离子平衡及其相关信号传导在细胞耐盐中的作用

盐胁迫所造成的毒害作用皆源自细胞中水平衡和离子平衡的破坏,因此可以推断对耐盐起关键作用的基因能恢复细胞内水和离子平衡。鉴于调渗物质的积累对提高细胞耐盐性所起作用有很大差异,其中一些在某些情况下甚至与耐盐无关,本文集中讨论与恢复细胞内离子平衡相关的基因调控及其信号级联系统。盐胁迫时,这些基因产物在相关信号级联系统的协调下,通过有效地降低细胞内Ｎａ＾＋的浓度,增加Ｋ＾＋的吸收,恢复Ｎａ＾＋／Ｋ＾＋比,     

盐与碱胁迫对燕麦离子平衡和有机酸含量的影响

以燕麦品种‘白燕2号’为材料,试验分别设置0、50、100、150、200 mmol/L盐胁迫(NaCl∶Na₂SO₄=5∶1)和碱胁迫(NaHCO₃∶Na₂CO₃=5∶1)处理的温室内盆栽试验,观测燕麦植株生长速率、植株含水率、叶片离子含量及叶片各类有机酸含量,分析不同盐胁迫、碱胁迫对燕麦离子平衡的影响,并比较燕麦对两类胁迫的适应性差异。结果显示：(1)燕麦植株生长速率和植株含水率在低浓度(50和100 mmol/L)盐胁迫下均升高,而高浓度(150和200 mmol/L)盐胁迫下则降低;燕麦植株生长速率和植株含水率均随碱胁迫浓度增加而降低;在相同胁迫浓度下,碱胁迫对植株生长率、植株含水率的影响大于盐胁迫。(2)燕麦叶片K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、H₃PO^-₄、NO^-₃ 含量均随盐、碱浓度升高而降低,而Na⁺、Cl^-、SO^2-₄含量在盐、碱胁迫下均大幅上升;200 mmol/L盐、碱胁迫下,Na⁺ 含量分别较对照增加367.15%和518.41%,Cl^- 含量分别较对照增加785.07%和52.59%,SO^2-₄ 分别较对照增加142.01%和52.86%。(3)200 mmol/L盐、碱胁迫下,有机酸分别较对照增加74.52%和1 232.34%;碱胁迫及高浓度盐胁迫下燕麦叶片的柠檬酸、乌头酸、琥珀酸和苹果酸含量均高于对照,且乌头酸是燕麦响应盐胁迫、碱胁迫的主要有机酸成分,柠檬酸和琥珀酸略有变化,而甲酸、乙酸、乳酸、苹果酸、草酸含量均相对较低。研究表明,碱胁迫对燕麦植株生长速率、植株含水率、叶片离子含量及叶片各类有机酸含量的影响大于盐胁迫;盐胁迫与碱胁迫均引起燕麦叶片阳离子(Na⁺)大量积累,而K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、H₃PO^-₄及NO^-₃吸收受阻;燕麦叶片在盐胁迫下主要通过积累Cl^-调节叶片离子平衡,而碱胁迫下主要通过积累有机酸来调节离子平衡;有机酸是燕麦叶片响应碱胁迫的特异代谢物,其中乌头酸是其有机酸的主要成分。     

嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫相关离子转运蛋白研究进展

离子转运蛋白在维持细胞内pH稳态、离子动态平衡等方面发挥着重要作用。钠离子转运体和钾离子转运体在嗜盐耐盐微生物中广泛存在,其"保钾排钠"机制是微生物抗盐胁迫的两大策略之一。近年来,嗜盐耐盐微生物中许多新型钠、钾离子转运体被陆续发现,如RDD蛋白、UPF0118蛋白、DUF蛋白和KimA蛋白等;Fe³⁺、Mg²⁺等其他金属离子的转运蛋白也被证实可通过影响微生物胞内相容性溶质的合成起到渗透调节的作用。本文综述了嗜盐耐盐微生物中抗盐胁迫相关的各类离子转运蛋白,分析其分子结构和工作机理,并对这些蛋白在农业方面的应用进行了展望。继续发现新的离子转运蛋白,探究抗盐胁迫相关离子转运蛋白的结构和机理,解析各转运系统的协同作用及分子调控机制,将进一步加深对嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫调控的认识,并为盐碱地农作物的改良等提供新的思路。     

钙在植物细胞盐胁迫信号转导中的作用

阐述盐胁迫对钙信使系统的影响,以及钙在调节蛋白激酶、离子通道、离子泵中的作用,并分析了钙和ＡＢＡ在转导盐胁迫信号中的相互作用。     

植物耐盐相关基因克隆的研究进展

随着植物分子生物学快速发展,植物耐盐性研究已深入到耐盐相关基因的克隆、基因的结构分析以及基因表达特性等领域.目前,耐盐相关基因的克隆工作进行的如火如荼,有很多植物的耐盐基因已经被克隆,这些已克隆的耐盐相关基因涉及盐胁迫信号传导、基因表达的调控因子、渗透调节物质、胚胎发育晚期丰富蛋白LEA(Late-embryogensiS-abundant)等,本文就盐胁迫涉及的信号传导基因、基因表达调控因子等的克隆研究进展作一简要概述.     

