2009年第五届“现代生态学讲座”国际会议综述

"现代生态学讲座"系列会议是由国内外华人生态学家联合发起、为加强现代生态学的新理论、新观点、新方法和热点问题的交流与合作的国际会议.总结了2009年6月27～29日在兰州大学举行的第五届现代生态学讲座国际会议的全部二十五场报告,围绕"宏观生态学和可持续发展科学"的会议主题,分别从森林生态学、草地生态学、全球变化生态学、根际和土壤生态学、分子和行为生态学以及农业生态学等角度进行了分类总结.全部报告可归纳为"生态系统服务功能的物质基础"和"生态系统服务的生态学机制"两个大的基础理论问题,而解决问题的途径必须在人类-自然耦合生态系统的大框架下进行探索.对该会议的进一步改善提出了一些建议.     

小麦干旱诱导蛋白及相关基因研究进展

干旱胁迫条件下,小麦相关基因受到激活并表达产生干旱胁迫蛋白,主动适应干旱环境、维持个体存活和产量形成。介绍了小麦中一些干旱诱导蛋白及相关基因的研究进展,包括不同小麦品种、胁迫程度、发育阶段的差异性反应和共性特征、对主要干旱信号物质ABA和Ca²⁺的差异应答、以及新近发现的干旱诱导蛋白及相关基因的生物学特性及主要功能等。对于干旱诱导蛋白来说,研究手段和目标从过去以单向电泳技术为主、揭示蛋白条带的表达差异转到现在以双向电泳技术为主、以揭示蛋白质组中干旱诱导蛋白结构和功能的耦合。对于干旱诱导蛋白相关基因来说,研究内容主要包括功能基因和调控基因两大类,功能基因研究主要集中在LEA蛋白基因和透物质合成酶基因等几大类型上,而调控基因研究主要集中在转录因子和蛋白激酶等相关基因及其作用。对干旱诱导蛋白及相关基因在小麦栽培管理和产量育种中的应用前景展开了讨论。     

植物ABA-H2O2介导的气孔关闭

本文综述了脱落酸作为根源信号物质经由木质部被传递到叶片,经重新分配再与脱落酸受体结合,然后刺激气孔开放因子,调节烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶等关键酶活性产生过氧化氢,过氧化氢可使胞质碱化并刺激钙离子通道使钙离子内流,活化阴离子通道使阴离子外流,最终导致气孔关闭的一系列过程。该过程涉及到的因子包括：脱落酸受体、气孔开放因子、磷脂酰环己六醇、分裂原激活蛋白激酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、Ca^（2＋）、pH、一氧化氮等。     

丛枝菌根真菌与植物共生对植物水分关系的影响及机理

自1885年Frank首次提到菌根(mykorhiza)概念以来,大量的试验证实了丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系之间形成具有一定结构和功能的共生体,促进植物生长并提高干旱耐受能力,在干旱生态系统中发挥重要的作用。该研究多集中在对宿主植物生理生态的影响及其机制方面,然而菌根共生对宿主植物水分吸收和信号产生、传递的影响研究少而分散,缺少系统总结。综述了最近四十多年丛枝菌根真菌与植物共生体对宿主植物干旱适应性影响研究进展,讨论了菌根共生对植物根冠通讯的影响及机理。干旱胁迫下AMF与植物共生,通过影响宿主植物一系列生理生态过程,提高宿主植物横向根压和纵向蒸腾拉力。经典的Ohm吸水模型是该方向最有代表性的研究成果,该模型揭示了菌根共生的根外菌丝具有不同于根细胞的细胞结构和水分运输性能,这为宿主植物提供一种特殊的快速吸水方式,可提高植物对土壤水分的吸收和运输能力。研究表明,AMF会影响宿主植物根冠通讯过程,如诱发信号级联反应,诱导根系尽早感知水分胁迫并产生非水力根源信号,提高宿主对干旱的耐受性。讨论了AMF在根冠通讯分子机制研究方面存在的问题及可能的解决途径,展望了AMF在干旱农业生产中的应用潜力。     

山黧豆毒素β-ODAP的生态学功能及应用

山黧豆是一种具有广谱抗逆性且营养丰富的豆科作物,但其含有β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙氨酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid, β-ODAP)神经毒素,人畜长期大量食用会导致神经性中毒,因此限制了山黧豆种质资源的利用.本文综述了干旱胁迫下山黧豆毒素β-ODAP对植株渗透调节和生长调节的影响,以及β-ODAP的分析方法、毒理机理和实用价值方面的研究进展,并对低毒和无毒品种选育策略进行了总结.干旱胁迫下,山黧豆合成大量毒素β-ODAP,其含量随胁迫程度增强而逐渐升高.β-ODAP可为植株生长和种子发育提供氮源,并积极参与清除活性氧过程,作为小分子可溶性氨基酸参与渗透调节,作为锌离子转运体参与根瘤发育.而含硫氨基酸(甲硫氨酸和半胱氨酸)含量升高可使山黧豆毒性显著降低.近年来,在山黧豆种质资源收集、杂交育种,以及通过组织培养和基因操作等技术进行低毒或无毒山黧豆品种选育方面做了大量工作.β-ODAP可通过破坏细胞内Ca²⁺稳态和作为谷氨酸类似物引发兴奋性中毒,但在止血和抗肿瘤等方面有重要的药用价值.     

干旱胁迫下植物根源化学信号研究进展

土壤干旱胁迫诱导植物根系产生根源化学信号,经运输系统长距离传输到地上部分,降低气孔导度,抑制蒸腾作用,从而提高植物的水分利用效率。根源化学信号包括脱落酸(ABA)、细胞分裂素(CTK)、生长素、木质部pH值和钙离子(Ca²⁺)等,其中以ABA为主的植物根源信号通路研究得最为广泛和深入。总结了几种主要的化学根源信号物质的基本性质、主要功能和调节机制,重点对这些信号参与气孔行为、差别基因表达和生长发育方面的研究进展进行了综述。由于干旱条件下植物根源信号反应涉及到从分子到群体的一系列复杂过程,各种信号的生理效应呈现交互作用、耦合发生的特点,今后的热点领域将集中在研究交互网络中合成的的关键物质和揭示这些物质在分子及生理水平上的作用机理上。根源化学信号研究正朝向"以分子和生理研究为基础、不同尺度的结构和功能耦合"的方向发展。