胡杨细胞和组织结构与其耐盐性关系的研究

The characteristics of the cell and organ structures of Populus euphratica Oliv. in relation to salt and osmotic tolerance were compared with those of P. tomentosa Cart. in vitro under the electron and light microscopic observation. P. euphratica exhibited characteristic structure which was associated with salt stress. It had well-developed epidermis and exodermis in the root tip and poorly developed conducting tissue in leaf. Root hairs were formed closer to the root tips. AsP. euphratica were stressed with salt and PEG, more abundance of chondriosomes and plastids in the cytoplasm and more containing substance in the plastid were observed and the osmophilic substance was obviously displayed in the cytoplasm and in the posterior margin of the vacuole. The filamentous structure, bigger nucleus and nucleolus were visualized in the stressed suspension-cultured cells of P. euphratica. The meristemic cells in the root tip of P. euphratica could maintain their structure when the plant was subjected to 8 g/L NaCl stress. It was also demonstrated that the cell wall and plasmalemma of P. euphratica were tightly combined as a dentate form, explaining why the cell could endure severe salt or osmotic stress and resist to plasmolysis indicating that P. euphratica possesses a solid structure base as a defense to salt stress.     

NaCl胁迫下胡杨(Populus euphratica)和群众杨(P.popularis)抗氧化能力及耐盐性

在盐浓度逐渐提高的胁迫条件下,对抗盐的胡杨(Populus euphratica)和盐敏感的群众杨(P.popularis35~44)1年实生苗木叶片中Na 、Cl-水平、O2-.产生速率以及抗氧化酶:超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)的动态变化以及抗盐性进行了研究。结果表明,在盐浓度不断提高的胁迫条件下,群众杨叶片中Na 、Cl-浓度持续增加,盐胁迫18d时,群众杨叶中Na 、Cl-含量分别达到对照的17.8和14.6倍,此时O2-.产生速率也达到最高水平。而在盐胁迫期间,群众杨叶片SOD活性没有明显提高,CAT活性维持在对照水平以下,只有APX和GR活性在盐胁迫13~18d,即盐害症状出现前才有所上升,属于典型的盐害反应。胡杨与群众杨明显不同:在盐胁迫初期,胡杨叶片Na 、Cl-含量虽然没有明显的变化,但胡杨叶片中O2-.产生速率在盐胁7d时明显提高,SOD、APX、CAT活性也都先后相应上升,表明胡杨能响应盐胁迫并上调SOD、APX和CAT等保护酶类,降低盐诱导的膜脂过氧化,从而减少了电解质外渗,最终提高了树木的抗盐性。     

胡杨无性系幼苗响应盐胁迫的miRNA表达差异研究

植物miRNA在调控基因表达、细胞周期、生物体发育、抗逆等方面起重要作用。为研究胡杨(Populus euphratica Oliv.)的耐盐机制,以1年生胡杨无性系幼苗为材料,构建具有空间代表性的盐胁迫胡杨cDNA文库,利用二代测序技术测定NaCl胁迫下和正常培养条件下胡杨叶和根miRNA表达情况。结果表明,不同的miRNA之间表达量存在明显差异,表达丰度最高的miRNA有miR156、miR157、miR165、miR166和miR167等,合计占总表达量的90%以上。胡杨根部存在特异表达的miRNA,在整个耐盐调控机制中发挥着生理调节、分子调控和信号传导等极为重要的作用。盐处理样品中发现大量响应盐胁迫的miRNA,对这些转录因子进行靶基因预测和注释后,发现很多盐胁迫响应的miRNA与NAC和SPL等重要转录因子家族相关,与前人的结论一致,另外还发现许多miRNA的调控对象是ATP酶和激素响应因子。     

