿足育種的需求[41]；與傳統的形態鑒別方法相比，DNA分子標記技術所需儀器精密、藥品昂貴、程序復雜，難以普及和應用[26]。因此，今后應充分利用不同分子標記技術加快遺傳圖譜的整合工作，提高其飽和度，完善高密度遺傳標記連鎖圖譜的構建，同時開展新型分子標記的研究，尋求經濟實用的新性狀標記，并與常規育種有效結合起來，為瓜類蔬菜育種提供更好的服務。

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篇6

關鍵詞：高壓靜電場；植物生長；微觀機理

中圖分類號： Q947.8 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.024

目前，靜電生物效應的研究和應用已日益向縱深發展，對植物的生物效應研究也取得了可喜的成就[1-3]。本研究利用從試驗中獲得的結果，以現有的認識水平和程度，從理論的角度對高壓靜電場（以下均簡稱靜電場）對植物的誘導機理進行研究。

眾所周知，地球上的植物生長，除了需要陽光、水、礦物質等環境因素以外，還需要靜電場、磁場、射線、聲波等物理因素。從物理學的角度講，地球本身是一個帶負電的球體。電離層與地面之間的電勢差平均值約為3.0×105 V。晴天時，地球表面的大氣電場的場強值約為100～200 V·m-1[5]，而且，大氣電場內還存在帶電離子的上、下運動，這構成了植物生長必需的靜電場和因帶電離子運動產生的大氣電流。近年來，國內外學者用人工方法將靜電場作用到植物上，對植物的生長進行調控，達到了預期的目的。然而，對于靜電場誘導植物生長機理的研究，還沒有得到一個十分完整而滿意的解釋，本研究從5個方面對靜電場對植物的誘導進行研究，以彌補理論上的缺陷。

1 靜電誘導植物生長

國內關于靜電誘導植物生長的報道很多，所采用的靜電場的類型大致有3種：一是正負離子電場；二是正負脈動電場；三是正負靜電場。最常用的是第一種和第二種。

王淑惠等[6]采用適宜強度的靜電場對小麥幼苗進行處理，對小麥幼苗的生長效應、成熟期植株性狀和產品結構進行了測量記錄，見表1和表2。其中，對照組是指未經靜電場處理。

從表1[6]可以看出，除功能葉片無顯著差別（P>0.05）外，苗高、葉片數都有顯著差別（0.05>P>0.01）?？偢鶖?、功能葉寬、葉齡、分蘗數和凍害程度差別明顯（P

從國內多篇報道看，促進植物生長所采用的靜電場類型大多是正離子電場[3]。在靜電場作用下，植物能加快吸收CO2，對病蟲害有抑制作用，提高產量[4]。當然，為了延長花卉的開花時間，有時候也采用負離子電場[2]。

2 靜電處理使細胞膜興奮機理

植物的生長發育大部分依賴于植物細胞吸收營養成分，而細胞膜作為細胞與周圍生理環境進行物質交換的重要通道，具有極其關鍵的作用。細胞膜的興奮水平可直接影響植物生長的程度。因此，當某種靜電場作用到植物上時，可使細胞膜興奮，提高細胞膜內外的物質交換的速率，這對于促進植物生長發育具有重要的實際意義。筆者認為，靜電場促進植物中細胞膜的興奮，主要有以下2點機理。

2.1 靜電影響細胞膜電位促使細胞膜興奮機理

細胞膜是細胞質與外界相隔的一層薄膜，又稱質膜，是位于原生質體，緊貼細胞壁的膜結構，而細胞膜可以看作是具有一定厚度、一定電阻和一定電路的特殊“電路”。細胞膜的磷脂雙分子層將細胞內液與細胞外液分隔，由于細胞內外帶電離子不均等分布在膜的兩側，因此，存在一定的電位差，形成細胞膜電位，圖1顯示了細胞膜的等效電路[7]。

細胞膜電位主要分為兩種：靜息電位和動作電位。靜息電位是指細胞未受外界刺激時存在于細胞內外兩側的電位差。細胞在未受外界刺激時，細胞內的生理環境較為穩定，在其中發生著許多重要的生物化學反應。K+順著細胞膜內外的濃度差擴散至細胞膜外，正電荷增多，膜外電位上升，膜內呈現極低的負電位。而Na+內流至細胞膜內，進而提高膜內電位，最終K+、Na+所維持的細胞膜內外的電位差構成了細胞膜的靜息電位，此時，細胞膜的離子凈流動速率呈現動態平衡。

動作電位是指細胞受到刺激，在靜息電位的基礎上發生一次短暫的、擴散性的電位變化。當外界給予細胞一定的刺激后，細胞膜的靜息電位呈現活化狀態。首先出現緩慢的去極化狀態，Na+通道開放，Na+大量內流，膜電位逐漸變小，當達到-50 ～ 55 mV的臨界水平 [8]，即閾電位時，隨即產生一個爆發性的除極化，動作電位短時間達到0 mV，細胞內外電位相等，膜電位極性反轉，之后細胞膜電位進行反極化，大量K+順濃度差電位差流向細胞膜外，膜電位恢復到靜息狀態。

通過靜電處理細胞膜，可使細胞膜上的通道蛋白形態發生改變，膜電容增大，促使K+、Na+流向發生改變。細胞膜電位由靜息電位轉變為動作電位，Na+通道蛋白開放，內負電位降到閾電位水平。細胞進行去極化過程，此時細胞膜處于興奮狀態。離子的凈流動速率大大加快。并且電流的流向均是朝向內，植物表現內壓“電恒”狀態。因此，通過靜電處理使細胞膜興奮，提高離子的通透性，進而促進細胞吸收離子的過程，加快細胞與周邊生理環境進行物質交換。

2.2 靜電通過影響細胞膜分子結構促使細胞膜興奮機理

細胞膜的基本結構是一個有蛋白質鑲嵌的磷脂雙分子層，而膜電位的產生與膜上帶電脂質分子與蛋白質分子的解離狀態與膜內外的離子濃度場有關。由文獻[9]可知，細胞膜外表面處的電勢為：

