早春短命植物抗寒性研究进程分析.docx

早春短命植物抗寒性研究进程分析早春短命植物是一类生长于气候干燥、降水较少的干旱荒漠地区，能够利用早春雨水、积雪融水迅速生长，在夏季干旱来临之前，完成开花结果等生活周期的植物，可分为一年生和多年生两类我国早春短命植物大多分布在新疆、东北等地，尤其新疆种类最多[1]，广泛分布于准噶尔盆地荒漠、伊犁河谷地区[2]低温是重要的非生物胁迫之一，影响植物的区域分布，低温会对植物的光合作用、膜系统、渗透调节物质[3]、植物形态结构的正常发育产生重要影响[4]，尤其在农业上的影响最为显著，一旦遭遇冷害，就会造成农作物减产[5]，直接影响种植业经济效益研究植物冷害机理，寻找提高植物抗寒能力的方法，是一项极其重要的研究[6]早春短命植物能够在较为寒冷的早春季节，借助积雪融水、少量雨水迅速完成生命活动周期，可见其具有很高的抗寒、抗旱能力随着现代分子生物学的不断发展，转基因技术可以将特定外源基因导入受体植物基因组中，实现植物某一特性的改变[7]，利用这一技术对早春短命植物进行研究，对提高农作物的抗逆性有很高的研究价值1、早春短命植物抗寒性生理性状我国早春短命植物种类较多、分布广泛毛祖美等[8]对新疆北部进行调查后发现，早春短命植物有205种。

多项研究表明，植物的形态结构和微观结构与植物的抗寒性也有着直接关系，早春短命植物在长期适应环境的过程中，进化出特殊生理性状首先，在种子萌发方面，果实（种子）多态，每次萌发的种子只有一部分[9]，即使一部分种子意外死亡，对种群密度也不会产生太大影响其次，在生理结构上，浅根系分布，植株矮小、分化简单，拥有强大的结实能力，种子数量多，可提高后代的成活率[10]于喜凤等[11]对小甘菊营养器官进行解剖发现，小甘菊皮层细胞及髓部薄壁细胞能储存大量水分，可以满足花果期对水分的需求，其等面叶、C4植物型能充分利用光能，在短时间制造大量有机物，完成生活周期郑荣倩等[12]对黑鳞顶冰花的花粉呈现时序及其适应性进行了研究，结果发现，黑鳞顶冰花的花粉缓慢、分批次释放，花冠白天张开，夜晚闭合，遭遇雨雪天气时花冠也会闭合，能有效避免花粉遭遇灾害性天气而失去活性，从而确保繁殖不受影响2、早春短命植物抗寒性分子机理植物体内的抗寒性性状是由多基因调控的，针对植物抗寒性的研究大多也是从分子角度进行已知的与植物抗寒性有关的基因有很多，如冷诱导基因-Cor基因、ICE基因、CBF基因家族[13]、GPAT基因等，还有许多与之相关的转录因子。

早春短命植物有很高的的抗寒性，离不开其体内一系列抗寒性分子的共同作用目前，对早春短命植物的CBF基因家族研究成果较多，分析较全面张凯等[14]对2种早春短命植物绵果荠、卷果涩荠的LCBF和MsCBF基因进行研究，构建了原核表达载体，并在大肠杆菌中成功表达出了转录因子重组蛋白，初步探讨了不同温度对其表达的影响李彦奇等[15]以绵果荠、卷果涩荠和粗果庭荠3种早春短命植物为研究对象，也对其CBF基因进行了克隆与分析，为进一步研究CBF基因的功能及早春短命植物抗寒性分子机理提供了一定理论依据此外，对独行菜[16]、侧金盏花[17]、播娘蒿[18]、顶冰花[19]等早春短命植物，也有众多有关其CBF基因家族的研究成果，较为全面地阐释了CBF基因在早春短命植物抗寒性方面产生的作用，并构建了相应的表达载体，为今后早春短命植物CBF基因的利用奠定了良好的基础杨娜等[20]对独行菜和抱茎独行菜在低温胁迫的条件下的特征和生理响应进行了研究，对独行菜bHLH转录因子家族进行了分析和相关基因的克隆，结果发现，2种短命植物的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性受温度影响很大，在低温条件下保持较高酶活性，能清除低温胁迫产生的活性氧等自由基，抵抗低温的伤害。

