臭氧胁迫对植物生长影响的综述

臭氧(O3)能造成植物叶面损伤、茎缩短[0]甚至植株矮化, 诱发植物细胞脂质过氧化, 损伤叶绿体, 破坏光合色素, 诱导植物叶片气孔关闭, 抑制碳的同化, 减弱植物的净光合作用, 加速植物老化, 最终引起植物生长的下降, 种子和作物的减产。臭氧胁迫对植物生长的影响随臭氧浓度和植物种类而, 也与植物的生长发育阶段相关。不同植物间的竞争影响其对臭氧胁迫的敏感性, 慢性臭氧胁迫能引起枝叶和根之间碳分配的变化。加强自然环境中臭氧对森林影响的研究, 定位研究不同环境条件下植物对臭氧的响应, 开展全球气候变化和臭氧的交叉作用对植物的影响是今后的研究热点。     

深畦栽培对干旱胁迫下葡萄叶幕微气候和光合作用的影响

试验以‘京亚’和‘红地球’葡萄品种2年生苗木为材料,在田间遮雨棚内考察了自然干旱胁迫下深畦栽植和平畦栽植葡萄根际土壤湿度、叶幕微气候因子、光合作用参数变化特征,探讨根际土壤湿度与叶幕气候互作对葡萄光合作用的影响。结果显示:(1)在干旱逆境下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能通过影响水分条件来影响葡萄的光合作用;土壤湿度阀值是葡萄进行光合作用时水分利用最有效的土壤湿度点值,土壤湿度阀值存在“阀值漂移”现象,与叶幕空气湿度呈明显负相关关系,维持较高的叶幕空气湿度有利于实现在较低的土壤湿度下达到更高的光合效率。(2)在干旱逆境下,与平畦栽植相比,深畦栽植在改善葡萄根际土壤水分和叶幕微气候方面具有明显的优势,在该模式下葡萄具有更强的保水能力和更高的水分利用效率,从而具有更强的光合效率。(3)采用深畦栽植模式时,根际土壤相对含水量30%~50%是显著影响葡萄光合作用的土壤湿度区间;根际土壤相对含水量分别在43.32%~50.00%和40.19%~50.00%是‘京亚’和‘红地球’光合作用适宜的土壤湿度范围,在43.32%和40.19%时分别为2种葡萄光合作用水分利用效率达到最高的最适土壤湿度。研究发现,干旱逆境条件下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能改善葡萄的光合作用效率;深畦栽植葡萄光合作用对土壤湿度的需求较低,在相对较低的土壤湿度即可达到相对较高的光合能力;深畦栽植模式可以协调葡萄光合作用和水分消耗之间的关系,具有较高的水分利用效率和光合能力,是干旱地区进行葡萄抗旱节水生产的理想模式。     

植物在逆境胁迫中的细胞程序性死亡

细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)是一种由基因控制的、主动的细胞死亡过程,它对植物正常生长发育起重要作用.在逆境胁迫因子如病原体、高盐、低氧、低温、热激和金属离子等作用下,植物为了抵御不良环境的侵害,以活性氧、Ca2+、乙烯和NO等为信号因子,诱导植物体的特定部位发生PCD,形成细胞主动死亡,从而避免逆境对其他组织进一步伤害,并使植物获得对不良环境的适应性.对植物PCD的一般特征、环境胁迫因子及诱导PCD信号分子等进行了综述,为在逆境条件下深入研究植物细胞程序性死亡提供参考.     