5.1 靜電處理使細胞中DNA分子合成速率加快機理

眾所周知，基因（遺傳因子）是遺傳的物質基礎，在生物學上的定義為DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。它儲存著生命孕育、生長、凋亡過程的全部信息，通過復制、表達、修復，完成生命繁衍、細胞分裂和蛋白質合成等重要生理過程。在細胞中，存在CDK啟動因子，它是一類重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其主要的生物學作用是啟動DNA的復制和誘發細胞的有絲分裂，以復合物形式出現[19]。該復合物分為催化亞基和調節亞基兩部分，催化亞基為CDK，調節亞基為細胞周期蛋白。CDK與細胞周期蛋白是調控細胞分裂的核心因子。通過靜電處理植物細胞，加速ATP的合成，進而促進CDK與細胞周期蛋白的合成，從而促進細胞的有絲分裂。

5.2 靜電處理細胞促使染色體變異機理

試驗表明[20]，靜電處理植物細胞能夠增長有絲分裂中期的細胞數目，縮短細胞有絲分裂周期，提高細胞的分裂速度。靜電處理植物細胞不僅可以使DNA復制加快，還能使核酸蛋白質分子中的氫鍵斷合，引起染色體變異。通過靜電處理，引起細胞染色體變異大致有以下幾種 [21-23]：染色體斷片、染色體落后、染色體橋不等分裂、單極紡錘體和多極紡錘體。而其主要形成原因是經常使核酸蛋白質中帶電離子數目改變，加速氫鍵的形成速度，促使染色體變異。

靜電場對植物生長誘導的機理十分復雜。它是一門靜電學與生物學的交叉學科，其研究難度大。本研究結果可為從事用靜電對植物進行調控的應用工作者提供有益的幫助。但是要更詳細地解釋其機理，尚需做不少工作。例如，靜電正離子電場與負離子電場作用到同種植物上，或同一種靜電場作用到不同植物上，其誘導結果是不一樣的。不同的場強、不同的作用時間、不同的方向和消退效應，其結果也是不一樣的。如何從微觀的角度分析其差異，是下一步要研究的課題。

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篇7

1 當代大學生的生物科學素養現狀及其存在問題

生物相關專業的學生對生物科學技術具有濃厚的興趣,生物科學技術基礎知識扎實,對生物技術發展持積極的肯定態度,具備良好的科技強國的信念。但是,他們對高新生物科學技術知識和先進實驗技術了解較少,生物科學實驗實踐技能較差,對生物科學科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有調查表明,當代大學生對于當前的一些生物熱點問題有一定的了解,但是對于高新技術的應用和新的科學研究領域的認識不足。在理性上,有43%的學生是盲目的懷疑,或者是盲從專家和他人的觀點,對事物較少有自己的看法;在探索求知精神上,“科學功利主義”對學生的影響最大,使得學生視野狹窄、目光短淺;在實證精神上,有62%的學生缺乏實驗實證精神,偏重抽象思維,缺乏科學實驗的精神和價值眼光。②此外,許多高校只注重生物專業課的常規教學,很少舉辦專門的科研活動,且科學技能培養與鍛煉的途徑缺乏,這使得大學缺乏濃郁的科學素養氛圍,學生較難形成一定的科學技能,由此科學實踐能力也較差。

2 細胞生物學教學中培養科學素養的意義

細胞生物學是生物學類及農林醫藥類本科生一門必修的專業基礎課,是現代生命科學的前沿分支學科之一,它是以細胞為研究對象,從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。細胞生物學是一門承上啟下的學科,和分子生物學一起同是現代生命科學的基礎,并廣泛滲透到遺傳學、發育生物學、生殖生物學、神經生物學和免疫生物學等的研究中,和農業、醫學、生物高新技術的發展有密切的關系,是生命科學的重要支柱之一,在解決人類面臨的重大問題、促進經濟和社會發展中發揮重要的基礎作用。同時,細胞生物學又是一門實踐性很強的學科,重要理論與實踐密切地聯系著。隨著生命科學自身和生物產業的快速發展,對生命科學相關領域創新型人才的需求也在不斷增加。由此可見,細胞生物學課程中科學素養的培養對于建立與其專業層次、研究方向相符合的細胞生物學知識構架體系,培養和鍛煉學生的科學思維能力具有非常重要的作用。

3 細胞生物學教學中如何培養學生的科學素養

細胞生物學作為生物學類及農林醫藥類的一門專業基礎課程,在培養學生的科學素養方面,具有舉足輕的重要作用。然而,科學素養的提高不是一朝一夕之功,教師應始終將其貫穿于自己的教學之中。如何在細胞生物學教學中培養和提高學生的科學素養,以下是筆者的一些想法和體會。

3.1 加強課堂教學中的“生活化”融合

? 細胞生物學的知識理論性強,內容抽象深奧、難于理解,教師可以試將抽象的內容與日常生活相聯系,使學生有此聯想起有趣的、熟悉的生活場景或事物,這不僅使抽象的內容具體化和動態化,使其容易理解,而且激發了學生的探究欲望和學習興趣。例如講解“蛋白質的分選”時,引導學生由細胞社會聯想到人類社會。細胞中的各種蛋白質發揮結構或功能作用的部位幾乎遍布細胞的各種膜區和組分,只有當蛋白質各就各位并組裝成結構和功能復合體,才能參與細胞的各種生命活動。這就好比在人類社會中,各專業的畢業生只有找到適合其自身特點的工作崗位才能發揮所長?？傊?運用發散性思維,盡可能地將細胞生物學抽象的理論知識與生活實際聯系起來,并配合以多媒體輔助手段,使抽象的內容變得形象生動,易于理解掌握。

3.2 側重教學內容的前沿性和新穎性

細胞生物學發展極為迅速,隨著科學家們研究成果的不斷涌現,其內容處在不斷更新的動態過程中。因此,教師在教學過程中,要注重聯系學科的前沿和熱點,講述較先進的科學結論,跟蹤國際上最新進展。此外,教師在注重教學的同時,宜以科研并舉,以科研引導和促進教學;教學與培養科學研究型人才緊密結合;教學內容與最新科研進展同步,使學生在正確掌握細胞生物學基礎上學會解決與之相關的科學研究問題。如將教師的主要科研成果與基礎理論教學有機結合,結合教學內容介紹自己的科研成果,這樣既生動又貼切,學生又很熟悉,使學生獲得學習的興趣和動力,亦可以啟發學生的創新思維能力,培養學生的科研鉆研精神。

