植物质膜水通道蛋白转运及逆境胁迫响应的分子调控机制

质膜水通道蛋白即质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins, PIPs),属于通道蛋白,定位在质膜上,是植物体内水分子、CO₂及其他一些小分子溶质跨细胞膜运输的通道。PIPs对运输基质具有高度选择性,在维持植物细胞的水分平衡过程中发挥重要作用。PIPs的表达、活性与定位不但受转录水平和翻译后水平的调控,而且受外界环境影响。研究表明在非生物胁迫下,PIPs表达模式和定位会发生改变。本文重点阐述了PIPs转运的分子机制、转录水平及翻译后水平的调控机制以及PIPs对非生物胁迫的响应机制,分析了目前关于PIPs的研究动态和值得探究的研究方向,以期帮助相关领域的科研人员对PIPs的研究进展有更深入地了解。     

露水对植物的作用效应研究进展

概述了国内外露水对植物作用效应争议的两个方面,一是露水有利于促进植物生长,二是露水对植物生长具有负效应。前者主要包括干旱胁迫下植物生长重要的水资源、调节植物体内水分、改善土壤水分平衡、调节森林植物生长环境、有利于农作物管理及其病虫害防治等生态效益;后者包括导致植物发病、降低植物产量和质量等。文章还指出了露水对植物作用效应研究存在的问题,并提出了今后研究的方向：（1）露水对植物作用效应的机理研究;（2）干扰条件下露水对植物作用效应研究包括酸露对植物作用效应研究和城市热岛条件下露水对植物作用效应研究;（3）露水对植物多样性的影响研究;（4）露水在生物防治中的应用研究。     

植物干旱胁迫下水分代谢、碳饥饿与死亡机理

植物在生长发育过程中受众多环境因子共同作用。随着全球气候变化,气温升高、降水量下降等问题频繁出现。目前气象学家一致预测未来环境变暖会使干旱更加频繁剧烈,这一环境改变使植物死亡更加严重。植物在水分胁迫、特别是干旱胁迫条件下,体内水分代谢与碳代谢会发生失衡现象:光合速率降低、蒸腾速率降低,带来生长降低;为维持植物新陈代谢,植物呼吸作用必然下调。在长期干旱胁迫条件下植物体内碳水化合物储存发生失衡现象,这种失衡使植物陷入碳饥饿现象。另外,由于水分失衡而出现的木质部栓塞和空穴会进一步加剧水分运输障碍,而修复空穴则需要大量非结构性碳水化合物(NSC),这使植物陷入两难选择。总结了植物干旱胁迫下,碳饥饿与水分代谢、植物死亡关系的相关研究,对未来的研究方向和重点提出建议,以期对未来的植物死亡研究提供帮助。     

水分胁迫下AM真菌对柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)生长和抗旱性的影响

利用盆栽实验研究了水分胁迫条件下AM真菌对柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)生长和抗旱性的影响.在土壤相对含水量为80%、60%和40%条件下,分别接种摩西球囊霉(Glomus mosseae)和柠条锦鸡儿根际土著菌,结果表明,水分胁迫对AM真菌的接种效果有显著影响.不同水分条件下,接种AM真菌显著提高了宿主植物根系菌根侵染率.土壤相对含水量为40%～60%时,接种株的株高、茎粗、生物干重和叶片保水力明显高于不接种株;接种AM真菌提高了植株对土壤有效N和有效P的利用率,增加了植株全P、叶片叶绿素和可溶性糖含量以及SOD、POD、CAT等保护酶活性.土壤相对含水量为40%时,叶片MDA含量明显下降.水分胁迫条件下,以接种柠条锦鸡儿根际土著菌的效果最佳.AM真菌增强宿主植物的抗旱性可能源于促进宿主植物根系对土壤水分和矿质元素吸收的直接作用和改善植物体内生理代谢活动、提高保护酶活性的间接作用.     

