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RuBP carboxylase in Phragmites communis at saline habitats of Hexi Corridor

河西走廊芦苇在不同盐渍生境中RuBP羧化酶的比较研究



全 文 :应 用 生 态 学 报    年 月 第 ! 卷 第 ∀ 期
#∃% & ∋ ( ∋ )∗ + , & − . ∗/ − 00. %∋ 1 ∋# ∗ .∗ 2 3 , − 04 5    , ! 6∀ 7 8  ! ∀一 ! !
河西走廊芦苇在不同盐渍生境中 , 9 : 0
竣化酶的比较研究 ‘
赵相山 张承烈 6兰州大学生物系 , 兰州 ; <= = =7
【摘要】 对不同盐溃生境中芦苇的 , 9 : 0 校化酶结构的研究表明 , 不同类型芦苇的 , 9 : 0
梭化酶大、 小亚基分子量相同 , 但盐化草甸芦苇和过渡地带芦苇与沼泽芦苇相比 , , 9 :0
梭化酶的亲水氨基酸相对含量增加 , 疏水氨基酸相对含量降低 , 酶分子被 0# > : 滴定的(∃ 基数亦显著减少 5 表 明芦苇的 , 9 :0 校化酶结构发生了变化 , 反映出该酶有基因表达
的环境适应 5
关键词 芦苇 盐溃条件 , 9 :0 梭化酶 氨基酸组成
, 9 :0 ?≅ 4 ΑΒ Χ ΔΕ≅Φ ? ΓΗ 0 Ι 4 ≅ ϑ Κ ΓΛ‘! Μ Β Κ Κ 9 Η ΓΦ ≅ Λ Φ ≅Ε ΓΗ ? Ι ≅ Α Γ妞ΛΦ ∗Ν ∃ ? Χ Γ # Β 4 4 ΓΟ Β 4 5 ΠΙ ≅ Β Θ ΓΡ
≅ Η ϑ Φ Ι ≅ Η ≅ Η Ο Π Ι ≅ Η ϑ # Ι? Η ϑ ΕΓ? 6.≅ Η Σ Ι。二 + Η ’Τ ?4Φ ΓΛΔ , 肠 , Σ ΙΒ 9 ; < = = = = 7 5 刊口无ΓΗ 5 ) 5 月妙5
∋ Μ Β Ε 5 ,    , ! 6∀ 7 8  ! ∀ 一  ! ! 5
( Λ 9 Ο Γ? Φ Β Η ΛΙ ? Φ Λ 4 9 ? Λ 9 4 ? Β Ν , 9 :0 ? ≅ 4Α Β Χ ΔΕ≅ Φ? ΓΗ 0 Ι 4≅ ϑ Κ ΓΛ?Φ Μ Β Κ Κ 9 Η ΓΦ ≅ Λ Ο ΓΝΝ? 4 ? Η Λ Φ ≅ ΕΓΗ ?
Ι ≅ Α ΓΛ ≅ ΛΦ Β Ν ∃ ? Χ Γ # Β 4 4 ΓΟ Β 4 ΦΙ Β Υ ΛΙ ≅ Λ ΓΛ Φ Ε≅ 4 ϑ ? ≅ Η Ο ΦΚ ≅ ΕΕ Φ9 Α 9 Η ΓΛΦ Ι≅ Τ ? ΛΙ ? Φ ≅ Κ ? Κ Β Ε? ? 9 Ε≅ 4
Υ ? Γϑ ΙΛ 5 − Φ ΝΒ 4 Λ Ι? 4 ? ? Ο Φ ≅ Λ Φ ≅ ΕΓΗ ? Κ ?≅ Ο Β Υ ≅ Η Ο Λ 4 ≅ Η Φ ΓΛΓΒ Η ≅ Ε ΣΒ Η? , ΛΙ? Γ4 , 9 :0 ? ≅ 4 ΑΒ Χ ΔΕ≅ Φ?