臭氧胁迫对植物主要生理功能的影响

近年来,由于光化学反应的臭氧前体增加,全球植物受对流层臭氧(O3)胁迫的程度越来越严重。臭氧污染被认为是造成东欧、西欧和整个美国的大片森林衰退和枯死的主要原因。臭氧胁迫严重影响植物叶片对光能的利用,通过气孔限制和非气孔限制,导致其光合速率的降低,影响光合产物的产量。臭氧对植物的影响与植物体内代谢物质的积聚量紧密联系。臭氧胁迫引发植物的各种防御保护机制,刺激抗氧化系统,影响膜系统,改变其体内碳和矿质养分的吸收并引起它们的重新分配,诱导其基因表达的深层变化。为了适应臭氧胁迫环境,植物通过生理生化机制的调节来保证其生命活动。如细胞通过调节渗透物质的含量来保持渗透势的平衡;细胞内各种抗氧化酶活性增加,以清除自由基,避免或者减轻细胞受到伤害;改变代谢途径以保持能量储备和降低代谢速率。可见,生态环境对生物进化具有重要影响。这个观点将在臭氧胁迫对植物生理的影响中得到证实,也是生物进化论的另一种证据。综述了臭氧对光合生理、呼吸代谢、抗氧化系统、膜系统、矿质养分的吸收和分配与分子生理等主要生理功能的影响,并提出臭氧胁迫对植物生理影响的今后研究方向与未来研究热点是:(1)加强在植物个体和群落水平上臭氧胁迫对植物生理影响的研究;(2)臭氧影响下植物的基因调控和相关信号传递网络系统的机理;(3)通过分子标记、基因图谱、基因组学和转基因技术等方法研究选育适应臭氧胁迫环境的植物;(4)尽可能在接近自然条件的环境中开展研究;(5)臭氧胁迫对亚热带和热带森林及其树种主要生理功能影响的研究;(6)建立模型评估臭氧对植物的影响。     

丛枝菌根真菌根外菌丝跨膜H~+和Ca~(2+)流对干旱胁迫的响应

丛枝菌根真菌(AMF)能够和大多数陆地植物形成共生体系,对于植物生长发育和适应各种逆境胁迫具有重要作用。很多研究表明干旱胁迫下AMF能够促进宿主植物对水分的吸收从而增强植物抗旱能力,但目前针对AMF根外菌丝响应水分胁迫的生理变化以及AMF与宿主植物逆境信号交流的研究并不多。该研究利用AMF Rhizophagus irregularis和胡萝卜(Daucus carota var. sativa)毛状根双重无菌培养体系获得纯净根外菌丝,向培养基添加聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM-EDS)观察干旱胁迫对AMF根外菌丝形态的影响,同时采用非损伤微测技术(NMT)观测根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)离子流变化。结果发现,PEG处理1h后菌丝尖端和侧面发生H+外流和强烈的Ca~(2+)内流,荧光探针分析也显示菌丝胞内pH值显著上升、Ca~(2+)浓度增加; PEG处理24 h后菌丝形态发生明显变化,培养基pH值降低, P、Ca、Fe等元素在菌丝际积累。这些试验结果表明,干旱胁迫下AMF根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)流发生变化,促进了菌丝与环境之间的物质交换。菌丝酸化生长环境有利于养分吸收,并促进AMF与宿主植物之间的信号交流以增强植物的耐旱性。     

热激转录因子在植物抗非生物胁迫中的功能研究进展

植物在遭受环境胁迫时会产生一系列应激反应,而热激转录因子可通过介导热激蛋白或其他热诱导基因的转录和表达,来参与调控植物抵抗逆境胁迫过程和其他生命活动。主要介绍了植物热激转录因子的基本蛋白结构域,阐述了3类热激转录因子在抗极端温度（高温、低温）胁迫、干旱胁迫、高盐胁迫、活性氧胁迫中的功能与作用机制,并探讨和展望了植物热激转录因子在植物育种和提高植物抗逆性的研究中的发展与应用前景,以期为深入研究热激转录因子在调控植物抵抗逆境胁迫中的生物学功能与机制提供理论参考。     

