外源绿原酸缓解黑大豆SB铝毒害的机理研究

该文研究了外源绿原酸(CGA)对Al胁迫下铝敏感型黑大豆SB根生理生化指标以及根中胁迫相关基因表达的变化,探讨外源CGA缓解SB根铝毒害的效果及分子机理。以不同浓度Al和CGA处理SB,筛选出CGA缓解Al毒害的最佳浓度,测定Al含量、抗氧化系统酶活性、14-3-3蛋白与H~+-ATP酶的表达、H~+泵活性。结果表明:低浓度CGA能缓解Al胁迫下黑大豆SB根伸长抑制,并促进侧根数目增加,而高浓度CGA的缓解效果下降;0.01 g·L~(-1) CGA使Al胁迫下SB根尖Al含量与MDA含量下降,促进根系柠檬酸的分泌。RTPCR和Western Bloting分析表明0.01 g·L~(-1) CGA促进Al胁迫下SB根中14-3-3b、14-3-3m、14-3-3k和GHA2基因(质膜H~+-ATP酶)的表达,抑制MATE基因的表达。同时,0.01 g·L~(-1) CGA能促进Al胁迫下质膜H~+-ATP酶蛋白磷酸化水平以及其与14-3-3蛋白结合,且能提高质膜H~+-ATP酶和H~+泵活性。因此推测外源CGA可能通过增加侧根数,增强14-3-3蛋白和质膜H~+-ATP酶基因蛋白表达水平和互作,弥补Al胁迫下MATE表达的抑制,增加柠檬酸的分泌,增强SB对铝毒害的耐受性。     

铝胁迫对黑大豆膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响

以耐酸型黑大豆(丹波黑大豆,简称RB)和酸敏感型黑大豆(简称SB)为材料,在水培条件下分析不同浓度的铝胁迫对这两种黑大豆叶和根膜脂过氧化和抗氧化酶活性的影响。结果显示:RB的铝耐受能力比SB强;在不同浓度铝胁迫下RB叶和根中的H2O2和MDA上升幅度低于SB,SB的叶和根中膜脂过氧化程度大于RB。在不同浓度铝胁迫下,RB叶和根中的SOD活性与SB差异不大,而CAT活性在RB和SB的叶和根中均被诱导显著升高,POD活性在RB叶和根中有下降趋势但仍然显著高于SB。因此,与酸敏感型的黑大豆相比,耐酸型黑大豆在铝胁迫下具有较强的保护酶活性,使其膜脂受氧化损伤的程度较低,从而表现出更强的耐铝胁迫能力。     

叶片喷施甲醇对铝胁迫下黑大豆抗氧化酶活性的影响

在营养液水培条件下,分析叶片预喷施5％ (V/V)甲醇对50μmol·L-1的AlCl3胁迫下黑大豆叶和根中H2O2和MDA含量以及抗氧化酶SOD、POD和CAT活性的影响,为进一步研究甲醇及抗氧化酶在响应铝胁迫应答中的调控机制奠定基础.结果显示:(1)在铝胁迫下,随着铝处理浓度的升高根尖吸收的铝越多,且根的生长被抑制越严重.(2)铝胁迫能诱导黑大豆叶和根中可溶性总蛋白、H2O2和MDA含量的增加,POD和CAT活性增强,但SOD活性变化不明显.(3)当叶片喷施5％甲醇预处理后再进行50 μmol·L1 AlCl3胁迫,随着处理时间增加黑大豆叶和根中可溶性总蛋白含量及POD和CAT活性显著增加,而H2O2和MDA含量显著下降,SOD活性变化亦不显著.研究结果表明,在铝胁迫下叶片喷施5％甲醇能够增强黑大豆叶和根中POD和CAT活性,降低H2O2和MDA的积累,这可能是甲醇通过抗氧化酶参与铝胁迫应答的一种重要机制.     