3.3 增加細胞生物學實驗綜合性和設計性實驗的比例

綜合性實驗注重知識的綜合運用,實驗原理和方法步驟較為復雜,可以使學生更好地理解實驗原理,正確使用儀器設備,鍛煉學生綜合分析問題的能力;設計性實驗是指學生根據實驗項

目,自主設計實驗方案,自主準備實驗材料,自主配制實驗所需試劑,根據自己的時間自主安排實驗進程,設計性實驗可以充分調動學生的實驗積極性,培養學生的創新思維和勇于探索的精神。由此可見,綜合性和設計性實驗可以鍛煉學生綜合分析問題和解決問題的能力。③然而目前許多高校由于實驗條件和課時安排的限制,細胞生物學實驗主要以基本操作和驗證性實驗為主,綜合性和設計性實驗較少甚至沒有,這在一定程度上限制了學生綜合素質和創新思維的培養。④因此,教師應根據科學性、可行性和實用性原則增大綜合性和設計性實驗的比例。如我們精選了真核生物基因組的提取、純化、鑒定、擴增、酶切、重組、轉化、篩選的大實驗,膜蛋白的分離與鑒定等綜合設計型大實驗,這些實驗中的每個實驗都構成了一個綜合性整體,同時,在實驗材料的選擇上盡量做到由學生自主選擇。通過每一次的綜合設計實驗,使學生進一步鞏固了已學習的知識和已掌握的技術,并能夠對實驗結果進行合理的正確的資料采集、整理、分析和歸納,有效地培養了學生的科學素質、科學精神、創新思維及分析問題和解決問題的能力。 3.4 組織各種“科學小組”,布置學科發展前沿的討論,與全程科研訓練對接,以培養學生的科學態度和科學精神

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大鼠生后MGBv神經元主動膜特性的變化及GABA受體激動劑的影響姚小紅萬子兵熊鷹(182)

凝血酶對原代培養海馬神經元游離鈣濃度的影響楊文瓊孫圣剛童萼塘曹學兵(188)

大鼠咬肌神經切斷后三叉神經運動神經元高親和性神經營養因子受體表達的變化張富興龐有旺郭峰董玉琳熊抗輝李金蓮(193)

大鼠坐骨神經修復后重組睫狀神經營養因子對相關神經元生長相關蛋白43、生長抑素表達的影響許家軍陳爾瑜路長林何成(198)

神經科學通報 不同程度睡眠剝奪對大鼠認知和腦線粒體呼吸功能的影響竇偉趙忠新繆明永王文昭黃流清(204)

銀杏葉制劑對大鼠腦缺血再灌注后N-甲基-D-天冬氨酸受體表達的影響及腦保護作用李曉紅張峰趙明霞張秋玲趙忠新(210)

胰島素治療對糖尿病大鼠學習記憶功能障礙及大腦皮層額葉和海馬神經肽含量變化的影響管慶波韓輝董建軍蔣玲趙文博趙家軍王桂蘭(215)

RNA干擾對阿爾茨海默病家族性瑞典型APP突變的沉默作用邱昕潘紀安陳宇張瑋瑩楊華靜張蘇明(219)

《中華現代醫院管理雜志》免費查閱、全文上網(192)

《神經生物學》（高等教育出版社）第二版壽天德主編(252)

《神經科學通報》第一屆編委會成員簡介（續）(253)

Caspase和calpain在神經元凋亡和亨廷頓舞蹈病發病機制中的作用王燕顧振綸秦正紅(224)

亨廷頓舞蹈病的治療王琳輝林芳(230)

神經科學教學與醫學模式革命關新民施靜(236)

在《神經生物學》教學中培養學生的科學精神和作風壽天德(241)

正確處理《神經科學基礎》教學改革中的幾個關系李金蓮(242)

編寫高質量的教材是課程建設的核心崔浩軍(242)

神經生物學的教材建設要體現相對獨立的學科體系蔣星紅郭試瑜單立冬印其章(243)

開設神經生物學實驗課的做法和存在的問題龔珊單立冬朱奇蔣星紅(243)

關于在本科生的神經生物學教學中采取啟發式教學的思考伍忠鑾周文良(244)

制作和使用多媒體課件教學中需改進的問題付建華李露霞(244)

碩士研究生《神經生物學》教學方法探討楊盛昌潘盛武(245)

搞好青年教師培養實現學科可持續發展曹莉張勇由振東何成路長林王成海(245)

重視更新教學內容提高神經生物學教學質量張勇曹莉由振東王成海(246)

在神經生物學教學中積極開展第二課堂活動張勇曹莉由振東王成海(246)

培養神經生物學創新型人才要加強專業英語的訓練王建軍羅蘭(247)

改革神經生物學課堂教學模式的嘗試張勇曹莉由振東王成海(247)

不同層次學生的神經生物學課程教學重點確定神經科學通報 崔希云(248)

關于神經生物學教學課件制作的幾點思考沈建新(248)

以“學”為中心構建神經生物學教學模式的嘗試李東亮趙紅崗王淑秀(249)

體育師范類院校運動人體科學教學中的神經生物學張日輝(249)

在成人教育中開展神經生物學教學的必要性祁文秀(250)

《神經生物學》教學的體會與思考陳其才吳飛健唐佳王欣(250)

在課堂教學中優化組合多媒體教學手段神經科學通報 鄧建新李曉蓓(251)

醫學神經生物學課程體系的建設與實踐阮懷珍楊忠胡志安蔡文琴(251)

神經生物學實驗教學的探討陳盛強孫衛文蘇濤廖衛平鄭德樞(252)

首屆全國頭部斷層影像解剖學及其臨床應用學習班在紹興成功舉辦(18)

《神經科學通報》啟事(32)

MAP激酶在細胞內信號傳遞，神經可塑性及痛覺易化中的作用Ru-RongJiYu-QiuZhang(3)

痛情緒和相關記憶機制的研究進展張玉秋紀如榮(10)

大腦音樂功能的研究狄海波陳宜張(82)

GBS與空腸彎曲菌感染吳錚范文輝(87)

腎上腺皮質激素和神經細胞黏附分子在應激影響記憶的個體差異性中的作用王宗文嚴進(91)

朱鶴年教授與立體定向技術倪國壇(95)

睡眠剝奪及睡眠恢復后大鼠中縫核群星形膠質細胞的反應及其與神經元的關系王曉東宿長軍李柱一王者晉饒志仁(19)