李萍萍[21]对影响独行菜种子低温萌发的响应蛋白进行了筛选，共发现三类蛋白，并对其进行了分析，为解析相关蛋白对植物低温萌发的作用提供了一定参考，为进一步深入研究植物适应环境、抵御低温的分子机制奠定了基础早春短命植物抗寒性分子机理的研究尚不够全面，受制于目前的科学技术水平，只能针对其部分分子机理进行研究讨论，还有更多的未知等待人们去探索3、早春短命植物抗寒性的研究意义对植物进行转基因研究一直是一个热门领域，从20世纪80年代我国就开始大力发展转基因技术，取得了一系列的成果[22]利用农杆菌、基因枪等转化介质，将目的基因导入到特定植物受体中，从而改善植物受体某一性状[23]利用这项技术可提高经济作物的抗逆性及土地利用率等，有着重要意义[23]在对早春短命植物抗寒性进行研究后，其拥有抗寒性这一特点已经有了一些初步应用例如，将小拟南芥的ApCBF基因导入烟草，已证明烟草基因组获得ApCBF基因[24]，至于是否表达，还需进一步探讨早春短命植物中，如延胡索[25]、新疆阿魏[26,27]、独行菜[28]等还具有药用价值，研究其生理特性，可以更好培育这些药用植物，丰富药物资源早春短命植物种类多、分布广，有极其庞大的基因库，目前对其抗寒性基因的研究还不够全面。

