外源褪黑素与钙离子互作对高温胁迫下黄瓜幼苗过氧化伤害的缓解效应

为了探明褪黑素(MT)和钙离子(Ca²⁺)在调控植物耐热性中是否存在互作关系,以黄瓜幼苗为试材,分析了内源MT和Ca²⁺对高温胁迫的响应;并通过叶面喷施100 μmol·L^-1 MT、10 mmol·L^-1 CaCl₂、3 mmol·L^-1乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA,Ca²⁺螯合剂)+100 μmol·L^-1 MT、0.05 mmol·L^-1氯丙嗪(钙调素拮抗剂,CPZ)+100 μmol·L^-1 MT、100 μmol·L^-1氯苯丙氨酸(p-CPA,MT合成抑制剂)+10 mmol·L^-1 CaCl₂和去离子水(H₂O),研究高温下(42/32 ℃)外源MT和Ca²⁺对黄瓜幼苗活性氧积累、抗氧化系统及热激转录因子(HSF)和热激蛋白(HSPs)等的影响。结果表明: 黄瓜幼苗内源MT和Ca²⁺均受高温胁迫诱导;外源MT可上调常温下钙调素蛋白(CaM)、钙依赖蛋白激酶(CDPK5)、钙调磷酸酶B类蛋白(CBL3)、CBL结合蛋白激酶(CIPK2)mRNA表达;CaCl₂处理的MT合成关键基因色氨酸脱羧酶(TDC)、5-羟色胺-N-乙酰转移酶(SNAT)和N-乙酰-5-羟色胺甲基转移酶(ASMT)水平也显著升高,MT含量快速增加。MT和CaCl₂可显著增强高温下黄瓜的抗氧化能力,减少活性氧(ROS)积累,同时上调HSF7、HSP70.1和HSP70.11 mRNA表达,从而减轻高温胁迫引起的过氧化伤害,植株热害症状明显减轻,热害指数和电解质渗漏率显著降低。加入EGTA和CPZ后,MT对黄瓜幼苗抗氧化能力和热激蛋白表达的促进效应明显减弱,Ca²⁺对高温下黄瓜幼苗过氧化伤害的缓解效应也被p-CPA逆转。可见,MT和Ca²⁺均可诱导黄瓜幼苗的耐热性,二者在热胁迫信号转导过程中存在互作关系。     

钙与脱落酸对干旱胁迫下黄瓜幼苗光合及相关酶活性的影响

为探讨在干旱胁迫下钙与脱落酸对黄瓜幼苗光合作用及相关酶活性的影响,以黄瓜为试材,正常营养液栽培为对照,利用PEG-6000(聚乙二醇)营养液添加模拟干旱胁迫,设干旱胁迫条件下幼苗叶片喷施清水、脱落酸(ABA)、CaCl₂+ABA、LaCl₃(钙离子通道抑制剂)+ABA及EGTA(钙离子螯合剂)+ABA等5个处理.结果表明: 干旱胁迫抑制了黄瓜幼苗的营养生长、降低了幼苗叶片的抗氧化酶和硝酸还原酶活性,以及光合作用和荧光参数等,通过叶面喷施ABA减小了幼苗叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,以及光合作用(P_n、g_s)和荧光参数(F_v′/F_m′、q_P和ETR)的下降幅度,有效缓解了干旱胁迫对植株造成的伤害;喷施CaCl₂+ABA显著促进了ABA的这种正向缓解作用,而喷施LaCl₃+ABA和EGTA+ABA都没有表现出促进作用.     

