千屈菜无菌苗对重金属铜和铬的生理生化响应

实验以千屈菜(Lythrum salicaria Linnaeus)无菌苗为材料, 用含不同浓度Cu2+(0、5、10、20和40 mg/L)和Cr6+(0、5、10、20和40 mg/L)的1/10霍格兰溶液对千屈菜进行培养, 测定叶绿素、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白和可溶性糖等含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等活性的变化, 以探讨Cu2+和Cr6+对千屈菜无菌苗生理生化特征指标的影响。研究表明: 随着Cu2+浓度的增加, 千屈菜无菌苗渗透调节物质(可溶性糖和可溶性蛋白)表现为低促高抑现象, 膜脂化程度加剧, 但叶绿素含量基本未受影响, 且抗氧化酶活性(SOD、POD和CAT)持续上升。随着Cr6+浓度的升高, 叶绿素含量也基本未受影响, 膜脂化程度在0—20 mg/L未受显著影响。CAT活性受到持续抑制, 但SOD和POD活性持续上升。综上, 千屈菜对重金属铜和铬具有一定的抗性, 其叶绿素含量基本未受影响, 抗氧化酶活性上升, 且具有一定的渗透调节能力。在Cu2+浓度低于5 mg/L和Cr6+浓度低于20 mg/L时千屈菜生理生化指标所受影响相对较小。实验结果为进一步研究千屈菜对铜、铬和其他重金属的响应, 及千屈菜在水体修复方面的生态应用提供一定的理论基础。     

2021-01期目录

为研究团头鲂(Megalobrama amblycephala) 5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)羟基化酶TET1(Ten eleven translocation 1)基因的功能及其表达特性, 采用整胚原位杂交、qRT-PCR技术进行了胚胎、组织表达分析及其在急性低氧胁迫下的基因响应研究。序列分析结果表明, 团头鲂TET1基因全长为5526 bp, 编码1841个氨基酸。qRT-PCR结果表明, 团头鲂TET1广泛表达于各个组织中, 并在脑组织中高度表达。在胚胎发育过程中, TET1基因从受精卵开始就有表达, 并在受精后20—44h (20—44 hpf)都维持在一个较高水平。原位杂交结果表明, TET1基因在12 hpf信号相对微弱, 在24和36 hpf信号逐渐增强, 并且都集中在头部表达。通过qRT-PCR检测急性缺氧处理TET1的表达量, 结果表明, TET1基因在鳃和脾等组织中表达显著升高(P<0.01), 在脑、皮肤、眼和肾脏中表达显著降低(P<0.01)。在胚胎中, TET1基因相对表达量明显高于对照组, 尤其在24 hpf低氧处理组的表达量显著地高于对照组(P<0.001)。结果表明TET1基因在低氧应答反应中发挥着重要的作用。该研究结果为TET1基因在低氧响应及功能的保守与分化方面提供了新的视角。     

四种鲤科鱼类对捕食胁迫行为响应的种间比较

为了比较早期捕食胁迫经历和当前环境中存在的捕食者对鱼类行为的影响, 并考查这些影响是否存在种间差异, 研究分别考查了测定环境(有、无捕食者存在)对有、无捕食胁迫经历的鳊(Parabramis pekinensis)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲫(Carassius auratus)和中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)等4种鲤科鱼类探索性、活跃性和勇敢性的影响。结果发现: 早期捕食胁迫经历与当前环境条件对鱼类行为产生截然不同的影响, 且存在较大的种间差异。无捕食胁迫经历的鳊、草鱼和中华倒刺鲃均会对陌生的捕食者乌鳢(Channa argus)做出行为响应, 提示这3种鱼可能对陌生捕食者具有一定的识别能力, 但这种识别与猎物鱼通过捕食胁迫经历获得的识别仍具有一定差距; 具有捕食胁迫经历的鳊和中华倒刺鲃在空白环境中未表现出反捕食行为, 可能是节约能量的一种策略。总体而言, 草鱼对捕食胁迫经历和测定环境处理反应更为敏感, 而中华倒刺鲃的反应则相对保守。但当周围环境中存在捕食者时, 4种鲤科鱼类均会通过维持较高运动状态的方式来应对捕食者。维持这种应激状态可能对猎物鱼保持与捕食者的距离, 并随时保持警惕较为关键。     

