CO2浓度升高和不同氮源对紫茎泽兰生长及光合特性的影响

大气CO2浓度升高和植物入侵是全世界面临的两大重要问题。CO2浓度升高促进植物的光合作用,但在某些植物中,这种促进作用出现在短期高浓度CO2下,而在长期高浓度CO2处理下消失（称为CO2驯化）,被认为源于高浓度CO2对光呼吸和NO-3同化的抑制。通过比较研究不同形式氮源（全氮、硝态氮）和短期（8 days）、长期（40 days）CO2浓度升高处理对入侵植物紫茎泽兰生理特征的影响,结果表明在全氮供应下,短期和长期CO2浓度升高均促进了紫茎泽兰的光合;氨态氮缺失情况下,长期CO2浓度升高促进紫茎泽兰的光合,而短期CO2浓度升高对紫茎泽兰的光合没有促进作用;缺NH＋4下,短期高浓度CO2提高了叶片叶绿素含量,长期CO2升高又使其回复到正常CO2下的较低水平。这些结果表明紫茎泽兰并不会对长期的CO2升高产生驯化,即长期CO2升高会促进紫茎泽兰的光合作用,而且这一促进作用不受土壤中缺NH＋4的影响。鉴于培养介质中缺NH＋4会导致一些植物产生“CO2驯化”,未来CO2浓度升高情况下,在缺NH＋4的土壤中,紫茎泽兰的竞争力可能会更强。     

高山植物圆锥南芥的光合系统耐热性及其修复机制(英文)

高温胁迫包括极端高温和中高温,严重影响了植物的一系列生理活动,尤其是光合作用,而植物应对极端高温和中高温胁迫具有不同的策略。高山植物因长期生长于相对寒冷的环境中,相比而言应缺少对高温胁迫的适应机制。本文以圆锥南芥作为一种高山模式植物来探索其在中高温下是否表现出耐热能力,如果具有耐热能力,那么在光合方面与拟南芥存在怎样的差异。研究发现,圆锥南芥在中高温处理后具有更高的光化学效率及快速可逆的恢复过程,表现出了较强的耐热能力。两物种的F0没有明显的差异,而圆锥南芥在热处理后及恢复过程中具有更高的Fm,促进其快速光合修复。在热处理后,非光化学能量耗散快速瞬时上升,及时保护光系统II免受光损伤和热伤害,另外,HSP101蛋白迅速诱导可能启动了光化学修复。最后,圆锥南芥在严重高温处理后具有更高的存活率再次验证了它在中高温下的耐热能力。结果表明,圆锥南芥具有更耐热的光合系统以及有效的光合修复机制来耐受中高温胁迫。     

儿茶素诱导的拟南芥根细胞膜脂变化

儿茶素是一种可以短时间内杀死植物细胞的植物毒素,由于具有强的植物毒性,儿茶素是开发除草剂的理想化合物,它可以诱导植物根系统的死亡.为了研究植物根细胞膜脂对化学胁迫的响应规律,我们运用高通量的脂类组学方法检测了拟南芥根中膜脂分子的组成,比较了儿茶素处理下拟南芥野生型(WS)及磷脂酶Dδ缺失突变体( PLDδ-KO)根中膜脂分子的组成情况、膜脂含量、双键指数及碳链长度值.结果发现,儿茶素处理拟南芥根90 min后,二半乳糖基二酰甘油(DGDG)、单半乳糖基二酰甘油(MGDG)、磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰胆碱(PC)及磷脂酰肌醇(PI)的总含量在WS与PLDδ-KO植株根中都显著下降,磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰丝氨酸(PS)在WS中下降,在PLDδ-KO中上升.儿茶素处理导致PLDδ-KO植株的PC/PE比值显著下降,WS植株PS碳链长度显著增加.上述结果说明儿茶素处理后,磷脂酶Dδ缺失突变体膜不稳定性增加,PLDδ-KO植株对儿茶素胁迫更加敏感.     

圆锥南芥适应高山环境极端高温的系统性耐热能力

高山生态系统的主要气候特征是温度变化幅度较大,目前研究主要集中于高山植物的抗冻机制,而很少关注其对极端高温（高于45℃）的适应性。本研究发现高山物种圆锥南芥跟拟南芥比,具有更强的基础耐热性和获得性耐热性。通过叶绿素荧光检测发现在极端高温下,圆锥南芥具有更稳定的光系统II和更有效的能量耗散机制来维持更高水平的光合效率。通过电导率和丙二醛含量的检测发现圆锥南芥的膜伤害更小,膜流动性与脂肪酸链的长度和不饱和度紧密相关,圆锥南芥脂肪酸具有更低的16∶3含量,更长的碳链,不饱和度没有明显的变化,这些可能有助于维持膜的稳定。另外,更高表达量的HSP101和HSP70可能为圆锥南芥提供了更好的保护作用。以上结果表明,圆锥南芥能利用生理生化活动的调整来适应高山环境中的极端高温,这种耐热策略与低地耐热植物相似,因此圆锥南芥具有系统性耐热能力,可以作为研究植物耐热分子机制的模式物种。     