番茄Sl_OASTL/LCD基因的克隆与表达及其对侧根生长的作用

硫化氢（H2S）是植物中最新发现的一种气体信号分子,高等植物中内源H2S主要由L-型半胱氨酸脱巯基酶（LCD）和D-型半胱氨酸脱巯基酶（DCD）两类蛋白产生。我们的前期研究结果表明外源H2S能够促进植物侧根发育。为了研究内源H2S的产生机制及H2S与一氧化氮（NO）在调控侧根发育中的作用,本实验以番茄幼苗为材料,克隆了编码H2S合成酶基因Sl_OASTL/LCD;研究抑制内源H2S对NO诱导侧根发育的影响;并研究了NO对Sl_OASTL/LCD表达的影响。结果显示：（1）番茄根中存在3个O-乙酰丝氨酸（硫醇）裂解酶基因（Sl_OASTL1、Sl_OASTL2、Sl_OASTL3）。比对和结构分析显示,Sl_OASTL1为编码H2S合成酶基因LCD,所以将Sl_OASTL1命名为Sl_OASTL/LCD;启动子区域分析显示,Sl_OASTL/LCD基因上游含有多个响应NO和植物激素信号的保守基序。（2）与对照相比,内源H2S合成酶抑制剂DL-炔丙基甘氨酸（PAG）和内源H2S清除剂亚牛磺酸（HT）处理均能抑制侧根生长。（3）外源NO供体硝普钠（SNP）显著诱导侧根生长。（4）PAG和HT处理均能够抑制NO对侧根生长的诱导作用。（5）RT-PCR分析显示,SNP处理能够显著诱导幼苗根中Sl_OASTL/LCD的表达。上述结果表明,NO可能通过调控Sl_OASTL/LCD的表达产生内源H2S诱导番茄幼苗侧根发育。     

铝毒胁迫诱导菜豆柠檬酸的分泌与累积

水培试验结果表明 ,铝毒诱导菜豆柠檬酸的分泌与累积存在着显著的基因型差异 .Al3 + 浓度 <5 0 μmol·L-1时 ,柠檬酸分泌量随Al3 + 浓度的增大而增加 ;Al3 + 浓度在 5 0～ 80 μmol·L-1时 ,柠檬酸分泌量随Al3 + 浓度的增大而减小 .不同菜豆基因型以G1984 2的柠檬酸分泌量最大 ,单位干重Al吸收量最小 .铝毒胁迫时 ,不同菜豆基因型叶片柠檬酸累积量无明显差异 ,根系柠檬酸累积量为G1984 2 >AFR >ZPV >G5 2 73.菜豆柠檬酸分泌量缺P处理 <铝毒胁迫 ,5 0 μmol·L-1LaCl3 不能诱导菜豆分泌柠檬酸 ,表明柠檬酸的分泌与累积是菜豆抗铝毒胁迫的重要生理反应     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

H_2S与Ca~(2+)互作提高黄瓜幼苗耐冷性

硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)是一种新型气体信号分子,钙离子(calcium,Ca~(2+))为重要的第二信使,两者在调控植物生长发育及多种逆境胁迫中分别起着重要作用。然而,H_2S和Ca~(2+)信号在调控植物耐冷性中的作用关系并不十分清楚。本研究针对以上问题以‘津优35号’黄瓜为试材进行研究,结果表明,低温胁迫可诱导H_2S信号的产生,且这种信号可被外源Ca~(2+)增强;低温胁迫可诱导Ca~(2+)信号转导相关基因CaM、CIPK5的mRNA表达,且外源H_2S能够上调低温下CaM、CIPK5的表达量;进一步研究发现,外源H_2S和Ca~(2+)可显著增强植株的抗氧化能力,减少活性氧积累,从而降低低温胁迫对黄瓜幼苗的损伤,且加入Ca~(2+)螯合剂乙二醇二乙醚二胺四乙酸(ethylene glycol tetraacetic acid,EGTA)或钙调素拮抗剂氯丙嗪(chlorpromazine,CPZ)后,H_2S对黄瓜幼苗抗氧化能力的促进效应明显减弱,同样的,H_2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)也会降低Ca~(2+)的作用。以上结果表明H_2S与Ca~(2+)信号间存在着复杂的联系,而且他们可以通过相互作用调控黄瓜幼苗的抗氧化系统,从而增强植株耐冷性。     

