6种草本植物对干旱胁迫和CO2浓度升高交互作用的生长响应

以CO2浓度升高为主要标志的全球气候变化及由其引起的极端气候变化对陆地生态系统产生了重要的影响。利用步入式CO2生长室模拟研究了CO2浓度变化(400和700μL/L)和干旱胁迫(水分充足CK:100%FC(田间持水量);中度干旱MS:40%FC;重度干旱SS:20%FC)的交互作用对草本植物网果酸模(Rumex chalepensis)、野豌豆(Vicia sepium)、泥胡菜(Hemmistepta lyrata)、风轮菜(Clinopodium chinense)、藜(Chenopodium album)和玉米石(Sedum album)生长特性的影响。结果表明:CO2浓度升高总体上刺激了网果酸模、野豌豆、泥胡菜、风轮菜和藜这5种C3植物在任何水分条件下的生长,也刺激了玉米石在水分条件较好下的生长;干旱胁迫总体上抑制了所有6种植物的生长,但中度干旱胁迫有刺激CAM植物玉米石生长的趋势。CO2浓度升高能否缓解干旱的负面影响具有明显的种间差异:CO2浓度升高减缓了干旱胁迫对泥胡菜和风轮菜的负面影响,这种缓解作用在网果酸模和野豌豆中显著降低,对藜没有明显的促进作用,对干旱下的玉米石的生长却起到了抑制作用。CO2浓度升高总体上增加了根质量分数和干物质含量;干旱胁迫明显提高了6种草本植物的根生物量的分配比例,降低了干物质含量;但CO2浓度升高和干旱胁迫的交互作用可导致不同的物种产生不同的响应,说明植物能够通过调节生物量分配和植株本身的水分含量保持能力来适应CO2浓度和干旱胁迫的交互影响,这种调节能力取决于植物在碳的吸收和水分散失之间的平衡"trade-off"。研究结果有助于增进草本植物对未来气候变化的适应性理解,为评估和预测全球气候和水文变化对植物的生理生态影响提供理论依据。     

高温胁迫对华北地区冬小麦灌浆及产量的影响

冬小麦灌浆期高温是制约我国北方冬小麦产量的一个重要气候因素,随着全球气候变暖,日趋频繁的极端温度事件可能引起该地区冬小麦产量的大幅波动。为了明确冬小麦灌浆期异常高温对冬小麦产量的影响程度,在河北固城生态与农业气象试验站自然大田条件下,采用自由空气红外辐射增温技术,开展了冬小麦灌浆中后期短期高温处理模拟试验。结果表明,灌浆中后期短期高温胁迫致使冬小麦灌浆速率下降及灌浆持续时间缩短从而使粒重降低,在消除了影响粒重的其它因素的作用后,短期高温处理期间的午间平均冠层气温与粒重之间存在显著的负线性相关关系。高温对冬小麦产量的威胁程度由高温强度及其持续时间两个因素决定。结合了高温强度及其持续时间综合作用的高温有效度时被证明是一个能全面反映灌浆中后期高温胁迫影响的特征量。     

藜异型性种子后代植株盐响应生理机制

种子异型性是植物适应异质生境的重要策略,异型性对后代植株的影响值得深入研究。以具有种子异型性的荒漠植物藜为材料,测定了异型种子后代植株在不同浓度(0,50,300 mmol/L)Na Cl胁迫下的表型及与耐盐相关的生理指标变化,探讨了异型种子后代植株之间对盐胁迫生理响应机制的差异。结果显示,褐色种子后代植株在各浓度盐胁迫下的表型(株高、分枝数)均优于黑色种子。对其生理指标测定结果显示,褐色种子植株除电导率显著低于黑色种子植株外,氧化损伤指标(氧自由基、丙二醛含量)及抗氧化酶(SOD、CAT、POX)活性、抗氧化剂(Car、As A)含量、渗调物质(可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱)含量等在两者之间无明显差异。研究结果暗示,藜异型性种子后代植株的早期生长表型在盐胁迫下所产生的差异可能是由种子胚的大小及萌发快慢差异所导致,而这种差异并未引起盐胁迫下两种植株抗氧化系统响应的差异。     