大鼠骨髓基質細胞分泌膠質細胞源性神經營養因子的研究葉民陳生弟戚晨陸國強梁梁徐潔懿(23)

CGRP和NGF對腦局部缺血再灌注大鼠腦組織神經元凋亡及PKCmRNA表達的調節作用邢雪松呂威力方秀斌(28)

高滲刺激后大鼠視上核星形膠質細胞和神經元的反應及其相互關系的光、電鏡研究段麗申晶袁華張萍曹榮饒志仁(33)

神經科學通報 海人藻酸致癇大鼠海馬神經元凋亡中caspase-3作用的實驗研究趙瑞劉建民趙文元黎莉霍克克周曉平(39)

NNMS抑制大鼠腦缺血再灌注后氧自由基產生的作用沈明徐建興(44)

腺苷A1受體在雙相呼氣和吸氣神經元電活動中的作用王劍莉吳中海李軍(48)

GABA對大鼠伏隔核痛反應神經元電活動的影響許艷徐滿英閏彬彬(53)

神經干細胞分化的神經元離子型谷氨酸受體NMDA亞單位的mRNA和蛋白表達楊林王宇倩朱劍虹(58)

甘珀酸抑制大鼠唇下注射Formalin引起的傷害和Sp5C神經元的Fos表達蘭莉袁華曹榮段麗申晶高蓓饒志仁(63)

原位雜交檢測Sema4C基因在胚胎和成年小鼠組織中的表達吳海濤劉淑紅景孝堂吳燕范文紅范明(68)

心肌缺血傷害性刺激對大鼠丘腦束旁核痛敏神經元放電的影響原大江張林忠溫建忠張策郭政(73)

Nogo-A在成年大鼠脊髓和背根節的分布程希平劉惠玲宋朝君金伯泉焦西英游思維鞠躬(77)

爪蟾頂蓋神經元的大微抑制性突觸后電流（mIPSCs）依賴從鈣儲池釋放的鈣？王紅蔡浩然(101)

谷氨酸鈉對大鼠背部皮神經傳入放電的影響曹東元郭媛張琪田雨靈王會生趙晏(111)

神經元膜NMDA受體蛋白免疫復合物單分子納米結構及定位AFM比較研究郁毅剛徐如祥姜曉丹柯以銓蔡穎謙(117)

炎性痛誘導海馬神經元形態學變化及PKC的表達上調楊麗平李清君(129)

神經膠質瘤中緩激肽B2受體的表達水平與病理級別的相關性趙逸松薛一雪劉云會付偉姜乃佳安平王萍(135)

多巴胺和乙酰膽堿抑制脂多糖刺激原代膠質細胞iNOS的表達劉佳福劉振國周海燕陳生弟陸國強梁梁(141)

6-羥多巴胺毀損的帕金森病模型大鼠腳橋核神經元放電頻率和放電形式的變化王勇張巧俊劉健馮潔褚玉霞高蕊劉婭萍(146)HtTp://

電針抗氧化應激參與對MCAO大鼠再灌注腦功能損傷的保護王次霞李忠仁陳伯英(153)

肌苷減少高濃度鋅損傷的PC12細胞壞死而不是凋亡史明鄭春霞游思維(158)

第5屆國際老年癡呆及相關疾病學術研討會征文通知(110)

優秀論文征稿評選活動(116)

聲明原大江(128)

關于召開“第三屆全軍生理與病理生理專業學術會議”的第一輪通知(170)

伏核在藥物成癮中的作用衡立君高國棟(165)

《神經科學通報》第一屆編委會成員簡介（續）(173)

電刺激構建大鼠皮層網絡癲癇的海馬細胞電生理特征神經科學通報 汪勝劉青鄒祖玉韓丹(257)

3-硝基丙酸多次化學預處理對多巴胺能神經元的保護作用鄧學軍孫圣剛曹學兵李紅戈梁直厚(266)

Nogo-66受體分子在體外培養的星形膠質細胞中的表達孫芳金衛林龍梅鞠躬(273)

急性重復缺氧暴露小鼠海馬HIF-1α表達的變化邵國張然高翠英呂國蔚(278)

睡眠剝奪大鼠大腦皮層和海馬nNOS表達的改變在其學習記憶損傷中的作用陳俊李積勝王華仁張珩(283)

大鼠脊髓損傷后Nogo-A表達變化的免疫組織化學研究郭強李淑蓉蘇炳銀(287)

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血腦屏障——形態、調節和臨床意義劉曄管陽太(344)

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骨形態發生蛋白-2在大鼠腦內嘴側遷移流中的發育學表達劉建軍姚忠祥鄒麗云陳興書蔡文琴楊輝(371)

人參皂甙對老齡大鼠基底前腦-皮質膽堿能系統TrkB蛋白表達的影響賴紅曾亮趙?；ǚ叫罈罴絽斡览?376)

神經科學通報 三羥異黃酮對大鼠海馬CA1區神經元自發放電的影響王茹武宇明張浩王昕何瑞榮(380)

針刺對缺血性腦損傷大鼠的治療作用及對GDNF表達水平和MAPKs信號轉導通路的調節咼登俊趙永波陳英輝(385)

大鼠局灶性缺血再灌注后大腦皮質ADM及其mRNA的表達畢國榮張輝周慧杰張賀敏海虹方秀斌(391)

PrP可抑制tau介導的體外微管形成作用韓俊王小凡姚海蘭高晨李鋒張寶云姜慧英(398)

一氧化氮合酶活性與抑郁癥的相關性張靜徐漢明張昌勇童俊張紅周曉亮(404)

胰島素干預加重海馬注射Aβ阿爾茨海默病大鼠模型認知損害趙倩華羅玉敏周玢洪震(408)

藥物難治性癲癇患者腦內水通道蛋白-4的表達上調陳英輝趙永波劉文文咼登俊王乃東馬愛梅(413)

生酮飲食對海藻酸致癇大鼠海馬突觸重建和GluR5、GluR6mRNA的影響徐向平孫若鵬金瑞峰(418)

骨髓源干細胞在腦組織的遷移和分化鄒西峰徐群淵(425)