青藏高原不同气候区高寒沙地两种优势植物及其根际土壤的养分特征

为了探究青藏高原寒冷沙地上优势植物及其根际土壤的养分对不同气候的响应过程, 选取半干旱和半湿润沙地上的优势植物中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)和沙蒿(Artemisia desertorum)为对象, 调查自然条件下青藏高原半干旱和半湿润沙地上两种植物枝叶和根的碳、氮、磷含量, 及其根际0-10 cm和10-20 cm土壤的有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷含量, 并探讨两种优势植物和根际土壤的养分含量的关系及其影响因子。结果表明, 半干旱和半湿润条件下中国沙棘和沙蒿及其根际土壤的养分差异明显。半干旱和半湿润气候条件下两种植物碳、氮、磷的积累差异显著。半湿润条件下, 沙蒿根际土壤中的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷的含量高于半干旱条件, 而中国沙棘根际土壤养分的结果却相反。不同气候条件下, 沙蒿和沙棘的养分和根际土壤的养分显著相关, 两种植物的养分比差异显著, 沙蒿氮磷比与其根际土壤的氮磷比以及中国沙棘的碳氮比与其根际土壤的碳氮比显著负相关。     

CO2浓度和温度升高对红桦根际微生物的影响

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究升高的大气CO2浓度(环境CO2浓度 350(±25)μmol.mol-1,EC)和温度(环境温度 2.0(±0.5)℃,ET)及其交互作用(ECT)对不同栽植密度条件下红桦根际土壤可培养微生物数量的影响。结果表明:(1)EC显著增加了高密度条件下根际细菌数量;在整个生长季中,最大的根际细菌数量增加出现在7月份;而EC对低密度处理的根际细菌数量影响不显著。除了5月和6月份,ET在其余月份均显著增加了根际细菌数量,但是与密度处理没有有意义的相关;ECT对高低密度处理的根际细菌数量均未产生有统计意义的影响。(2)EC对低密度条件下的根际放线菌数量有显著增加,而对高密度条件下的根际放线菌数量无显著影响;ET和ECT对高低密度条件下的根际放线菌数量均未产生有统计意义的影响。(3)EC和ET对高低密度条件下的根际真菌数量无显著增加,而ECT显著增加了根际真菌数量。     

植物根系分泌物的生态效应

根系分泌物是在一定的生长条件下 ,活的且未被扰动的根系释放到根际环境中的有机物质的总称 ,在植物主动适应和抵御不良环境中具有重要作用 :(1)通过化感作用影响根际微生物和周围其它植物的生长 ,并进一步改善植物的生态环境 (生物因素 ) ;(2 )通过对土壤中矿质元素的溶解、螯合作用、迁移和活化等作用 ,不仅在营养缺乏的情况下提高矿质营养元素的有效性 ,而且在面临重金属胁迫时能降低根际中金属污染物的活性 ,减少植物对金属的吸收。根系分泌物在植物与环境的相互作用中起着传递信息的作用     

Characteristics of nutrients in two dominant plant species and rhizospheric soils in alpine desert of the Qinghai-Xizang Plateau under contrasting climates

为了探究青藏高原寒冷沙地上优势植物及其根际土壤的养分对不同气候的响应过程, 选取半干旱和半湿润沙地上的优势植物中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)和沙蒿(Artemisia desertorum)为对象, 调查自然条件下青藏高原半干旱和半湿润沙地上两种植物枝叶和根的碳、氮、磷含量, 及其根际0-10 cm和10-20 cm土壤的有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷含量, 并探讨两种优势植物和根际土壤的养分含量的关系及其影响因子。结果表明, 半干旱和半湿润条件下中国沙棘和沙蒿及其根际土壤的养分差异明显。半干旱和半湿润气候条件下两种植物碳、氮、磷的积累差异显著。半湿润条件下, 沙蒿根际土壤中的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷的含量高于半干旱条件, 而中国沙棘根际土壤养分的结果却相反。不同气候条件下, 沙蒿和沙棘的养分和根际土壤的养分显著相关, 两种植物的养分比差异显著, 沙蒿氮磷比与其根际土壤的氮磷比以及中国沙棘的碳氮比与其根际土壤的碳氮比显著负相关。     

水分胁迫对植物与植食性昆虫互作的影响

水分作为一种重要的环境因子,对陆地生物生长发育有着至关重要的作用。随着全球气候变暖,异常天气频发,水分胁迫也成为了影响农作物及其害虫生长发育的重要逆境胁迫。本文从水分胁迫对植食性昆虫的直接和间接影响进行阐述:从湿度、降雨量和土壤含水量角度讨论了水分胁迫对昆虫的直接影响;从水分影响植物和天敌角度,讨论了水分胁迫对植物-植食者性昆虫-天敌三营养阶层互作的间接影响,以期为理解农业害虫发生机制及其可持续治理决策提供研究信息和理论参考。     

