荒漠草原向灌丛地转变过程中两种优势植物种子萌发及阈值特征

选取宁夏荒漠草原人为灌丛地转变过程中的两种优势种沙芦草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为对象,利用不同浓度PEG条件下的种子萌发特性来探究其在干旱胁迫下植被更新萌发特征,结果表明：柠条锦鸡儿平均初始萌发时间早于沙芦草14 h,且柠条锦鸡儿吸水率低于沙芦草,分别为201.21%、293.43%;柠条锦鸡儿和沙芦草种子萌发率和萌发速率均随渗透势的升高呈先上升后下降趋势,且均在-0.02 MPa时萌发率最高,分别为28.67%、44.67%,在-1.2 MPa时最低,分别为6.67%、1.33%;两者萌发速率均在-0.02 MPa时达到最大,分别为12.84%、9.52%,且柠条锦鸡儿起始萌发天数少于沙芦草1-4 d;通过S型生长曲线和线性模型模拟种子萌发水势和萌发率关系,分析得出柠条锦鸡儿萌发水势阈值范围为-0.3--0.86 MPa、沙芦草为-0.3--0.65 MPa,灌木柠条锦鸡儿种子萌发水势阈值范围低于多年生禾草沙芦草。以上结果表明灌丛引入下的荒漠草原在未来干旱条件下,其灌丛柠条锦鸡儿种子在植被更新中较沙芦草更具萌发优势。     

干旱胁迫对不同根型苜蓿根系生长及根际土壤细菌的影响

为明确干旱胁迫对根茎型清水紫花苜蓿、直根型陇东紫花苜蓿、根蘖型公农4号杂花苜蓿根系生长及根际土壤细菌群落的影响,采用盆栽试验,运用16S rRNA基因测序技术,研究了幼苗期干旱胁迫下各根型苜蓿根系生长及根际土壤细菌群落结构的变化。结果表明：干旱胁迫下各根型苜蓿的Chao1和ACE丰富度指数均在中度胁迫下最大,Simpson和Shannon-wiener多样性指数各处理间差异不显著;根际土壤细菌群落均以变形菌门、绿弯菌门、类杆菌门、放线菌门和厚壁菌门为主,干旱胁迫均显著增加了变形菌门和厚壁菌门的相对丰度,显著降低了绿弯菌门的相对丰度,但类杆菌门和放线菌门先提高后下降。统计学分析显示,幼苗期干旱胁迫显著影响各根型苜蓿生长发育,随胁迫程度增加,其株高、地上生物量、地下生物量、根系活力、根体积、根系总长均显著降低,根冠比先增加后下降且在中度胁迫时达到最大值。重度胁迫下,清水苜蓿的株高、根系活力显著大于其他品种,而根冠比、根系干重显著小于其他品种;陇东苜蓿的根长、根尖数均显著大于其他品种;根系平均直径、根系总表面积各根型苜蓿间差异不显著。研究结果为植物的抗干旱胁迫以及提高各根型苜蓿在干旱胁迫下的水分利用提供参考。     

高浓度臭氧胁迫两种园林观赏草的逆境生理特征比较

以两种常见园林观赏草：白穗狼尾草（Pennisetum alopecuroides ‘White’）和拂子茅（Calamagrostis epigeios）作为试验材料,利用开顶箱（OTCs）模拟法,研究了不同高浓度臭氧（O₃,EO）：80 nmol/mol（EO-80）、120 nmol/mol（EO-120）和160 nmol/mol（EO-160）下两种观赏草叶片逆境生理特征的变化规律。结果表明：（1）短期（7 d）内随O₃浓度增加,白穗狼尾草叶绿素和类胡萝卜素含量较对照呈下降趋势,拂子茅较对照无显著变化。（2）在EO-120、EO-160下处理7 d时,两种观赏草叶片的净光合速率（P_n）和气孔导度（g_s）较对照显著下降,且白穗狼尾草下降的幅度均大于拂子茅。（3）不同高浓度O₃胁迫下,两种观赏草叶片丙二醛（MDA）含量较对照均有所升高,其中在EO-160下处理21 d时白穗狼尾草和拂子茅叶片MDA含量分别增加30.2%（P<0.05）和13.5%（P>0.05）,表明在EO-160浓度胁迫下白穗狼尾草受到的膜脂过氧化伤害大于拂子茅。（4）在EO-120和EO-160下处理21 d时,白穗狼尾草叶片可溶性蛋白含量较对照分别显著下降24.2%和43.1%,而拂子茅较对照分别下降19.0%和22.9%（P<0.05）。（5）与对照组相比,高浓度O₃下两种观赏草叶片的过氧化物酶（POD）活性随胁迫时间延长呈下降趋势,超氧化物歧化酶（SOD）活性呈先升后降。（6）综合以上生理特征比较及主成成分分析表明,佛子茅比白穗狼尾草更耐O₃,前者在O₃高污染地区可能会有更高的应用价值。     

慢性氨氮胁迫对台湾泥鳅幼鱼生长、免疫及组织结构的影响

以平均体质量为(2.00±0.56) g的台湾泥鳅(Paramisgurnus dabryanus ssp. Taiwan)幼鱼为研究对象, 探究氨氮胁迫浓度为0、3.5、6.0、10.4和18.0 mg/L时台湾泥鳅幼鱼生长性能、免疫酶活性及组织结构的变化。经过56d的氨氮胁迫试验结果显示: 台湾泥鳅终末体质量(W_F)、增重率(WGR)和特定生长率(SGR)随氨氮浓度的升高而逐渐降低, 各组之间存活率无显著差异。10.4和18.0 mg/L处理组肝脏超氧化物歧化酶(SOD)、碱性磷酸酶(ALP)和鳃Na+K+-ATP酶活性均显著低于对照组(P<0.05); 18.0 mg/L处理组肝脏溶菌酶(LZM)活性显著低于对照组(P<0.05), 而丙二醛(MDA)含量显著高于对照组(P<0.05)。组织切片结果显示, 氨氮处理组幼鱼均存在不同程度的鳃组织损伤, 表现为鳃小片短小、上皮细胞水肿、细胞空泡化、上皮细胞坏死和脱落; 肝组织则表现为肝血窦扩张、细胞轮廓模糊、细胞水样变性、细胞核偏移和细胞核溶解; 且两种组织中其病变区域随着氨氮浓度升高而增大。上述结果表明, 氨氮胁迫对台湾泥鳅幼鱼的生长和免疫酶活性具有显著的抑制作用, 并对其鳃和肝组织造成损伤。     

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。     

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。     

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。