篇9

關鍵詞：牡丹（Paeonia suffruticosa）；鮮（切）花；衰老；花期調控

中圖分類號；S685.11 文獻標識碼：A 文章編號：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）為多年生落葉小灌木，素有“國色天香”、“花中之王”的美稱。一年一度的牡丹花會不僅增加了河南洛陽和其他牡丹產區的旅游收入，而且帶動了當地的經濟發展，提高了城市的知名度。但是由于牡丹花自然花期較短，一般為7～10 d，且過于集中，可謂是“弄花一年，看花十日”，使牡丹的觀賞質量和產區的經濟效益都受到了較大影響。據預測，如果牡丹花期延長1 d，將會增加1 000萬元的旅游收入，同時一些其他的積極意義尚未計入。因此研究如何延長牡丹鮮（切）花花期及其調控技術、培育新種質具有重要意義。在牡丹花期延長及調控方面已有許多學者進行了大量研究，本文綜述了牡丹鮮（切）花衰老機制、花期調控和延遲開花措施等研究進展。

1 牡丹鮮（切）花衰老機制研究

1.1 牡丹開花生物學研究

長期以來，一些學者對牡丹開花生物學、栽培環境和花期調控等進行了深入探討。王忠敏[1]認為牡丹開花生物學與溫度密切相關，而且溫度是主導因子，但水分和光照也不可缺少。劉克長等[2]也認為影響牡丹開花早晚的主要氣象因子是氣溫和日照，并且認為可用3月中旬到4月上旬的活動積溫（>0 ℃）和日照總時數兩個因子作為花期預報的基礎，擬合出二元回歸預報方程，并對歷史上的相應時期進行擬合，發現其準確率可達100%（允許誤差為±2 d）。蔣勤等[3]研究認為要使牡丹花期延遲到夏季開花，宜選用的品種應該是瓣化程度較低的類型。高志民等[4]和弓德強等[5]則研究了栽培措施對花期的影響，他們分別施用多效唑（PP333）、B9等植物生長延緩劑，對冬季催花牡丹花朵（花器官）的影響進行研究，認為這些生長延緩劑對牡丹有顯著地促進成花作用，同時高志民等[6]研究了催花基質附加溫處理的催花效果，認為通過栽培基質加溫，可以促進催花花大色艷，花期提早、質量提高。江德娥等[7]研究認為南方牡丹催花前使牡丹植株經過20～30 d的0 ℃低溫處理，才能完成花芽分化與發育，促進開花。所有這些基礎性的探索與研究，為人們認識牡丹的開花生物學和人為調控花期奠定了堅實的基礎，自20世紀90年代以來，牡丹的反季節催花生產才逐漸實現商品化和程序化。

1.2 牡丹鮮（切）花衰老過程的生理生化變化

對牡丹鮮（切）花衰老過程的一些生理生化變化，目前人們有了一定認識，已經清楚其衰老是一個有許多因子參與并相互作用的過程[8-16]。在衰老過程中，花瓣中可溶性蛋白質含量、細胞質膜透性、丙二醛（MDA）、超氧陰離子（O2-）、脯氨酸、超氧化物歧化酶（SOD）等變化是有一定規律可循的，它們的含量與變化與花朵衰老之間呈顯著相關關系[10，17]。另外，與其他生理過程一樣，衰老也同樣受許多環境因子（如營養虧缺、病原物入侵、缺水、光照和溫度失常等）以及一些化學物質（如乙烯、ABA、水楊酸、Ca2+、O3、外源乙烯等）的誘導[10，18，19]，這些因子和化學物質可作為衰老信號的傳遞分子參與衰老過程。牡丹在開花過程中，不飽和脂肪酸在膜脂過氧化作用中發生了一系列自由基反應，導致膜脂趨于飽和化，使切花衰老。Miller等[20]研究表明，牡丹花衰老是多種內外因素綜合調控而導致細胞編程性死亡（Programmed cell death，PCD）的結果，是一個十分復雜的過程。

1.3 內源激素變化

乙烯是一種重要的器官致衰內源激素，最近研究表明，牡丹鮮（切）花的衰老都與乙烯的釋放與作用密切關聯。栽培的牡丹品種多是天然或人工雜交后代，因此不同品種在衰老過程中，內源激素變化和乙烯釋放類型也不盡相同[16，21-23]。如史國安等[24，25]研究表明，洛陽紅花朵中乙烯釋放量呈典型的躍變型，躍變高峰出現在盛花末期，乙烯的大量產生導致了牡丹切花的快速衰老。楊秋生等[26]對品種勝丹爐研究發現，隨著衰老進程推進，乙烯釋放量有一個明顯的高峰。王榮花等[21]研究指出另一切花品種趙粉也屬于呼吸躍變型。郭聞文等[23]進一步探討了牡丹切花中乙烯的釋放速率與ACC含量變化、ACC合成酶（ACS）與ACC氧化酶（ACO）活性變化之間的相互關系，認為牡丹內源乙烯的代謝可分成3種類型：類似躍變型，以春紅嬌艷為代表，乙烯躍變峰出現在盛花期之前，比開花初期和衰老期均高出2倍以上；類似非躍變型，以層中笑為代表，乙烯生成量均保持在一個較穩定的低水平，上下波動的幅度很??；類似末期上升型，以百花叢笑和洛陽紅為代表，乙烯生成量至衰老期仍持續上升。除了對內源乙烯發生作用的機制進行深入研究外，外用乙烯對花器官的發育與衰老也有重要影響，而且發現不同種類的花以及同一種花在不同發育時期對乙烯的敏感性不同[22，27-28]。

除了乙烯之外，還有其他激素參與了衰老進程的調控。魏文輝等[29]認為衰老過程中ABA含量多次出現高峰，每次高峰過后牡丹（鮮）切花衰老進程就會加劇1次，而且在低溫下ABA含量更高；CTK含量在低溫下比室溫下含量高，而且維持高含量的時間也更長；IAA含量變化只出現了1次高峰，低溫冷藏下IAA含量較低，且含量高峰出現的時間也比較晚。低溫條件能有效地抑制乙烯的釋放，低溫下乙烯釋放量逐漸降低。

1.4 其他內源因素的影響

水分是生物體重要的組成部分，花瓣中水分含量及變化會直接影響整個牡丹的開花進程?；ㄩ_放過程中，存在的水分形成并維持一定膨壓，促使花瓣細胞擴張，促進開花。如果花期水分不足，就會阻礙花蕾開放，還會影響開花率和開放程度。張紅磊等[30]研究證實，牡丹花期天數與花瓣相對含水量呈極顯著正相關。但是，水分也是導致花朵衰敗的一個重要因素，這在以往許多以花朵為試材的研究中得到了驗證。郭聞文等[23]發現瓶插牡丹初期吸水量越大導致花瓣含水量增加越大，從而促使開花，而失水量越大則導致含水量降低越大，則加速了花朵衰老進程。