外源Ca2+对PEG处理下转C4型PEPC基因水稻光合生理的调节

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)通过固定二氧化碳参与光合作用, 是关键的C₄植物光合作用酶。为了揭示高光效转C₄ PEPC基因水稻(Oryza sativa)对干旱胁迫的适应机理, 以高表达转C₄ PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为供试材料, 在植株的4-5叶期, 使用不同浓度外源CaCl₂溶液处理, 测定在15%聚乙二醇6000 (polyethylene glycol-6000, PEG-6000)胁迫下叶片相对含水量、光合参数、内源钙总含量、叶片总蛋白激酶活性、PEPC酶活性以及相关基因表达和蛋白质含量。结果表明, 0.5 mmol∙L^-1 CaCl₂明显提高PC叶片相对含水量(P<0.05), 2 mmol∙L^-1和10 mmol∙L^-1 CaCl₂则作用不显著, 对WT则影响不显著。不同浓度钙处理对PEG处理PC的净光合速率影响不显著, 而通过维持气孔导度减少水分胁迫。内源总钙浓度的数据显示, 在PEG6000处理下, PC具有维持稳定内源Ca²⁺浓度的能力, 过高浓度(10 mmol∙L^-1 CaCl₂)钙处理反而降低了PEPC酶活性、PEPC基因表达和可溶性蛋白的含量。     

外施Ca2+、ABA及H3PO4对盐碱胁迫的缓解效应

分别对300mmol·L^-1NaCl和100mmol·L^-1Na₂CO₃盐碱胁迫下的羊草苗进行以不同方式施加Ca²⁺、ABA和H₃PO₄等缓解胁迫处理.结果表明,外施Ca²⁺、ABA和H₃PO₄明显缓解了盐碱对羊草生长的抑制作用.叶面喷施效果好于根部处理;施用Ca(NO₃)₂效果好于施用CaCl₂效果;混合施用CaCl₂和ABA的效果比单独施用ABA或CaCl₂的效果好.     

钙对中华猕猴桃果实采后乙烯释放和呼吸的影响

不同浓度(0.2 mol/L、0.5 mol/L 0.8 mol/L) CaCl₂溶液真空渗透处理对中华猕猴桃果实采后乙烯释放都有明显的抑制作用,其中0.5 mol/L Ca²⁺处理尤为显著,采后5天果实仍保持极低水平的内源乙烯,乙烯峰也延迟2~4天出现。不同品种间没有明显差异。试验结果还表明,Ca²⁺处理对果实采后呼吸不存在明显的抑制作用,但不同品种间有一定差异。     

复苏植物旋蒴苣苔C2结构域小蛋白BhC2DP1参与植物对ABA的反应

为揭示植物抗旱的调控机理, 对复苏植物旋蒴苣苔(Boea hygrometrica)的一个编码C2结构域小蛋白的基因BhC2DP1进行研究。Real-time PCR和Pro_BhC2DP1:GUS报告基因检测显示, 该基因只在干旱早期和外源Ca²⁺处理0.5小时时受诱导表达; 分别施加Ca²⁺螯合剂EGTA和逆境激素ABA均抑制该基因表达, 但二者同时处理则显著诱导其表达, 表明ABA对该基因转录水平的调控是Ca²⁺依赖型的。过表达BhC2DP1的拟南芥(Arabidopsis thaliana)对ABA的敏感性增强, EGTA处理可消除其与野生型的差异, 表明Ca²⁺是BhC2DP1蛋白参与ABA反应所必需的。综上所述, ABA和Ca²⁺信号途径的精细调控可能是决定干旱诱导旋蒴苣苔中BhC2DP1基因表达时间、丰度和功能的重要机制。     

