2012年第2期《遗传》封面说明

盐碱胁迫是影响植物生长、发育的重要环境限制因素,严重影响作物的产量和品质。应用分子生物学和基因工程技术手段培育耐盐碱的作物品种,为开发利用盐碱地资源、增加耕地面积,展示了美好的前景。而挖掘盐碱胁迫相关的新基因,阐明其调控植物耐盐碱的分子机理,是实现上述目标的重要前提条件。本研究从前期的野生大豆(Glycine soja     

植物对盐碱胁迫的响应机制研究进展

盐碱胁迫是制约植物生长发育的主要非生物胁迫之一,也是制约农作物生产和生态环境建设的严峻问题。研究作物的耐盐碱机理,对开发和有效利用盐碱地有重要的现实意义。许多研究将盐碱胁迫笼统称为盐胁迫,实际上这是两种不同的非生物胁迫,且碱胁迫对植物的伤害要大于盐胁迫。总结性阐述了盐碱胁迫对植物的危害。从生物量、光合作用、离子平衡和膜透性等方面分析了植物对盐碱胁迫的响应机制,并结合最新研究从多角度综述了植物的抗盐碱机理,包括合成渗透调节物质、提高抗氧化酶活性、对离子的选择性吸收及p H平衡和诱导抗盐碱相关基因表达。提出了抗盐碱性的途径,即外源物质的加入、与真菌的协同效应、利用生物技术手段、培育耐盐碱品种和抗性锻炼。最后针对植物适应盐碱逆境方面的研究进行了展望,提出了当前研究需要解决的问题和突破口,旨在为提高植物耐盐碱能力、增加作物产量提供一定的理论依据。     

植物种子萌发期耐盐碱性提高技术研究进展

种子萌发是种胚从生命活动相对静止恢复到生理活跃状态的生长发育过程,最易受到外部环境影响,其中盐碱胁迫是最严重的生态限制因素之一。中国盐碱地面积大、分布广,总面积约1亿hm^2,占全国土地面积的10%,盐碱逆境下种子萌发受阻已成为我国盐碱地植物天然更新和农林业生产的首要障碍因子。目前,已知植物种子萌发期耐盐碱性提高技术主要有物理方法、化学调控、生物途径和育种技术4个方面,其中物理方法包括种子引发、低温、超声波、微波、电场等物理因素处理;化学调控包括无机、有机外源物质调控;生物途径包括植物促生细菌和真菌共生;育种技术包括耐盐性鉴定筛选和转基因技术。综述了植物种子萌发期耐盐碱性提高技术研究进展,简述了这些技术的特点及不足,并提出了进一步开展工作的建议,旨在为解决我国盐碱地植物种子萌发受阻难题、实现盐碱地低成本规模化的生物修复和盐碱地区农林业生产提供参考。     

芒和荻种子对复合盐碱胁迫的生理响应

土壤盐碱化在世界范围内普遍存在,日益严峻的盐碱化形势严重威胁着植物的生长发育。芒(Miscanthus sinensis)和荻(Miscanthus sacchariflora)作为能源植物具有良好的经济效益和生态效益,并且在城市园林中已得到广泛应用。该研究以引种自辽宁省本溪阿家岭的芒和哈尔滨市太阳岛的荻为对象,模拟我国东北大庆盐碱地的低(浓度1、2)、中(浓度3)、高(浓度4、5)浓度土壤环境,分别对芒和荻的种子进行复合盐碱胁迫处理,对芒和荻的种子萌发情况进行研究。结果表明：(1)复合盐碱胁迫处理下,芒种子的发芽率随着复合盐碱浓度的升高而降低,发芽势、活力指数、发芽指数、胚根长度、胚芽长度、胚根鲜重、胚芽鲜重和耐盐碱指数均先升高后降低;荻种子的发芽率、发芽势、活力指数、发芽指数、胚根长度、胚芽长度、胚根鲜重、胚芽鲜重和耐盐碱指数均随着复合盐碱浓度的升高而降低。(2)芒和荻的种子能够抵抗低、中浓度的复合盐碱胁迫处理,当高浓度的复合盐碱胁迫处理时,各项指标均下降明显,且芒种子的各项指标均优于荻种子,说明芒种子比荻种子更耐盐碱。该研究结果基本界定芒荻种子的复合盐碱耐受范围,为今后芒荻类能源植物的耐盐碱性筛选和在园林中的应用提供了理论依据。     