可溶性糖也是影響植物開花進程的重要因素，可溶性糖含量提高會降低花瓣滲透勢促進細胞吸水，從而促進開花。不同牡丹品種花瓣中可溶性糖含量及變化均不一致，從而造成各品種間花期的差異性。劉帥等[31]和史國安等[32]研究認為牡丹通過可溶性糖對含水量的調節控制花朵發育，Yamada等[33]在切花月季開花過程中也有同樣的研究結果。

由此可見，牡丹的開花與衰老過程是一個十分復雜的過程，它不僅涉及內源物質（各種衰老物質、激素）深刻而廣泛的控制與影響，而且還受到外界因素（日照、氣溫、營養狀況、病蟲為害等）和栽培技術措施（修剪程度、生長調節劑使用等）的影響，要人為地影響或調控牡丹的花期，人們必須采取綜合措施才能實現。

2 花期的調控措施

牡丹自然花期為每年的4～5月份，并且只開花1次。為使牡丹多季開花、提高品質，園藝學家和牡丹花農在總結傳統催花經驗基礎上，進行了相關催花生理研究，其中延遲花期是研究的重點。經過長期探索，他們一致認為牡丹花期調控的途徑應該是在溫室內對一些品種通過調節發育階段的環境因子，利用栽培措施并結合一些激素物質，調控其內在生理生化過程以達到提早或延緩花器官發育進程，從而達到調控、延長花期的目的。

2.1 選擇適當品種

目前大多數品種花期短而集中，延長牡丹花期應在早花品種和晚花品種選擇上下功夫，選擇花色齊全的早花和晚花品種系列，使花期延長。據初步統計，雖然牡丹栽培品種很多，全國有1 000個以上，但適宜冬季催花和抑制栽培達到延長花期目的并能批量應用的品種并不多，尚不足100個。目前，在山東荷澤、河南洛陽兩地基本上以胡紅、趙粉、似荷蓮、洛陽紅、朱砂壘、烏龍捧盛、肉芙蓉、銀紅巧對、銀河金鱗、藍田玉、狀元紅、魯荷紅、黑花魁等品種為主[34]。而要實現夏季開花的目的，則只能選用瓣化程度低的品種了[3]。

另據報道，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、氣溫較低條件下正常生長并開花的牡丹品種，花期一般在11月下旬至翌年1月下旬。日本是世界上惟一擁有寒牡丹的國家，中國雖沒有真正的寒牡丹，但有關牡丹秋季開花的現象時有報道[34-36]。秋發牡丹可以作為寒牡丹栽培延長花期，另一方面可用于選育寒牡丹的育種親本。

2.2 合適的栽培技術措施

2.2.1 控制積溫和光照 溫度是控制牡丹開花早晚的主導因子，尤其幼蕾發育期的有效積溫更為關鍵。高志民等[37]發現，不同品種或同一品種的不同發育階段對有效積溫需求不同，晚花品種所需的有效積溫較中花品種多。同時花蕾的不同發育時期對溫度的敏感程度也不同，郭霞等[38]發現牡丹的幼蕾期對溫度最為敏感，如果此時溫度不適，可能會導致幼蕾敗育，無法開花。除溫度外，光照也是不可缺少的條件。牡丹是典型的長日照植物，花芽在長日照下形成，中長日照下開花。如果前期光照不足則不能抽蕾，后期光照不足則影響開花質量和開花時間。而且部分品種不能適應強光照，特別是在含苞待放之時，必須用遮陽網進行適當遮光，或者把植株轉移到光線較弱的地方，才可達到延遲開花目的。根據這些發現，目前各牡丹產區采取降溫、遮陽、冷藏等措施來延遲、延長牡丹的花期[39]。

2.2.2 結合修剪促使花期延遲 利用修剪技術也可以延遲花期。在牡丹上，對一些具有活動休眠花芽的品種適時修剪，轉移頂端優勢，并增施水肥和補充養分，活動休眠花芽就會很快萌發、抽莖、開花，從而達到延遲花期目的。如王忠敏[40]利用人工二次剪枝延遲花期，有效地延長了牡丹的觀賞期。弓德強等[5]進一步研究了修剪措施對牡丹花芽分化和開花的影響，探討了修剪措施對露地牡丹花期的調控機制。還有更多學者研究了對影響因子的綜合處理達到了某些品種的促成栽培[1，4，5，24，41-44]。

正是基于這些基礎研究，園藝工作者根據牡丹植株前期的長勢，參考當地當時的光照、溫度、土壤持水狀況等，采取適當的調控措施，達到預期的催花與延花效果，滿足元旦、春節的市場需要以及其他重大節日的慶典需要。

2.3 應用生長調節劑和化學物質延遲花期

生長延緩劑B9、PP333、青鮮素（MH）和乙烯利已廣泛應用于園藝、園林植物上。在牡丹花期延遲研究上，李高鋒[45]認為春施B9對牡丹成花有顯著促進作用，使整株花期延長大約8.5 d；秋施PP333能延遲牡丹萌芽3～5 d，花期延遲1～2 d；秋施青鮮素、乙烯利可使牡丹延遲花期1～2 d。另有一些學者的研究也取得了類似的結果[4，6]。

2.4 現代基因工程技術的應用

目前延緩衰老的基因工程研究主要集中于控制乙烯的生成與釋放。乙烯生物合成的重要限速步驟是從SAM以ACS催化成ACC，而ACO是乙烯生物合成途徑中的最后一個酶，催化ACC向乙烯的轉化，因此研究乙烯生物合成相關酶ACS和ACC氧化酶（ACO）活性以及參與乙烯信號傳遞相關酶的基因表達，尤其是編碼乙烯受體蛋白基因（ETR）的分離等各方面成為牡丹乙烯調控研究中的主要內容。周琳等[46]克隆了牡丹品種洛陽紅的ACO基因cDNA序列，楊英軍等[47]克隆牡丹ACO基因的部分片段，構建了反義表達載體，范丙友等[48]構建了牡丹ACS反義基因植物表達載體。這些研究為利用反義RNA技術沉默牡丹ACO、ACS基因，達到控制乙烯合成的目的，為進一步探討乙烯在牡丹切花衰老進程中的作用模式和調控機理奠定了基礎。