低氧应激下甘肃鼢鼠与SD 大鼠心脏抗氧化酶和ATP 酶活性的比较

为探讨低氧应激下甘肃鼢鼠心脏对抗氧化损伤和电生理紊乱的可能机制,对甘肃鼢鼠和SD 大鼠在4. 5%氧浓度下分别进行2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、16 h 低氧应激,比较常氧和各时程低氧下二者心脏超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)和Ca^{2 +} - ATP 酶、Ca^{2 +} - Mg^{2 +} - ATP 酶、Na ⁺ - K ⁺ - ATP酶活性,以丙二醛(MDA)含量作为机体氧化损伤指标。结果显示,常氧组甘肃鼢鼠GR 活性比SD 大鼠高,SOD、CAT、Ca^{2 +}-ATP 酶、Ca^{2 +} - Mg^{2 +} - ATP 酶和Na ⁺ - K ⁺ - ATP 酶活性及MDA 含量与SD 大鼠相比均无显著性差
异;低氧组甘肃鼢鼠SOD、CAT、GR、Ca^{2 +} - ATP 酶、Ca^{2 +} - Mg^{2 +} - ATP 酶和Na ⁺ - K ⁺ - ATP 酶活性迅速升高,显著高于SD 大鼠,MDA 含量则显著低于SD 大鼠。说明甘肃鼢鼠心脏通过提高抗氧化酶活性清除低氧诱导产生的多余自由基,并通过提高ATP 酶活性保证心电活动正常、心率稳定,应对低氧应激。     

盐胁迫下外源褪黑素和Ca2+对甜瓜幼苗的缓解效应

以甜瓜品种‘羊角酥瓜’为试材,利用人工气候室控制环境条件(昼/夜25/18 ℃),研究盐胁迫条件下外源褪黑素(MT)和Ca²⁺对甜瓜幼苗根系和叶片中Cl^-、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺离子含量,Na⁺/K⁺、 Na⁺/Ca²⁺、Na⁺/Mg²⁺值,以及H⁺-ATP酶活性、渗透调节物质积累和细胞膜质过氧化的影响.结果表明: 与对照相比,盐胁迫处理显著抑制甜瓜幼苗生长,增加根系和叶片中Cl^-、Na⁺含量,降低K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺含量.盐胁迫下,喷施外源MT或Ca²⁺处理均可以显著降低甜瓜根系和叶片中Cl^-、Na⁺含量,提高K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺含量,植株体内Na⁺/K⁺、Na⁺/Ca²⁺和 Na⁺/Mg²⁺值下降;同时也提高了根系和叶片H⁺-ATP酶活性及叶片渗透调节物质的含量,降低盐胁迫对细胞膜的伤害,表现在甜瓜叶片相对电导率和丙二醛含量降低.总之,在盐胁迫条件下,外源MT、Ca²⁺单独和复配处理均可通过提高H⁺-ATP酶活性来降低盐害离子的含量,改善甜瓜幼苗中的离子平衡,同时增加渗透调节物质的含量,降低膜质过氧化水平,从而增强其对盐胁迫的适应性,其中MT和Ca²⁺复配处理时的效果更好.复配外施 MT 和Ca²⁺在诱导甜瓜幼苗提高耐盐方面具有协同增效作用.     

CO2加富下水氮耦合对黄瓜叶片光合作用和超微结构的影响

以‘津优35号’黄瓜为试材,采用裂区-再裂区设计,研究了CO₂加富下水氮耦合对黄瓜叶片光合作用和超微结构的影响.主区设大气CO₂浓度(400 μmol·mol^-1,A)和加富CO₂浓度(800±20 μmol·mol^-1,E)2个CO₂浓度处理,裂区设无干旱胁迫(田间持水量的95%,W)和干旱胁迫(田间持水量的75%,D)2个水分处理,再裂区设施氮量450 kg·hm^-2(低氮,N₁)和900 kg·hm^-2(高氮,N₂)2个氮素处理.结果表明: 在干旱和高氮条件下,CO₂加富提高了黄瓜的株高,且使高氮下的叶面积显著增加.正常灌溉条件下,高氮处理的光合速率、气孔导度和蒸腾速率高于低氮处理,而干旱条件下则相反;CO₂加富提高了黄瓜叶片的水分利用效率,并且随着施氮量的增加,其水分利用效率提高.干旱胁迫下,黄瓜近轴面气孔密度增加,而CO₂加富和高氮却显著降低了气孔密度.高氮处理增加了黄瓜叶片叶绿体数量而减少了淀粉粒数量,干旱胁迫使叶绿体数量减少,但使淀粉粒数量呈上升趋势.干旱胁迫增加了叶绿体长度和宽度,显著增加了淀粉粒的大小,而高氮降低了叶绿体和淀粉粒的长度和宽度.CO₂加富和高氮均使基粒厚度和片层数增加(ADN₂除外),并且EDN₂处理的片层数显著高于ADN₂.综上所述,CO₂加富和适宜的水、氮条件能促进黄瓜叶片叶绿体类囊体膜系的发育,显著增加基粒厚度和基粒片层数,有效改善黄瓜的叶绿体结构,增强光合性能,提高黄瓜植株对CO₂和水、氮的吸收利用能力.     