Ι ≅ Φ ≅ Ι Γϑ Ι ? 4 ? Β Η Λ ? Η Λ Β Ν Ι ΔΟ 4 Β ς Ι ΓΕΓ? ≅ Κ ΓΗ Β ≅? ΓΟ , ΕΒ Υ ? 4 ? Β Η Λ? Η Λ Β Ν Ι ΤΟ 4 Β ς ΙΒ ΑΓ? ≅ Κ ΓΗ Β ≅ ? ΓΟ
≅ Η Ο Φ Ι≅ 4 ς ΕΔ Ο ?? 4 ? ≅ Φ ? Ο ≅ Κ Β 9 Η Λ Β Ν ( ∃ ϑ 4 Β 9 ς Φ ΛΓΛ 4 ≅ Λ?Ο ΑΔ 0# > : Υ Ι ? Η ? Β Κ ς≅4 ?Ο Υ ΓΛΙ Λ Ι?
4 ?? Ο ≅ Λ Φ Υ ≅ Κ ς Κ ? ≅ Ο Β Υ , Υ Ι Γ? Ι ΓΗ Ο Γ? ≅ Λ? Φ Λ Ι≅ Λ ΛΙ? ΦΛ 4 9 ?Λ 9 4 ? Β Ν , 9 :0 ? ≅ 4ΑΒ Χ Δ Ε≅ Φ ? ΓΗ 4 ? ? Ο Φ
! Τ ≅ 4 Γ? Ο ≅ Η Ο ΛΙ? ? Η Σ ΔΚ ? Ι ≅ Φ ≅ ϑ ? Η ? ? Χ ς 4 ? Φ Φ ΓΒ Η ΛΒ ΛΙ ? ? Η ΤΓ 4 Β Η Κ ? Η Λ≅ Ε Τ ≅ 4Γ ≅ ΛΓΒ Η ·
Ω ?Δ Υ Β 4 Ο Φ 0 Ι 4≅ ϑ Κ ΓΛ ? Φ Μ Β Κ Κ 9 Η Γ8 , , ΓΑ 9 ΕΒ Φ ? 一 Ε , ! 一Α ΓΦ ς ΙΒ Φ ςΙ ≅ Λ? ? ≅ 4 Α Β Χ ΔΕ≅ Φ? , − Η ΕΓΗ Β ≅ ? ΓΟ
? Β Κ 0Β Φ ΓΛΓΒ Η , ( ≅ ΕΓΗ ? ? Β Η Ο ΓΛΓΒ Η 5
 引 言
分布 在甘肃河西 走廊不同生境 的芦
苇 , 生态学上通常视其为同种下的不同生
态型 , 但目前仅以形态 、解剖结构或生境特
点作为划分芦苇生态型的依据显然是不足
的 , 还须从生理及更深层次上进行研究 5
我们已对不同生境芦苇的光合特性进
行 了研究 , 表 明具有适应性改变 5 已有证
据 , 植物因生长条件的改变 ,光合作用关键
酶一 , 9 :0 梭化酶小亚基的氨基酸组成会
发生变化 ΞΦ5 ’〕5 因此 , 在对不同程度土壤盐
渍化生境芦苇光合作用研究的基础上 , 进
一步对其 , 9 : 0 梭化酶分子结构特点进行
了比较分析 , 试图为该地 区芦苇生态型的
划分提供基因环境适应性表达 的依据 , 并
阐明芦苇在长期盐碱胁迫下 , 9 :0 梭化酶
适盐性的本质 5
∀ 材料与方法
∀ 5  植物材料
以甘肃省河西走廊临泽县境内不同生境的芦
苇 6几4≅ ϑ Κ ΓΛ?Φ Μ Β Κ Κ 9 Η Γ8 7为研究对象 5 沼泽芦苇
生长于终年积水的水 塘内 , 根 区土壤含盐量为
。5  写 Ψ 盐化草甸芦苇生长于含盐量为 。5 ; Ζ的
低洼地中 5 盐化草甸一沙丘过渡地带的芦苇生长于
含盐量为 = 5  Ζ的低地中5 同期取不同生境芦苇
自顶部向下的第 < 片叶进行 , 9 : 0 校化酶特点的
分析 5
, 国家自然科学荃金资助项 目 5   ∀ 年  月 = 日收到 ,   , < 年 月  日改 回 5
∀ 期 赵相山等 8 河西走廊芦苇在不同盐渍生境中 , 9Ε 护 梭化酶的比较研究
∀ 5 ∀ , 9 : 0 梭化酶的纯化
