逆境胁迫对菜豆黄化苗转绿过程中交替呼吸途径与叶绿素荧光特征的影响

以菜豆黄化幼苗作为试验材料,探讨了铅(Pb)或PEG(聚乙二醇)胁迫下交替呼吸途径在植物转绿过程中对叶绿素含量以及叶绿素荧光特性的影响,以阐明逆境胁迫下植物交替呼吸途径的生理学作用。结果显示：(1)与菜豆黄化幼苗正常转绿过程(对照)相比,Pb或PEG胁迫导致菜豆黄化幼苗的叶绿素含量积累延迟,使叶片PSⅡ潜在最大光化学量子效率(F_v/F_m)、光适应下最大光化学效率(F_v′/F_m′)、PSⅡ光适应下实际光化学效率(Y(Ⅱ))和光化学荧光猝灭系数(qP)显著下降,而非光化学猝灭系数(NPQ)则显著增加。(2)在菜豆黄化幼苗转绿过程中,Pb或PEG胁迫导致其交替呼吸途径容量较对照均显著上升。(3)Pb或PEG胁迫下,交替呼吸途径抑制剂［水杨基氧肟酸(SHAM,1 mmol/L)］使菜豆黄化幼苗转绿过程中叶绿素含量、F_v/F_m、F_v′/F_m′、Y(Ⅱ)和qP进一步下降, NPQ却进一步增加,说明抑制交替呼吸途径会加剧Pb或PEG胁迫对PSⅡ反应中心活性的进一步抑制,使还原力积累加剧,造成热耗散进一步增加。研究表明,Pb或PEG胁迫均显著降低了菜豆黄化幼苗PSⅡ对光能的利用率,进而阻碍了菜豆黄化幼苗转绿进程;交替呼吸途径有助于在胁迫条件下缓解PSⅡ的过度还原,可能在一定程度上缓解了Pb或PEG胁迫对其转绿进程的阻碍作用。     

遮荫对‘保佳红’桃树叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的影响

以3年生桃品种‘保佳红’为试材,于不同生育时期采用人工遮阴的方法,在叶片生长的不同时期分别设置100%(CK)、80%、60%、40%和20% 自然光照的5个光照强度处理,利用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析技术,研究了不同光强对桃树叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线及其参数的影响。结果表明：（1）桃树各生长时期的叶片最大荧光值均随着光照强度的减弱而依次升高。（2）在PSⅡ能量分配比率方面,遮阴下的叶片提高了用于电子传递的量子比率(φ_Eo),降低了用于热耗散的的量子比率(φ_Do)。（3）在PSⅡ反应中心活性方面,遮阴使得单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、捕获的光能(TRo/RC)、用于传递电子的能量(ETo/RC)和用于热耗散的能量(DIo/RC)均下降。（4）各时期不同光强处理的最大光化学效率F_v/F_m均在中午时段出现下降,且光照强度越大,降幅越大,说明桃叶在中午会出现强光抑制。研究认为：在遮阴条件下,桃叶天线色素吸收和捕获的光能减少,PSⅡ反应中心活性降低,但其可以通过增加能量在电子传递方面的分配比率来提高对光能的利用。     

24-表油菜素内酯对干旱胁迫下辣椒叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的影响

以辣椒品种“超辣九号”为试材,采用15%的PEG6000模拟干旱,研究了0.1μmol·L^-1外源24-表油菜素内酯(EBR)处理对干旱胁迫下辣椒叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)的影响。结果表明:干旱胁迫降低了辣椒叶片的光化学效率和光合性能,导致干旱光抑制的发生。干旱胁迫既损伤了辣椒叶片PSⅡ供体侧放氧复合体(OEC),同时也对PSⅡ反应中心和受体侧造成伤害,阻碍了光合电子传递;干旱胁迫还导致单位叶面积有活性反应中心数目(RC/CS)的下降,并降低了单位叶面积吸收的光能(ABS/CS)、捕获的光能(TRo/CS)和进行电子传递的能量(ETo/CS),同时诱导了单位叶面积热耗散(DIo/CS)的增加。这说明辣椒遭受干旱胁迫后启动了相应的防御机制,一方面通过PSⅡ的可逆失活减少光能吸收与传递,另一方面通过促进热耗散减少过剩激发能的积累。EBR处理改善了干旱胁迫下辣椒叶片PSⅡ受体侧的电子传递,缓解了单位叶面积有活性反应中心数目的减少,优化了光合电子传递的进行,并维持相对较高的热耗散能力,从而减轻了干旱光抑制程度,对干旱胁迫下辣椒叶片光合机构和光合性能起到保护作用。     