NaCl胁迫下胡杨（Populus euphratica）和群众杨(P.popularis)抗氧化能力及耐盐性

在盐浓度逐渐提高的胁迫条件下,对抗盐的胡杨（Populus euphratica）和盐敏感的群众杨（P.popularis 35~44）1年实生苗木叶片中Na⁺、Cl^-水平、O₂^-•产生速率以及抗氧化酶：超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽还原酶（GR）的动态变化以及抗盐性进行了研究。结果表明,在盐浓度不断提高的胁迫条件下,群众杨叶片中Na⁺、Cl^-浓度持续增加,盐胁迫18d时,群众杨叶中Na⁺、Cl^-含量分别达到对照的17.8和14.6倍,此时O₂^-•产生速率也达到最高水平。而在盐胁迫期间,群众杨叶片SOD活性没有明显提高,CAT活性维持在对照水平以下,只有APX和GR活性在盐胁迫13~18d,即盐害症状出现前才有所上升,属于典型的盐害反应。胡杨与群众杨明显不同：在盐胁迫初期,胡杨叶片Na⁺、Cl^-含量虽然没有明显的变化,但胡杨叶片中O₂^-•产生速率在盐胁7d时明显提高,SOD、APX、CAT活性也都先后相应上升,表明胡杨能响应盐胁迫并上调SOD、APX和CAT等保护酶类,降低盐诱导的膜脂过氧化,从而减少了电解质外渗,最终提高了树木的抗盐性。     

胡杨种子萌发对温光条件和盐旱胁迫的响应特征

以胡杨(Populus euphratica)种子为材料,分别设置光照(连续光照、12h光照/12h黑暗、连续黑暗)温度(10/15℃、15/20℃、20/25℃、25/30℃、30/35℃和35/40℃)试验、PEG6000渗透胁迫(0、-0.1、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8、-1.0、-1.2、-1.4和-1.6MPa)试验和NaCl胁迫(0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60和0.80mol/L)试验,考察室内种子萌发对温度、光照和盐旱胁迫的敏感性,揭示胡杨种子萌发阶段对生境资源的适应策略。结果显示:(1)胡杨种子在温度(10℃/15℃~35℃/40℃)与连续光照、连续黑暗和12h光照/12h黑暗组合处理条件下均能萌发,且最终种子萌发率均能达到77%以上;3种光照条件下,种子萌发的最适温度范围均为25℃/30℃~30℃/35℃,在该温度范围种子萌发表现出快速、集中的特点,且3种光照条件对种子萌发的影响无显著差异。(2)胡杨种子可以在-1.4~0 MPa渗透势溶液中萌发,而在-1.0~0 MPa间最终萌发率均达到90%以上,且相互之间无显著差异;但当渗透势低于-0.4 MPa时胡杨种子萌发进程和萌发速率受到显著影响,当溶液渗透势低于-1.2 MPa时种子萌发受到显著抑制。(3)胡杨种子可以在0~0.80mol/L NaCl溶液中萌发,而最终萌发率、萌发速率均随着NaCl溶液浓度的增高逐渐降低,但在0~0.20mol/L范围内无显著差异;当NaCl溶液浓度大于0.20mol/L时,种子最终萌发率、种子萌发进程和萌发速率均受到显著抑制,萌发高峰期逐渐向后推移。研究结果表明,胡杨种子萌发时温度比较宽泛,对光照无严格要求,适宜温度下萌发快速集中,且萌发时对盐旱胁迫具有一定程度的忍耐性。这些特性有助于胡杨种子充分利用有限的水分条件而快速完成萌发,是胡杨种子萌发对干旱荒漠地区干旱少雨环境的一种生态适应策略。     