外源ATP对油菜幼苗耐寒性的影响

以“陇油7号”油菜为实验材料,研究了外源ATP对油菜幼苗耐寒性的影响。结果表明:与单独低温胁迫相比,外源ATP预处理再进行低温胁迫后,油菜幼苗MDA含量、O₂^-.含量均显著降低,而叶绿素含量、抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT、APX)和RBOHD、RBOHF、CPK4、CPK5基因表达均增加;与外源ATP+低温相比,EGTA+外源ATP+低温处理下,MDA含量显著增加,总叶绿素含量、T-AOC酶活性、RBOHD、RBOHF基因表达均显著下降,DMTU+外源ATP+低温处理下,MDA含量显著增加,总叶绿素含量、Ca²⁺-ATPase酶活性、CPK4、CPK5基因表达均下降,表明外源ATP通过Ca²⁺和H₂O₂依赖性机制影响油菜幼苗的耐寒性。     

钙对盐胁迫下冰叶日中花不同器官离子含量和根部K~+、Na~+吸收的影响

以冰叶日中花(Mesembryanthemum crystallinum L.)实生苗为材料,经NaCl、NaCl+ CaCl_2、NaCl+LaCl_3处理后,利用电感耦合等离子发射光谱仪检测叶、茎、根中Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量,计算K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+和Mg~(2+)/Na~+比值,利用非损伤微测技术测定根尖Na~+流和K~+流,研究盐胁迫下钙在维持离子平衡中的作用。结果显示,NaCl处理后,冰叶日中花各器官中Na~+含量增加,K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量降低,离子比值降低;CaCl_2处理降低了Na~+含量,提高了K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量,离子比值升高,而LaCl_3处理后的结果相反。经NaCl处理24 h后,冰叶日中花根尖Na~+和K~+明显外流,加入CaCl_2后,Na~+外流速度显著增加,K~+外流速度受到抑制,而加入LaCl_3后则降低了Na~+的外流速度,促进了K~+的外流。研究结果表明冰叶日中花受到盐胁迫后,钙参与了促进根部Na~+外排、抑制K~+外流的过程,进而保持各器官中较低的Na~+含量,表明钙在维持和调控离子平衡中起到重要作用。     

24-表油菜素内酯对干旱胁迫下辣椒幼苗叶片抗氧化酶系统及耐旱相关基因表达的影响

报道了干旱胁迫下外源24-表油菜素内酯（EBR）对辣椒幼苗叶片H₂O₂和MDA含量,抗氧化酶活性,以及耐旱相关基因表达的影响。结果表明,0.1 μmol·L^-1 EBR处理诱导了辣椒幼苗叶片H₂O₂含量的增加,并提高了SOD、APX、CAT、DHAR、MDAR和GR活性;干旱胁迫下,EBR处理显著诱导了辣椒叶片抗氧化酶活性的增加,并抑制了H₂O₂和MDA含量的上升;EBR处理也促进了cAPX和MDAR等抗氧化酶基因的表达,以及WRKY3、WRKY6和MYB等转录因子的表达。由此认为,适宜浓度的外源EBR可能是通过信号分子H₂O₂调控辣椒叶片中WRKY和MYB等转录因子的表达以调控相关耐旱基因表达,增强细胞的抗氧化酶活性,减轻干旱造成的膜质过氧化伤害,从而增强了辣椒幼苗的耐旱性。     