干旱胁迫对燕麦生长及叶片光系统Ⅱ活性的影响

以‘燕科2号’燕麦品种为试验材料,采用盆栽控水的方式分别设置正常供水(75%田间持水量)、中度干旱胁迫(60%田间持水量)、重度干旱胁迫(45%田间持水量)3个水分处理,利用叶绿素荧光技术研究了不同水分梯度下燕麦生长和叶片光反应系统Ⅱ(PSⅡ)功能的变化,探讨干旱胁迫对燕麦叶片光合性能的影响。结果表明：(1)干旱胁迫导致燕麦株高变矮,叶片数、主茎数、穗数减少,叶片失绿发黄及籽粒产量显著下降。(2)与正常供水相比,重度干旱胁迫下燕麦叶片最大光化学效率(F_v/F_m)和光合性能指数(PI_ABS)显著降低。(3)重度干旱胁迫导致燕麦叶片单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)和单位反应中心耗散掉的能量(DI₀/RC)明显下降,单位反应中心用于电子传递的能量(ET₀/RC)和单位反应中心捕获的光能(TR₀/RC)明显升高;有活性反应中心的开放程度(Ψ₀)和电子传递链的量子产额(φ_E0)明显下降、非光化学淬灭最大量子产额(φ_D0)明显升高,V_J、V_K、V_L 3个位点的相对荧光强度明显升高,OJIP曲线初始斜率M_o明显升高。研究发现,燕麦叶片PSⅡ对中度干旱胁迫具有较强的适应能力,而重度干旱胁迫严重伤害其叶片PSⅡ反应中心,导致其反应中心能流分配失衡,电子传递受阻和PSⅡ稳固性减弱,进而影响燕麦光合作用,最终导致燕麦生长受到抑制。     

不同抗性苹果砧木叶片抗坏血酸代谢对干旱胁迫的响应

以抗旱性强的苹果砧木新疆野苹果[Malus sieversii (Ledeb.) Roem.]和抗旱性弱的平邑甜茶[M.hupehensis (Panlp.) Reld.]叶片为试材,在20%PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,研究了抗坏血酸(AsA)含量、氧化还原状态、合成和代谢相关酶活性对干旱胁迫的响应。结果显示,在正常水分条件下,新疆野苹果和平邑甜茶叶片间AsA含量及代谢相关酶活性差异不显著。干旱胁迫过程中,二者之间叶片AsA、谷胱甘肽(GSH)、总谷胱甘肽和总抗坏血酸含量变化趋势基本一致,但新疆野苹果叶片中的含量增加幅度明显大于平邑甜茶;且与平邑甜茶相比,新疆野苹果叶片具有较高的L-半乳糖酸-1,4-内酯脱氢酶(GalLDH)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性及AsA/DHA(脱氢抗坏酸)和GSH/GSSG(氧化型谷胱甘肽)比率。研究表明,干旱胁迫下,新疆野苹果能够维持较高的AsA合成和再生能力,并具有维持高AsA水平特性,这可能与其具有较强的抗旱性相关。     