植物感受盐胁迫及相关钙信号的研究进展

盐胁迫对植物的生长和发育造成严重影响,其危害包括渗透胁迫、离子毒害等,严重损害了农业生产和粮食安全。在盐胁迫下,植物相关感受器接受刺激,使得Ca²⁺通过细胞膜以及细胞内钙库膜上打开的Ca²⁺通道进入细胞质基质,导致细胞质内Ca²⁺浓度升高,产生钙信号。钙离子作为重要的第二信使,在植物细胞内和细胞间传递信号,信号往下游传递,在不同生长和发育阶段引起植物一系列的生理响应来应对盐胁迫影响。钙信号主要通过钙调蛋白（CaM）、钙调素样蛋白（CML）、钙依赖性蛋白激酶（CDPK）、钙调磷酸酶B样蛋白（CBL）和CBL互作蛋白激酶（CIPK）感知并将特异的钙信号信息传递到下游;从而激活植物盐胁迫生理响应。本文主要综述植物如何感知盐胁迫刺激,以及钙信号产生与传导机制,并对该研究领域需解决的问题进行了展望。     

DNA超甲基化在小麦耐盐胁迫中的作用

运用高效液相色谱技术测定小麦(Triticum aestivumL.)耐盐品种‘德抗961’和盐敏感品种‘豫麦34’盐胁迫后叶片和根DNA中5-甲基胞嘧啶百分含量的变化,结果表明,经150 mmol/L NaCl处理6 d后,‘德抗961’叶片和根DNA中的5-甲基胞嘧啶的百分含量显著下降,但经150 mmol/L NaCl处理10 d后,耐盐品种‘德抗961’叶片和根DNA中的5-甲基胞嘧啶的百分含量都比盐敏感品种‘豫麦34’的高。由此推测DNA超甲基化可能是植物耐盐机制的一部分。     

盐胁迫对槲树(Quercus dentata)幼苗离子平衡及其生理生化特性的影响

检测NaCl胁迫对槲树（Quercus dentata）幼苗离子平衡和生理生化特性的影响,为揭示槲树的耐盐机理,其在园林中的推广应用提供参考。以一年生槲树实生苗作为实验材料,经100、200、300 mmol/L的NaCl溶液浇灌处理30 d,测定不同时间的离子含量和生理生化指标变化。结果表明,随NaCl浓度的增加和处理的时间延长,槲树各指标表现出以下规律：（1）根茎叶积累大量Na⁺,引起离子毒害,导致叶片受损,根系Na⁺含量显著高于地上部分,这种补偿作用有助于减轻地上部分受到的损害;（2）各部分K⁺含量降低,根部较茎叶更为显著,导致Na⁺/K⁺明显升高;（3）Ca²⁺由根部向地上部分转运,在叶片中浓度显著增加,有助于建立新的离子稳态;（4）Mg²⁺含量总体上呈降低趋势;（5）叶片含水量逐渐降低,丙二醛含量和相对电导率逐步升高,且在重度胁迫下的变化更显著;（6）轻度盐胁迫下,叶片过氧化物酶（POD）活性无显著变化,而过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性逐渐升高,在重度胁迫下3种酶活性出现降低;（7）脯氨酸和可溶性糖少量积累,辅助调节渗透平衡。总之,槲树幼苗能够通过调控离子平衡,提升抗氧化酶活性,积累渗透调节物,从而提高耐盐性,抵御200 mmol/L以下的NaCl胁迫。     