3 問題與展望

目前生產上廣泛采用傳統的溫度、光照、激素處理等調控措施來促成催花、延長花期，而且報道較多、效果最好的是牡丹的元旦、春節催花，從而達到反季節栽培的目的，而抑制栽培延遲開花的研究則很少[49]，再加上真正適合催花與調控花期的牡丹品種不多，不同年份氣象因子的變化，使得預測預報和延長（遲）花期的效果不夠理想。育種實踐上，中國從事牡丹育種的人員大部分是基層技術人員，育種方式主要是從混收的實生苗中選育優系，而專業人員的定向雜交培育新品種途徑運用較少，僅見于成仿云等[50]對紫斑牡丹雜交育種的報道。隨著對牡丹野生種質資源的調查、收集等工作的開展，一些科研單位已經開始重視牡丹的種內、種間雜交，或采用誘變育種、空間誘變等，但仍未見到成功的報道，因此牡丹的花期調控研究仍有大量的工作需要今后繼續完成。

對于園藝植物及產品的保鮮研究，人們通常采取兩種策略：一是探索有效的抗乙烯生理作用的化學物質，在這方面發現的1-MCP（1-methylcyclopropane，1-甲基環丙烯）不可逆轉地與乙烯受體結合，從而使乙烯信號不能被轉導和翻譯；二是通過轉基因技術培育乙烯合成少的轉基因品種，如Never-ripe 西紅柿[51，52]和抗衰老的水果[53]。牡丹花朵衰老也是一個由基因調控的過程，這個過程受眾多激素和其他一些未知因素的啟動，在深入研究牡丹鮮（切）花衰老機制基礎上，利用現有乙烯抑制劑、保鮮劑和抗氧化劑，來延長和延遲牡丹鮮（切）花壽命與自然花期，是今后牡丹鮮（切）花保鮮研究的重要方向之一，這方面已有學者進行了相關研究[54，55]。另一方面，利用現代分子生物學技術，進一步從事乙烯的生物合成基因的分離、鑒定以及乙烯信號的轉導研究，尋找更有效地抑制乙烯生物合成的化學物質與途徑乃是今后研究的重點。

隨著分子生物學的不斷發展，相信在不久的將來，人們有望通過對控制衰老的基因進行定位、表達、調整乃至克隆，以期弄清牡丹內源激素的平衡與基因表達的關系以及激素對衰老調控的分子機理及其相互之間的作用關系，弄清誘導系統、乙烯產生的具體方式，從而對進一步了解衰老的啟動過程以及如何人為地調控都將具有重要的意義。

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篇10

關鍵詞 表觀遺傳學；獲得性遺傳；靈活性；可逆性

中圖分類號 Q3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）08-0248-02

表觀遺傳是指生物不改變基因序列而只通過化學修飾來調控基因表達所導致的可遺傳的改變，與之對應的學科就是表觀遺傳學（epigenetics），它最早于1939 年由英國學者Waddington在其著作《現代遺傳學導論》一書中提出，當時認為表觀遺傳學是研究基因型產生表型的過程[1-3]。近年來，表觀遺傳學已成為生命科學研究的前沿和熱點，其幫助生物適應環境和應對外力脅迫的作用和優勢已逐漸被揭示出來，不僅在改良生物新品種和防治疾病等應用方面顯示了巨大的潛力，而且還為人類進一步認識和理解生物進化提供了全新的思維方式。

1 表觀遺傳修飾

表觀遺傳修飾主要包括DNA甲基化和組蛋白修飾[1，4]。DNA甲基化是真核生物基因組中最常見的一種DNA共價修飾形式。在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化學性修飾堿基，CG二核苷酸是甲基化的主要位點。DNA甲基化時，胞嘧啶從DNA雙螺旋突出，進入能與酶結合的裂隙中，在胞嘧啶甲基轉移酶催化下，有活性的甲基從S-腺苷甲硫氨酸轉移至胞嘧啶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飾，同時70%的5-甲基胞嘧啶參與了CpG序列的形成，而非甲基化的CpG序列則與管家基因以及組織特異性表達基因有關。DNA甲基化會導致基因轉錄抑制或沉默，與胚胎發育、組織特異性基因的表達調控、X染色體失活和基因組印記等密切相關，不僅可影響細胞基因的表達，而且這種影響還可隨細胞分裂而遺傳下去。

組蛋白是染色體基本結構——核小體中的重要組成部分，其氨基端尾巴上的許多殘基可以被共價修飾，包括甲基化、乙?；⒘姿峄?、泛素化、多聚ADP糖基化、羰基化等修飾，其中甲基化和乙?；亲钇毡樽钪匾慕M蛋白修飾。組蛋白修飾可影響組蛋白與DNA雙鏈的親和性，改變染色質的疏松或凝集狀態，也可影響其他轉錄因子與結構基因啟動子的親和性，調控基因表達，進而導致轉錄激活或基因沉默，參與細胞分裂、細胞凋亡和記憶形成等眾多生命過程。

除了DNA甲基化和組蛋白修飾外，表觀遺傳修飾還有染色質重塑、基因組印記、非編碼RNA和副突變等。研究表明，表觀遺傳修飾過程是相當復雜的，許多修飾存在著依賴關系和協同作用[4]。比如，組蛋白修飾可以指導DNA甲基化[5-7]，從而導致基因沉默或激活。同時，DNA甲基化也可引導組蛋白修飾[8-9]，進而影響基因轉錄等。

