盐胁迫对红麻幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

为研究不同盐胁迫时间和不同盐浓度胁迫对红麻（Hibiscus cannabinusL.）幼苗的生长及抗氧化酶活性的影响,探寻红麻耐盐的生理机制,为盐碱地种植红麻提供科学依据,本研究对红麻幼苗进行了两种不同条件的盐胁迫处理。一种将红麻幼苗在0（对照组）、140 mmol/L NaCl的半强度Hoagland营养液下分别处理3、6、9 d,另一种是在0（对照组）、70、140、200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland营养液下处理6 d,分别测定两种盐胁迫条件下植株的鲜重、根长、茎长、叶片H2O2、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性。结果显示：（1）在第一种处理条件下,随着盐胁迫时间的延长,处理组红麻幼苗的鲜重相对于对照分别减轻了19.63%、19.35%和39.03%,株高则分别降低了25.59%、19.17%和18.48%,处理组的SOD活性先增后减,POD活性先减后增,MDA和H2O2的含量、CAT和GR活性基本随胁迫时间的增长而增高。（2）在第二种处理条件下,随着胁迫盐浓度的增加,处理组鲜重相对于对照分别减轻了16.79%、19.35%和44.73%,株高则分别降低了11.21%、19.17%和23.62%,处理组SOD活性都稍高于对照,但三者无显著差异,POD活性先减后增,MDA和H2O2的含量、CAT和GR活性基本上随着盐浓度增加而增加。实验表明,在两种不同条件的盐胁迫下,红麻幼苗受盐害的程度基本上随胁迫时间和盐浓度的增加而加重。处理组植株的SOD和POD活性较对照组增加不明显,甚至有所降低,而CAT和GR活性则相对较高,CAT和GR可能在红麻幼苗抵御盐害时起较重要作用。     

NaCl胁迫对盐芥质膜和液泡膜ATPase活性的影响

以盐生植物盐芥和中生植物拟南芥幼苗为材料,研究了盐胁迫对它们叶片和根质膜、液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性以及H+-ATPase、Na+/H+ 逆向转运蛋白表达的影响.结果显示:在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根质膜的H+-ATPase活性分别比对照显著升高41%～212%和35%～53%,液泡膜的H+-ATPase分别显著升高281%～373%和4%～38%,而拟南芥却比相应对照都显著降低;相同盐浓度胁迫下,盐芥叶片的H+-ATPase活性比根部高4～8倍,盐芥根也远高于拟南芥.在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根的液泡膜H+-ATPase蛋白质β亚基含量变化与其酶活性变化趋势一致,质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白的表达量与Na+含量变化趋势一致.盐胁迫下盐芥根中Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性的增加与根中Ca2+和K+含量呈显著正相关.研究发现,在盐胁迫条件下,盐芥能有效增强H+-ATPase蛋白和Na+/H+逆向转运蛋白表达,显著提高其根系与叶片质膜和液泡膜的H+-ATPase、Ca2+-ATPase和K+-ATPase活性,维持细胞质中较高的Ca2+和K+水平,从而缓解盐胁迫的伤害,增强耐盐性.     

NaCl胁迫下胡杨（Populus euphratica）和群众杨(P.popularis)抗氧化能力及耐盐性

在盐浓度逐渐提高的胁迫条件下,对抗盐的胡杨（Populus euphratica）和盐敏感的群众杨（P.popularis 35~44）1年实生苗木叶片中Na⁺、Cl^-水平、O₂^-•产生速率以及抗氧化酶：超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽还原酶（GR）的动态变化以及抗盐性进行了研究。结果表明,在盐浓度不断提高的胁迫条件下,群众杨叶片中Na⁺、Cl^-浓度持续增加,盐胁迫18d时,群众杨叶中Na⁺、Cl^-含量分别达到对照的17.8和14.6倍,此时O₂^-•产生速率也达到最高水平。而在盐胁迫期间,群众杨叶片SOD活性没有明显提高,CAT活性维持在对照水平以下,只有APX和GR活性在盐胁迫13~18d,即盐害症状出现前才有所上升,属于典型的盐害反应。胡杨与群众杨明显不同：在盐胁迫初期,胡杨叶片Na⁺、Cl^-含量虽然没有明显的变化,但胡杨叶片中O₂^-•产生速率在盐胁7d时明显提高,SOD、APX、CAT活性也都先后相应上升,表明胡杨能响应盐胁迫并上调SOD、APX和CAT等保护酶类,降低盐诱导的膜脂过氧化,从而减少了电解质外渗,最终提高了树木的抗盐性。     

盐胁迫对盐芥生长及硝酸还原酶活性的影响

盐胁迫处理导致盐芥植株鲜重、干重、含水量、肉质化程度和根冠比都下降;根中有机物含量上升,而无机物含量下降,叶的变化与根的相反;渗透调节能力、Na 含量和根系活力上升;硝酸还原酶活性显著增加;超氧阴离子(O2-)含量先降低后升高.表面扫描电镜图像显示:盐芥叶片表面没有盐腺或盐囊泡,所以它不是泌盐盐生植物.盐芥生长状况、Na 含量和Na X-ray微区分析结果表明:盐芥也不是拒盐盐生植物,而很可能是稀盐盐生植物.     