杜梨对盐碱胁迫的生理响应及耐盐碱性评价

为探究不同杜梨资源对盐碱胁迫的生理响应及筛选耐盐碱资源,以甘肃、山西、辽宁等地收集的17份杜梨资源3000余株幼苗为试验材料,采用中性盐和碱性盐混合胁迫处理,测定盐碱抗性相关的生理指标,基于主成分分析法、热图及聚类分析法和抗逆系数法进行抗性评价.研究发现,抗性强的资源抗氧化酶活性和脯氨酸含量在受到胁迫后显著上升,300...     

盐碱胁迫对欧李叶片部分生理生化指标的影响

以盆栽欧李为试验材料,研究了轻度、中度和重度盐碱胁迫下其叶片部分生理生化指标的变化,探讨欧李植株的耐盐碱能力.结果表明:(1)欧李叶片的MDA含量在轻度和中度盐碱胁迫处理下与对照变化趋势相似,而在重度胁迫下从开始即以较快的速度增加;其叶片细胞膜透性在中度和重度胁迫下明显增大,而轻度胁迫对此基本没有影响.(2)欧李叶片可溶性糖含量随盐碱胁迫处理而明显改变,叶片脯氨酸含量随着盐碱胁迫程度的增强和处理时间的延长而增加;叶片的束缚水/自由水在轻度和中度胁迫处理下较大,而重度胁迫处理下则较小.(3)欧李叶片的叶绿素含量在各盐碱处理末期均显著下降,但其在处理的不同阶段反应不同;类胡萝卜素含量受盐碱胁迫影响较大,其在长期盐碱胁迫下显著下降,但其在胁迫较轻或胁迫时间较短条件下反而增加.研究发现,欧李植株可通过调节叶片可溶性糖和脯氨酸含量以及束缚水/自由水比值来提高其耐盐碱能力.     

荻幼苗对复合盐碱胁迫的生理响应

该研究以荻(Miscanthus sacchariflorus)幼苗为材料,模拟中国东北大庆盐碱地的低、中、高浓度盐碱土壤环境,考察不同盐碱处理浓度及其不同处理时间(0~25d)对荻幼苗各项生理指标的影响,以界定荻幼苗的复合盐碱耐受范围,为荻类能源植物的耐盐碱性筛选和在园林中的应用提供理论依据。结果表明:(1)随着复合盐碱胁迫时间的延长和胁迫程度加剧,荻幼苗叶绿素含量不断降低,根活力在低、中浓度处理下随时间不断升高,而在高浓度处理时先降低后上升再降低;同时,幼苗相对电导率和MDA含量则不断升高。(2)随着复合盐碱胁迫时间延长,荻幼苗SOD、POD、CAT、APX、GR活性和ASA、GSH含量一般在低浓度处理时缓慢升高,而高浓度处理时则呈先升高后降低的趋势。研究发现,荻幼苗能够通过调节自身保护酶系统活性和抗氧化物积累,清除体内过多活性氧和自由基,保护细胞结构,有效抵御外界低、中浓度的复合盐碱胁迫,但其对高浓度的复合盐碱胁迫基本没有抵抗能力。     