Ca2+参与H2O2促进盐碱混合胁迫下燕麦种子的萌发和成苗

盐碱胁迫是制约作物高产优质的重要因素,Ca²⁺和H₂O₂作为信号分子参与作物逆境响应调节。为了解Ca²⁺是否参与H₂O₂对盐碱胁迫下植物种子萌发和成苗的调控,以燕麦（Avena nude）为试验材料,采用隶属函数分析方法,研究了胞外游离Ca²⁺螯合剂EGTA、质膜Ca²⁺通道阻断剂LaCl₃和液泡膜Ca²⁺释放抑制剂钌红（RR）与H₂O₂共处理对盐碱混合（NaCl：Na₂SO₄：NaHCO₃：Na₂CO₃=12：8：9：1）胁迫下种子萌发和成苗的影响。结果表明,25~200 mmol·L^-1盐碱混合胁迫显著抑制燕麦的种子萌发和成苗,抑制程度随浓度提高而增强;0.001~2 mmol·L^-1 H₂O₂能够促进燕麦种子的萌发和成苗,且0.5 mmol·L^-1 H₂O₂可以显著缓解75 mmol·L^-1盐碱混合胁迫对燕麦种子萌发和成苗的抑制作用;而EGTA、LaCl₃和RR均能消减H₂O₂对盐碱混合胁迫下燕麦种子萌发和成苗的促进作用。表明Ca²⁺参与H₂O₂促进盐碱混合胁迫下燕麦种子萌发和成苗的信号转导过程。     

外源钙离子对盐胁迫玉米气孔特征、光合作用和生物量的影响

探讨盐胁迫下玉米气孔特征、光合作用和生物量对外源钙离子的响应,有助于深入理解添加外源钙离子(Ca²⁺)缓解玉米盐胁迫的作用机理.以‘京科665’品种为试材,研究了NaCl胁迫下(100 mmol·L^-1)添加不同浓度外源Ca²⁺(0、5、10、20、40、80 mmol·L^-1)对玉米幼苗气孔特征、光合作用和生物量的影响.结果表明: 不同Ca²⁺浓度对盐胁迫下玉米的气孔密度影响不大,但显著减小了气孔形状指数、气孔面积、气孔长度、气孔宽度和气孔周长.同时,随着外源Ca²⁺浓度的逐渐提高,玉米叶片的净光合速率(P_n)呈先升高后降低的趋势,且气孔导度(g_s)和胞间CO₂浓度(C_i)均显著降低,表明不同浓度Ca²⁺通过改变玉米气孔结构特征进一步限制光合作用过程,最终导致P_n降低.另外,外源Ca²⁺促进盐胁迫下玉米幼苗生物量增加,但根冠比显著降低,表明盐胁迫下添加外源Ca²⁺对地上部分的缓解作用大于地下部分.     

盐胁迫下根瘤共生豌豆植株对外源钙的生理响应

为明确外源钙对根瘤共生豌豆植株耐盐性的影响机制,本试验采用盆栽方式研究了NaCl (170 mmol·L^-1)胁迫下,外源施加CaCl₂(0、5、15 mmol·L^-1)对接种根瘤菌(菌株15657、15735、Ca66)的两种耐盐性不同品种豌豆(定豌8号、陇豌6号)植株生理指标的影响。结果表明: 接种根瘤菌、施加CaCl₂或接种根瘤菌后施加CaCl₂均提高了豌豆植株的生物量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量,降低了丙二醛(MDA)含量;接种根瘤菌后施加15 mmol·L^-1 CaCl₂显著提高了豌豆植株的生物量、POD活性和Pro含量。接种与豌豆植株匹配性较好的15735菌株并施加CaCl₂对豌豆在盐胁迫下各指标的影响相对较小,接种匹配性差的菌株(156567、Ca66)并施加CaCl₂影响较大。经隶属函数综合分析表明,接种根瘤菌后施加CaCl₂的豌豆植株表现出较强的耐盐性,接种15735菌后施加15 mmol·L^-1 CaCl₂的定豌8号隶属函数值为0.814,耐盐性最强。本研究表明,相比接种根瘤菌和施加CaCl₂处理,接种根瘤菌后施加CaCl₂可更有效地提高盐胁迫下豌豆植株的抗氧化酶活性,增强渗透调节能力,降低膜脂过氧化伤害,从而提高豌豆植株的耐盐性。     