过氧化氢预处理增强敏感型黑豆抗铝能力的生理机制

以铝敏感型黑豆(简称SB)幼苗为实验材料,在水培条件下进行不同浓度过氧化氢(H2O2)和AlCl3处理,考察其生长和相关生理指标变化,探讨H2 O2预处理缓解黑豆铝毒害的生理以及分子机理.结果显示:(1)黑豆幼苗根的相对生长量在0.1和1.0 μmol·L-1 H2O2处理下始终得到显著促进,并以后者效果更好,而在10.0和100.0 μmol·L1 H2O2处理下先表现促进后受到显著抑制.(2)经过1.0 μmol·L-1 H2O2预处理的SB幼苗在不同程度Al3+胁迫(50～400 μmol·L 1)3周后,其叶片和根中总蛋白含量分别显著增加了16.7％～41.2％和10.0％～25.0％,MDA含量减少了近50％;而其同期的SOD和POD活性显著增加.(3) H2 O2预处理可诱导SB根和叶中的SOD基因(Mg/Fe-SOD和Mn-SOD)的表达水平明显提高.研究表明,低浓度H2O2能显著促进铝胁迫下铝敏感型黑豆幼苗生长,且主要是通过增加植株抗氧化酶活性和相关基因表达水平来提高其对铝胁迫的抗性.     

不同浓度Al3+胁迫对水稻根生长的影响

铝毒害是酸性土壤限制农作物产量的主要因素之一。本文以水稻为材料,探讨了不同浓度的AlCl3(0、50、100、150 mmol.L-1)胁迫处理对水稻幼苗根生长的影响。结果表明,随着Al3+浓度和胁迫时间的增加,水稻幼苗根的生长受到抑制,长度和鲜重都减小,根尖细胞死亡的程度增大,根中H2O2含量上升;与对照(未经DMTU预处理)相比,经dimethylthiourea(内源过氧化氢抑制剂)预处理的水稻幼苗在Al3+胁迫下根细胞死亡程度减小,H2O2含量降低,根的生长抑制得到缓解,表明内源H2O2的积累是造成Al3+对水稻幼苗根生长抑制的原因之一。     

外源水杨酸对铝胁迫下菊芋根系分泌物的影响

为探究铝胁迫对菊芋根系分泌物的影响以及外源水杨酸(SA)的缓解作用,该文以耐铝型南京菊芋和铝敏感型资阳菊芋为试验材料,采用土培法,设置铝浓度500μmol·L^-1,分析了不同浓度(10、100、1 000μmol·L^-1)SA对铝胁迫下菊芋根系分泌物中有机酸、氨基酸以及根尖相关代谢酶活的影响。结果表明：(1)单铝胁迫会导致菊芋根系分泌物中柠檬酸、草酸、苹果酸浓度升高,且南京菊芋升高幅度大于资阳菊芋;柠檬酸合酶和苹果酸脱氢酶在单铝胁迫下活性增强;脯氨酸含量显著提升,总氨基酸浓度均显著减少。(2)外源SA加入后,南京菊芋根系分泌的柠檬酸、草酸、苹果酸浓度均得到不同程度提高,但经高浓度(1 000μmol·L^-1)SA处理后资阳菊芋根系分泌草酸显著降低,且在各浓度SA处理下苹果酸浓度均无明显变化;柠檬酸合酶活性出现不同程度的增强,但对南京菊芋根尖中苹果酸脱氢酶活性影响不大,且高浓度(1 000μmol·L^-1)SA处理后显著降低了资阳菊芋根尖中苹果酸脱氢酶活性;脯氨酸含量显著下降,从总氨基酸浓度变化来看,...     