维管植物木质部水分传输过程的影响因素及研究进展

维管植物的水分传输过程一直是植物学家关注的重点,木质部是植物体内长距离运输的组织之一,为维管植物提供了一个将水分从根运输到叶的低阻力通道。木质部在结构上形成了一个相互连通的网络管道结构,外部环境要素的改变(水分胁迫、氮沉降、光照等)引起的植物体内水势及木质部网络管道结构的变化直接影响植物的水分传输过程。本文从植物水分传输驱动力和内部木质部微观结构出发,总结了水分传输机理过程,概述了影响木质部水分传输的直接和间接因素,并在全球变化背景下,在植物内部观测技术、考虑多因子的综合作用等研究方面进行了展望。     

水分亏缺诱导的氧化胁迫和植物的抗氧化作用

简要介绍了水分胁迫下植物体内O2、H2O2、OH及1O2等活性氧的产生及其检测方法,评述了水分胁迫下植物内源抗氧化系统的作用,并对有关方面的研究作了展望。     

水分胁迫下植物体内的抗氧化剂及其作用

简要综述了植物体内抗氧化剂的种类,作用及在水分胁迫下其含量的变化与机理。     

核磁共振技术在土壤-植物-大气连续体研究中的应用

植物体内的水分状态与传输过程是土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输理论的核心内容,也是研究植物水分利用与调控的基础.植物体内水分的传输过程受外界环境影响较大,植物需要通过对体内水分状态的适当调整来适应环境变化和维持自身的生长发育.由于蒸发通量、压力室、高压流速仪、热脉冲等传统检测方法往往会对植株造成破坏和损伤,因此难以准确反映和定量描述植物体内水分传输的真实过程.核磁共振技术(NMR)由于其无损、非侵入的特点,在植物水分分布和传输相关研究中日益得到关注.本文概述了NMR在检测植物体内水分分布、传输以及含量测定等方面的研究进展,还分析了目前NMR技术在SPAC系统研究中存在的问题及可能的解决方法,并指出NMR技术将来可能在植物水分生理、植物与环境互作以及水分代谢等相关研究领域的应用.NMR技术在SPAC系统研究中的应用在我国仍处于初级阶段,开发户外便携式、开放式检测仪器是NMR技术在SPAC研究领域进一步应用和推广的关键所在.     

植物根系提水作用研究述评

根系提水作用是植物在干旱生境下,通过根系将深层湿润土壤中的水分提升至浅层干燥土壤中的一种生理过程,不同植物具有不同的根系提水强度。这一研究的基本方式是分根法,而时域反射仪(TDR)法和中子水分仪法则是近年来较受重视的测定方法,并逐步由室内测定向大田测定过渡。研究的主要内容可归纳为五个方面,其中在根系提水作用与植物蒸腾作用、浅层土壤营养的有效性以及与植物遗传性的关系等方面,研究结果较为一致,但在提水的数量和发生提水作用时土壤水分状况等方面,研究结果不尽相同;对植物光合、呼吸等其他代谢的影响以及室内测定结果与大田条件一致性等问题的研究,报道较少,特别是作用机理的研究。因此,深入这方面的研究对于进一步提高植物水分利用率,促进旱地节水农业和畜牧业的发展具有重要的意义。     

水分胁迫下植物体内OH的产生与细胞的氧化损伤

干旱是植物组织的一种重要的胁迫因子。它能干扰植物细胞中活性氧产生与清除的平衡,导致植物细胞遭受氧化胁迫。过去十多年来,人们对水分胁迫下植物体内活性氧的产生、活性氧对植物的伤害及植物保护系统的作用进行了大量的研究,取得了明显的进展［１～４］。然而,水分...     

Quantitative real-time expression profiling of aquaporins-isoforms and growth response of Brassica juncea under arsenite stress

The present study analyzed the expression level of aquaporins of plasma membrane intrinsic protein (PIP) class in response to arsenite (AsIII) exposure of 100 μM from 0.5 h to 8 days in Brassica juncea. The expression levels of most of the PIPs were down-regulated during the course of AsIII exposure. This led to decrease in total water content of plants, which in turn hampered seedling growth. The level of reactive oxygen species (superoxide radicals and hydrogen peroxide), lipid peroxidation and root oxidizability increased significantly upon exposure to AsIII as compared to that of control leading to an increase in cell death. The study proposes that the down-regulation of PIPs happened presumably to regulate AsIII levels, which, however, occurred at the cost of reduced growth, disturbed water balance and induced oxidative stress.     