丛枝菌根-黑心菊共生体对盐碱逆境的生理响应特性

黑心菊(Rudbeckia hirta L.)是城市园林绿化中最常用的地被植物,具有耐寒耐旱和耐盐碱的特点。该研究以丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)真菌摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)为菌剂接种基质进行黑心菊盆栽,正常培养70 d后分别以不同浓度(0、65、135、195和260 mmol·L^-1)NaCl和NaHCO₃溶液进行盐或碱胁迫处理,处理10 d后测定黑心菊菌根侵染率以及叶片叶绿素含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,以明确AM真菌对黑心菊根系侵染状况以及耐盐碱性的影响,为实际生产中利用黑心菊进行盐碱地修复和AM真菌应用提供理论依据。结果显示：(1)与对照相比,AM真菌的侵染率和侵染强度在盐胁迫下均呈现下降趋势,在碱胁迫下则呈先上升后下降的趋势。(2)AM真菌能够在一定程度上提高盐碱胁迫下黑心菊叶片中的叶绿素含量,降低丙二醛含量;随着盐碱胁迫浓度的增加,接种AM真菌不仅能提高黑心菊叶片脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等渗透调节物质的含量,还能够增强植株超氧化物歧化酶、过...     

渤海湾津唐沿海野生大豆(Glycine soja)种群高盐碱胁迫反应

以渤海湾津唐沿海地带895份野生大豆种群在高盐碱(3%)环境下的全生育期鉴定试验,分析不同种群(株系)的生长发育动态以及对盐碱土壤生态适应性的分化。结果表明,出苗阶段存在3种耐盐碱能力类型:耐高盐碱胁迫发芽出苗;耐低盐碱胁迫发芽出苗;盐胁迫不能发芽出苗。在高盐胁迫下营养生长早期阶段种群死亡率最高,中期以后相对降低,成熟期死亡率较低。种群植株形态建成和生殖生长受到高盐胁迫的强烈抑制,表现早期严重而后期较轻。植株和产量性状的受害程度由大到小依次为:单株的地上干物质重、单株产量、种子数、百粒重和收获指数。株系间变异系数从大到小依次为:单株产量、种子数、荚数、收获指数、地上干物质重、百粒重。研究揭示该地域种群内对盐碱土壤有很高的适应性分化,存在高耐盐碱生态型。     

沙枣改善盐碱土壤养分的研究进展

种植多用途耐盐碱树种是盐碱地生态修复的有效手段之一,具有显著的生态效益和经济效益。沙枣(Elaeagnus angustifolia L.)是其中的代表性植物,是我国干旱半干旱地区盐碱地改良的先锋树种。沙枣能显著提高盐碱土养分,但其养分输送机制尚不清晰。本文在分析沙枣地理分布及气候适应性的基础上,从沙枣林土壤养分变化、生物固氮、凋落物和细根分解等方面综述了沙枣改善盐碱土壤养分的程度及途径,从数量角度阐述沙枣的养分输送关键过程及土壤盐碱程度的影响,进一步认识沙枣对盐碱地的改良作用。沙枣在我国绝大部分盐碱地区均有分布,具有极强的地理和气候适应性;沙枣耐盐碱性强,能显著提高中、重度盐碱土壤的养分含量,尤其是氮素含量,有显著的培肥作用;沙枣的培肥作用主要是通过高效的生物固氮以及凋落物和细根的快速分解实现,能在短期内向土壤释放大量氮素,从而快速提高土壤肥力;沙枣的生物固氮和养分释放过程受土壤盐度的影响。未来,沙枣-盐碱土系统中养分输送机制的研究应重点加强以氮素循环为核心的长期定位监测及针对不同盐碱类型、不同沙枣种源的定性和定量相结合的研究。对沙枣改良盐碱地养分的机制、途径、作用的精细研究有助于从养分管理角度建立以沙枣为代表的树种改良盐碱地土壤的机制模型,为盐碱地精准生态修复和植被构建提供科学依据。     

