星星草耐盐碱生理机制再探讨

用不同浓度Na2CO3处理星星草幼苗,7d后测定叶片相对电导率、渗透势、光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾强度（Tr）、水分利用效率（WUE）等生理指标,以研究星星草抗盐碱的生理机制。结果表明,低浓度Na2CO3胁迫下,星星草幼苗可通过渗透调节来减轻细胞所受的伤害,因而膜透性受影响较小,相对电导率上升较少,而Gs基本保持不变,Pn、Tr还有所促进,WUE有所增加,这些结果说明,星星草幼苗对低浓度碱性盐具有一定抗性;但犀星草幼苗的这种抗性有一定限度,随着Na2CO3胁迫浓度的增加,Gs、Tr、Pn依次受到抑制,最终膜透性急剧增加,说明星星草幼苗已受损严重,这些变化具有较强的顺序性。     

Na2 CO3胁迫下星星草幼苗活性氧及保护酶活性的变化

对低浓度Na2CO3胁迫下星星草幼苗相对电导率、O2.—产生速率、H2O2含量以及保护酶CAT、SOD和POD活性的研究结果表明,低盐胁迫1 d后,星星草幼苗细胞膜的通透性、O2.—产生速率、H2O2含量及保护酶活性都随着盐胁迫的加剧而升高,其具体的变化规律与盐胁迫强度和幼苗细胞膜的受损伤程度密切相关,但相关关系的性质上具有差异。     

Na2CO3胁迫对芦荟幼苗叶片叶绿体保护酶和渗透调节物质的影响

以盆栽耐盐碱芦荟'不夜城'幼苗为材料,采用不同浓度Na2CO3溶液(不同渗透势)处理芦荟幼苗7 d后,测定其叶片叶绿体保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸氧化酶(APX)、谷胱甘肽转移酶(GST)活性以及叶绿素、丙二醛(MDA)、渗透调节物质含量和电解质外渗率等的变化,以探讨芦荟抵抗盐碱胁迫伤害的机制.结果显示:当溶液渗透势较高时(大于-7.19×105 Pa),Na2CO3胁迫下的芦荟幼苗叶片叶绿体保护酶活性都呈显著上升趋势,而叶绿素含量、可溶性蛋白、MDA含量以及电解质外渗率却无明显变化;在溶液渗透势较低时(小于-7.19×105 Pa),Na2CO3胁迫下芦荟幼苗的渗透调节物质含量显著增高,叶绿体保护酶活性特别是叶绿素含量显著下降,而MDA含量和电解质外渗率却呈上升的趋势.研究表明:一定浓度的Na2CO3胁迫下,芦荟幼苗可以通过提高自身叶绿体保护酶的活性来降低活性氧的积累量,同时提高渗透调节能力来增强其抗逆性;但在过高浓度的盐碱胁迫下,过高的Na+浓度和pH也会对芦荟幼苗叶片造成一定的氧化伤害.     

Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系

用荧光动力学的方法研究了碱性盐Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系。结果发现在大于-4bar的胁迫下,PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）、PSⅡ实际光化学效率（φPSⅡ）以及开放的PSⅡ反应中心有效光化学效率（Fv’/Fm’）的变化不大;然而在小于-4bar Na2CO3胁迫下,Fv/Fm、Fv/Fo和Fv’/Fm’均随着渗透势的增大而增大,而中PSⅡ、电子传递速率（ETR）、光化学速率、捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率则随着渗透势的增大而减小。这些研究结果说明星星草幼苗在Na2CO3胁迫所导致的不同的渗透胁迫下（小于-4bar和大于-4bar）其过剩光能的耗散机制可能不同,大于-4bar的胁迫下可能存在精细的渗透调节机制,而在高强度的Na2CO3所导致的渗透胁迫下具有与其它植物不同的保护机制,可能通过两条途径耗散过剩的光能,一方面通过增加捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率;另一方面通过增大西PSⅡ、光化学速率、ETR,增强假循环式光合磷酸化过程,而由此引起的活性氧的增加则通过体内较高活性的保护酶系统来清除,以保护光合器官免受过剩光能的损伤。     