基于光谱参数对小白菜叶片镉含量的高光谱估算

为实现利用高光谱技术快速、准确、无损地检测叶类蔬菜叶片重金属镉污染情况,通过采用室内盆栽试验,检测了小白菜在6个不同的镉浓度梯度0 mg/kg(CK)、0.5 mg/kg(T1)、1 mg/kg(T2)、5 mg/kg(T3)、10 mg/kg(T4)和20 mg/kg(T5)下的叶片高光谱反射率及其镉含量。利用相关分析和逐步回归的统计方法对叶片原光谱、一阶导数光谱和光谱参数与镉含量进行统计分析,确定了反演叶片镉含量的敏感光谱参数,并建立了估算叶片镉含量的参数模型。结果表明:(1)在540 nm附近和红外区域,叶片光谱反射率随着处理浓度的增加呈下降趋势。T1组叶片光谱与对照组的光谱没有明显的变化差异;(2)原光谱与镉含量的敏感波段主要在690—1300 nm,相关系数最高的波段是782 nm。一阶微分光谱与镉含量的敏感波段在黄边、红外、近红外和远红外范围均有分布;(3)反映植物色素、水含量和细胞结构的参数MCARI(叶绿素吸收反射修正指数Modified Chlorophyll Absorption Reflectance Index),SDy(黄边面积Yellow Edge Area),WI(水质指数Water Index),DCWI(病态水分胁迫指数Disease Water Stress Index),SDr(红边面积Red Edge Area)和Dr(红边幅值The Amplitude of the Red Edge)可分别作为反演镉含量的敏感光谱参数,其倒数回归模型能够较好地反演镉污染下小白菜叶片的镉含量;(4)镉胁迫处理15 d时,建立的SDr的倒数模型估算处理30 d时小白菜叶片镉含量的效果最优。研究表明红边面积参数可以用于估算小白菜叶片的镉含量,可为评价小白菜的食用安全提供科学方法。     

不同盐胁迫对柳枝稷生物量、品质和光合生理的影响

为明确不同盐胁迫对柳枝稷生物量、品质及光合生理的影响,以无盐胁迫作为对照(CK),选取0.40%Na Cl、0.80%Na2SO4和0.80%Na HCO3进行了土柱试验。结果表明:(1)与CK相比,Na Cl、Na2SO4、Na HCO3胁迫下柳枝稷地上生物量、地下生物量、总生物量、籽粒产量及根冠比均显著降低(P0.05),总生物量分别降低49.39%、60.52%、76.45%,Na HCO3对柳枝稷的生长抑制作用最强,Na Cl最弱;(2)Na Cl胁迫下柳枝稷地上生物质灰分含量显著增高14.89%,Na2SO4胁迫下硫(S)含量显著增高262.32%,纤维素含量显著降低13.71%,Na HCO3胁迫下钾(K)含量显著增高54.95%,半纤维素含量显著增高10.87%,灰分和S含量的增高不利于柳枝稷地上生物质的燃烧利用,纤维素含量的降低和半纤维素含量的增高不利于其转化利用;(3)Na Cl、Na2SO4、Na HCO3胁迫下柳枝稷叶片净光合速率(Pn)分别显著降低21.89%、29.54%和24.59%,气孔限制因素可能是其光合作用受到抑制、生物量下降的关键因素。     

一氧化氮对植物重金属胁迫抗性的影响研究进展

一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,在调节植物重金属胁迫抗性方面上起着非常重要的作用。综述了NO在植物体内的产生途径,重金属胁迫下植物体内内源NO含量的变化以及外源NO与内源NO对植物重金属胁迫抗性的影响。大量研究表明外源NO能够增强植物对重金属胁迫的抗性,一方面是通过增强植物细胞的抗氧化系统或直接清除活性氧,另一方面是通过影响植物对重金属的吸收以及重金属在植物细胞内的分布。然而内源NO在调节植物重金属胁迫抗性上的功能角色仍存在争议。有些研究表明内源NO是有益的,能够缓解重金属胁迫诱导的毒性;但是也有证据表明内源NO是有害的,能够通过促进植物对重金属的吸收以及对植物螯合素进行S-亚硝基化弱化其解毒功能,从而参与重金属诱导的毒害反应和细胞凋亡过程。     

花生苗期耐盐性评价及耐盐指标筛选

评价鉴选耐盐品种对于盐碱地花生生产具有重要意义。采用盆栽试验,设置不同盐胁迫浓度,对200个花生品种(系)萌发至幼苗期通过出苗速度、植株形态和生物量等指标进行耐盐性系统评价。结果表明,随盐胁迫浓度的增加,出苗时间延长,植株形态建成抑制加重,物质积累减少。鉴选花生品种耐盐性强弱的适宜盐胁迫浓度为0.30%—0.45%,超过此浓度不能出苗。地上部形态和生物量可作为耐盐评价的首选指标,主根长和出苗速度可作为辅助指标用以判断花生品种的综合耐盐能力。200个品种(系)在不同盐胁迫浓度下均可分成高度耐盐型、耐盐型、盐敏感型和高度盐敏感型4组。耐盐品种数量随盐胁迫强度加大而下降,盐敏感品种数量则上升。0.15%浓度下200个品种全部出苗,4个类型品种数分别占供试材料的29.0%、39.0%、27.5%和4.5%;0.30%浓度下185个品种出苗,4个类型品种数分别占供试材料的5.5%、34.5%、23.5%和29.0%;0.45%浓度下107个品种出苗,4个类型品种数分别占供试材料的5.5%、5.5%、20.0%和22.5%。14个品种在各盐浓度胁迫下均表现耐性,10个品种在各盐浓度胁迫下均表现敏感,为花生耐盐机理研究及生产应用提供了不同类型材料。     