不同苹果砧穗组合的生长及光合特性

以‘垂丝海棠’（Malus halliana）和‘平邑甜茶’（Malus hupehensis）为基砧,分别嫁接品种‘烟富6号’和‘长富2号’接穗,测定4种砧穗组合的嫁接亲和性、接穗生长量、光合与荧光参数及叶绿素含量（SPAD）,并用主成分分析法综合评价砧穗组合的优劣,探讨不同苹果砧穗组合嫁接苗的生长及光合特性,为西北盐碱地选择适宜的苹果砧木提供理论依据。结果表明：（1）4种砧穗组合中‘垂丝海棠/烟富6号’的上下口粗度比最接近1,嫁接亲和性最好。（2）整个生长期内,以‘垂丝海棠’为基砧的2个组合嫁接苗的生长量、净光合速率（P_n）、最大荧光（F_m）、PSⅡ最大光能转化率（F_v/F_m）均显著大于‘平邑甜茶’为基砧的组合,但其胞间CO₂浓度（C_i）及初始荧光（F₀）显著低于‘平邑甜茶’为基砧的组合;光化学猝灭系数（qP）在4种砧穗组合中无显著差异。（3）在8月份光照强度较高时,‘垂丝海棠/烟富6号’ 嫁接苗的气孔导度（G_s）高于其他砧穗组合;以‘垂丝海棠’为基砧的2个组合嫁接苗叶片的蒸腾速率（T_r）和相对叶绿素含量（SPAD）显著高于‘平邑甜茶’ 基砧组合。（4）根据主成分分析对各项指标进行综合评价,按照4个砧穗组合的综合得分由高到低依次为：‘垂丝海棠/烟富6号’、‘垂丝海棠/长富2号’、‘平邑甜茶/长富2号’、‘平邑甜茶/烟富6号’。研究发现,基砧‘垂丝海棠’的适应性优于‘平邑甜茶’,且‘垂丝海棠/烟富6号’砧穗组合的嫁接亲和性高,长势强,光合能力优,为甘肃中部地区适宜的砧穗组合。     

NaCl胁迫对珊瑚菜叶绿素荧光特性的影响

以野生濒危植物珊瑚菜(Glehnia littoralisFr.Schmidt ex Miq.)幼苗为试材,通过水培试验研究了100、200和300 mmol?L-1NaCl处理对其生长状态、叶绿素含量以及叶绿素荧光动力学参数的影响,以探讨珊瑚菜的耐盐机制和耐盐能力.结果显示,随着NaCl处理浓度和时间的增加,珊瑚菜生长受到抑制程度逐渐加剧;其叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均表现不同程度的降低,而Chl a/b值却呈先下降后上升的变化趋势,并以300 mmol?L-1NaCl处理变化最为明显;同时,其PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)和捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过QA的其他电子受体的概率(ETo/TRo)均表现不同程度的降低,而光合机构电子传递的量子产额(ETo/ABS)、最大捕光效率(TRo/ABS)均呈先下降后上升的变化趋势,但单位反应中心以热能形式耗散的能量(DIo/CSo)则先上升后下降.研究表明,珊瑚菜对NaCl胁迫具有一定的适应调节能力,可以耐受200 mmol?L-1NaCl以下的盐胁迫,而300 mmol?L-1NaCl处理就会对其光合系统造成一定的损伤,明显抑制其正常生长.     

外源NO对水分胁迫下平邑甜茶幼苗氧化损伤的缓解效应

以苹果属植物平邑甜茶水培幼苗为试验材料,采用20%PEG-6000模拟水分胁迫,进行了外源NO对水分胁迫下平邑甜茶幼苗氧化损伤的缓解效应研究。结果表明:100~500μmol·L-1外源硝普钠(SNP,NO供体)处理,能在一定程度上提高渗透胁迫下平邑甜茶叶片内SOD、POD、CAT、APX活性和ASA含量,不同程度减轻20%PEG-6000胁迫对平邑甜茶幼苗活性氧的累积和氧化损伤,其中以300μmol·L-1 SNP处理缓解效应最佳,而相对高浓度的700μmol·L-1 SNP处理则不能起到缓解作用,反而有一定的毒害作用。     

交替呼吸途径对CuCl2胁迫下菜豆叶片光系统Ⅱ的保护作用

以“农普”12号菜豆幼苗为材料,采用1mmol·L^-1的水杨基氧肟酸（SHAM）抑制交替呼吸途径活性,探讨了在CuCl₂胁迫下交替呼吸途径对菜豆幼苗叶片光系统Ⅱ的保护作用。结果表明,随着CuCl₂胁迫浓度的增加,菜豆幼苗叶片潜在最大光化学效率F_v/F_m、光适应下叶片的最大光化学效率F_v'/F_m'、PSⅡ的实际光化学效率Y（Ⅱ）以及光化学猝灭系数qP、叶绿素含量均呈下降趋势,而非光学猝灭系数NPQ和交替呼吸途径的容量水平则呈上升趋势。较之在CuCl₂处理下的菜豆幼苗,用交替呼吸途径抑制剂预处理后的菜豆再置于CuCl₂的胁迫下,则会导致F_v/F_m、F_v'/F_m'、Y（Ⅱ）、qP以及叶绿素含量的进一步下降和NPQ的进一步上升。上述观察表明,在CuCl₂胁迫下交替呼吸途径可以缓解PSⅡ光化学效率的下降、维持PSⅡ反应中心的开放程度、减少天线色素的热耗散以及缓解叶绿素含量的降低,从而保护菜豆叶片光系统Ⅱ免受CuCl₂胁迫的伤害。     