Na2CO3胁迫下星星草(Puccinellia tenuiflora)幼苗叶表皮和叶肉细胞中K、Na的相对含量

对不同强度Na2CO3胁迫处理下星星草幼苗叶片表皮和叶肉细胞中K、Na的透射电镜X-射线电子探针显微分析和叶片表面扫描电镜X-射线电子探针显微分析,结果表明：在相同胁迫强度下,无论是表皮细胞还是叶肉细胞的细胞壁和液泡中的Na相对含量均明显高于细胞质中的Na相对含量,并且K的相对含量均明显比相应部位Na的相对含量高,细胞壁与液泡中的Na相对含量变化范围非常接近。在Na2CO3胁迫浓度低于0．1molL^-1时,在相同胁迫强度下,K的相对含量高于Na的相对含量,使细胞质保持相对高的K／Na比。而尽管向细胞壁和液泡分流了大量的Na,但是细胞质中的Na相对含量仍然随着Na2CO,胁迫强度的增加而增加,一方面证明星星草在Na2CO3胁迫下维持相对高的K／Na比的能力是有一定限度的,另一方面暗示星星草作为盐生植物在盐碱环境中一定程度上Na可以部分地代替K而行使部分K的生理功能。     

Na2CO3胁迫下星星草（Puccinellia tenuiflora）幼苗叶表皮和叶肉细胞中K、Na的相对含量

对不同强度Na2CO3胁迫处理下星星草幼苗叶片表皮和叶肉细胞中K、Na的透射电镜X-射线电子探针显微分析和叶片表面扫描电镜X-射线电子探针显微分析，结果表明：在相同胁迫强度下，无论是表皮细胞还是叶肉细胞的细胞壁和液泡中的Na相对含量均明显高于细胞质中的Na相对含量，并且K的相对含量均明显比相应部位Na的相对含量高，细胞壁与液泡中的Na相对含量变化范围非常接近。在Na2CO3胁迫浓度低于0.1molL-1时，在相同胁迫强度下，K的相对含量高于Na的相对含量，使细胞质保持相对高的K/ Na比。而尽管向细胞壁和液泡分流了大量的Na，但是细胞质中的Na相对含量仍然随着Na2CO3胁迫强度的增加而增加，一方面证明星星草在Na2CO3胁迫下维持相对高的K/ Na比的能力是有一定限度的，另一方面暗示星星草作为盐生植物在盐碱环境中一定程度上Na可以部分地代替K而行使部分K的生理功能。     

CO2和O3浓度升高及其复合作用对玉米（Zea mays L.）活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响

为了揭示CO2和O3浓度升高及其复合作用对植物活性氧(ROS)代谢及抗氧化酶活性的影响机理,以玉米(Zea mays L.)为研究材料,利用开顶式气室(OTCs)研究了CO2和O3浓度升高及其复合作用下,玉米叶片活性氧产生速率、含量,膜脂过氧化程度,抗氧化酶活性,净光合速率及玉米籽粒产量的变化.结果表明,在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO2((550±20)μmol · mol-1)处理下,玉米叶片净光合速率升高,O- ·2 产生速率、H2O2含量下降, MDA含量、相对电导率减小,SOD、CAT、POD活性增强,玉米百粒重和穗粒数增加;而在O3浓度为(80±10)nmol · mol-1的条件下,玉米叶片净光合速率下降,O- ·2 产生速率、H2O2含量升高,MDA含量、相对电导率增大,SOD、CAT、POD活性减弱,玉米百粒重和穗粒数降低;CO2和O3浓度升高复合((550±20)μmol · mol-1 (80±10)nmol · mol-1)处理下,玉米叶片的净光合速率、H2O2含量、SOD活性先升高后降低, MDA含量、相对电导率、CAT活性增加,POD活性减弱,而O- ·2 产生速率几乎不变化,且玉米的百粒重和穗粒数略低于对照.以上结果说明,CO2浓度升高抑制了玉米叶片活性氧的代谢速率,提高了抗氧化酶的活性,从而增强了光合作用,使玉米籽粒产量增加,对玉米表现为保护效应,而O3浓度升高促进了玉米叶片活性氧的代谢速率,降低了抗氧化酶的活性,抑制了光合作用,使玉米籽粒产量下降,对玉米表现为伤害效应.在CO2和O3浓度升高复合处理下,CO2浓度升高在一定程度上缓解了O3浓度升高对玉米的伤害效应,而O3浓度升高亦在一定程度上削弱了CO2浓度升高对玉米的保护效应.     

Na2CO3胁迫下星星草幼苗活性氧及保护酶活性的变化

对低浓度Na₂CO₃胁迫下星星草幼苗相对电导率、O^-₂产生速率、H₂O₂含量以及保护酶CAT、SOD和POD活性的研究结果表明,低盐胁迫1 d后,星星草幼苗细胞膜的通透性、O^-₂产生速率、H₂O₂含量及保护酶活性都随着盐胁迫的加剧而升高,其具体的变化规律与盐胁迫强度和幼苗细胞膜的受损伤程度密切相关,但相关关系的性质上具有差异。     