地表臭氧和土壤水分亏缺对植物的交互效应研究进展

全球气候变暖背景下,地表臭氧浓度上升,干旱化趋势明显。本文简要介绍了地表臭氧和土壤水分亏缺对地表植被和农作物的胁迫效应,重点评述了其交互作用下自然植被和农作物的气孔响应及抗氧化响应特征,理清了土壤水分亏缺条件下臭氧对植物的伤害效应,因植物种类和小麦品种的不同而得出两种相反的结论:一种观点认为,干旱导致脱落酸增加,从而诱导气孔关闭,减轻臭氧伤害效应;而另一种观点认为,臭氧促进乙烯合成,出现气孔呆滞行为,干旱保护作用缺失。同时,综述了土壤水分亏缺条件下臭氧胁迫效应评估方法的发展,理清了开展土壤水分亏缺与臭氧交互效应评估方法的研究思路。最后,提出了加强交互效应研究的可能研究方向和途径。     

克隆整合对异质性光照环境下紫竹根际土壤氮素有效性的影响

以根状茎克隆植物紫竹为对象,研究克隆整合对遭受异质性光照胁迫分株根际土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、氨氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)以及微生物群落组成的影响。所取紫竹克隆片段由一个母本分株和一个子代分株组成,母本分株置于全光照下,而子代分株置于80%遮阴环境中,同时母本分株与子代分株间的根茎保持连接或割断处理。结果表明:与切断处理相比,紫竹遮荫子代分株根际土壤的SOC、TN、DOC、NH_4~+-N在保持根状茎连接时显著更高,这表明异质性光照环境下克隆整合可能改善紫竹连接遮荫子代分株根际土壤的氮素有效性。克隆整合提高了连接遮阴状态下紫竹子代分株根际土壤中的放线菌、真菌和革阴细菌的PLFAs浓度。通过对遮阴子代分株根际土壤微生物群落PLFAs主成分分析得出克隆整合导致遮阴子代分株根际土壤微生物群落结构发生显著变化。该研究结果暗示了紫竹可能通过克隆整合作用降低土壤中某些对氮利用有效性影响较低的细菌数量,而增加对土壤氮利用起重要作用的放线菌和真菌的数量,进而改善紫竹对土壤中氮利用的有效性,这有利于增强克隆植物对时空异质性生境的适应能力。     

根际氧含量影响植物生长的生理生态机制研究进展

氧是植物生命活动所必需的营养因子,充足的氧供应才能满足植物正常生长发育的需求,但频发的洪涝灾害使根系淹水缺氧成为植物生长过程中经常遭受的非生物胁迫。因此,了解植物对根际氧含量变化的响应与适应机制对作物的生产及抗性品种的选育有重要意义。该文对根际氧环境对植物多方面的影响进行了综述,包括植物的需氧量、氧含量对根际环境的影响和氧含量对植物的影响等,并阐明植物在低氧下的伤害与适应机理和植物对低氧信号的感应与信号传导机制,最后总结了避免缺氧伤害的措施,同时还提出根际氧含量方面有待进一步探索的问题与研究方向,为后续的研究提供新思路。     