3种荒漠植物光合及叶绿素荧光对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

利用盆栽试验结合人工浇水后自然耗水的方法测定干旱胁迫对梭梭、白刺、沙蒿3种荒漠植物叶片水分、光合及叶绿素荧光参数的影响,探讨各指标在干旱胁迫过程中的变化特征、响应机制及其与土壤水分的定量关系,并用隶属函数法对其进行抗旱性排序。结果表明：(1)3种植物叶片相对含水量(RWC)随干旱胁迫天数增加持续降低,最大水分亏缺(RWD)呈波动式上升趋势。(2)3种植物总叶绿素含量(Chl)和叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)含量,以及梭梭、白刺类胡萝卜素含量均随胁迫天数增加而降低;沙蒿类胡萝卜素随土壤含水率降低逐渐升高。(3)梭梭、白刺、沙蒿叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)等主要光合气体交换参数对土壤水分表现出明显的阈值响应,适宜的土壤含水率分别为8.04%～19.33%、4.17%～19.10%、6.48%～17.51%。(4)3种植物 PSⅡ最大光化学效率(Fv/F_m)、实际光化学效率(F_v′/F_m′)及光化学淬灭系数(qP)均随干旱胁迫天数增加和光照强度增大而降低,非光化学淬灭系数(NPQ)则呈逐渐上升趋势;干旱胁迫中后期,梭梭、沙蒿的F_v/F_m及F_v′/F_m′均下降,光合机构光合活性遭到破坏,电子传递受阻,PSⅡ反应中心受损,表现出光抑制,而白刺调节自身PSⅡ反应中心免受伤害的能力较强。(5)隶属函数法综合分析表明,3种植物耐旱能力大小依次为白刺>梭梭>沙蒿。研究发现,3种荒漠植物均可通过调节 PSⅡ反应中心开放程度与活性,对干旱胁迫表现出较强的耐性,胁迫后期植物PSⅡ反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制。     

Changes in lactate dehydrogenase activity in chicken tissues in hyperthyreosis in ontogenesis

The lactate dehydrogenase activity in reactions of lactate oxidation and synthesis was studied in subfractions of the chicken brain, heart and liver at the embryonal, early postembryonal and adult stages of development after thyroxine administration. It has been shown that during embryogenesis thyroxine predominantly enhanced the rate of lactate oxidation in the mitochondrial tissues. A marked increase in the lactate synthesis was found in cytoplasm of the adult chicken tissues. Specificity of enzyme activity alterations was detected in the chicken brain during ontogenesis after thyroxine administration.     

Role for dopamine in malonate-induced damage in vivo in striatum and in vitro in mesencephalic cultures

Defects in mitochondrial energy metabolism have been implicated in the pathology of several neurodegenerative disorders. In addition, the reactive metabolites generated from the metabolism and oxidation of the neurotransmitter dopamine (DA) are thought to contribute to the damage to neurons of the basal ganglia. We have previously demonstrated that infusions of the metabolic inhibitor malonate into the striata of mice or rats produce degeneration of DA nerve terminals. In the present studies, we demonstrate that an intrastriatal infusion of malonate induces a substantial increase in DA efflux in awake, behaving mice as measured by in vivo microdialysis. Furthermore, pretreatment of mice with tetrabenazine (TBZ) or the TBZ analogue Ro 4-1284 (Ro-4), compounds that reversibly inhibit the vesicular storage of DA, attenuates the malonate-induced DA efflux as well as the damage to DA nerve terminals. Consistent with these findings, the damage to both DA and GABA neurons in mesencephalic cultures by malonate exposure was attenuated by pretreatment with TBZ or Ro-4. Treatment with these compounds did not affect the formation of free radicals or the inhibition of oxidative phosphorylation resulting from malonate exposure alone. Our data suggest that DA plays an important role in the neurotoxicity produced by malonate. These findings provide direct evidence that inhibition of succinate dehydrogenase causes an increase in extracellular DA levels and indicate that bioenergetic defects may contribute to the pathogenesis of chronic neurodegenerative diseases through a mechanism involving DA.     

