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该成果所属的水土保持学与生态水文学领域，是云南省践行“生态文明建设排头兵”战略、推动生态优先绿色发展与生物多样性保护的核心研究方向。热带地区大规模橡胶单一种植引发的土壤质量退化、水土流失加剧、水文过程失衡等问题，严重威胁区域生态安全与可持续发展。在国家自然科学基金和云南省科技厅项目的持续支持下，研究团队立足西双版纳（全球生物多样性热点区域），围绕农林复合系统的水土保持机制、土壤质量恢复与养分循环过程、区域生态水文效应等关键科学问题开展系统性研究，取得了一系列原创性突破。研究成果不仅为云南省落实“山水林田湖草生命共同体”理念、推动环境友好型橡胶林建设提供科学依据，更为热带地区退化生态系统修复、水土资源高效利用及农林复合系统优化提供了重要的理论支撑与技术路径。重要科学发现包括： 1、针对单作橡胶林的强降雨溅蚀和水土流失问题，发现间作模式能显著提高植被多样性，优化冠层结构，促进凋落物积累并强化根系固持作用，有效降低降雨侵蚀力和径流冲刷力，显著改善了水土保持效果。 2、针对单作橡胶林长期经营引发的土壤养分枯竭和土壤质量退化问题，揭示胶农复合系统通过“有机质输入-团聚体稳定-养分固持”的生态修复机制，显著提升土壤持水能力、养分保持效率和多功能性。 3、针对单作橡胶林土壤板结和水分有效性降低问题，阐明橡胶复合系统的生态水文调控机制：通过“优先流-非优先流”双域运移模式提升土壤持水和入渗能力；发现根系诱导的侧向水分补给新机制；揭示橡胶树与间作植物水分利用策略差异，为橡胶林水分高效管理提供理论支撑。 4、针对单作橡胶林土壤养分来源单一问题，揭示白蚁巢穴作为“动态养分库”的关键作用，是橡胶林潜在的养分来源；阐明橡胶农林复合系统硫元素的迁移转化规律及具有改良土壤和阻控重金属迁移的双重功效。 研究成果发表在Soil Biology & Biochemistry、Critical Reviews in Environmental Science & Technology、Geoderma等权威期刊。核心20篇论文累计影响因子124.4（单篇最高11.4），总他引796次；8篇代表性论文累计影响因子47.9，他引379次，单篇最高被引101次。成果被欧阳自远院士团队等专家等多次正面引用于PNAS、Global Change Biology等期刊。重要发现被联合国环境规划署（UNEP）“世界适应科学方案”（WASP）收录，作为其政策简报《环境友好型橡胶园效益研究》的核心科学依据，并作为IPCC第六次评估报告中热带可持续土地利用的典型案例，为全球气候变化应对提供了科学依据。

