喀斯特石生穗枝赤齿藓抗氧化防御系统对干旱胁迫的响应

为科学选择石漠化环境恢复治理的植物材料和深入了解岩生植物的耐旱机制,以喀斯特石生穗枝赤齿藓(Erythrodoutium juluceum)为实验材料,研究了干旱胁迫对其抗氧化酶防御系统的影响。结果表明:超氧化酶歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性,超氧阴离子(O-2·)、丙二醛(MDA)含量呈现出先升后降的趋势;类胡萝卜素(Car)含量一直升高,质膜相对透性呈现出"抛物线"的变化趋势,可溶性蛋白含量波动变化。因此,干旱胁迫早期由于O-2·等活性氧的增加而启动活性氧清除系统进行清除,是抵御干旱的一种协同反应;后期穗枝赤齿藓依然保持较强的自由基清除能力,具有极强的耐旱能力。所以在长期的进化过程中,喀斯特石生藓类形成具有适合干旱变化的系列生理和代谢机制,通过形态上的变化来降低水分的散失,通过生理上的调整来应付环境的恶劣变化,这对于在石漠化地区揭示苔藓植物的抗逆机制,利用苔藓植物的先锋拓荒作用治理石漠化生态环境以及对退化生态系统进行人工恢复治理具有重要价值。     

石漠化干旱环境中石生藓类水分吸收特征及其结构适应性

苔藓是荒漠植被演替过程中常见的先锋植物,同时也是极端恶劣环境的开拓者。比较石漠化地区常见的穗枝赤齿藓(Erythrodontium julaceum(Schwaegr.)Par.)、反叶扭口藓(Barbula fallax Hedw.)和真藓(Bryum argenteum Hedw.)对干旱环境的适应性,为石漠化环境的恢复和治理提供理论依据。结果表明:最大持水能力和保水率穗枝赤齿藓和反叶扭口藓均大于真藓。3种苔藓的吸水过程包括外吸水和内吸水,吸水动力学曲线均表现为S型饱和曲线,但吸水特征存在较大差异;穗枝赤齿藓和反叶扭口藓的饱和吸水量相差甚微,但远大于真藓,前两者约为后者的2.5倍;最大总、内、外吸水速度穗枝赤齿藓分别为真藓的3.41、2.52倍和3.02倍,反叶扭口藓分别是真藓的2.79、2.52倍和3.55倍。茎的解剖学结构显示真藓和反叶扭口藓有明显的中轴,属内导水型藓类,而穗枝赤齿藓无中轴,属外导水型;但严格的内导水型植物是不存在的,不少植物属于混合导水型,这与环境水分高低有关。因此,中轴的有无并不是导致吸水能力强弱的决定性因素,还与苔藓所处的环境状况、生长型、毛细管系统类型和茎叶结构密切相关。     

土壤干旱对观赏植物活性氧产生和抗氧化酶活性的影响

采用盆栽试验方法,考察自然干旱-复水处理下观赏植物红叶石楠、金叶女贞、小叶黄杨和大叶黄杨叶片超氧阴离子自由基(O-·2)产生速率、丙二醛(MDA)含量以及保护酶(SOD、POD、CAT)活性的变化,研究各种植物在干旱条件下的活性氧产生与酶促清除过程以及复水后的恢复情况差异,以揭示植物在逆境条件下的适应策略。结果表明:(1)自然干旱过程中,红叶石楠叶片O-·2生成速率呈先降低,之后明显升高,而小叶黄杨、金叶女贞、大叶黄杨均先升后降。(2)干旱提高了4种植物的MDA含量,但金叶女贞和大叶黄杨的MDA含量变化较小。(3)干旱下4种植物叶片的SOD活性增强,它们的POD活性变化不同,而CAT活性均先升高后下降。(4)复水后,4种植物O-·2产生速率和MDA含量均降低;小叶黄杨、金叶女贞、大叶黄杨SOD活性上升,而红叶石楠SOD活性下降;红叶石楠、金叶女贞、大叶黄杨CAT活性下降,而小叶黄杨则上升;红叶石楠、小叶黄杨、大叶黄杨POD活性下降,而金叶女贞却上升。研究表明,不同植物对活性氧的清除途径不同;隶属函数法分析表明4种观赏植物在干旱胁迫初期的综合抗旱性表现依次为:小叶黄杨金叶女贞大叶黄杨红叶石楠。     