胡杨(Populus euphratica Oliv)的耐盐性

文章对胡杨耐盐性的研究进展进行了介绍。     

盐旱交叉胁迫对灰胡杨(Populus pruinosa)幼苗生长和生理生化特性的影响

以一年生灰胡杨幼苗为试验材料,利用田间控盐控水的方法,进行干旱和盐胁迫试验,通过测定生长和生理生化指标探讨幼苗在盐旱交叉胁迫下的生长发育及适应规律,旨在阐明干旱及盐交叉胁迫下植物抗旱抗盐机理。研究结果表明:在盐、旱及交叉胁迫下,灰胡杨幼苗抗氧化酶活性、MDA和脯氨酸含量与对照存在显著差异(P0.05)。(1)在8、11 g/L和15 g/L盐处理下,灰胡杨幼苗相对高生长、相对枝长和冠幅增量均受到抑制,且差异显著(P0.05),而干旱胁迫和盐旱交互胁迫下差异不显著。(2)在盐胁迫、盐旱交叉胁迫下,随着胁迫程度的加重,抗氧化酶SOD、POD、CAT活性表现出先增加后降低的趋势,三者协调一致;仅干旱胁迫时,抗氧化酶SOD、POD、CAT活性显著增加;(3)在盐、旱及其盐旱交叉胁迫下,脯氨酸含量呈上升趋势,MDA含量则表现出先降低后升高趋势,这与抗氧化酶活性先升高后降低的趋势相对应。因此,抗氧化酶活性对缓解脂膜过氧化的伤害具有一定限度,MDA含量与抗氧化酶活性呈负相关,灰叶胡杨幼苗在盐旱交叉胁迫下表现出一定的耐性。     

盐胁迫下胡杨cDNA文库的构建及其nhx基因的克隆

采用CTAB法提取经600 mmol·L^-1 NaCl胁迫处理后的胡杨总RNA,利用SMART技术构建载体为λTriplEx2的盐胁迫条件下胡杨的表达型cDNA文库（SSL）。文库的滴度为1.2×10⁶ pfu·ml^-1,重组率约为90.6%,扩增后的滴度为3×10⁹ pfu·ml^-1,容量约为2.4×10¹¹。插入片段长度均大于400 bp,平均长度约为790 bp。从文库中随机挑选32个阳性克隆进行3′端测序,并将测序结果通过NCBI (National Center for Biotechnology Information) 数据库进行比较,发现有23个EST序列与已知序列有明显的同源性,而其余的与NCBI中的已知序列相似性较低（e值>10^-4）,可能是未知基因。其中序列SSL061、SSL179与脱水素序列有较高的序列一致性。同时合成引物,通过PCR扩增文库的方法,从中筛选获得存在于植物细胞膜上并在植物受盐胁迫时起重要作用的nhx基因,进一步验证了文库的质量。     

胡杨谷胱甘肽过氧化物酶PeGPX基因的克隆及转化植株耐盐性分析

胡杨(Populus euphratica Oliv.)具有极强抗盐碱能力。本实验室前期胡杨微阵列芯片数据结果显示:盐胁迫下,胡杨谷胱甘肽过氧化物酶基因(PeGPX)的转录上调,暗示该基因可能对胡杨耐盐性具有一定的作用。为分析 GPX 对植物耐盐性的贡献,本研究以胡杨为材料,利用 RT-PCR 方法克隆了胡杨谷胱甘肽过氧化物酶PeGPX基因,并在烟草中过量表达该基因,以分析谷胱甘肽过氧化物酶活性与植物耐盐性的关系。研究结果显示,实验中克隆的 cDNA (PeGPX)编码谷胱甘肽过氧化物酶,其 ORF 为 693 bp,其蛋白由 231 个氨基酸编码。过量表达 PeGPX 基因的烟草与野生型烟草的耐盐性实验结果显示,野生型烟草植株在加 NaCl(200 mmol/L)的 MS 培养基中生长 15 d 后,无明显的长高,且不长根;而转基因烟草在同样的加盐培养基上,生长基本没有受到抑制,植株生长状态良好,并且能够长根。光合数据显示,在盐胁迫下过量表达 PeGPX 基因烟草的净光合速率受到影响明显小于野生型烟草的净光合速率。酶活数据显示,转基因株系 GPX 酶活与野生型的相比在盐胁迫下活性有非常显著的提高。我们的研究结果说明:过表达 PeGPX 基因使得烟草的耐盐性得到显著提高,这对深入研究PeGPX基因在胡杨耐盐机制中的作用具有重要的意义。高,这对深入研究PeGPX基因在胡杨耐盐机制中的作用具有重要的意义。     