, 9 :0 狡 化 酶 粗 提 液 经 不 同 饱 和 度
6& ∃ Ψ 7 ∀ ! = 。 溶 液 分 部 , 过 ( ? ςΙ ≅ Ο ? Χ 2 一 ! = 和
(? ςΙ≅ Ο? Χ 2 一∀= = 柱予以纯化 Λ’·’) , 并用聚丙烯酞胺
凝胶圆盘 电泳确定纯度 5
∀ 5 < , 9 : 0 校化酶亚基分离及大 、小亚基分子量
测定
纯化酶经 (1 ( 处理液处理后 , 在 ! Ζ( 1 (一聚
丙烯酞胺凝胶板上电泳分离大 、小亚基 ΞΕ= [ 5 同时 ,
以 0 Ι ≅ 4Κ ≅ ? Γ≅ 低分子量蛋 白质 6> 5 ∴ 5  = = 一
 。。=7 为标准 , 确定分子量 5
∀ 5 , 9 : 0 梭化酶氨基酸组成分析
纯化 , 9 : 0 梭化酶经 ] Κ Β Ε5 . 一 , ∃ # %水解后 ,
用 日立 ⊥ 成 5 参照 :Γϑ ?一Β Υ 〔‘[方法计算 , 9 :0 梭化酶的疏水
性 5
∀ 5 ‘ , 9 :0 校化酶分子 (∃ 基数目的测定
按 :∗ Δ? 4Λ, 〕0# >: 6对氛高汞苯甲酸 7滴定法
进行 5 按 Κ Β Ε0# > : Χ Κ Ε0# > : _ Κ Β Ε酶 Χ Κ Ε酶计
算 ( ∃ 基数 5
表  不同生境芦苇 , 9 : 0 狡化酶氮墓酸组成
⎯ ≅ Α Ε?  − Κ ΓΗ Β ≅ ?ΓΟ Μ Β Κ ς ΒΦ ΓΛΓΒ Η Β Ν , 9 : 0 Μ ≅ 4 ΑΒ 万ΔΕ≅Φ ?
? Χ Λ 4 ≅ ? Λ ? Ο 44 Β Κ 4 ? 记Ο ≅ Λ Ο ΓΝ Ν? 4 ? Η Λ Ι ≅Α ΓΛ≅ Λ
氨基酸− Κ ΓΗ Β
≅ ? ΓΟ
沼泽芦苇
( Υ ≅ Κ 0 Ρ
4 ? ? Ο
盐化草
甸芦苇
> ? ≅ ΟΒ Υ
一 4 ? ? Ο
盐 化草甸Ρ
过渡带芦苇
> ? ≅ Ο Β Υ 一Ο 9 Η ?
Λ 4 ≅ Η Φ 】Λ ΕΒ ΝΕ ≅
ΣΒ Η ? 一 4? ? Ο
]=!⊥∀<;=] <=!∀;∀
∀] !<⊥;=!∀ = <∀=!⊥;
 结果
 ! 不 同生境芦苇 ∀ # ∃ % 梭化酶大 、小亚
基分子量 比较
芦苇 在不 同盐 胁迫下 , ∀ # ∃ % 梭化酶
解离开的大 、小亚基是相似的 , 它们的大小
亚基分子量未因受到盐胁迫而发生改变
不同生境芦苇的 ∀ # ∃ % 狡化酶大亚基分子
量均为 &∋ ( ) , 小亚基分子量均为 ! & ∗( )
 + 不同生境芦苇 ∀ # ∃ % 梭化酶氨基酸
组分比较
从不同生境芦苇叶中提纯的 ∀ # ∃ % 竣
化酶的氨基酸 组成见表 ! , 由于芦苇的生
境不 同 , 也导 致了 ∀ # ∃ % 梭化酶氨基酸组
成的差异 与沼泽芦苇相比较 , 盐化草甸芦
苇和过渡地带芦苇 ∀ # ∃ % 梭化酶氨基酸组
成中亲水性氨基酸 ,如 − . / 、 − 01 、2 34 5相对
含量增加 , 而疏水性 氨基酸 ,如 %67 、 8 4 9 、
%0 :5 相对含量减少 ,表 ! 5
  不同生境芦苇 ∀ # ∃ % 梭化酶分子疏
天门冬氮酸
− . /
苏氨酸 8 60
丝氮酸 ∗7 0
谷氨酸 2 3#
甘氮酸 2 卜
丙氨酸 − 3;
肤氨酸 < 4.