真盐生植物盐地碱蓬根系边缘细胞在耐盐中的作用初探

以黄河三角洲潮间带盐地碱蓬种子生成的幼苗为材料,研究了NaCl胁迫对盐地碱蓬生长与根系边缘细胞的影响。盐地碱蓬的第一个边缘细胞几乎与根尖同步产生,当根长达到13mm时,边缘细胞数目达到最大值。NaCl胁迫抑制边缘细胞的活性,但低浓度的NaCl处理增加边缘细胞的数目。低浓度NaCl处理时果胶甲基酯酶（PME）的活性比对照有明显增加,超氧化物歧化酶（SOD）活性随着NaCl浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,低浓度NaCl可以增加盐地碱蓬根内过氧化氢酶（CAT）的活性,NaCl处理时间和处理浓度都对过氧化物酶（POD）活性的影响不明显。这些结果表明,盐地碱蓬至少部分通过增加调控活性氧（ROS）水平增加PME活性及根系边缘细胞数目来抵抗NaCl胁迫。     

盐生植物海马齿中与K+离子胁迫有关的基因功能初步鉴定

盐生植物海马齿常年生长在海边沙地,能忍耐高盐干旱.本研究对从海马齿植物盐胁迫下的差减文库(SSH文库)中分离的3个全长基因SRTG152-Ⅰ、SRTG152-Ⅱ和SRTG152-Ⅲ(GenBank:FJ457924,FJ457925和FJ457926)进行了微生物表达和耐盐分析.3个全长基因分别插入pET-22b(+)表达载体,经过1 mmol/L的IPTG在37℃下诱导3 h,它们均获得了成功表达.耐盐性功能分析表明,3个基因对Ca2+、Mg2+和Na+离子没有抗性,而在900 mmol/L高浓度K+离子的胁迫下与对照相比赋予菌株一定的K+离子抗性.所以,我们初步推测这3个全长基因SRTG152-Ⅰ、SRTG152-Ⅱ和SRTG152-Ⅲ是一类与K+离子的抗性相关的基因.     

植物跨膜离子转运蛋白与其耐盐性关系研究进展

盐胁迫下植物吸收过多的N a ,使植物体内的离子平衡受到破坏,为了维持其正常生长细胞内的各种离子就必须保持平衡,而这一过程主要是由位于质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成的,并在植物耐盐性方面起关键作用。本文主要对响应盐胁迫的几种跨膜转运蛋白如:K /N a 离子转运蛋白、N a /H 逆向转运蛋白以及与其相关的H -ATPase等,在植物耐盐分子生物学方面的研究进展进行综述。     

一氧化氮调节盐胁迫下小麦幼苗根部质膜H^＋-ATPase和焦磷酸酶活性提高耐盐性

采用外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)研究了NO对盐胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)幼苗耐盐性的影响。结果表明,0.1 mmol/L SNP处理显著缓解了150 mmol/L NaCl 胁迫对小麦幼苗生长的抑制效应,包括水分丧失以及叶绿素降解,从而提高了小麦幼苗的耐盐性。进一步结合1 mg/mL血红蛋白处理则显著逆转了SNP诱导的上述效应;利用亚硝酸钠和铁氰化钾作为对照也证实了NO对小麦幼苗耐盐性的专一性调节作用,并可能与NO对小麦幼苗根部质膜 H -ATPase和焦磷酸酶活性诱导有关。此外,尽管NO显著提高了盐胁迫下小麦幼苗根部细胞质膜H -ATPase和焦磷酸酶的ATP水解活性,但是对跨膜H 转运则没有明显影响。应用外源CaSO4 和 EGTA 处理也证实,Ca2 可能在NO诱导的质膜 H -ATPase和焦磷酸酶活性的提高过程中起信号作用。另外,分析盐胁迫下小麦幼苗根部 Na 和K 含量的变化也发现,NO对Na 含量没有明显影响,但是却显著提高了K 水平和K /Na 比,这可能也是NO提高小麦幼苗耐盐性的原因之一。     

Effect of Salt Stress on Ion Channel Selective Permeability of Plasmalemma in Sorghum Roots

100 mmol/L, 200 mmol/L and 300 mmol/L NaC1 was used in proper order to treat three-day old seedlings of Sorghum vulgare Pets. The plasma membrane of roots was isolated and purified by aqueous biphasic partition device. The plasmalemma was incorporated into planar bilayer lipid membrane and ion channels were measured by electrical methods. Ion selective permeabilities (PK: PNa) were assayed in asymmetrical solutions containing 100 mmol/L NaC1 in Cis chamber and 100 mmol/L KC1 in Tran with chamber and were calculated from Goldman-Hodgkin-Kaltz equation. PK: PNa was 3.5 in plasmalemma of control roots and 1.5 in plasmalemma of salt stressed roots. It showed that the changes of ion selective permeability was very significant under salt stress. The importance of the change of ion selective permeability is discussed.     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