河西走廊酒泉地区盐碱土未培养放线菌多样性

采用免培养技术对河西走廊酒泉地区的原生盐碱土、次生盐碱土和农田土中的放线菌群落结构及其多样性进行分析.结果表明: 河西走廊酒泉地区原生盐碱土克隆文库分归于19个OTUs,分属于微球菌亚目、丙酸杆菌亚目、棒状杆菌亚目、弗兰克氏菌亚目、假诺卡氏菌亚目和放线菌目未知类群;次生盐碱土克隆文库分归于14个OTUs,分属于微球菌亚目、丙酸杆菌亚目和放线菌目未知类群;农田土克隆文库分归于7个OTUs,分属于微球菌亚目和棒状杆菌亚目;微球菌亚目是3种不同类型土壤中的共有种群,是原生盐碱土和农田土中的优势种群.多样性指数和稀释性曲线分析结果显示,3种不同类型土壤中放线菌种群丰富度为原生盐碱土>次生盐碱土>农田土;原生盐碱土、次生盐碱土的稀释性曲线均未趋于平稳,说明盐碱土中放线菌多样性比实际更加丰富.     

新疆干旱区盐碱地生态治理关键技术研究

现阶段新疆干旱区高强度水土资源开发,致使传统灌排水盐平衡模式难于维继;高效节水灌溉技术应用改变农田土壤水盐运移规律,需要创新调控理论与技术体系;传统盐碱地农业开发利用模式资源效率低、维持成本高,需要以生物修复技术为核心构建盐碱地高效率资源化利用模式。针对上述问题,在国家重点研发计划(2016YFC0501400)的资助下,通过机理研究、关键技术研发、产品研制、县域集成示范实现:(1)建立新疆干旱区现代水盐平衡调控理论,(2)创新干旱区盐碱地生态治理模式,(3)建成盐碱地产业化集成示范区,形成全产业链的盐碱地生态治理技术服务体系,(4)稳定一支以新疆相关单位为主体,国内优势单位参与的根植新疆的盐碱地生态治理队伍。     

活性焦对晋北盐碱地土壤性质和两种植物生长的影响

固废基改良剂是盐碱地改良的有效手段之一。活性焦作为一种多孔废弃物,应用于盐碱地预期可以起到改善土壤性质、减缓植物盐碱胁迫的作用。为了阐明活性焦对晋北盐碱地的改良效应,本研究设置不同用量活性焦(CK, 0 g·kg^-1;A₁₀, 10 g·kg^-1;A₂₀, 20 g·kg^-1;A₅₀, 50 g·kg^-1),分析其对盐碱地土壤性质和植物生长的影响。结果表明: 施用活性焦能显著提高土壤的水稳性团聚体含量,并降低土壤盐分含量、pH值和电导率。与CK相比,种植碱茅和玉米土壤的团聚体平均重量直径增加5.1%～32.2%,pH值降低0.4%～4.1%,钠吸附比(SAR)降低4.8%～18.7%,电导率降低7.4%～8.2%。施用适量活性焦能够降低植物细胞的质膜损伤,提高叶片叶绿素和Ca²⁺含量,从而有效促进植物生长,碱茅和玉米的生物量均在A₂₀处理达到最大。表明盐碱土施用20 g·kg^-1活性焦(A₂₀)可改善根际土壤环境,提高植物对Ca²⁺等的选择性吸收,从而降低盐分对植物细胞的损伤,促进盐碱生境中植物的生长。     

宁夏银北盐碱地油葵田土壤动物多样性及群落结构

【目的】调查宁夏银北盐碱地油葵田的土壤动物多样性及群落结构,探讨不同改良时间盐碱地土壤动物多样性及群落结构与环境因子之间的相关性。【方法】生物与环境因子之间的关系研究一直是生态学研究的热点,尤其是恢复生态学中如何设计环境因子来恢复生物群落的结构和功能最近引起了国内外学者的关注。以宁夏银北盐碱地油葵田为对象,研究了不同改良时间盐碱地中油葵田土壤动物与环境因子的相互关系,采用野外调查和室内试验相结合。【结果】共采集12个土壤动物类群,优势类群为弹尾目(60.67%)、蜱螨亚纲(23.24%)和鞘翅目(6.45%);土壤动物物种多样性、丰富度指数和均匀度在未改良盐碱地中较高。【结论】土壤pH值、碱化度和全盐质量分数是土壤动物分布的限制因素,土壤动物的数量随土壤pH值、碱化度和全盐质量分数的降低而增加。这些结果为盐碱地改良的恢复与评价提供了重要的数据支持和基础资料。     