绷氮酸 = ;3
蛋氨酸 > 7?
异亮氮酸
≅ 37 #
亮氨酸 Α 7#
璐氮酸 8 40
苯丙氨酸
% 6 7
赖氮酸 Α 4.
组氮酸 Β Χ.
粗氨酸 − 01
脯氨酸 % 0:
总量 8 : ? ; 3
& Δ Δ
痕量 8 0 ; 7 7
∋  &
& Ε +
& + Φ
Ε Δ
 ! +
3 Ε
+ Γ &
Γ Φ Η
+ ! Η
+  +
+ Δ Ε
!+ Δ
+ Ε Δ
++ Δ
& + Φ Ε
Γ + Φ Γ + Φ
& Φ Ε & Γ !
8 0; 7 7 丁0 ; 7 7
水性的比较
根 据每个氨基酸 残基传递 自由能在
∗( Ι 以上的 & 种疏 水性氨基酸总残基数 ,
计算 ∀ # ∃ % 狡化酶的平均疏水性表明 , 具
有强疏水基的这 & 种氨基酸残基占总氨基
酸残基的百分率 , 由沼 泽芦苇的 +∋ + ϑ
下降到盐化草甸芦苇的 +Γ Δ ϑ和过渡地
带芦苇的 +Γ ΦΕ ϑ ,表 ! 5 相应地 , ∀ # ∃ % 竣
化酶的疏水性 , 则 由沼泽芦苇的 + Δ Ε & 5 Κ残
基分别下降到盐化草甸芦苇的 + Φ Γ Φ5 Κ 残基
和过渡地带芦苇的 + Φ  Ε 5 Κ残基 ,表 +5
 Γ 不同生境芦苇 ∀ # ∃ % 梭化酶分子 ∗ Β
基数的比较
测定结果如表  所示 , 长期适应盐胁
迫生境的芦苇 , 其 ∀ # ∃ % 梭化 酶 ∗ Β 基数
明显减少 , 仅为沼泽芦苇的 &Η ϑ
应 用 生 态 学 报 ! 卷
衰 ∀ 不同生境芦苹 , 9 : 0 狡化酶平均硫水性 6∃ 巾≅Τ 87
⎯5 ΑΕ ? ∀ − Τ5 份砂 七ΔΟ 4 Β ς Ι Β Α Γ?ΓΛΔ 6∃ 中5 Τ ? 7 Β Ν , 9 :0 ? ≅ 4ΑΒ Χ ΔΕ峨 ?成4一? Λ曰 Ν, 5 4州泪 5 Λ Ο ΓΛΝ ? 4 ? Η Λ 血5 咐Λ5 Λ
高硫水性氮羞酸
− Κ ΓΗ Β
≅ ? ΓΟ Φ
Υ ΓΛ Ι 卜Γϑ Ι
ΙΔΟ 4 Β ς Α Β
一Α Γ? ΓΛΔ
水性6Ω )_ 残基 7
, ?Ε≅ Λ ΓΤ ?
ΙΔΟ 4 Β ς ΙΒ
一 Α Γ? ΓΛΔ
∃ 中
6Ω )_ 4 ? Φ 5 7
水生芦苇
(Υ ≅ Κ 0 一4 ? ? Ο 盐化草甸芦苇> ? ≅ Ο Β , , 一 4? ? Ο 过谈带芦苇⎯ 4 ≅ Η Φ ΓΛΓΒ Η ≅ Ε Σ Β Η ? 一4? Ο
残荃数
& Β 5 Β Ν
4 ? Φ ΓΟ 9 ? Φ
自由能/ 4? ?
平 均
硫水性6) _ 残荃 7
∃中 ≅ Τ ? 56)八。 5 7
残荃数
& Β 5 Β Ν
4? 5 ΓΟ 9 ? 5
自由能
/ 4? ?
? Η ? 4 ϑ Δ6Ω )7
平 均疏水性6) _ 残荃 7
∃ 必 ≅ Τ ? 56)_ 4 Β 5 7
残荃数
& Β 5 Β Ν
4朋 ΓΟ 9 ? Φ
自由能
/ 4?