大豆GmDnaJ1蛋白对几种重金属胁迫的响应研究

通过对大豆铝胁迫下的转录组测序分析,发现一个差异表达的基因,其编码一个具有101个氨基酸残基的Dna J-like分子伴侣蛋白-Gm Dna J1(Glycine max Dna J1),等电点为8.97;序列分析表明该蛋白具有典型的高度保守的J domain功能域,是一种类型III的J蛋白;通过对其序列的同源性及进化关系分析,推测该蛋白可能响应重金属胁迫。为进一步探究Gm Dna J1是否能够对重金属胁迫产生应答反应,试验分别以0或100μmol·L-1Cu2+、Pb2+和Cd2+溶液胁迫处理的不同时间(0、12、24、48和72 h)大豆根尖RNA为材料,通过实时定量PCR研究了该蛋白基因的表达特征。结果表明:与对照相比,Gm Dna J1受Cu、Pb和Cd等重金属的诱导而强烈表达,呈现先升高后降低的趋势,其中Pb、Cd处理24 h后表达水平达到峰值,而Cu处理48 h后达到峰值;此外,Gm Dna J1对Cu、Pb和Cd胁迫的响应程度也不同,表明该基因对这三种重金属的响应模式存在差异。根据以上研究结果,推测大豆Gm Dna J1蛋白不仅响应铝毒胁迫,而且可能在响应重金属胁迫方面具有重要的作用,参与了大豆对重金属毒害的抵抗。该结果为深入研究Gm Dna J1在重金属胁迫响应中的功能及其分子机制提供了一定的依据。     

水稻根系响应镉胁迫的蛋白质差异表达

为探讨水稻根系对镉胁迫的分子生理响应,以抗镉水稻PI312777和镉敏感水稻IR24为材料,设置Cd~(2+)浓度为0、50和100μmol/L的水培试验,处理7 d后分析了水稻根系的蛋白质差异表达。结果表明,在镉胁迫下水稻PI312777和IR24根系有18个蛋白质发生了差异表达,其中的12个得到MALDI-TOF/MS鉴定。这些鉴定的蛋白功能可分四类:(1)与活性氧(ROS)胁迫相关的过氧化物酶(POD)、蛋氨酸腺苷转移酶(MAT)、类萌发素蛋白前体;(2)与谷胱甘肽(GSH)合成相关的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH);(3)与逆境胁迫相关的ABA胁迫诱导蛋白含HVA22域蛋白、ABA-胁迫-成熟诱导蛋白5(ASR5);(4)与细胞分裂调控相关的GTP结合核蛋白Ran-2。镉胁迫下SAMS和GTP结合核蛋白Ran-2在两种水稻根系均发生上调表达;MAT、POD、类萌发素蛋白前体和GS发生下调表达;依赖NADP-GDH、GDH和磷酸甘油酸变位酶在IR24根部均发生下调表达,在PI312777根部仅在100μmol/L Cd~(2+)处理发生下调表达;含HVA22域蛋白在PI312777根部上调表达,在IR24根部发生下调表达;ASR5在PI312777根部上调表达,在IR24根部的表达无显著差异;100μmol/L Cd~(2+)胁迫下60S酸性核糖体蛋白P0在水稻PI312777根部表达下调,在IR24根部表达上调。可见,镉胁迫使水稻根部ROS增加,形成氧化胁迫反应,造成毒害作用,而水稻根通过调节SAMS和GS提高GSH合成降低镉毒害。ASR5和HVA22蛋白等逆境胁迫蛋白的表达差异则是水稻品种间抗性差异的重要原因之一。     

苦荞转录因子基因FtbHLH4的克隆及其对非生物胁迫的应答

根据苦荞花期转录组数据,克隆得到1个苦荞bHLH类转录因子基因,命名为FtbHLH4。采用实时荧光定量PCR技术,分析了非生物胁迫对苦荞芽期FtbHLH4基因表达的影响。序列分析表明,苦荞FtbHLH4基因DNA全长1 852bp,由7个外显子和6个内含子构成,符合GT-AG剪接原则;cDNA序列包含1个1 062bp的开放阅读框,编码353个氨基酸,具有bHLH类蛋白典型的螺旋-环-螺旋保守结构域。在脱落酸(ABA)、NaCl和PEG模拟干旱胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量均持续上升,至48h时达最大,分别为胁迫前的11.3倍、12.0倍和6.1倍。而在冷胁迫和UV-B胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量迅速下降,分别于6h和12h降低至胁迫前的24%和23%。研究推测FtbHLH4基因以不同机制参与了苦荞对非生物胁迫的应答过程。