高温对温室草莓光合生理特性的影响及胁迫等级构建

以草莓品种“红颜”为材料,采用人工控制试验对草莓苗进行动态高温(32 ℃/22 ℃,35 ℃/25 ℃,38 ℃/28 ℃和41 ℃/31 ℃;日最高温/日最低温)胁迫(2、5、8和11 d)处理,以28 ℃/18 ℃为对照(CK),测定各处理下草莓叶片的光合生理参数。通过主成分分析提取关键参数,并以此计算高温胁迫指数(Z),划分高温胁迫等级。结果表明:1)随着温度的升高,胁迫时间的延长,叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)、光饱和点(LSP)、最大净光合速率(P_max),表观量子效率(AQE)和最大光化学效率(F_v/F_m)呈下降趋势,而光补偿点(LSP)和暗呼吸速率(R_d)呈上升趋势。2)高温阻碍PSⅡ中心类囊体能量的传递(ΔW_OK＞0),加速PSⅠ末端电子受体库的还原速率,在胁迫第11天时,除32 ℃外,其他高温处理下的放氧复合物(OEC)均失活。3)各高温处理下活性氧物质(H₂O₂含量和O₂^-·产生速率)和丙二醛含量(MDA)随胁迫天数增加呈上升趋势。4)各高温处理下保护酶活性和可溶性蛋白含量随着胁迫天数的增加呈现先上升后下降趋势。通过主成分分析提取Chl a、P_max、F_v/F_m和MDA作为关键指标,并计算Z值,将高温胁迫划分为正常(1≥Z>0)、轻度(2≥Z>1)、中度(3≥Z>2)、重度(4≥Z>3)和特重(Z>4)5个等级。研究结果可为温室草莓高温灾害防御及小气候环境优化调控提供依据。     

外源褪黑素对盐胁迫下紫花苜蓿幼苗抗氧化能力以及光合作用效率的影响

紫花苜蓿为多年生豆科优良牧草,土壤盐碱化是其产量的重要限制因素。该研究以‘中苜1号’紫花苜蓿为材料,在盐胁迫浓度和褪黑素浓度筛选试验基础上,设置盐(150 mmol/L NaCl)和褪黑素(30、50、80μmol/L)单独及复合处理,采用水培根灌褪黑素的方法,探究外源褪黑素对盐胁迫下紫花苜蓿幼苗生长特性、膜透性、渗透调节、抗氧化物酶以及光合作用指标的影响。结果表明:(1)紫花苜蓿幼苗生长受到盐胁迫的显著抑制,而在单独褪黑素处理下无显著变化;各浓度褪黑素处理均可有效缓解盐胁迫对紫花苜蓿生长造成的伤害,并以150 mmol/L NaCl+80μmol/L褪黑素处理(NaCl+MT2)效果最佳,其幼苗根长、根鲜重和根干重分别比盐胁迫处理显著增加了34.52%、41.93%和19.61%。(2)盐胁迫显著增加了紫花苜蓿幼苗细胞膜系统的透性和膜脂过氧化程度,NaCl+MT2处理幼苗叶片的相对电导率和MDA含量分别比盐胁迫处理显著降低了27.18%和30.24%,同时使幼苗叶片的相对含水量显著提高,脯氨酸含量却显著降低,表明外源褪黑素有效缓解了盐胁迫下细胞失水危害和细胞膜损伤的程度。(3)NaCl+MT2处理幼苗叶片的POD和SOD活性分别比盐胁迫处理显著提高31.45%和41.41%,其CAT活性却无显著变化,表明外源褪黑素可显著增强紫花苜蓿幼苗叶片POD、SOD活性,提高其活性氧的清除能力,减轻盐胁迫诱导的过氧化伤害。(4)盐胁迫显著抑制了紫花苜蓿幼苗光合作用效率,而NaCl+MT2处理幼苗叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率较盐胁迫处理分别显著增加了30.27%、45.1%、42.15%。研究发现,盐胁迫致使紫花苜蓿幼苗叶片的活性氧积累显著增加,抗氧化物酶活性显著降低,显著降低了其光合作用效率,外源褪黑素通过提高紫花苜蓿的抗氧化能力和光合作用效率来促进幼苗生长,从而增强了紫花苜蓿的耐盐性。     