Scurvy in capybaras bred in captivity in Argentine

In order to determine if the absence of vitamin C in the diet of capybaras (Hydrochoerus hydrochaeris) causes scurvy, a group of seven young individuals were fed food pellets without ascorbic acid, while another group of eight individuals received the same food with 1 g of ascorbic acid per animal per day. Animals in the first group developed signs of scurvy-like gingivitis, breaking of the incisors and death of one animal. Clinical signs appeared between 25 and 104 days from the beginning of the trial in all individuals. Growth rates of individuals deprived of vitamin C was considerably less than those observed in the control group. Deficiency of ascorbic acid had a severe effect on reproduction of another population of captive capybaras. We found that the decrease in ascorbic acid content in the diet affected pregnancy, especially during the first stages. The results obtained suggest that it is necessary to supply a suitable quantity of vitamin C in the diet of this species in captivity.     

SSTR5 ablation in islet results in alterations in glucose homeostasis in mice

Somatostatin (SST) peptide is a potent inhibitor of insulin secretion and its effect is mediated via somatostatin receptor 5 (SSTR5) in the endocrine pancreas. To investigate the consequences of gene ablation of SSTR5 in the mouse pancreas, we have generated a mouse model in which the SSTR5 gene was specifically knocked down in the pancreatic beta cells (betaSSTR5Kd) using the Cre-lox system. Immunohistochemistry analysis showed that SSTR5 gene expression was absent in beta cells at three months of age. At the time of gene ablation, betaSSTR5Kd mice demonstrated glucose intolerance with lack of insulin response and significantly reduced serum insulin levels. Insulin tolerance test demonstrated a significant increase of insulin clearance in vivo at the same age. In vitro studies demonstrated an absence of response to SST-28 stimulation in the betaSSTR5Kd mouse islet, which was associated with a significantly reduced SST expression level in betaSSTR5Kd mice pancreata. In addition, betaSSTR5Kd mice had significantly reduced serum glucose levels and increased serum insulin levels at 12 months of age. Glucose tolerance test at an older age also indicated a persistently higher insulin level in betaSSTR5Kd mice. Further studies of betaSSTR5Kd mice had revealed elevated serum C-peptide levels at both 3 and 12 months of age, suggesting that these mice are capable of producing and releasing insulin to the periphery. These results support the hypothesis that SSTR5 plays a pivotal role in the regulation of insulin secretion in the mouse pancreas.     

2016年中国植物科学若干领域重要研究进展

2016年中国植物科学持续稳步发展, 表现在中国植物科学家在国际主流高影响力学术期刊发表文章的数量稳中有升, 中国植物科学领域的期刊逆风出行, 进入研究性期刊世界前三甲行列。中国科学家在植物学诸多领域取得了丰硕的成果。水稻(Oryza sativa)产量性状杂种优势的分子遗传机制解析入选2016年中国科学十大进展; 植物受精过程中雌雄配子体信号识别机制的研究和独脚金内酯的受体感知机制入选2016年生命科学十大进展。我国植物科学, 特别是以水稻为代表的作物研究在国际学术界已占有一席之地。例如, 在水稻组学(如基因组和转录组等)资源和技术平台的建立、重测序的开发及功能基因的克隆和调控网络的解析方面取得了系列重要成果(如揭示了独脚金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制、从分子水平上阐释了水稻籼粳杂种不育和广亲和性基因S5的作用机理及发现了控制水稻耐冷的基因组位点), 已经引领世界水稻乃至作物科学研究。该文对2016年中国本土植物科学若干领域取得的重要研究进展进行了概括性评述, 旨在全面追踪当前中国植物科学领域的发展前沿和研究热点, 与读者共享我国科学家所取得的杰出成就。     

2018年中国植物科学若干领域重要研究进展

2018年中国植物科学继续呈现快速发展的态势, 我国科学家在国际植物科学主流学术刊物发表论文数量大幅增加, 取得了多项具有重要影响的成果。调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展入选2018年度中国科学十大进展; 中国被子植物区系进化历史研究入选2018年度中国生命科学十大进展。以水稻为代表的农作物和果蔬等经济作物研究在国际上已呈现出明显的优势, 若干领域已从“追赶”状态跨越到“领跑”地位。该文对2018年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。