因此，对早春短命植物抗逆性基因的利用也不多，对其进行进一步研究有很高的学术价值和应用价值4、研究展望早春短命植物具有生长发育快、光合作用效率高、抗寒抗旱能力强、繁殖能力极强等特点，早已引起众多研究者的关注对一些早春短命植物进行生理解剖[29,30,31]，发现了部分在适应环境过程中进化出的特殊生理性状，等待人们去研究揭示早春短命植物有着庞大的基因库，目前对其生命活动的分子机理研究还不够全面，对其基因资源的利用仅限于初步研究，早春短命植物基因资源的利用，将会是未来研究的主要方向国内外早有提高棉花[32]、玉米[33,34]等经济作物抗逆性的转基因研究，早春短命植物的抗性基因是否也能在这些经济作物体内表达，还有待研究转基因技术尚存在诸多争议[35,36]，但随着现代科学技术的日新月异，转基因技术快速发展，利用早春短命植物的基因资源，对有较高经济价值的植物进行转基因研究，提高经济作物抗逆性，对生物学发展、经济发展都有着重要意义参考文献：[1]于朝龙.早春植物及其区系分布初探[J].科技信息(科学教研),2007(22):579.[2]袁祯燕.准噶尔盆地南缘早春短命植物生态学特性的研究[D].乌鲁木齐:新疆大学,2003.[3]李晓靖,崔海军.低温胁迫下植物光合生理研究进展[J].山东林业科技,2018,48(6):90-94.[4]王芳,王淇,赵曦阳.低温胁迫下植物的表型及生理响应机制研究进展[J].分子植物育种,2019,17(15):5144-5153.[5]宋静爽,吕俊恒,王静,等.植物耐低温机制研究进展[J].湖南农业科学,2019(9):107-113.[6]康国章,孙谷畴,王正询.植物冷害机理及冷驯化的生理与分子学基础[J].生命科学研究,2002(增刊1):49-55.[7]李海燕,武小霞,李文滨.转基因技术在中国的研究现状[J].大豆科技,2019(5):48-51.[8]毛祖美,张佃民.新疆北部早春短命植物区系纲要[J].干旱区研究,1994(3):1-26.[9]潘伟斌,黄培.四种短命植物若干生物学生态学特性的研究[J].植物生态学报,1995(1):85-91.[10]兰海燕,张富春.新疆早春短命植物适应荒漠环境的机理研究进展[J].西北植物学报,2008(7):1478-1485.[11]于喜凤,李进.短命植物小甘菊营养器官解剖学研究[J].西北植物学报,1997(5):123-126.[12]郑荣倩,候真珍,张爱勤.早春短命植物黑鳞顶冰花的花粉呈现时序及其适应性[J].植物学报,2016,51(5):594-600.[13]王庆杰,王立.植物抗寒性基因研究综述[J].农村经济与科技,2018,29(8):23-25.[14]张凯,姚正培,张桦,等.两种早春短命植物CBF基因的原核表达分析[J].新疆农业科学,2015,52(11):2016-2022.[15]李彦奇,姚正培,张桦,等.低温胁迫对三种早春短命植物生理生化指标的影响[J].新疆农业科学,2012,49(9):1608-1615.[16]赵琼珍,师秋菊,李群.独行菜CBF基因的克隆及其植物表达载体的构建[J].种子,2012,31(4):4-6.[17]邓传良,秦瑞云,王连军,等.侧金盏花CBF转录激活因子基因片段的克隆[J].安徽农业科学,2008(27):11686-11687.[18]陈麒名,常菲菲,李茜,等.播娘蒿转录因子DsCBF1突变体的构建及其蛋白质的EMSA试验分析[J].应用与环境生物学报,2016,22(2):179-183.[19]宁波.RACE法获取顶冰花CBF1基因及其抗冻性质研究[D].长春:吉林大学,2008.[20]杨娜,赵和平,葛风伟,等.2种独行菜萌发对低温胁迫的生理响应[J].干旱区研究,2015,32(4):760-765.[21]李萍萍.解除独行菜种子低温萌发停滞的温度响应蛋白筛选及表达分析[D].乌鲁木齐:新疆师范大学,2016.[22]田茂胜.转基因技术对中国农业发展的影响分析与建议[J].科技风,2020(5):10.[23]赵桂琴,慕平,张勃.紫花苜蓿基因工程研究进展[J].草业学报,2006(6):11-20.[24]任艳利,崔百明,张秀春,等.小拟南芥ApCBF基因的克隆及转化烟草的初步研究[J].石河子大学学报(自然科学版),2006(5):591-595.[25]杨彬,黄俊卿,张继伟.延胡索提取物通过NOD样受体蛋白3炎性通路治疗神经根型颈椎大鼠的机制研究[J].中国临床药理学杂志,2020,36(3):313-317.[26]赛福丁·阿不拉,德力拜尔·木拉提.新疆阿魏多糖和药桑多糖及其硫酸化产物体外抗新城疫病毒作用研究[J].动物医学进展,2018,39(12):121-126.[27]黄雅婷,岳丽君,申翔宇,等.新疆阿魏化学成分及药理活性研究进展[J].国际药学研究杂志,2017,44(6):495-499.[28]李晓霞,赵兵,崔超,等.独行菜属药学研究概况[J].宁夏农林科技,2012,53(1):91-92.[29]王虹,张卫红,逯永满,等.新疆顶冰花属5种早春短命植物叶表皮微结构的研究[J].安徽农业科学,2013,41(10):4264-4267.[30]艾克拜尔·依米提,喀伍力江·马木提.新疆北部早春短命植物鸟头荠营养器官解剖学研究[J].新疆师范大学学报(自然科学版),2013,32(1):7-10.[31]邹玲,张卫红,王虹,等.疆五种早春短命植物的比较解剖学研究[J].科技资讯,2012(23):152-153.[32]赵存鹏,郭宝生,王凯辉,等.通过转CaM基因提高了棉花抗寒性[J].棉花学报,2016,28(3):234-241.[33]丁风鹅.海洋微生物CSP基因提高转基因玉米的抗旱和耐寒性[D].大连:大连理工大学,2018.[34]向白菊,李成君,张健,等.CBF1基因转化饲草玉米SAUMZ1提高抗寒性的研究[J].草业科学,2012,29(9):1374-1378.[35]罗韬.转基因技术的利与弊[J].科学技术创新,2018(28):158-159.[36]王锋.植物抗寒基因工程研究进展[J].福建省农科院学报,1996,11(4):23-28.杨公甫,赖晓辉.早春短命植物抗寒性研究进展[J].现代农业科技,2020(13):167-168.基金:新疆维吾尔自治区生物科学重点专业科研项目(ZDZYDXS2017025).。