模拟干旱胁迫处理下北柴胡种苗MYC2基因的调控研究

该研究以北柴胡一年生种苗为材料,使用质量分数为10%、20%的PEG6000营养液进行模拟干旱胁迫实验,检测北柴胡根内源信号物质OPR、JA含量,转录因子BcMYC2和柴胡皂苷生物合成途径中4个关键酶基因HMGR、IPPI、FPS、β AS表达量,以及柴胡皂苷a、d含量,探究模拟干旱胁迫下茉莉酸信号通路调控BcMYC2进而影响柴胡皂苷生物合成的机制。结果表明：(1) PEG6000模拟干旱胁迫处理北柴胡种苗后,20% PEG6000处理组根内OPR含量在2 h时出现峰值,10% PEG6000处理组的根内OPR含量在6 h时出现峰值;两个胁迫组内源JA含量均在2 h时出现峰值。(2)两个胁迫处理组北柴胡根内BcMYC2相对表达量均在2 h处出现峰值,之后的2~4 h时间段内大幅度下降,且20% PEG6000处理组的BcMYC2相对表达量高于10% PEG6000处理组;其余4个柴胡皂苷生物合成途径关键酶基因HMGR、IPPI、FPS、β AS的相对表达量均在4 h时出现峰值,晚于BcMYC2相对表达量出现峰值的时间。(3)经模拟干旱胁迫处理后,北柴胡根内的柴胡皂苷含量在36 d内逐渐上升;在处理36 d时,20% PEG6000处理组的柴胡皂苷含量略高于10% PEG6000处理组,且两处理组均显著高于对照组。研究发现,经PEG6000模拟干旱处理后,北柴胡根内信号物质OPR及JA含量提高,促进BcMYC2的表达,进而提高柴胡皂苷生物合成途径中的关键酶基因的表达,最终显著提高了根内柴胡皂苷的含量。     

生物炭调控盐胁迫下水稻幼苗耐盐性能

土壤盐渍化降低土壤生产力。探索生物炭对盐胁迫下水稻幼苗耐盐性能的影响,对调控盐渍区水稻生产潜力具有重要意义。本研究通过生物炭介入盐胁迫稻田土壤的盆栽试验,调查了生物炭对盐胁迫下土壤环境和水稻幼苗耐盐性能的影响。盐胁迫设置4个水平,分别为0 g NaCl·kg^-1土(S0),1 g NaCl·kg^-1土(S1),2 g NaCl·kg^-1土(S2),3 g NaCl·kg^-1土(S3)。生物炭设置2个水平,分别为0 g生物炭·kg^-1土(C0),3 g生物炭·kg^-1土(C1)。结果表明:生物炭介入盐胁迫土壤,显著提高了水稻幼苗地上部干物重,有效改善了水稻幼苗农艺性状,显著提高了水稻幼苗茎秆中全钾含量,显著提高水稻幼苗钾钠比79.61%,提高了水稻幼苗耐盐性。生物炭介入也对水稻幼苗抗氧化性能有改善作用,显著降低了水稻幼苗中丙二醛含量,平均显著降低14.25%,抑制膜脂过氧化作用,提高抗氧化能力,减轻盐胁迫对水稻幼苗的伤害。水稻幼苗收获后土壤中水溶性氯离子和水溶性钠离子含量在生物炭介入条件下分别显著降低9.13%、17.77%。因此,添加适量生物炭能有效降低土壤水溶性盐含量,改善土壤盐胁迫环境,提升水稻对盐渍土壤的适应能力。     

镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响

选择吊兰和银边吊兰为试验材料,采用水培法研究其在不同Cd²⁺处理浓度(0、20、80、200 μmol·L^-1)下生长及生理特性的变化。结果表明: 20 μmol·L^-1镉对两种吊兰的影响较小,单叶面积、总叶面积、叶绿素(Chl)a含量、总叶绿素[Chl (a+b)]含量、类胡萝卜素含量、Chl a/Chl b值、胞间二氧化碳浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)与对照(CK)基本无显著差异;80 μmol·L^-1镉胁迫下两种吊兰叶片初始荧光(F_o)和非光化学淬灭系数(NPQ)升至最高水平;200 μmol·L^-1镉胁迫下,两种吊兰生物量、叶绿素含量、最大净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学量子产量Y_(II)、转移系数(TF)以及各部分生物量均降至最低水平,而两种吊兰的过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及过氧化氢酶(CAT)活性和银边吊兰的丙二醛(MDA)含量均有不同程度的增加。随着镉处理浓度的增加,两种吊兰各器官Cd含量持续升高,且主要富集在根部;吊兰各器官Cd含量及富集系数(BCF)在胁迫处理下均高于银边吊兰。研究表明,两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可考虑作为绿化植物用于修复镉污染水体或土壤。     

ERF转录因子调控生物胁迫反应的研究进展

ERF家族是植物所特有的APETALA2/乙烯响应因子(APETALA2/ethylene-responsive factor,AP2/ERF)转录因子家族的一个主要亚家族,其成员结构特点是仅含有1个58-60个氨基酸组成的AP2/ERF结构域。有关该家族成员的大多数研究集中在与寒、旱等非生物胁迫方面,最近越来越多的研究表明ERF在植物抵御病虫侵害等生物胁迫方面也发挥着重要作用。ERF亚家族成员通过结合下游互作基因启动子区域的GCC box元件,从而激活或抑制这些病程相关基因的表达。同时ERFs参与水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)、乙烯(ethylene,ET)及过氧化氢(H2O2)等多种激素的信号途径,通过相互促进/拮抗高效协调体内不同激素抵御病原菌的入侵,提高植物的抗病、抗虫性。本文综述了ERF转录因子的结构功能特点、在不同植物抗生物胁迫中的调控方式,以及其通过协调不同激素信号途径相互作用来提高植物抗病虫的最新研究进展,并对其应用前景进行了展望。     

盐胁迫下解钾菌对枸杞幼苗的促生效应

以‘宁杞1号’枸杞为研究对象,采用单因素随机区组试验设计,研究不添加NaCl和菌剂(CK)、100 mmol·L^-1 NaCl胁迫(NaCl)、100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下添加解钾菌KSBGY01单菌液(NaCl-M1)、KSBGY02单菌液(NaCl-M2)及其混合菌液(NaCl-M3)对枸杞幼苗叶片叶绿素、多酚、超氧阴离子(O₂^-·)、过氧化氢(H₂O₂)和可溶性糖含量、抗氧化物酶和蔗糖代谢酶活性的影响,以探索解钾菌对盐胁迫下枸杞生理生化特性的影响。结果表明: 盐胁迫下解钾菌能够提高枸杞叶片类黄酮(FLAV)、荧光激发比花青素相对指数(FERARI)、花青素(ANTH-RB)和氮素平衡指数(NBI-G),降低O₂^-·和H₂O₂含量,增加可溶性糖含量及过氧化氢酶(CAT)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)和转化酶(INV)活性。不同处理间比较,NaCl-M2处理中枸杞叶片ANTH-RB值、NBI-G值、可溶性糖含量及CAT、SPS、SS和INV活性最高;NaCl-M3处理中枸杞叶片叶绿素含量、FLAV和FERARI值最高;NaCl-M1处理中枸杞叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性最高;不添加解钾菌的NaCl处理中枸杞叶片谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性最高;CK处理中枸杞叶片过氧化物酶(POD)活性最高。对枸杞幼苗14项生理生化指标进行灰色系统关联度分析表明,盐胁迫条件下添加解钾菌处理的枸杞生理生化指标加权关联度均高于CK和NaCl处理,其中NaCl-M2处理的加权关联度最高。因此,添加KSBGY02单菌液更有利于缓解盐胁迫对枸杞幼苗的影响。