2 靈活性

由于化學修飾比改變基因結構更快捷、更容易，所以相對于穩固的基因型遺傳來說，表觀遺傳則具有更大的靈活性。這為生物快速適應千變萬化的環境提供了一種適宜的應變機制。最新的研究發現，古生物能夠適應快速變化的環境所依賴的正是表觀遺傳修飾。在距今3萬年前，全球氣候波動頻繁，短時間內便可出現巨大起伏。按照傳統的“基因突變+自然選擇”的進化模式，生物肯定難以跟上這么快的節奏，然而事實上絕大多數生物都能夠快速地適應這種巨大的氣候變化壓力而不至于滅絕，這其中的秘密就在于表觀遺傳修飾。Llamas et al[10]通過對凍土層中發掘出的3萬年前美洲野牛的DNA胞嘧啶甲基化分析，發現這一時期野牛的表觀遺傳變化在2代內即可產生，也就是說，產生可遺傳變異所需的時間遠低于傳統進化模式所需要的時間。這一結果表明，是表觀遺傳修飾幫助古代的動物度過了環境巨變的難關。具有土生習性的植物，由于難于移動，其生長、發育和繁殖更容易遭受逆境（如干旱、病蟲侵襲和輻射等）脅迫影響。面對各種逆境壓力，植物應變的對策也是表觀遺傳修飾。美國學者Dowen et al[11]研究發現，植物在受到病菌侵襲時，其全基因組會出現大量DNA甲基化修飾的改變，并且這種甲基化修飾會因環境刺激的變化而變化，以動態的方式調控基因表達，限制感染病菌的生長，幫助植物抵御病菌的入侵。表觀遺傳與環境密切相關，所以植物表觀基因組存在明顯的地域差異[12]，這種表觀遺傳差異在幫助生物適應不同的環境和向多樣性發展方面發揮著至關重要的作用。

3 習得性

表觀遺傳修飾有2個明顯特征：一是受環境影響，生物可以通過表觀遺傳修飾來改變性狀；二是這些與環境相適應的表型（性狀）可以遺傳下去。這2個特征所表現出的獲得性遺傳，為生物的多樣性和種群的適應性演化提供了一種習得性進化機制。最早關于DNA甲基化的可遺傳特性是通過agouti viable yellow（Avy）小鼠模型研究發現的。該研究確定了一個啟動子被甲基化的程度與小鼠的毛色（即棕色小鼠）的關聯性[13-14]。英國學者Enrico Coen及其同事[15]發現，在野生植物群體中存在可遺傳的具甲基化修飾的突變株。一種名為柳穿魚的野生植物的正常植株的花呈兩側對稱狀。Enrico Coen et al在研究中發現了一種突變體，該突變體的花呈輻射對稱狀，而這一表型突變是由一個叫Lcyc的基因被甲基化修飾導致的，該基因與控制金魚草（Antirrhinum）的背腹不對稱的cycloidea基因同源。Lcyc的基因高度甲基化導致基因沉默，無法正常轉錄，這一基因在向后代傳遞時保持了甲基化狀態，后代植株的花也呈輻射對稱狀。Rechavi et al[16]在一項研究中發現，表觀遺傳能夠幫助線蟲獲得可遺傳的免疫力。他們利用一種昆蟲病毒Flock house virus（FHV）感染線蟲，發現線蟲通過RNA干擾的方式沉默病毒基因從而獲得了針對這一病毒的免疫力。當這些線蟲的后代再暴露在這類病毒中時，它們仍然具有對病毒的免疫力。

由表觀遺傳所致的獲得性遺傳現象不僅發生在線蟲、植物中，而且在小鼠、豬和人類的研究中均被發現[16-19]。這種獲得性遺傳對于生物積累應對外力脅迫的經驗和向多樣性發展是極其重要的。一些生物之所以能夠在十分惡劣的環境和強大的天敵脅迫下長久生存下來并不斷進化，一個重要的原因就是生物能夠遺傳和繼承抗脅迫的能力。雖然目前還不能證明表觀遺傳會轉化為基因型遺傳，但是從表觀遺傳的機制來看，這種轉化是完全可能的。因為有研究發現，DNA甲基化修飾可以永久改變遺傳密碼。例如，胞嘧啶C的甲基化會使核酸經脫氨基作用轉變為胸腺嘧啶T[20]。按照遺傳漂變中性理論[21]，C轉變為T的過程應該是隨機的，但是人們發現甲基化CpG島中的自發性脫氨基比非甲基化CpG序列中的將近快2倍，而人類基因組中近80%的甲基化位點發生在CpG序列中的C上（后跟有鳥嘌呤G）。這些現象用“隨機”無法解釋，人類更相信是生物機體有目的的為之。或許表觀遺傳是基因型遺傳的前奏和準備，而基因型遺傳則是表觀遺傳的積累和沉淀。所以，表觀遺傳很可能是基因型遺傳的一個中間過渡階段，通過這個中間過程的篩選，可以把更適應的性狀選擇和保留下來，以有利于生物的生存和進化。

4 可逆性

表觀遺傳的可逆性主要是指表觀修飾的可逆性。這種可逆性既可使基因沉默[22-23]，又能夠激活基因[24-25]。反映到表型上就是一種性狀既可后天獲得并能夠遺傳下去，也可在獲得后又很快消失。這種可逆性也是一種靈活性，它在生物某些機能和組織的自我矯正、修復中發揮了重要作用。表觀遺傳修飾其實也是一把雙刃劍，它雖然在幫助生物快速適應環境和應對外力脅迫方面起著至關重要的作用，但是不當的表觀遺傳修飾也會對生物產生負面作用，如導致細胞癌變等[26-27]。基因突變引發的癌變是無法逆轉的，但是表觀遺傳修飾（表型突變）導致的癌變則可以通過表觀遺傳修飾來治愈。例如，Okada et al[28]發現了一種蛋白質復合體——延伸體（elongator），能夠清除DNA上的表觀遺傳標記物，對胚胎發育過程形成不同類型的細胞有重要作用。這種延伸體就可能通過清除表觀遺傳標記的方式再次激活腫瘤抑制基因，從而使腫瘤細胞逆轉化為正常細胞。趙雅瑞等[29]發現，siRNA誘導EZH2基因增強子的表觀沉默能夠抑制前列腺癌細胞的增殖和生長。近年來，類似的表觀遺傳抑制癌細胞生長的研究層出不窮[26-27，30]。另外，在細胞分裂和DNA復制中經常會發生DNA雙鏈斷裂，需要及時修復，否則就會影響基因組的穩定，引發癌變。研究表明，組蛋白的共價修飾，包括甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等修飾，對DNA修復進程起著關鍵的調控作用[31]。

5 結語

表觀遺傳修飾具有不改變DNA序列而能夠導致遺傳變化的特點，為生物快速適應瞬息萬變的環境和應對外力脅迫提供了一種應變機制。但是，這種機制對生物適應環境、多樣性發展和生物進化的作用目前還無法評估。隨著研究的深入，表觀遺傳修飾的分子機制和若干修飾細節將逐步被揭示，表觀遺傳的優勢和作用必將進一步地凸顯在人類面前。

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