AMF对弱光及盐胁迫下甜瓜生长和抗氧化酶活性的影响

以甜瓜(Cucumis melo L.)品种"中蜜3号"为试材,摩西球囊霉菌(Glmous mosseae,GM)为供试菌种,采用温室盆栽试验研究接种丛枝菌根真菌(AMF)对弱光及盐胁迫下甜瓜生长和抗氧化酶活性的影响,以明确AMF对甜瓜复合逆境下的增抗作用并探讨其生理机制。结果显示:(1)在弱光及盐胁迫条件下,甜瓜幼苗生长受到明显抑制,其株高、干重和鲜重均明显降低,同时体内可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA含量以及SOD、POD、CAT活性均比对照显著升高。(2)弱光及盐胁迫下,接种AMF可显著促进甜瓜幼苗的生长,菌根侵染率随胁迫时间延长与盐浓度呈负相关关系。(3)弱光及盐胁迫下,接种AMF进一步提高了甜瓜幼苗体内可溶性糖、可溶性蛋白、淀粉和脯氨酸含量及SOD、POD、CAT活性,显著降低了MDA含量,且叶片SOD、POD活性变化大于根系,CAT则相反。研究表明,AMF可通过促进弱光及盐胁迫下甜瓜生长和抗氧化酶活性的提高,有效降低体内膜脂过氧化水平,从而增强植株对弱光及盐胁迫的耐性。     

NaCI胁迫对盐芥和拟南芥光合作用的影响

本研究检测了与盐芥(Ghellungiella halophila)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)光合作用相关的叶绿素、净光合速率(photosynthetic rate,Pn)、气孔导度(stomatal conductance,Gs)、胞间隙CO2浓度以及叶绿素荧光参数等指标,观察到随着NaCl浓度逐渐增加,盐芥的叶绿素a／b值(Chl a／Chl b)、类胡萝卜素／总叶绿素值(Car／Chl)显著高于拟南芥,且二比值变化幅度较小并保持较高水平。盐胁迫下拟南芥净光合速率下降、气孔导度下降和胞间CO2浓度减小。气孔因素是引起拟南芥光合能力下降的主要因素。叶绿素荧光参数的变化表明,50-200 mmol·L-1NaCl降低拟南芥叶绿体对光能的吸收能力,而且降低叶绿体的光化学活性,使电子传递速率和光能转化效率大幅度下降,造成光能转化为化学能的过程受阻,进一步加剧了光合放氧和碳同化能力的降低。而50-200 mmol·L-1NaCl胁迫没有使盐芥的光合作用受到不良影响。     

Ca^2＋对盐胁迫下黄瓜幼苗中CaM,MDA含量和质膜透性的影响…

添加ＣａＣｌ２可提高黄瓜幼苗中ＣａＭ含量,降低ＭＤＡ（丙二醛）和质膜透性,减轻盐害,添加ＣａＭ抑制剂ＣＰＺ（氯丙嗪）、ＴＦＰ（三氟拉嗪）则取得相反效果,添加外源ＣａＭ在体内合成,起到降低盐害作用。     

渗透胁迫对黑麦幼苗活性氧和抗氧化酶活性的影响

用20%聚乙二醇(PEG 6000)研究了渗透胁迫对黑麦(Secale cereale L.)幼苗活性氧(reactive oxygen species, ROS)和主要抗氧化酶—— 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase, GR)活性的影响。结果表明, 与对照相比, PEG处理明显提高了叶子和根中丙二醛(malondialdehyde, MDA)的含量、ROS的水平和以上4种抗氧化酶的活性。渗透胁迫下,叶子和根中MDA和ROS水平变化的规律基本相似, 但抗氧化酶活性在2种器官中表现不完全相同, 叶子中CAT的活性在对照和处理中无显著差异, 但在根中差异明显, 表明叶子中SOD、APX和GR在植物应答渗透胁迫中起重要作用, 而根中这4种抗氧化酶都参与植物对胁迫的反应。GR活性随PEG处理变化幅度显著高于其它抗氧化酶, 表明GR在黑麦应答渗透胁迫中所起作用可能强于其它抗氧化酶。     