综述与专论: 肠神经胶质细胞在维持肠黏膜稳态与调控炎症中的作用

肠神经胶质细胞分布于消化道黏膜层、黏膜下层和肌层,其具有广泛的异质性和可塑性。黏膜层最靠近肠腔,易受病原体侵袭和炎症影响,因此黏膜稳态备受关注。肠黏膜神经胶质细胞（mucosal enteric glial cells,mEGCs）与肠上皮细胞、血管内皮细胞、免疫细胞等非神经元细胞具有复杂的相互作用关系。从结构和功能的角度来看,mEGCs可能处于中心调控位置。最近研究不断揭示mEGCs的亚型和新功能,表明mEGCs在病理条件下存在功能改变。了解mEGCs如何引起黏膜功能障碍及其在疾病发展中的作用至关重要。本文将总结mEGCs在维持粘膜内环境稳定和调节炎症方面的作用。     

The Effect of Salt and Water Stress on Membrane Lipid Peroxidation in leaf Cells of Halophyte and Non-halophyte

Different concentrations of NaC1 and isoosmotic polyethylene glycol(PEG)were used to treat the seedlings of halophyte Suaede salsa and non-halophyte Prosopis chilensis. Membrane lipid peroxidation malondialdehyde(MDA)content,SOD activity and plasmalemma permeability were determined at different time of treatment. The seedlings of Suaeda salsa showed no or a little response to 0--1. 488 MPa NaCl,but marked response to 1. 984 MPa NaC1. However,there was a greater response to isoosmotic PEG in plasmalemma permeability, SOD activity and MDA content. Prosopis chilensis showed an contrary trend to Suaeda salsa. The MDA content decreased unanimously as three kinds of free-radical scavengers were sprayed on the seedlings of the above plants before NaCl or PEG treatment, but increased with pretreatment of SOD inhibitor. Obviously, the decrease of SOD activity and the increase of MDA content were related to plasma injury, and free-radical did participate the course of salt and/or water stress injury. Their effects of both salt and water stress shared common features in response to the integrity of the cell membrane.     

调控软骨形成的信号通路及相关因子在骨髓间充质干细胞骨向分化中的作用*

骨髓间充质干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的成体干细胞,可以通过定向诱导分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等,是目前骨再生医学和细胞治疗研究最多的理想种子细胞。在骨缺损的修复过程中,骨髓间充质干细胞内成软骨相关基因表达升高进而分化为软骨细胞,后期随着成骨细胞和破骨细胞的形成及血管长入,软骨基质逐步降解并被骨基质所替换。软骨细胞参与了骨缺损前期的修复过程,调控软骨形成的信号通路及相关因子不仅调控骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化,同时在成骨细胞分化过程中也发挥着重要的作用。对调控软骨形成的信号通路及相关因子在骨髓间充质干细胞骨向分化中的调控作用和研究现状进行了总结,以期为临床寻找更好的治疗骨缺损的方法提供理论依据和研究方向。     

Effects of Calcium on Absorption and Distribution of Ions and H+-ATPase Activity in Barley and Wheat Under Salt Stress

Calcium decreased Na+ absorption and transportation to the shoots,increased K+ and Ca2+ absorption and transportation ,decreased the leakage of electrolyties,and increased the accumulation of dry matter in barley and wheat seedlings under NaC1 stress. Calcium ion promoted the H+-ATPase activities in plasma membrane and tonoplast vesicles isolated from the young roots of the two plants, and increased respiration of the roots. This is in consistent with the results that calcium regulates ion absorption and distribution via its enhancement of H+-ATPase activities in plasma membrane and tonoplast.     

Learning from Evolution： Thellungiella Generates New Knowledge on Essential and Critical Components of Abiotic Stress Tolerance in Plants

Thellungiella salsuginea （halophila） is a close relative of Arabidopsis thaliana but, unlike A. thaliana, it grows well in extreme conditions of cold, salt, and drought as well as nitrogen limitation. Over the last decade, many laboratories have started to use Thellungiella to investigate the physiological, metabolic, and molecular mechanisms of abiotic stress tolerance in plants, and new knowledge has been gained in particular with respect to ion transport and gene expression. The advantage of Thellungiella over other extremophile model plants is that it can be directly compared with Arabidopsis, and therefore generate information on both essential and critical components of stress tolerance. Thellungiella research is supported by a growing body of technical resources comprising physiological and molecular protocols, ecotype collections, expressed sequence tags, cDNA-libraries, microarrays, and a pending genome sequence. This review summarizes the current state of knowledge on Thellungiella and re-evaluates its usefulness as a model for research into plant stress tolerance.