平 均疏水性6) _ 残羞 7
∃ 币 ≅ Τ ?6)_ 4? Φ 5 7
∀⊥ ] = 。 ⊥ ∀ ;⊥ ] 5 ⊥∀<=! !∀] ∀ 5 < < < = ∀  。 < !<∀=⊥;川心‘丹乙Η八‘任二卜异亮氮酸%Ε ?酷氮酸⎯ Δ 4
笨丙氨酸0Ι ?
脯氮酸0 4 Β
亮氨酸
. ? 9
总残基数
⎯ Β Λ ≅ Ε
4? Φ ΓΟ 9 ? Φ
  5   ∀ !=  5 ; ∀ ∀ 。 ∀ ;= = 。 ;
  。 = ⊥ ∀ ! ]  5  ∀! < ] 。 ⊥ ∀ ; = 5
= 5 ⊥
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∀ ; ; 5  ∀  ⊥ , !  ⊥ < ] 5 ;
;  ! 5 = 5 ∀
∀ ∀ ]
∀ ∀ ;
∀ ∀ <
 ] 
!
∀ ; ; ! ∀ =
! ! 。 !
表 <

不同生境芦苇 , 9 : 0 狡化醉基份于 0 Μ > : 的 Φ∃
⎯≅ Ε, %? < & 5 Κ 映4 Β Ν (∃ ϑ 4 Β 9 ς Φ ? Χ 0僻Ο ΛΒ 0#> : Β Ν, 9 : 0 Μ≅4 Α Β Χ ΔΕ≅Φ ? ? ΧΛ 4 5 ?Λ?Ο Ν4Β Κ 代? Ο 5 Λ Ο ΓΝΝ? 4 ?Η Λ Ι 5 Α ΕΡ
切Λ
沼泽芦苇
( Υ ≅ Κ 0Ρ
4? Ο
盐化草
甸 芦苇
> 吧≅ Ο Β Υ Ρ
4 ? ? Ο
过⎯ 4渡带芦悉
( ∃ 荃数 目
& 9 Κ Α? 4 Β Ν(∃ ϑ 4Β 9 ς Φ
<  < ⊥
讨 论
据 ∃ ?9 ? 8 等图 的 报 告 , 当 甜 菜 用
 ⊥ = Κ Κ Β Ε5 . 一 , & ≅# %处 理 ; 天 后 , , 9 :0 梭
化酶小亚基分子量降低 , 大亚基未受影响 ,
且全酶不发生改变 5 可以认为 , 甜菜在受到
中等盐浓度影响时 , 会发生 , 9 :0 玫化酶
构象的改变 5 我们的研究发现 , 芦苇在长期
适应不 同程度盐渍化生境过 程中 , , 9 :0
狡化酶大 、小亚基的分子量并未发生变化 ,
但全 酶的 氨基 酸组成 却表 现 出差 异 6表
 7 , 随着生境中土壤渍化程度的加重 , 芦苇
, 9 : 0 梭化酶氨基酸组成中的疏水性氨基
酸含量减少 , 亲水性氨基酸相对含量增加
6表  7 , 因而使 , 9 :0 梭化酶分子的平均
疏水性降低 6表 ∀ 7 5 疏水性的降低 , 有助于
芦苇 , 9 :0 放化酶在盐胁迫下免除变性 ,
而亲水性的加强则可使酶一基质的相互作
用处于 良好状态 ΞΕ 〕5 加之 , 芦苇在 长期适
应盐渍生境过程中所形成的 , 9 : 0 梭化酶
( ∃ 基数 随盐渍化程度的加重而减少 6表
< 7 , 这就减少了芦苇因胁迫而形成 ( 一( 键
的机率 , 从而降低了 , 9 : 0 淡化酶的凝聚
与变性 Ξ⊥, ’。〕, 这样可以避免该酶在盐渍化
生境中受到伤害 5 这些结果说明 , 芦苇在适
应盐渍化生境过程中 , 不仅象短期施加盐
胁迫一样 , 9 : 0 梭化酶发生了构象 的改
变图 , 而 且 极 有 可 能发 生 更 加 深 刻 的
, 9 :0 梭化酶分子一级结构组成的变化 ,
这些变化使得 , 9 :0 淡化酶能够更好地适
应于盐胁迫 5 由此可以说明 , 为什么盐化草
甸芦苇和过渡地带 芦苇与沼泽芦 苇相 比
较 , 虽处 于土壤含盐 量很高的 生境 中 , 但
, 9 :0 梭化酶仍具有稳定的结构和功能的
本质所在 , 也充分证明了芦苇对环境的广
泛适应包含有分子水平的机理 5
芦苇在长期适应盐渍化生境过程中 ,
发 生了深刻的形态 、解剖结构Ξ’α 及光合特
性 〔!〕方面的适应性改变 , 并 由此可确定不
同生态型 5
∀ 期 赵相山等 8河西走廊芦苇在不同盐演生境中 , 9 :0 校化酶的比较研究  ! !