1.课题来源与背景： 课题来源：国家自然科学基金委员会的青年基金项目(编号：41706118)，国家投入25万元。课题背景：红树林是热带、亚热带海岸带的生态关键区，在全球海洋动力过程和生物资源方面具有重要的地位。近年来，由全球气候变化所导致的极端灾害天气频繁发生，对红树林的生存和发展造成了严重的影响，尤其是不定期降温、寒冷或霜冻天气，导致大面积红树林不能正常开花、结果，严重影响着红树植物的生存、生长和分布，并直接影响着红树林的群落组成和演化。特别是近年来低温天气频频在中国南方出现，导致南方红树林大面积受灾。因此，迫切需要弄清红树植物的抗寒机理，为红树林应对极端低温天气提供科学依据，对于红树林的保护、生态恢复和资源利用具有重要的理论指导意义。 2.研究目的与意义： 红树林蕴藏着丰富的生物资源和物种多样性，具有很高的生态、社会和经济价值。红树林不仅具有防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、净化海水和空气的功能，还为海边生活的水鸟以及鱼、虾、蟹等海洋动物提供了生息繁衍的场所，也是生态旅游的美丽景观，对维护海湾、河口生态系统平衡起重要作用。然而，由全球气候变化所导致的极端灾害天气频繁发生，对红树林的生存和发展造成了严重的影响，尤其是不定期降温、寒冷或霜冻天气，严重影响着红树林的生存、生长和分布，并直接影响着红树林的群落组成和演化。近年来，极端低温天气频频在中国南方出现，导致红树林大面积受灾。2008年1月，中国南方地区遭遇了50年以来罕见的长时间强降雪及冰冻灾害，南方沿海(包括广东、广西、海南和福建等)红树林也遭受重创，红树林受灾面积达5000公顷以上，直接经济损失估计约1200万元以上。2011年1月，大范围低温雨雪天气再次席卷中国南方，也导致了南方大面积红树林不能正常开花、结果，严重影响了红树植物的正常生长与发育。此外，2014年春节期间的低温天气也造成了深圳西海红树林大片死亡。因而，开展红树植物对低温胁迫的响应作用机制研究显得尤为迫切和重要。 国内外有关红树植物对低温胁迫响应的研究大多集中在野外调查和生理生态方面，而对其分子生态学方面的研究鲜有报道。秋茄是红树植物中分布最广、耐寒性最强的物种，天然分布最北端是中国福建福鼎，人工引种最北端至浙江温省的温州乐清湾，并有作为种源进一步向更高纬度种植的可能。因此，秋茄是研究红树植物低温胁迫响应机制的理想对象。研究表明低温胁迫常会引起植物水分流失，导致叶片枯萎凋落，甚至死亡。冷害的产生与植物在低温胁迫下水分的不平衡密切相关。而水通道蛋白是水分运输的特异性通道，直接参与根部水分吸收乃至整个植物的水平衡，且植物大约70%～90%的体内水分运动通过水通道蛋白进行。因此可以说，水通道蛋白与植物低温胁迫下的水分运输密切相关。此外，申请人前期初步研究表明，秋茄水通道蛋白基因KoAQP参与了低温胁迫响应，并能显著高表达，提示其很可能在秋茄响应低温胁迫中起重要调控作用。 为此，该项目在结合前人及申请人的研究基础上，以耐寒性红树植物秋茄为研究对象，利用分子生物学、生物信息学和基因工程等多学科交叉技术，进一步深入开展秋茄KoAQP基因响应低温胁迫的分子生态学机制研究。该项目的研究结果不仅是对红树植物在低温胁迫下响应机制的补充，同时也为红树林保护、恢复及北移引种提供理论依据和技术支持。 3.主要论点与论据： 该项目克隆获得了秋茄KoAQP基因全长序列，分析表明KoAQP基因的开放阅读框包含852个核苷酸，编码283个氨基酸，分子量为30.41 kDa，等电点为6.05。KoAQP蛋白包含了大多数水通道蛋白所具有的6个跨膜结构区域和2个NPA基序。三维模型结构显示KoAQP蛋白由同源四聚体组成，每一个单聚体包含了10个α螺旋结构和2个β折叠。此外，KoAQP的氨基酸序列与来源于橡胶树(Hevea brasiliensis)的水通道蛋白PIP2-2同源性最高(91.26%)，多序列比对与系统进化树结果也进一步证实了KoAQP蛋白属于水通道蛋白PIP2亚类分支。亚细胞定位结果表明KoAQP蛋白定位于细胞质膜上。实时定量表达分析表明KoAQP基因主要在秋茄的叶中表达，其次是根和茎，且随着低温胁迫时间延长，KoAQP基因在根、茎、叶中均呈现先升高后降低的趋势，提示KoAQP可能在秋茄抵抗低温胁迫的早期起了一定调节作用，但是随着时间的延长，秋茄所受低温伤害程度加剧，KoAQP的调节作用减弱，胁迫时间的延长最终难以使秋茄免受低温侵害。在原核生物中过表达KoAQP基因，能增强大肠杆菌的耐寒能力。在爪蟾卵母细胞中过表达KoAQP基因，能增强卵母细胞的水分运输能力，这表明KoAQP可能通过调节水分缓解秋茄低温伤害，从而增强秋茄的抗寒能力。 4.创见与创新：指项目的发现点与创新性： (1)首次从红树植物秋茄中克隆到了水通道蛋白基因(KoAQP)的序列全长； (2)表明KoAQP基因参与秋茄低温胁迫响应，证实其具有促进水分运输的功能，且过表达KoAQP基因能增强大肠杆菌的抗寒性。 5.社会经济效益，存在的问题： 无直接社会经济效益。项目成果表明KoAQP基因可作为抗寒农作物分子育种的候选基因。

该发明公开了一种新的β-石竹烯合成酶及基因与菌株和应用。该发明首次发现了橡胶树Hevea brasiLiensis来源的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示的酶为β-石竹烯的合成酶，其或其编码基因或含有其编码基因的重组质粒、重组菌株可用于合成或生产β-石竹烯。 一种β-石竹烯高产菌株为在过表达甲羟戊酸途径中的一个或多个基因以及法尼烯焦磷酸合酶基因的微生物中导入β-石竹烯合成酶的编码基因获得，该发明提供的β-石竹烯新合成酶基因可应用于制备β-石竹烯，得到的β-石竹烯可用于制备香料、香精及医药中间体。

该项目系统研究橡胶树茎段愈伤组织乳管细胞高效诱导技术，建立分离纯化的愈伤乳管细胞悬浮培养系的方法；同时以愈伤组织和乳管细胞悬浮培养系为受体，采用农杆菌介导法建立乳管高效的瞬时转化体系，来验证调控橡胶产量形成的候选基因的功能。该项目所建立的愈伤乳管稳定的转化体系具有实验周期短、操作简单、转化率高等优势，可克服橡胶树传统的遗传转化体系的缺点，对促进橡胶树基因工程研究具有重要意义。 该项目发表论文3篇，其中SCI论文1篇；申报发明专利2项，其中授权1项；培养毕业的研究生1名。