胡杨、灰叶胡杨生物生态学特性调查

对胡杨、灰叶胡杨6个不同居群的分布、生境概况、生物学、生态学特性进行了调查,研究结果表明生境条件不同,居群的开花物候期、生长发育状况、花果产量、种子繁殖和营养繁殖以及群落的结构、繁茂程度等有所不同。地下水位在3～7m的居群,生长发育不良,种子繁殖和营养繁殖率很低,群落年龄结构老化,居群呈衰退趋势,影响因素是地下水位、土壤水分和土壤盐分的变化;地下水位在1．5～2．5m的居群,生长正常,花果产量高。胡杨、灰叶胡杨在所处各群落中均为建群种,群落垂直结构一般分为3层,群落水平结构的不郁闭性和林窗现象普遍。     

盐胁迫下胡杨愈伤组织生理生化特性

目的：探讨胡杨愈伤组织的耐盐性与生理生化指标的关系。方法：不同浓度NaCl胁迫下,对胡杨愈伤组织的丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及酯酶同工酶、过氧化物酶同工酶、超氧化物歧化酶同工酶酶谱进行研究。结果：随着盐浓度的增加,丙二醛（MDA）含量逐渐升高;从三种保护酶活性来看,过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性均呈先上升后下降的趋势,在70mmol/L NaCl胁迫下达到最高值,POD、CAT酶活分别为2748u/g．min和152u/g．min,分别比对照高104％和72％;超氧化物歧化酶（SOD）活性则呈先降低后稍上升的趋势,总体均比对照低。过氧化物酶同工酶的第2、3条酶带在70mmol/L NaCl胁迫下颜色最深,且酶带较宽;超氧化物歧化酶同工酶的第1条酶带仅在未经盐胁迫时存在,说明该酶带所代表的酶对盐很敏感;第4条酶带随盐胁迫浓度加大先消失后出现,可能是愈伤组织逐渐适应盐胁迫的结果。结论：经盐胁迫的胡杨愈伤组织中,POD和CAT酶主要起保护作用;结合同浓度盐胁迫下愈伤组织的形态观察,总体上看,胡杨愈伤组织能较好地耐受70mmol/L NaCl。     

胡杨转基因体系的建立

胡杨（Populus euphratica）是唯一能在沙漠里生长的高大乔木树种,建立其转基因体系可为胡杨抗逆分子机制与应用技术研究提供基本方法。通过研究农杆菌介导的胡杨转GUS基因的技术体系得出以下结论：（1）胡杨再生植株体系,叶片在附加1.0μmol·L^-1 6-BA和5.0μmol·L^-1NAA的1/2MS培养基上不定芽诱导率较高;（2）转基因体系,胡杨叶片在含100μmol·L^-1乙酰丁香酮的OD600值为0.4-0.6的根癌农杆菌菌液中浸染15分钟,共培养2天,GUS基因转化效率较高;（3）转基因植株抗生素筛选,转GUS基因胡杨叶片用300mg·L^-1头孢霉素抑制农杆菌生长,在含9mg·L^-1G418的培养基上诱导不定芽以获得转基因的抗性植株。     

胡杨、灰叶胡杨开花生物学特性研究

从居群水平研究了胡杨、灰叶胡杨不同居群的开花物候特征.结果表明:胡杨、灰叶胡杨各居群均表现为雄株开花物候早于雌株,一般可授期开始较散粉期晚1～4 d,结束较散粉期晚2～5 d,并且居群散粉期和可授期的重叠期较长.在同一居群内,胡杨、灰叶胡杨同性单株间开花期的不一致性较高.两个种相比较,胡杨居群的开花进程比灰叶胡杨居群早2～5 d,并且从每日开花株数累积分布来看,胡杨散粉期、可授期为双峰型,灰叶胡杨为单峰型.     

甘肃省的胡杨林

胡杨(Populus euphratica)林是荒漠地区特有的珍贵森林资源,甘肃省的荒漠地区也有分布,但最近几十年来由于遭到人们乱砍滥伐和毁林开荒的严重毁坏,如今所剩下的胡杨林已经不多。在所剩下的胡杨林中,不少地段又因为地下水位的下降导致生境恶化,又使得某些胡杨林产生了明显的衰退。这便是当今甘肃省胡杨林面临的严重问题。如果听之任之,让其这样发展下去,甘肃省的胡杨林势必遭到灭绝。为了使甘肃省荒漠中这项珍贵的森林资源免遭灭绝,就必须对它们进行妥善管理,包括严禁乱砍滥伐和毁林开荒,并对那些因地下水位下降而产生了明显衰退的胡杨林进行灌溉和抚育等,与此同时,还应积极进行胡杨的造林,使胡杨林的面积逐渐扩大。     