参考文献
Ξ Ε〕
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一 ∀ ! ! Ρ
: Γϑ ? ΕΒ Υ , # 5 # 5  ] ; 5 Β Η Λ Ι ? ≅ Τ ? 4 ≅ ϑ ? ΙΔΟ 4 Β ς Ι于
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Λ ? ΓΗ 5 0ΙΔ ,汉 5 0 Ε≅ , Σ , < 8 <  一 < ! = 5
《应用生态学报》人选最新“中国自然科学核心期刊 ”
中国 自然科学核心期刊研究课题组不久前公布了最新的“    ∀ 一    < 年中国 自然科学核心期刊 ”
<= 。种 5 这是根据国家标准 “2 : _ ⎯  < ; ! 一 ∀ ”规定的学科分类标准 ,优选 < = 种中国出版的备学科代表
性期刊 , 对它们在    ∀ 、    < 年所发表的论文 , 使用 “引文法 ”进行客观统计后得到的结果 5 在仅占目前
期刊总数 Ζ比例的 <= 种核心期刊中 , 综合性期刊及数理科学等学科期刊占 ∀⊥ Ζ , 医药卫生期刊占
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究会的综合性学术期刊《科学技术学报》磁盘周刊上发表 5 与本刊学科专业相关的核心期刊名单 , 按被引
用频次从高到低的顺序列于下表 , 该表中空缺名次为其他学科核心期刊 , 被引用频次相同者名次相同5
《应用生态学报》名列核心期刊第 , < 名 5
   ∀ 一    < 年中国自然科学核心期刊
 中国科学 !< 动物学研究 ; 江苏农学院学报
∀ 科学通报 ! 中国兽医科技 ; 水利学报 植物学报 ] 微生物学报 ;工 西北植物学报
 林业科学 ]∀ 北京林业大学学报 ; 细胞生物学杂志! 植物生理学报 ]∀ 昆虫学报 ;∀ 古脊椎动物学报
; 动物学报 ]∀ 南京农业大学学报 ;∀ 两栖爬行动物学报
 水产学报 ]∀ 遗传 ;∀ 南京林业大学学报
∀< 植物生理学通讯 ]< 病毒学报 ;∀ 武汉植物学研究∀ ! 中国农业科学 ]< 东北林业大学学报 ;∀ 中国棉花∀ ] 5 遗传学报 ]< 植物保护学报 ;< 福建林学院学报
∀⊥ 作物学报 “ 生物工程学报 ;< 江苏农业科学
∀ 生物化学与生物物理学报 ] 北京农业大学学报 ;< 林业科技通讯< < 水生生物学报 ]; 园艺学报 ;< 人类学学报< 实验生物学报 ]⊥ 水利渔业 ;< 四川动物
< < 植物生态学与地植物学学报 ]⊥ 兽类学报 ” 水土保持学报<; 生物化学与生物物理进展 ]⊥ 生物化学杂志 ;< 应用生态学报
= 中国兽医杂志 ]⊥ 土坡通报 ;< 中国果树  古生物学报 ] 昆虫知识 ;< 中国林业科学  畜牧兽医学报 ] 植物学通报 ;< 中国畜牧杂志
! 淡水鱼业 ;= 福建农学院学报 ;< 中国畜禽传染病
! 生物物理学报 ;= 中国麻作 ;< 中国油料 ; 云南植物研究 ;= 植物保护 ;< 浙江农业大学学报
! = 林业科学研究 ;= 植物病理学报 ;< 真菌学报! ∀ 植物分类学报 ; 东北农学院学报 ;< 西北农业大学学报