渗透胁迫对黑麦幼苗活性氧和抗氧化酶活性的影响

用20%聚乙二醇（PEG 6000）研究了渗透胁迫对黑麦（Secale cereale L.）幼苗活性氧（reactive oxygen species,ROS）和主要抗氧化酶——超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase,APX）和谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase,GR）活性的影响。结果表明,与对照相比,PEG处理明显提高了叶子和根中丙二醛（malondialdehyde,MDA）的含量、ROS的水平和以上4种抗氧化酶的活性。渗透胁迫下,叶子和根中MDA和ROS水平变化的规律基本相似,但抗氧化酶活性在2种器官中表现不完全相同,叶子中CAT的活性在对照和处理中无显著差异,但在根中差异明显,表明叶子中SOD、APX和GR在植物应答渗透胁迫中起重要作用,而根中这4种抗氧化酶都参与植物对胁迫的反应。GR活性随PEG处理变化幅度显著高于其它抗氧化酶,表明GR在黑麦应答渗透胁迫中所起作用可能强于其它抗氧化酶。     

小盐芥大孢子发生和雌配子体发育

本论文研究了小盐芥（Thellungiella halophila）大孢子发生和雌配子体发育过程及该阶段与花蕾、花、果实外部形态的相关性。结果如下：小盐芥雌蕊由2心皮组成,侧膜胎座,每室胚珠多数,弯生,双珠被,薄珠心。孢原细胞位于珠心表皮之下,直接起大孢子母细胞的功能。大孢子四分体线形排列,合点端大孢子为功能大孢子,胚囊发育为蓼型。     

Cloning and characterization of a flowering time gene from Thellungiella halophila

Thellungiella halophila (T. halophila) (salt cress) is a close relative of Arabidopsis and a model plant for salt tolerance research. However, the nature of its later flowering causes some difficulties in genetic analysis. The FRIGIDA (FRT) gene plays a key role in the Arabidopsis vernalization flowering pathway, whose homolog in T. halophila may also be a key factor in controlling flowering time. In order to study the molecular mechanism of vernalization responses in T. halophila , a full length cDNA named ThFRI (Thellungiella halophila FRIGIDA) was isolated from the young seedlings of T. halophila by RT-PCR and RACE. The ThFRI cDNA was 2017 bp in length and contained an open reading frame encoding a putative protein of 605 ami no acids. The ThFRI showed significant homology to AtFRI (74.5% at the nucleotide level and 63.9% at the ami no acid level). To study its function, ThFRI cDNA was transformed into Arabidopsis thaliana , driven by CaMV 35S promoter. Transgenic plants expressing ThFRI exhibited late-flowering phenotype, which suggests that ThFRI is the funtional FRI homolog in T. halophila . The cloning and funtional characterization of the FRI homolog of T. halophila will faciliate further study of flowering time control in T. halophila .     

小盐芥营养器官的结构特点与其盐渍环境的关系研究

利用石蜡切片法研究了盐生植物小盐芥(Thellungiella halophila)营养器官的解剖结构。结果表明：小盐芥根的初生结构中表皮细胞为1层,且细胞大而高度液泡化,根毛数量较少;皮层仅由外皮层和内皮层2层细胞构成,细胞大,排列紧密;根次生维管组织发达。茎的初生结构中外剀维管束8～10束,大小不等,呈一轮排列;髓和髓射线发达;茎次生结构中维管组织也很发达。根和茎的这些结构特点提高了植物体吸收、运输水分的能力,而且根的特殊结构和输导系统将盐分限制在根内,适应于盐渍环境所造成的渗透胁迫和干旱胁迫。小盐芥叶片较小,上、下表皮细胞各1层,细胞大而高度液泡化,叶肉中栅栏组织与海绵组织分化不明显,但叶绿体体积大、数目多,细胞间隙较大,通气性能好,光合效率高。这些特点对其适应干旱盐渍环境有重要意义。小盐芥上述结构特征与典型真盐生植物、旱生植物相去其远,其营养器官内也无盐腺、囊泡等泌盐结构。由此推论,小盐芥更倾向于似盐生植物(拒盐植物)。     

盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响

芥子油苷是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切。以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和盐生模式植物盐芥（Thellungiella halophila）为研究对象,系统地分析了盐胁迫下二者芥子油苷组成和含量的变化规律。拟南芥（生长4周）和盐芥（生长6周）叶片的芥子油苷组成在盐胁迫后没有改变。拟南芥的芥子油苷总量、脂肪族芥子油苷总量、吲哚族芥子油苷总量受盐胁迫的影响均不显著,而盐芥的则随盐胁迫增强先减少、后增加并高于对照水平。拟南芥脂肪族的3MSOP、5MSOP和吲哚族的4OHI3M、4MOI3M随盐胁迫增强而含量降低,而脂肪族的6MSOH、吲哚族的I3M以及盐芥脂肪族的3MSOP则随盐胁迫增强有含量增加的趋势。拟南芥脂肪族的8MSOO和吲哚族的1MOI3M,盐芥脂肪族的3MTP、Allyl、10MSD和吲哚族的4MOI3M,在盐胁迫下的含量变化与盐芥芥子油苷总量的变化趋势一致。     

盐芥ThMSD基因在大肠杆菌中的表达及特性研究

超氧化物歧化酶(SODs)是真核生物中广泛存在的含金属抗氧化酶,包括Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和Fe-SOD 3种.植物线粒体中的Mn-SOD在植物抗逆中发挥重要作用.ThMSD是前期工作中从极度抗逆植物盐芥中克隆到的Mn-SOD编码基因.将ThMSD连接到原核表达载体pET30a(+),转化到BL21,获得重组菌BL21(pET30a-ThMSD).SDS-PAGE分析表明,重组菌在32kDa处有明显的诱导条带,与理论大小一致.Western blotting分析表明,诱导的条带能和抗His标签的单克隆抗体发生特异性反应.对3个重组子的可溶性全蛋白进行SOD活性分析,发现均高于空白对照菌.选择能大量表达ThMSD的重组子进行大量诱导表达,通过镍亲和层析纯化目的蛋白.对纯化的ThMSD重组蛋白进行热稳定性分析,结果表明,55℃下ThMSD仍有50％以上活性,42℃处理40 min后仍保持60％以上活性.在重组菌BL21(pET30a-ThMSD)对NaCl的抗性分析实验中,当培养基中盐浓度高于正常值时,在所测定阶段重组菌的生长速度均高于对照菌.可见,经原核表达的重组蛋白ThMSD具有较强的SOD活性及热稳定性,表达ThMSD基因的BL21菌株提高了对NaCl的耐受力.推测盐芥ThMSD基因与盐芥极强的抗逆性有密切联系.     

Effect of salt stress on growth and osmotic regulation in Thellungiella and Arabidopsis callus

The response of Thellungiella (Thellungiella holophila) and Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) callus to salt stress was investigated. The relative growth rate of Arabidopsis calli decreased with increased levels of NaCl. However, the relative growth rate of Thellungiella calli increased with higher levels of NaCl, reaching maximal growth at 100 mM NaCl, but then subsequently declined. A similar pattern of accumulation of proline, glycine betaine, and total flavonoid was observed; whereas, accumulation of treholase continued to increase with increasing NaCl levels in both Thellungiella and Arabidopsis calli. Overall, with increasing NaCl levels, accumulation of glycine betaine, total flavonoid, and treholase was higher in Thellungiella than in Arabidopsis calli; while, proline and sucrose contents were higher in Arabidopsis than in Thellungiella calli. These results indicated that compatible solutes were involved in the response of plant calli to salt stress, and that the halophyte Thellungiella and glycophyte Arabidopsis selected different compatible solutes to adapt to salt stress environments. X. Zhao and H. J. Tan have contributed equally to the paper.     

Effects of NaCl on the growth, ion accumulation and photosynthetic parameters of Thellungiella halophila

Thellungiella halophila seedlings grown on a solid substrate for 25 days on standard medium were challenged with NaCl. Growth, tissue hydration, ion accumulation, photosynthesis, lipid peroxidation and antioxidant enzymatic activities were studied on rosette leaves. Three accessions of Arabidopsis thaliana were cultivated under the same conditions. During the first two weeks of salt treatment, the growth of T. halophila leaves was restricted by NaCl. No significant difference appeared between T. halophila and A. thaliana concerning biomass deposition, or hydric and ionic parameters. However, all A. thaliana plants displayed foliar damage, and died during the third week of salt (50mM NaCl) treatment. Almost all (94%) T. halophila plants remained alive, but did not display any sign of altered physiological condition. Tissue hydration, chlorophyll content, stomatal conductance, photosynthetic quantum yield, and photosynthetic rate were very similar to those of control plants. Lipid peroxidation, estimated from thermoluminescence, was very low and insensitive to salt treatment. Only slight changes occurred in antioxidant enzymatic activities (SOD, several peroxidases, and catalase). From the absence of physiological disorder symptoms, we infer that salt was efficiently compartmentalized in leaf vacuoles. In salt-treated A. thaliana, the photosynthetic quantum yield was diminished, and lipid peroxidation was augmented. These observations reinforce the conclusion that T. halophila could accumulate salt in its leaves without damage, in contrast to A. thaliana.