植物适应酸铝胁迫机理的研究进展

酸铝胁迫是限制植物正常生长发育的重要非生物胁迫因子,严重制约了我国酸性土壤地区的农业生产水平。植物抵御酸铝胁迫的形式复杂多样,如分泌有机酸、提高根际pH、分泌黏液、细胞壁对Al³⁺的固定、有机酸对细胞溶质中Al³⁺的螯合与液泡区隔化等。现有研究多集中于常规生理特征分析,缺乏深入的分子生物学解析。基于此,本文对国内外植物适应酸铝胁迫机理的相关研究进行了归纳和总结,从酸铝胁迫对植物生长与生理代谢的影响、植物适应酸铝胁迫最主要的两种生理机制(Al排除机制、Al耐受机制)以及分子水平上调控相关耐铝基因进行了综述。最后针对现有研究的不足提出了展望,以期为深入揭示植物适应酸铝胁迫的机理以及挖掘适于酸土生长的优质作物资源提供理论依据。     

铝胁迫下植物根系的有机酸分泌及其解毒机理

酸性土壤中的铝毒害问题,已成为限制植物生长发育的主要因素之一.耐铝植物通过根系分泌有机酸来解除或减轻铝的毒害是外部解铝毒的重要机制.文章对铝胁迫下植物根系分泌有机酸的种类,有机酸解铝毒机理、解铝毒能力,有机酸分泌方式及调控其分泌的主要因素等相关研究进行综述.     

Zinc status does not affect aluminum deposition in tissues of rats

To examine whether zinc deficiency would increase the toxicity of dietary aluminum, weanling, male Sprague-Dawley rats were fed purified diets containing either 2 or 30 mg Zn/kg diet, with or without 500 mg Al/kg diet for 28 d. Individually pair-fed rats were fed the 30 mg Zn/kg diet with or without added aluminum to control for inanition secondary to zinc deficiency. Rats fed the 2 μg Zn/kg diet showed evidence of zinc deficiency, including anorexia, growth retardation, and depressed concentrations of zinc in tibias and livers. Zinc deficiency did not significantly increase the concentrations of aluminum in the tibias, livers, kidneys, or regions of the brain examined (cerebrum, cerebellum, midbrain, and hippocampus). Inclusion of aluminum in the diet did not alter aluminum concentrations in the various tissues. Under the conditions of this study, zinc deficiency did not result in greater sensitivity to dietary aluminum exposure.     

The Physiology, Genetics and Molecular Biology of Plant Aluminum Resistance and Toxicity

Aluminum (Al) toxicity is the primary factor limiting crop production on acidic soils (pH values of 5 or below), and because 50% of the world’s potentially arable lands are acidic, Al toxicity is a very important limitation to worldwide crop production. This review examines our current understanding of mechanisms of Al toxicity, as well as the physiological, genetic and molecular basis for Al resistance. Al resistance can be achieved by mechanisms that facilitate Al exclusion from the root apex (Al exclusion) and/or by mechanisms that confer the ability of plants to tolerate Al in the plant symplasm (Al tolerance). Compelling evidence has been presented in the literature for a resistance mechanism based on exclusion of Al due to Al-activated carboxylate release from the growing root tip. More recently, researchers have provided support for an additional Al-resistance mechanism involving internal detoxification of Al with carboxylate ligands (deprotonated organic acids) and the sequestration of the Al-carboxylate complexes in the vacuole. This is a field that is entering a phase of new discovery, as researchers are on the verge of identifying some of the genes that contribute to Al resistance in plants. The identification and characterization of Al resistance genes will not only greatly advance our understanding of Al-resistance mechanisms, but more importantly, will be the source of new molecular resources that researchers will use to develop improved crops better suited for cultivation on acid soils.     