Short-term control of maize cell and root water permeability through plasma membrane aquaporin isoforms

Although it is widely accepted that aquaporins are involved in the regulation of root water uptake, the role of specific isoforms in this process is poorly understood. The mRNA expression and protein level of specific plasma membrane intrinsic proteins (PIPs) were analysed in Zea mays in relation to cell and root hydraulic conductivity. Plants were analysed during the day/night period, under different growth conditions (aeroponics/hydroponics) and in response to short-term osmotic stress applied through polyethylene glycol (PEG). Higher protein levels of ZmPIP1;2, ZmPIP2;1/2;2, ZmPIP2;5 and ZmPIP2;6 during the day coincided with a higher water permeability of root cortex cells during the day compared with night period. Similarly, plants which were grown under aeroponic conditions and which developed a hypodermis ('exodermis') with Casparian bands, effectively forcing more water along a membranous uptake path across roots, showed increased levels of ZmPIP2;5 and ZmPIP1;2 in the rhizodermis and exodermis. When PEG was added to the root medium (2-8 h), expression of PIPs and cell water permeability in roots increased. These data support a role of specific PIP isoforms, in particular ZmPIP1;2 and ZmPIP2;5, in regulating root water uptake and cortex cell hydraulic conductivity in maize.     

Salt stress triggers enhanced cycling of Arabidopsis root plasma-membrane aquaporins

Aquaporins of the plasma membrane intrinsic protein (PIP) subfamily are channels which facilitate the diffusion of water across the plant plasma membrane (PM). Although PIPs have been considered as canonical protein markers of this compartment, their endomembrane trafficking is still not well documented. We recently obtained insights into the constitutive cycling of PIPs in Arabidopsis root cells by means of fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). This work also uncovered the behavior of the model isoform AtPIP2;1 in response to NaCl. The present addendum connects these findings to another recent work which describes the dynamic properties of AtPIP2;1 in the PM in normal and salt stress conditions by means of single particle tracking (SPT) and fluorescence correlation spectroscopy (FCS). The results suggest that membrane rafts play an important role in the partitioning of AtPIP2;1 in normal conditions and that clathrin-mediated endocytosis is predominant. In salt stress conditions, the rate of AtPIP2;1 cycling was enhanced and endocytosis was cooperated by a membrane raft-associated salt-induced pathway and a clathrin-dependent pathway.     

冷胁迫下大麦幼苗根质膜水通道蛋白基因的表达

植物质膜水通道蛋白（plasma membrane intrinsic proteins,PIPs）是位于细胞质膜上具有选择性、高效转运水分的一类膜内在蛋白,参与植物生长发育的多个生理活动。本研究以大麦‘Haruna—nijo’为材料,对水培幼苗进行4℃冷胁迫,采用实时荧光定量PCR技术对胁迫期（4℃,48h）和温度恢复期（16℃,48h）两个过程的水通道蛋白PIPSs基因表达进行了分析;同期测定了根水导度（Lpr）、根长和苗高,分析冷胁迫下大麦根mF基因的表达与水分生理的关系。结果表明：大麦幼苗经4℃低温胁迫48h后,苗的生长明显受抑,根的生长无显著变化;温度恢复48h后,苗恢复生长,根的生长无显著变化;根水导度在胁迫期下降,恢复期急剧升高,均无显著差异。实时荧光定量PCR结果显示,根中表达量最高的是HvPIP1;2和HvPIP1;3,最低的是HvPIP1;1和HvPIP2;3;冷处理后HvPIPs表达童与对照比较总体百降,其HvPIP1;2、HvPIP1;3、HvPIP1;4、HvPIP1;5、HvPIP2;1、HvPIP2;2明显下调。恢复后大多数HvPIPS表达童增加．HvPIP1;1、HvPIP1;2、HvPIP1;5、HvPIP2;3显砉增如,HvPIP1;4、mPIP2;5表达量降低,但无显著轰异,研菀发现,冷弼迫后夫菱粮HvPIPs的表达情况总体下调,恢复生长大部分HvPIPs上调,结合根水导度的变化,推测大麦HvPIPs在抗冷反应中的作用复杂,冷害的不同阶段HvPIPs对水分吸收所起的作用不同。