Glycinebetaine-induced modulation of antioxidant enzymes activities and ion accumulation in two wheat cultivars differing in salt tolerance

Modulation of water relations, activities of antioxidant enzymes and ion accumulation was assessed in the plants of two wheat cultivars S-24 (salt tolerant) and MH-97 (moderately salt sensitive) subjected to saline conditions and glycinebetaine (GB) applied foliarly. Different levels of GB, i.e., 0 (unsprayed), 50 and 100 mM (in 0.10% Tween-20 solution) were applied to the wheat plants at the vegetative growth stage. Leaf water potential, leaf osmotic potential and turgor potential were decreased due to salt stress. Salt stress increased the Na⁺ and Cl⁻ accumulation coupled with a decrease in K⁺ and Ca²⁺ in the leaves and roots of both cultivars thereby decreasing tissue K⁺/Na⁺ and Ca²⁺/Na⁺ ratios. Furthermore, salt stress decreased the activities of superoxide dismutase (SOD), whereas it increased the activities of catalase (CAT) and peroxidase (POD) in both wheat cultivars. However, accumulation of GB in the leaves of both wheat cultivars was consistently increased with an increase in concentration of exogenous GB application under both non-saline and saline conditions. Accumulation of Na⁺ was decreased with an increase in K⁺ accumulation upon a consistent increase in GB accumulation under salt stress conditions thereby resulting in better K⁺/Na⁺ and Ca²⁺/Na⁺ ratios in the leaves and roots. High accumulation of GB and K⁺ mainly contributed to osmotic adjustment, which is one of the factors known to be responsible for improving growth and yield under salt stress. The activities of all antioxidant enzymes, SOD, CAT and POD were enhanced by GB application in cv. MH-97 under saline conditions, whereas all these except SOD were reduced in cv. S-24. It is likely that both applied GB and intrinsic SOD scavenged ROS in the tolerant cultivar thereby resulting into low activities of CAT and POD enzymes under salt stress. In conclusion, the adverse effects of salt stress on wheat can be alleviated by the exogenous application of 100 mM GB by modulating activities of antioxidant enzymes and changes in water relations and ion homeostasis. Furthermore, effectiveness of GB application on regulation of activities of antioxidant enzymes was found to be cultivar-specific.     

外源表油菜素内酯对NaHCO3胁迫下黄瓜幼苗生长及氧化还原平衡的影响

以‘津研四号’黄瓜为试材,以30 mmol·L^-1NaHCO_3模拟盐碱环境,采用水培法研究了0.2μmol·L^-1外源2,4表油菜素内酯(2,4-epibrassinolide,EBR)对盐碱胁迫下黄瓜幼苗生长和活性氧代谢的影响.结果表明:NaHCO_3胁迫显著诱导了叶片及根系中O2-·的产生和H_2O_2的积累,导致丙二醛含量和电解质渗透率提高.NaHCO_3胁迫下,超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶、脱氢抗坏血酸还原酶、单脱氢抗坏血酸还原酶、谷胱甘肽还原酶活性及还原型抗坏血酸、还原型谷胱甘肽含量随胁迫时间延长呈现先升后降的趋势.外源EBR显著提高了NaHCO_3胁迫下黄瓜叶片和根系中抗氧化酶活性、抗氧化物质的含量以及As A/DHA(双脱氢抗坏血酸)和GSH/GSSG(氧化型谷胱甘肽)比值,维持了植株内的氧化还原平衡,降低了活性氧积累水平,缓解了膜脂过氧化,从而提高了黄瓜幼苗的盐碱耐受性.