干旱胁迫对高山离子芥试管苗抗氧化系统及其活性氧代谢的影响

该试验以高山离子芥试管苗(Chorispora bungeana)为试材,采用固液培养法,设置对照(不添加PEG-6000,CK),轻度干旱胁迫(5%PEG-6000)、中度干旱胁迫(20%PEG-6000)、重度干旱胁迫(40%PEG-6000)4个干旱处理水平,分析干旱胁迫对高山离子芥幼苗抗氧化系统、活性氧代谢等部分生理特征的影响,以揭示高山离子芥在干旱胁迫下的生理响应特征,为进一步探讨其对干旱环境的适应机制奠定基础。结果显示:(1)随着干旱胁迫程度的增加以及在各时间胁迫处理下,抗氧化酶SOD活性及可溶性糖含量显著升高,POD活性、丙二醛含量、CAT活性和APX活性均经历了先升后降的过程。(2)超氧阴离子(O-·2)的产生速率和过氧化氢(H2O2)的含量均显著升高;高山离子芥试管苗叶片相对电导率呈现出升-降-升的变化趋势。(3)相关分析结果显示,MDA与相对电导率、可溶性糖、SOD、APX、O-·2及H2O2呈极显著正相关关系,可溶性糖与SOD、POD、O-·2及H2O2呈极显著正相关关系;相对电导率以及保护酶系均与O-·2、H2O2呈极显著正相关关系。研究表明,高山离子芥具有较强的耐旱性,高山离子芥试管苗在响应干旱胁迫过程中,抗氧化酶系、活性氧代谢、脂质过氧化及渗透调节物等共同参与了高山离子芥试管苗对干旱胁迫的综合抗逆性形成,从而积极启动应对外界干旱环境的耐旱响应机制。     

野牛草叶片活性氧及其清除系统对水分胁迫的响应

逆境条件下活性氧产生及其清除效率是衡量植物抗性的重要指标,而活性氧对植物组织的氧化伤害和抗氧化酶活性常因材料的遗传或生理差异性而发生变化。以同一基因型的野牛草(Buchloe dactyloides(Nutt.)Engelm'texoka')克隆分株叶片为材料,采用Hoagland营养液培养,研究了10%、20%和30%PEG-6000模拟干旱胁迫下,野牛草叶片活性氧的产生、脂质过氧化和抗氧化酶活性变化规律。结果表明:随着PEG-6000浓度的增加及胁迫时间的延长,超氧阴离子(O2-.)的产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量均显著增加;超氧化物歧化酶(SOD EC1.15.1.1)、愈创木酚过氧化物酶(G-POD EC1.11.1.7)和过氧化氢酶(CATEC1.11.1.6)活性呈先上升后下降的变化趋势;SOD、G-POD与CAT活性达到峰值的时间随PEG-6000浓度的增加而提前。认为水分胁迫下,抗氧化酶可有效清除活性氧自由基,但随胁迫时间的延长,抗氧化酶活性受到抑制。     

快速脱水与复水过程中2种藓类植物的活性氧代谢与脂质过氧化特征

以来自不同水分生境的金发藓和湿地匐灯藓为材料,对二者在脱水与复水胁迫条件下的活性氧代谢、脂质过氧化损伤程度及其抗氧化系统应答的差异进行比较研究。结果显示:在脱水与复水过程中,(1)硅胶快速脱水更接近阳光直射条件下藓类植物的水分丧失。(2)随着含水量的变化,湿地匐灯藓虽然能够在复水后迅速修复细胞的完整性,但变化剧烈;金发藓则能够始终维持较低的膜透性。(3)2种藓类植物的丙二醛(MDA)含量变化均呈先升后降趋势,但金发藓的MDA含量明显低于湿地匐灯藓。(4)2种藓类植物的超氧阴离子自由基(O2.-)产生速率和过氧化氢含量(H2O2)的变化均与MDA含量变化相似,且金发藓活性氧水平明显高于湿地匐灯藓。(5)2种藓类植物的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性受活性氧诱导亦呈先升后降的趋势,但金发藓抗氧化酶对活性氧迸发的应答更快,活性更强。(6)2种藓类植物的抗坏血酸(AsA)含量呈先降后升态势,但金发藓的含量低于湿地匐灯藓。研究表明,来自不同生境的2种藓类植物对脱水胁迫所致的氧化胁迫均具有很强的适应能力,尤其是复水过程中的修复能力,但不同藓类可能通过不同途径和机制来适应脱水所致的氧化胁迫;来自易发生水分亏缺生境的金发藓可能因具有更强抗氧化能力,从而获得比来自水分充沛生境的湿地匐灯藓更高的脱水耐性。     