Na2CO3 胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系

用荧光动力学的方法研究了碱性盐Na₂CO₃胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系。结果发现在大于-4bar的胁迫下,PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）以及开放的PSⅡ反应中心有效光化学效率（Fv′/Fm′）的变化不大;然而在小于-4bar Na₂CO₃胁迫下,Fv/Fm、Fv/Fo和Fv′/Fm′均随着渗透势的增大而增大,而ΦPSⅡ、电子传递速率（ETR）、光化学速率、捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率则随着渗透势的增大而减小。这些研究结果说明星星草幼苗在Na₂CO₃胁迫所导致的不同的渗透胁迫下（小于-4bar和大于-4bar）其过剩光能的耗散机制可能不同,大于-4bar的胁迫下可能存在精细的渗透调节机制,而在高强度的Na2CO3所导致的渗透胁迫下具有与其它植物不同的保护机制,可能通过两条途径耗散过剩的光能,一方面通过增加捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率;另一方面通过增大ΦPSⅡ、光化学速率、ETR,增强假循环式光合磷酸化过程,而由此引起的活性氧的增加则通过体内较高活性的保护酶系统来清除,以保护光合器官免受过剩光能的损伤。 

     

Na2CO3胁迫对黄瓜幼苗生长及生理指标的影响

以‘津优一号’和‘春四’黄瓜为实验材料,采用砂培法研究了Na2CO3胁迫对黄瓜幼苗生长及生理指标的影响。结果显示,随着Na2CO3浓度的增大,两个黄瓜品种的幼苗根冠比逐渐下降,叶绿素含量先上升后下降,可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性逐渐上升;‘津优一号’的相对电导率和丙二醛含量随Na2CO3浓度的增大逐渐增加,而‘春四’的相对电导率和丙二醛含量在20 mmol.L-1时最低,此后逐渐上升。主成分分析结果显示,丙二醛含量、SOD活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量、叶绿素b,这5项指标在评价黄瓜幼苗的Na2CO3耐性方面是比较重要的。结合这5项指标综合分析,发现‘津优一号’较‘春四’有较强的耐碱性。     

碱胁迫下耐碱植物星星草体内柠檬酸特异积累现象(英)

对碱胁迫 (0 - 175mmol/LNa2 CO3 )下星星草 (Puccinelliatenuiflora (Griseb .)Scribn .etMerr.)体内柠檬酸的积累规律及其相关胁变指标进行分析测定。实验结果证明 :积累柠檬酸是星星草对碱胁迫特有的生理反应。盐胁迫(0 - 4 0 0mmol/LNaCl)下 ,柠檬酸含量反而稍有下降。柠檬酸积累量随碱胁迫强度增大而增大 ,低胁迫强度时积累量上升缓慢 ,当胁迫强度大于 10 0mmol/LNa2 CO3 时 ,积累量明显上升。柠檬酸积累与胁迫时间之间呈直角曲线关系 ,一定胁迫强度下胁迫 4h后即可测出柠檬酸含量明显上升 ,约 4 8h后渐趋最大值。碱胁迫 14 4h后星星草各部位中柠檬酸含量从高到低的顺序依次是老叶、成熟叶、老叶鞘、幼叶鞘、幼茎、老茎和幼叶。成熟叶中柠檬酸随碱胁迫强度增大而逐渐上升 ,老叶和叶鞘中的柠檬酸在碱胁迫强度大于 12 5mmol/L后急剧上升 ,茎中柠檬酸含量无明显增高 ,幼叶中柠檬酸含量基本不变。实验证明 ,碱胁迫下积累的主要是柠檬酸 ,其他有机酸无明显变化。     

碱胁迫下耐碱植物星星草体内柠檬酸特异积累现象

对碱胁迫(0-175 mmol/L Na2CO3)下星星草(Puccinellia tenuiflora (Griseb.) Scribn.et Merr.)体内柠檬酸的积累规律及其相关胁变指标进行分析测定.实验结果证明:积累柠檬酸是星星草对碱胁迫特有的生理反应.盐胁迫(0-400 mmol/L NaCl)下,柠檬酸含量反而稍有下降.柠檬酸积累量随碱胁迫强度增大而增大,低胁迫强度时积累量上升缓慢,当胁迫强度大于100 mmol/L Na2CO3时,积累量明显上升.柠檬酸积累与胁迫时间之间呈直角曲线关系,一定胁迫强度下胁迫4 h后即可测出柠檬酸含量明显上升,约48 h后渐趋最大值.碱胁迫144 h后星星草各部位中柠檬酸含量从高到低的顺序依次是老叶、成熟叶、老叶鞘、幼叶鞘、幼茎、老茎和幼叶.成熟叶中柠檬酸随碱胁迫强度增大而逐渐上升,老叶和叶鞘中的柠檬酸在碱胁迫强度大于125 mmol/L后急剧上升,茎中柠檬酸含量无明显增高,幼叶中柠檬酸含量基本不变.实验证明,碱胁迫下积累的主要是柠檬酸,其他有机酸无明显变化.     