植物适应长期缺钾——积累叶片膜脂、维持根膜脂组成不变

环境对植物的胁迫可能是短期快速的、也可能是长期而缓慢的,而植物应对这两种胁迫的策略可能不同。膜脂组成变化是植物响应环境胁迫的主要手段之一,其响应长期胁迫和短期胁迫的样式也可能不同。植物膜脂组成对短期缺钾胁迫的响应已经有报道,但是对长期缺钾的响应如何尚且未知。我们设置了4种（51,051,0051和0mmol·L-1）不同的钾浓度,比较了拟南芥（Arabidopsis thaliana）及其生长于贫钾生境中的近缘种须弥芥（Crucihimalaya himalaica）长期缺钾后（18天）的生理和生化变化,发现须弥芥具有耐受贫钾的能力。我们进一步运用脂类组学的方法检测比较了拟南芥和须弥芥在长期缺钾胁迫下脂类组成的变化,发现：(1) 两种植物叶片中总脂以及几乎所有脂类的含量明显上升;(2) 两种植物都是地上部分膜脂的变化幅度大于根部膜脂的变化幅度;(3) 地上部分膜脂变化幅度,须弥芥的大于拟南芥的;地下部分的膜脂变化幅度,须弥芥的小于拟南芥的;(4) 拟南芥叶片和根中PA的含量显著上升,与PA相对应的是PE含量的显著下降,由此我们推测拟南芥中PA的积累主要来自于PE的水解。上述结果提示,在细胞水平上,植物主要通过积累叶片膜脂和维持根部膜脂组成基本不变来适应长期缺钾。     

高山植物圆锥南芥的光合系统耐热性及其修复机制?

高温胁迫包括极端高温和中高温,严重影响了植物的一系列生理活动,尤其是光合作用,而植物应对极端高温和中高温胁迫具有不同的策略。高山植物因长期生长于相对寒冷的环境中,相比而言应缺少对高温胁迫的适应机制。本文以圆锥南芥作为一种高山模式植物来探索其在中高温下是否表现出耐热能力,如果具有耐热能力,那么在光合方面与拟南芥存在怎样的差异。研究发现,圆锥南芥在中高温处理后具有更高的光化学效率及快速可逆的恢复过程,表现出了较强的耐热能力。两物种的F0没有明显的差异,而圆锥南芥在热处理后及恢复过程中具有更高的Fm,促进其快速光合修复。在热处理后,非光化学能量耗散快速瞬时上升,及时保护光系统II免受光损伤和热伤害,另外, HSP101蛋白迅速诱导可能启动了光化学修复。最后,圆锥南芥在严重高温处理后具有更高的存活率再次验证了它在中高温下的耐热能力。结果表明,圆锥南芥具有更耐热的光合系统以及有效的光合修复机制来耐受中高温胁迫。     

植物在缺钾胁迫中膜稳定性的变化

植物维持膜的功能是其抵御胁迫的关键问题,而维持膜功能必须要保持膜的稳定性和合适的流动性。我们前期的研究发现植物主要是通过积累叶片膜脂和保持根部膜脂基本不变来适应长期缺钾。在本研究中,以拟南芥和其具有耐受缺钾胁迫特性的近缘种须弥芥为对象,研究了与膜的流动性密切相关的双键指数（double bond index,DBI）的变化,发现长期缺钾条件下,两种植物叶片中总的DBI保持不变,根部总的DBI略有降低。同时研究了与膜稳定性密切相关的溶血磷脂的含量和DGDG/MGDG以及PC/PE这两个比值的变化,发现长期缺钾后拟南芥和须弥芥叶片中溶血磷脂的总量呈上升趋势,根部溶血磷脂总量基本保持不变;无论在对照还是缺钾条件下,拟南芥溶血磷脂的总含量要高于须弥芥。须弥芥叶片具有更高的DGDG/MGDG值,根部具有更高的PC/PE值,说明长期缺钾条件下须弥芥膜的稳定性可能更好。这可能是须弥芥耐缺钾的原因之一。     

儿茶素诱导的拟南芥根细胞膜脂变化

儿茶素是一种可以短时间内杀死植物细胞的植物毒素,由于具有强的植物毒性,儿茶素是开发除草剂的理想化合物,它可以诱导植物根系统的死亡。为了研究植物根细胞膜脂对化学胁迫的响应规律,我们运用高通量的脂类组学方法检测了拟南芥根中膜脂分子的组成,比较了儿茶素处理下拟南芥野生型（WS）及磷脂酶Dδ缺失突变体（PLDδ KO）根中膜脂分子的组成情况、膜脂含量、双键指数及碳链长度值。结果发现,儿茶素处理拟南芥根90min后,二半乳糖基二酰甘油（DGDG）、单半乳糖基二酰甘油（MGDG）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰胆碱（PC）及磷脂酰肌醇（PI）的总含量在WS与PLDδ KO植株根中都显著下降,磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰丝氨酸（PS）在WS中下降,在PLDδ KO中上升。儿茶素处理导致PLDδ KO植株的PC/PE比值显著下降,WS植株PS碳链长度显著增加。上述结果说明儿茶素处理后,磷脂酶Dδ缺失突变体膜不稳定性增加,PLDδ KO植株对儿茶素胁迫更加敏感。     

植物光合系统对高温胁迫的响应机制

温度变化是影响植物生长和发育的一个非常重要的因素,而光合作用是植物对温度变化最为敏感的生理过程.高温胁迫给植物光合器官造成了严重的危害,但在高温胁迫下,植物并不是消极被动的,并且能够在生理生化及分子水平上发生各种变化来渡过逆境.本文结合当今国内外研究进展,从光合系统热量耗散与光合修复的相关因素,如类囊体膜上相关蛋白,热激蛋白,水杨酸,抗过氧化物酶及抗坏血酸等几个方面展开分析,阐述了植物光合系统对高温胁迫的防御机制,并对今后的研究方向进行了探讨和展望.