根际通气状况对盐胁迫下棉花幼苗生长的影响

以溶液培养的棉花(Gossypium hirsutum)幼苗为材料,测定了不同盐胁迫程度和不同通气状况下棉花幼苗株高、根系体积、根系和茎叶生物量以及灰分含量的变化,以探索根际通气状况对盐胁迫下棉花生长的影响。结果表明,盐胁迫抑制棉花植株生长,表现为植株变矮、叶面积减小和干物质积累下降;根际环境通气不良也会导致棉花幼苗生长受抑制、干物质积累下降和矿质元素吸收减少等。进一步比较盐胁迫和根际通气状况及两者组合作用对棉苗生长的影响,发现盐胁迫对株高和总生物量的影响较大,而根际通气状况对根系体积、根系生物量、根冠比和矿质元素吸收的影响较大。总体表现为:盐胁迫对茎叶生长的不利影响较大,而根际通气状况对根系生长的不利影响较大。同时,在根际环境通气良好的条件下,不同程度盐胁迫导致的棉花幼苗株高、根系体积、叶面积、根系生物量和总生物量的变化程度远小于根际环境通气不良条件下的变化程度。实验结果表明,根际环境通气良好可以减弱盐胁迫对棉花生长发育的抑制作用,而根际环境通气不良则会加重盐胁迫的不利影响。     

六种湿地植物根际氧化还原电位的日变化

在野外条件下,研究人工湿地植物根际氧化还原电位(ORP)随时间的变化及其与主要环境因子的关系。研究了美人蕉(Canna indica Linn.)、风车草(Cyperus flabelliformis Rottb.)、芦苇(Phragmites australis Trin.ex Steud.)、水鬼蕉(Hymenocallis littoralis(Jack.)Salisb.)、紫芋(Colocasia tonoimo Nakai.)和鸢尾(Iris tectorum Maxim.)6种植物在潜流人工湿地中的根际ORP及其日变化。6种湿地植物的根际ORP日变化曲线相似,均为双峰型,双峰值出现在11:00—14:00之间,最大值出现在14:00。各植物的根际ORP日变化基本在130—350 m V之间,以水鬼蕉的变幅最大,风车草和芦苇的变幅较小。不同植物的根际ORP有较大差异,风车草和紫芋的日平均值最大,显著高于鸢尾、美人蕉和水鬼蕉(P0.05);芦苇显著高于鸢尾和美人蕉(P0.05)。ORP与光照强度和气温呈正相关,尤与气温的正相关最为显著。ORP日平均值与植物生物量有显著的正相关性,尤与地下部分生物量相关性最显著。结果表明,人工湿地植物根际ORP因不同植物、一天中不同的时间有较大差异,后者与光照和气温等环境因子密切相关。     

基于菌植互作的植物根际细菌钝化镉作用和机制研究进展

土壤重金属镉(Cd)污染严重危害农产品安全生产,植物根际细菌在钝化土壤Cd和帮助作物抵御Cd胁迫方面发挥重要作用。本文首先概括在修复Cd污染土壤中得到广泛应用的植物根际细菌种类,并从根际细菌直接吸附Cd、调整土壤理化特性、调控土壤微生物群落和其他作用4方面阐述了植物根际细菌对Cd的钝化作用,其次从菌植互作角度阐述植物根系分泌物与根际细菌群落相互影响对土壤Cd的钝化作用。最后展望重金属胁迫下植物根际钝化Cd核心菌群的构建,以在新兴学科与技术的快速发展中探明植物根系-微生物互作体系的分子机制,深入开展植物根际细菌钝化修复重金属污染土壤的理论研究和实践。     

DREB转录因子与植物非生物胁迫抗性研究进展

干旱、高盐、低温等非生物逆境胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量。转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫的响应方面起着重要作用。DREB类转录因子即干旱应答元件结合蛋白是AP2/EREBP转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异结合,在非生物逆境胁迫条件下调节一系列下游胁迫诱导逆境应答基因的表达,从而提高植物耐逆性。就DREB转录因子的结构特点、表达调控以及提高转基因植株胁迫耐受性的最新研究成果进行了评述。     

植物源挥发性有机物的生态意义(综述)

植物释放的挥发性有机气体(volatile organic compounds, VOCs)在对流层大气中通过一系列氧化还原反应,改变大气的化学组成,对臭氧合成、一氧化碳生成、甲烷氧化等有重要作用,其氧化物质对区域乃至全球的环境和气候都产生一定的影响。本文综述植物释放的VOCs对大气化学、温室效应、光化学烟雾的影响;介绍VOCs释放机制、合成途径及排放速率;对今后研究方向和大面积种植林木、城市绿化提出建议。