盐碱胁迫下AM真菌对羊草生长及生理代谢的影响

利用盆栽控制试验研究了盐碱胁迫下AM真菌对羊草生长及生理代谢的影响。结果表明,盐碱胁迫显著降低了AM真菌的侵染率与侵染强度,且具有高pH的碱胁迫的抑制效应更强。接种AM真菌一定程度上提高了胁迫下羊草幼苗的生物量及光合色素(Chl a,Chl b和Car)含量。随着盐碱胁迫浓度的增加,羊草幼苗积累了大量的Na~+,并抑制了其对K~+的吸收,接种AM真菌一定程度上降低了Na~+的积累,并缓解了胁迫下K~+含量的降低,提高NO_3~-含量从而改善羊草幼苗的离子平衡。在碱胁迫下,柠檬酸、苹果酸含量均显著提高,在盐胁迫下,仅苹果酸含量显著提高,而接种AM真菌使盐碱胁迫下有机酸含量一定程度降低。在盐碱胁迫条件下,接种AM使羊草体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性明显提高,增强宿主植物体内氧自由基的清除能力。接种AM真菌明显提高羊草幼苗抗盐碱能力,因胁迫类型不同,抗逆机理有所差异。研究结果为利用羊草进行生物改良退化盐碱草地以及菌肥的应用提供了科学依据,也为探求羊草-丛枝菌根共生体对盐碱胁迫的响应和反馈提供了数据支持。     

黄河三角洲盐碱地不同植被模式的土壤改良效应

黄河三角洲是我国滨海盐碱地的重要分布区,种植植被是盐碱地绿色改良的主要生态修复措施。为探讨滨海盐碱地不同植被模式的土壤改良效应,探索适宜植被模式,选取黄河三角洲盐碱地竹柳+NyPa草、旱柳+NyPa草、柽柳+紫花苜蓿、白蜡+柽柳+紫花苜蓿4种林草措施为研究对象,以纯竹柳为对照,测定土壤水分物理参数、盐碱含量、土壤养分及微生物数量等20个指标,并利用主成分分析、聚类分析和模糊数学隶属函数等统计方法评价了不同植被模式的土壤改良效应。结果表明: 林草复合模式可显著改善滨海盐碱地的土壤理化性能,增加土壤孔隙度和贮水量,降低土壤密度,提高土壤有机质、速效养分含量和土壤微生物数量。其中,白蜡+柽柳+紫花苜蓿的乔灌草混交模式在压碱抑盐、增加土壤养分和微生物数量的效果最好,而旱柳+NyPa草的乔草混交模式改良土壤水分物理性能的效果最好。不同植被模式对黄河三角洲滨海盐碱地的综合改良效应表现为白蜡+柽柳+紫花苜蓿>旱柳+NyPa草>竹柳+NyPa草>柽柳+紫花苜蓿。     

山东滨海盐碱地11个造林树种叶解剖特征对土壤条件的响应

叶片作为植物与大气环境连接的重要纽带, 对逆境具有强烈的响应。基于叶性状探讨植物对环境的适应机制对盐碱地植物群落构建具有指导意义。该研究以山东省滨海盐碱地3种不同土壤条件下的11个造林树种为对象, 通过对各树种叶解剖性状的测定分析, 阐明叶片功能性状与盐碱地土壤环境的关系, 以期为盐碱地植被修复与群落构建提供科学依据。主要研究结果: (1) 11个树种的叶片厚度较大, 栅栏组织发达, 紧密排列在叶肉近轴面, 呈3-5层。各树种叶片的栅栏组织与海绵组织厚度比值(PT/ST)普遍较高但差异较大, 可指示叶解剖特征在树种间的差异性。(2)不同树种的叶解剖结构在立地环境间具有显著差异, PT/ST可作为指示指标。(3)相关分析和冗余分析表明, 树种叶片解剖结构与立地土壤条件具有密切联系。PT/ST与土壤理化性质相关程度高, 且与土壤pH以及土壤电导率(25 ℃)均呈显著正相关关系, 与土壤硝态氮含量呈显著负相关关系。叶片特征和叶脉特征可解释叶性状随环境变异约84%的信息量。综上所述,叶解剖结构与盐碱地土壤条件存在密切关系, 基于叶解剖特征可进一步分析树种对盐碱环境的适应性, 并为盐碱地植物群落构建的树种选择提供科学依据。     