该项目开展如下研究内容：1)利用107份橡胶树魏克汉种质、34份野生种质材料和6份近缘种，通过基因组重测序发掘变异位点，构建变异图谱；2)利用SNP标记分析魏克汉群体进化与遗传结构，绘制系统进化树；3)查找橡胶树人工选择位点，挖掘抗寒、抗病和高产相关功能基因，并进行注释；4)分析橡胶树魏克汉种质基因流，评估有效群体大小。 上述研究将查清橡胶树魏克汉种质群体结构现状，阐明橡胶树抗寒、抗病和产量育种的选择位点和限制因素，为橡胶树种质资源创新和优良高产品种选育提供理论支持。

橡胶树的乳管是合成和储存天然橡胶的组织。树皮中的次生乳管数量与天然橡胶产量显著正相关。该成果揭示miRNAs通过调控靶基因在乳管分化中起着重要的作用，主要为(1)从树皮中鉴定了441个已知的miRNA和预测了839个新的miRNA，其中119个miRNA受冠菌素(COR)响应。(2)鉴定了靶向茉莉酸信号途径关键基因JAZ和MYC的11个miRNA。(3)筛选出了橡胶树树皮对COR响应的过程中miRNA的相对定量表达的内参hbr-miR396b和miR894-x。(4)鉴定了一个乳管分化的负调控因子hbr-miR156，证实其靶标是HbSPL9基因。 该成果初步揭示了茉莉酸信号途径通过hbr-miR156-HbSPL9模块参与调控橡胶树次生乳管的分化分子机制，研究结果为转基因改良橡胶树的产胶潜力提供候选的靶标基因，为利用乳管分化能力相关标记辅助橡胶树产量育种提供依据。

中国天然橡胶树种植面积已超过1700万亩，主要以传统1/2螺旋割线方式进行采胶生产作业，割胶技术精度要求高，操作难度大，且完全依赖人力传统刀割完成，劳动强度大，成本高、收益低，致使胶园弃管、弃割的现象日益严峻。研究高效、新型采胶技术及装备，实现天然橡胶产业转型升级迫在眉睫。 该项目以针刺采胶理论为基础，通过对橡胶树皮进行力学特性分析，研制了电动针刺式采胶机核心部件；结合橡胶树皮结构生理理论，研究了刺针切削耦合协调作用及针刺深度的精准控制装置，探索了针刺采胶方式方法，以及刺针形状、针刺方式、数量对产排胶的影响；集成了轻简化的单孔式、多孔式电动针刺采胶机及其采胶方法。 获授权实用新型专利3项，发表学术论文3篇。

橡胶粒子是合成与储存天然橡胶的细胞器，为天然橡胶合成所必需。从橡胶树胶乳分离的橡胶粒子具较高的本底反应，建立基于人工橡胶粒子的离体天然橡胶合成体系，可消除本底反应，并反映新添加成分的作用。该项目试图以人工橡胶粒子(替代分离自胶乳的橡胶粒子)在体外构建天然橡胶合成体系，以阐明天然橡胶合成机制。项目亦包含与高山榕橡胶粒子蛋白比较研究内容。 该项目成功从胶乳直接纯化REF和SRPP，成功通过原核细胞表达核心蛋白组分CPT和HRTBP，并进行离体天然橡胶合成测试。对高山榕橡胶粒子和胶乳进行了蛋白质组研究，发现其胶乳中存在一些药用成分合成相关的蛋白。 发表研究论文4篇，其中SCI收录1篇；出版著作一部。

该项目对橡胶树橡胶粒子上HbSRPP1互作蛋白HbFPS1发挥功能的作用机制及其与橡胶生物合成的关系进行了研究，发现HbSRPP1通过蛋白质相互作用将HbFPS1招募到小橡胶粒子上催化生成起始引物法尼基焦磷酸以启动橡胶烃的合成，并证实HbFPS1与橡胶树橡胶粒子的橡胶生物合成活性及橡胶分子量大小相关。在MYB2-Like等转录因子调控下，HbFPS1的下调表达将导致橡胶树胶乳橡胶生物合成活性下降，但橡胶分子量却增加，并引起橡胶粒子发育异常。 研究结果不仅有助于阐明橡胶树橡胶产量和质量形成与调控的分子机制，而且也将为高品质橡胶树新种质创制与新品种选育提供科学依据。

橡胶树乳管伤口的堵塞是排胶停止的主要因素。橡胶粒子的凝集和去凝集直接关系到堵塞物的形成。该成果揭示橡胶粒子凝集和去凝集的调控机制，主要为(1)促进橡胶粒子凝集的蛋白质有β-1，3-葡聚糖酶GLU、橡胶素HEV、几丁质酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶GAPDH等四种，其中，β-1，3-葡聚糖酶GLU1与橡胶粒子膜蛋白SRPP1互作，而且这些促进因子间有不同程度互作。(2)抑制橡胶粒子凝集的蛋白Hev b7能与SRPP1互作，而且与4种促进因子蛋白互作。(3)在强割和乙烯利刺激条件下，橡胶树的排胶时间显著延长，与Hev b7显著增加密切相关。 因此，Hev b7通过与GLU1竞争结合SRPP1以及与促进因子蛋白互作，抑制促进因子蛋白对橡胶粒子的凝集效应，进而延缓堵塞物的形成。