烟草愈伤组织在热胁迫过程中活性氧与抗氰呼吸变化的关系

烟草愈伤组织在 0～ 14h高温 (4 0℃ )胁迫期间 ,其体内的O- ·2 和H2 O2 迅速积累 ,分别在 2和 6h左右达到极大值。同时清除它们的酶SOD和CAT活性迅速上升 ,极大值的分布位置分别为 2和 10h左右 ,而胁迫期间的抗氰呼吸比未胁迫 (0h)时显著地下降 ,但在胁迫期间抗氰呼吸于 6h左右出现一峰值 ;用外源H2 O2 和O- ·2 及清除它们的酶的抑制剂AT和DCC分别处理愈伤组织 ,发现抗氰呼吸明显地加强。推测交替氧化酶可能同抗氧化酶如SOD和CAT一样参与了活性氧的清除 ,提出活性氧含量的变化可能是导致热胁迫过程中抗氰呼吸变化的主要原因之一。     

重度干旱胁迫下燕麦叶片活性氧清除系统对喷施腐植酸水溶肥的响应

以燕麦品种‘燕科2号’为试验材料,采用盆栽方式,设置正常供水(CK)、正常供水下喷施腐植酸水溶肥(CKH)、重度干旱胁迫(SS)和重度干旱胁迫下喷施腐植酸水溶肥(SSH)４个处理,对燕麦叶片中活性氧水平、抗氧化酶活性、总抗氧化剂含量及产量等进行测定,以明确腐植酸水溶肥(HA)对重度干旱胁迫下燕麦叶片活性氧清除系统的调控效应,并探讨HA对燕麦耐旱性的影响及其作用机制。结果表明：(1)与CK相比,燕麦叶片超氧阴离子( O₂^-·)、羟自由基(·OH)、过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量、以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性在重度干旱胁迫下显著提高,且均在喷施HA后比重度干旱胁迫处理显著降低,但此时活性氧的水平仍显著高于CK。(2)与CK相比,燕麦叶片过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱氨肽还原酶(GR)和谷胱氨肽过氧化物酶(GPX)活性在重度干旱胁迫下显著降低,而其总抗氧化能力(T AOC)显著提高,它们在喷施HA后均比重度干旱胁迫处理显著提高,但各酶活性仍不同程度低于CK。(3)与CK相比,燕麦籽粒产量和生物产量在重度干旱胁迫下显著下降,喷施HA后又比重度干旱胁迫显著升高,但仍显著低于CK。研究认为,喷施HA可有效提高重度干旱胁迫下燕麦叶片抗氧化酶活性,促进抗氧化物质再生,增强叶片的总抗氧化能力,从而有效清除重度干旱胁迫引起的活性氧积累,降低重度干旱胁迫对植物细胞膜的氧化损伤,最终缓解重度干旱胁迫对燕麦造成的伤害,一定程度上能够减少籽粒产量的损失。     

活性氧清除系统对干旱胁迫的响应机制

干旱胁迫是影响植物生长发育的主要因子,干旱引起活性氧自由基增加,使植物细胞遭受氧化胁迫．植物体通过酶促和非酶促两大保护系统清除活性氧,活性氧自由基的变化也会引起抗氧化防御系统的不同变化．同时干旱胁迫下活性氧的产生也与ABA的积累、脯氨酸的积累以及叶绿素荧光猝灭密切相关,因此了解活性氧清除系统对干旱胁迫的响应机制以及活性氧在植物生理生化过程中的作用是非常必要的。     

镉胁迫下3种藓类植物抗氧化酶活性变化的比较研究

采用水培实验研究了重金属Cd对3种藓类植物尖叶拟船叶藓(Dolichomitriopsis diversiformis)、湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)和匍枝青藓(Brachythecium procumbens)的抗氧化酶系统(SOD、POD和CAT)的影响.结果表明,在1-100 mg·L-1的镉胁迫浓度范围内,Cd对3种藓类植物的SOD活性都具有显著的促进作用,SOD对Cd胁迫的种间敏感性顺序为尖叶拟船叶藓>湿地匍灯藓>匍枝青藓;3种藓类植物的POD和CAT活性对Cd胁迫均表现为先升后降,POD对Cd胁迫的种间敏感性顺序为匍枝青藓>湿地匍灯藓>尖叶拟船叶藓;高浓度Cd对CAT具有明显的抑制效应,CAT对Cd胁迫的种间敏感性顺序为湿地匍灯藓>尖叶拟船叶藓>匍枝青藓.在Cd长期胁迫下,SOD对3种藓类植物体内活性氧的清除起到关键作用,可作为藓类植物抗镉能力强弱的敏感生理指标;3种鲜类植物中匍枝青藓的抗镉能力最强,湿地匍灯藓次之,尖叶拟船叶藓最弱,并且这种抗性与cd在植物体内的积累成反相关.