5株耐盐碱促生细菌的筛选鉴定及其对红小豆的促生作用

【背景】黑龙江省大庆市地处松嫩平原,土地盐碱化程度较重。盐碱土中含有大量的耐盐碱菌株,其中部分具有特殊的促生功能,可以作为有益促生菌促进植物生长,提高植物对盐碱的抗性。【目的】有效解决土地盐碱化问题,提高粮食作物产量。【方法】采集大庆地区的盐碱土壤为实验材料,在NaHCO_3终浓度为50 mmol/L、pH 9.0的条件下对土壤中耐盐碱细菌进行分离,用功能性培养基进行促生功能细菌菌株的筛选,并对相应促生物质产量进行测定;挑选促生功能较全、促生效果较好的细菌菌株,采用形态学观察、生理生化法以及16S rRNA基因序列分析法进行菌种鉴定,以确定菌株的分类学地位;在pH 8.5、15 mmol/L Na HCO3胁迫条件下测试施用促生菌株对红小豆种子发芽率、根长、芽长及插条生根数和根长的影响,以验证促生效果。【结果】对筛选获得的细菌菌株进行鉴定,29号细菌为卓贝尔氏菌属(Zobellella sp.),23、34、36和41号细菌属于盐单胞菌属(Halomonas sp.)。5株细菌均具有固氮、产植物激素吲哚乙酸(Indole-3-Acetic Acid,IAA)及ACC脱氨酶功能,34号和23号细菌具有最高植物激素IAA和ACC脱氨酶产量,分别达到了17.66 mg/L和0.31 U/mg。另外,23号细菌具有产铁载体能力,铁载体产量为3.19%;29和41号细菌具有溶有机磷功能,溶磷量分别为20.05 mg/L和34.61 mg/L。植物促生试验结果显示,在盐碱胁迫条件下,红小豆种子接菌后种子的发芽率和根长分别提高了41.67%和32.63%以上;红小豆插条接菌后,幼苗的根长和生根数与盐碱胁迫对照相比分别提升了129%和160%以上。【结论】这5株耐盐碱促生细菌能够缓解盐碱胁迫对红小豆生长的抑制作用,可以较好地促进其根系生长发育,可为研制耐盐碱促生菌肥提供优良菌种。     

水稻耐碱生理和遗传机制研究现状与展望

碱(化)土是指土壤胶体中含交换性钠较多(碱化度>15%)、呈强碱性反应(pH>8.5)、土壤结构性差、含盐量不高的一类土壤,常与盐土相伴存在,两者统称为盐碱土。与盐土中中性盐(NaCl)对作物造成的胁迫不同的是,碱土中碱性盐(NaHCO₃和Na₂CO₃)对作物造成的胁迫不仅包括离子毒害和渗透胁迫,更严重的是根外高pH值对作物的伤害。利用"以稻治碱"的传统方法可以大规模改良碱(化)土壤,增加农业耕地面积。因此,了解和掌握水稻对碱胁迫的适应性,创建碱地水稻高效栽培技术,培育水稻耐碱新品种,对提高碱(化)土地利用率,保障区域粮食安全具有重要的现实意义。本文基于近年来国内外研究报道,从水稻耐碱形态和生理特性、耐碱基因定位与克隆、耐碱种质鉴定筛选以及水稻耐碱性遗传改良等4个方面进行综述,并对未来水稻耐碱性研究进行展望,以期为"以稻治碱"、改土增粮提供一定的理论依据。