胡杨PeNAC121基因启动子的分离鉴定和胁迫应答模式分析

为了探究NAC转录因子家族成员在胡杨（Populus euphratica）逆境胁迫中的响应和调控机制,利用PCR技术从胡杨中克隆了PeNAC121基因的启动子序列,并采用生物信息学工具对该启动子的结构特征进行了分析,最后利用该启动子驱动GUS报告基因在三倍体毛白杨（Populus tomentosa）中表达,并对获得的转基因植株采用不同胁迫处理后进行了GUS染色和酶活性定量分析。结果表明,克隆获得的PeNAC121基因的启动子长度为1 997 bp（起始密码子ATG上游）,启动序列中除了含有大量的光响应元件,还含有多个与非生物逆境胁迫和激素响应相关的元件,如低温响应元件LTR、干旱响应元件MBS、防卫和胁迫响应元件TC-rich repeats、脱落酸（ABA）响应元件、以及赤霉素（GA）响应元件等。基因的组织表达模式检测结果显示,PeNAC121基因主要在茎中表达,在根和叶中的表达较少。GUS组织化学染色和酶活性检测结果表明,胡杨PeNAC121启动子显著受到NaCl、甘露醇、ABA和4 ℃低温的诱导表达。由上述结果推测PeNAC121基因与胡杨的逆境胁迫应答密切相关,表明该基因的启动子是一个能够应答多种逆境胁迫的诱导型启动子。本研究为阐明PeNAC121基因在胡杨逆境响应和调控中的作用机制提供理论参考。     

盐胁迫条件下杨树盐分与甜菜碱及糖类物质变化

以抗旱耐盐性强的胡杨（Populus euphratica) 和非抗盐的群众杨（P.popularis 35-44'）为实验材料,研究了盐胁迫条件下盐分与甜菜碱,还原糖,蔗糖以及水溶性糖等细胞相容溶质的动态变化,两种杨树在盐处理期间表现出明显差异;群众杨下部叶片首先表现出盐害症状,处理后两周苗木上部叶片也出现盐害并脱落,而胡杨在试验期间仅下部叶片发黄脱落,盐处理15天后落叶量仅为16％,群众杨盐害症状的出现主要是由叶片中盐离子的大量累积所致。与之比较,胡杨拒吸Na^ 的能力及控制Cl^-转运的能力均优于群众杨。另外,胡杨的耐盐性强于群众杨也与其有机溶质的变化有关,受到盐胁迫后胡杨根叶中甜菜碱浓度显著提高,在处理后15天达到最高值,特别是叶片中甜菜碱的浓度提高了243倍,达到1899．8umol/L,根中甜菜碱含量也增加了9倍,此外,盐处理后胡杨叶和根中的还原糖,水溶性糖和蔗糖含量均呈明显上升趋势,分别在第4天和第15天达到峰值,与胡杨相反,耐盐性弱的群众杨在盐胁迫期间,叶中甜菜碱和糖含量并无显著提高,根中糖分水平还明显降低,由此可以得出结论,胡杨渗透调节能力高于群众杨,是其耐盐性强的重要生理基础之一。     

塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析

本运用塔里木河下游地下水位变化资料和塔里木河下游主要植物胡杨脯氨酸和脱落酸(ABA)的分析实验数据,结合野外调查,对地下水位变化与胡杨体内脯氨酸和脱落酸积累的关系进行了分析。研究表明,在塔里木河下游,塔里木河下游胡杨体内的脯氨酸和脱落酸含量与地下水位变化密切相关．以胡杨为主的天然植物受干旱胁迫程度愈大,退化愈严重,而反映在胡杨体内脯氨酸和脱落酸含量上．则随着地下水位的下降、水分胁迫程度的增加呈现出明显增加态势。在不同地下水位埋深条件下,胡杨体内脯氨酸和脱落酸累积过程的变化和差异表达了胡杨受干旱的程度;塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的十旱胁迫。