铝对植物毒害及植物抗铝作用机理

综述了有关铝对植物的毒害及植物耐铝机理的研究成果。铝可以从植物的不同生物水平上影响植物的生长;不同植物耐受铝的能力不同,耐受性植物可在机体内形成各种耐受机制,以抵抗环境中铝的压力。这在受损土壤环境中的生态系统恢复具有应用前景。     

微生物铝毒害和耐铝毒机制研究进展

在酸性土壤中,铝毒是限制农作物生产的关键问题之一,铝同样对微生物产生毒害作用。研究微生物的铝毒害和耐铝毒机制可以为植物耐铝毒机制的研究提供一种新视角。目前的研究表明,铝作用于微生物细胞的细胞壁、细胞膜、细胞核和细胞器,影响微生物的物质和能量代谢,抑制微生物的生长和发育。针对这些毒害作用,铝毒耐受微生物通过多途径全方位的机制适应外界的铝毒环境。该文结合作者的研究工作,综述了微生物的铝毒害和耐铝毒机制。     

无土栽培下酸铝耦合对银杏生长的胁迫效应

本试验采用U₂₀₇均匀设计方案,通过无土栽培方法研究酸铝耦合处理对银杏幼株生长的效应。结果表明,在pH 4.5～5.5范围内,能耐铝（AlCl₃）浓度可达0.4 mmol/L,而高浓度（0.8～1.2 mmol/L）的铝对银杏有毒害作用;pH高于5.0时,提高培养液中铝浓度对银杏生长无明显影响。总之,酸铝耦合加剧对银杏植株的毒害作用,尤其对根系的伤害更为明显,甚至导致烂根死根,从而使地上部停止生长。     

Targeted expression of SbMATE in the root distal transition zone is responsible for sorghum aluminum resistance

Aluminum (Al) toxicity is one of the major limiting factors for crop production on acid soils that comprise significant portions of the world's lands. Aluminum resistance in the cereal crop Sorghum bicolor is mainly achieved by Al‐activated root apical citrate exudation, which is mediated by the plasma membrane localized citrate efflux transporter encoded by SbMATE. Here we precisely localize tissue‐ and cell‐specific Al toxicity responses as well as SbMATE gene and protein expression in root tips of an Al‐resistant near‐isogenic line (NIL). We found that Al induced the greatest cell damage and generation of reactive oxygen species specifically in the root distal transition zone (DTZ), a region 1–3 mm behind the root tip where transition from cell division to cell elongation occurs. These findings indicate that the root DTZ is the primary region of root Al stress. Furthermore, Al‐induced SbMATE gene and protein expression were specifically localized to the epidermal and outer cortical cell layers of the DTZ in the Al‐resistant NIL, and the process was precisely coincident with the time course of Al induction of SbMATE expression and the onset of the recovery of roots from Al‐induced damage. These findings show that SbMATE gene and protein expression are induced when and where the root cells experience the greatest Al stress. Hence, Al‐resistant sorghum plants have evolved an effective strategy to precisely localize root citrate exudation to the specific site of greatest Al‐induced root damage, which minimizes plant carbon loss while maximizing protection of the root cells most susceptible to Al damage.     

Aluminum: a pH-dependent inhibitor of NADP-isocitrate dehydrogenase from porcine heart

Aluminum showed a pH-dependent inhibitory effect on NADP-isocitrate dehydrogenase from porcine heart. Aluminum ions (Al³⁺) acted as a partial competitive inhibitor of the enzyme with respect to the substratethreo-Ds-isocitrate and inhibited the enzyme non-competitively with respect to NADP at pH 6.85. Fractional velocity plot analysis showed theK _i of the enzyme for aluminum ions to be 0.88m. When pH was elevated to 8.0, aluminum ions, which occur as a form of the Al(OH)₄ ^– anion, acted as partial uncompetitive and non-competitive inhibitors of the enzyme with respect to the substrates isocitrate and NADP, respectively. TheK _i of the enzyme was determined to be 5.64 m at pH 8.0 by fractional velocity plot analysis. The inhibition of NADP-isocitrate dehydrogenase by two forms of aluminum ions may explain aluminum toxicity in various tissues and organs.