碳酸钠逐级驯化对星星草幼苗抗碱性的影响

对不同浓度Ｎａ２ＣＯ３膛级驯化星星草幼苗的研究结果表明,逐级提高对星星草幼苗的盐碱胁迫强度,在一定程度上可以缓解Ｎａ２ＣＯ３对幼苗鲜重和干重增长的抑制作用,及其对星星草幼苗细胞膜的伤害,从而提高幼苗对Ｎａ２ＣＯ３胁迫的抗性。并就星星草幼苗耐盐碱的极限进行了讨论。     

Cr^3＋胁迫对苦草叶片活性氧清除系统和叶细胞超微结构的影响

研究了不同浓度Cr^3＋胁迫对苦草[Vallisneria natarts（Lour．）Hara]叶片活性氧清除系统及细胞超微结构的影响。结果表明,随Cr^3＋浓度的提高（0．5-15．0mg·L^-1）,苦草叶片中O2^-·和MDA含量、SOD和POD及CAT活性均呈现先上升后显著下降的变化趋势,且在10．0和15．0mg·L^-1 Cr^3＋胁迫条件下显著低于对照（P〈0．05）。在1．0mg·L^-1Cr^3＋胁迫条件下,O2^-·的含量达到最高（0．96 OD·g^-2）;在2．0mg·L^-1Cr^3＋胁迫条件下,MDA含量和SOD、POD及CAT活性最高。随Cr^3＋胁迫浓度的提高,苦草叶片细胞超微结构受损程度逐渐加深,导致核仁和高尔基体消失;线粒体脊突膨胀,线粒体膜受损并出现囊泡状结构;叶绿体变形、类囊体膨胀受损并最终导致叶绿体破损。表明高浓度Cr^3＋胁迫对苦草叶片细胞产生了不可逆的伤害。     

Osmotic adjustment by intact isolated chloroplasts in response to osmotic stress and its effect on photosynthesis and chloroplast volume

Spinach leaf chloroplasts isolated in isotonic media (330 millimolar sorbitol, −1.0 megapascals osmotic potential) had optimum rates of photosynthesis when assayed at −1.0 megapascals. When chloroplasts were isolated in hypertonic media (720 millimolar sorbitol, −2.0 megapascals osmotic potential) the optimum osmotic potential for photosynthesis was shifted to −1.8 megapascals and the chloroplasts had higher rates of CO₂-dependent O₂ evolution than chloroplasts isolated in 330 millimolar sorbitol when both were assayed at high solute concentrations.

Transfer of chloroplasts isolated in 330 millimolar sorbitol to 720 millimolar sorbitol resulted in decreased chloroplast volume but this shrinkage was only transient and the chloroplasts subsequently swelled so that within 2 to 3 minutes at 20°C the chloroplast volume had returned to near the original value. Thus, actual steady state chloroplast volume was not decreased in hypertonic media. In isotonic media, there was a slow but significant uptake of sorbitol by chloroplasts (10 to 20 micromoles per milligram chlorophyll per hour at 20°C). Transfer of chloroplasts from 330 millimolar sorbitol to 720 millimolar sorbitol resulted in rapid uptake of sorbitol (up to 280 micromoles per milligram chlorophyll per hour at 20°C) and after 5 minutes the concentration of sorbitol inside the chloroplasts exceeded 500 millimolar. This uptake of sorbitol resulted in a significant underestimation of chloroplast volume unless [¹⁴C]sorbitol was added just prior to centrifuging the chloroplasts through silicone oil. Sudden exposure to osmotic stress apparently induced a transient change in the permeability of the chloroplast envelope since addition of [¹⁴C]sorbitol 3 minutes after transfer to hypertonic media (when chloroplast volume had returned to normal) did not result in rapid uptake of labeled sorbitol.

It is concluded that chloroplasts can osmotically adjust in vitro by uptake of solutes which do not normally penetrate the chloroplast envelope, resulting in a restoration of normal chloroplast volume and partially preventing the inhibition of photosynthesis by high solute concentrations. The results indicate the importance of matching the osmotic potential of isolation media to that of the tissue, particularly in studies of stress physiology.

     

星星草耐盐碱生理机制的初步研究

对盐碱胁迫下星星草幼苗光全特性,蒸腾速率,水分利用效率,电解质外渗率,Ｎａ＾＋和Ｋ＾＋含量,可溶性盐含量,游离脯氨酸含量和可溶性糖含量的研究结果表明,在低浓度盐碱胁迫下,星星草幼苗的抗起因三性是以其具有一定的耐盐光合蒸腾特性,和较强的渗透调节能为基础。