Ca2+参与H2O2促进盐碱混合胁迫下燕麦种子的萌发和成苗

盐碱胁迫是制约作物高产优质的重要因素,Ca²⁺和H₂O₂作为信号分子参与作物逆境响应调节。为了解Ca²⁺是否参与H₂O₂对盐碱胁迫下植物种子萌发和成苗的调控,以燕麦（Avena nude）为试验材料,采用隶属函数分析方法,研究了胞外游离Ca²⁺螯合剂EGTA、质膜Ca²⁺通道阻断剂LaCl₃和液泡膜Ca²⁺释放抑制剂钌红（RR）与H₂O₂共处理对盐碱混合（NaCl：Na₂SO₄：NaHCO₃：Na₂CO₃=12：8：9：1）胁迫下种子萌发和成苗的影响。结果表明,25~200 mmol·L^-1盐碱混合胁迫显著抑制燕麦的种子萌发和成苗,抑制程度随浓度提高而增强;0.001~2 mmol·L^-1 H₂O₂能够促进燕麦种子的萌发和成苗,且0.5 mmol·L^-1 H₂O₂可以显著缓解75 mmol·L^-1盐碱混合胁迫对燕麦种子萌发和成苗的抑制作用;而EGTA、LaCl₃和RR均能消减H₂O₂对盐碱混合胁迫下燕麦种子萌发和成苗的促进作用。表明Ca²⁺参与H₂O₂促进盐碱混合胁迫下燕麦种子萌发和成苗的信号转导过程。     

低压环境中植物的生长特性及适应机理研究进展

在低压受控生态生命保障系统中, 植物是关键的生物部件。在低压环境中, 植物会面临与常压不同的总大气压力(总压)、O₂分压和CO₂分压等大气环境条件。虽然植物在一定的低压环境中能完成完整的生长周期(从种子到种子), 但为了适应新的大气环境条件, 其生理生态特性均会发生改变。该文综述了低压对植物种子萌发、植株形态结构、生长特性、根系养分吸收、植株营养品质、叶片气体交换和乙烯(C₂H₄)释放的影响, 以及低压环境诱导的植物基因表达和相应的调控机理等, 从不同角度阐述了低压环境对植物生长的影响及植物对低压环境的适应机理, 并指出了将来需要进一步开展的试验研究方向。     

过氧化氢酶在植物生长发育和胁迫响应中的功能研究进展

过氧化氢酶(catalase, CAT)作为过氧化氢(hydrogen peroxide, H₂O₂)的清除酶在植物生长发育和胁迫响应中扮演着十分重要的角色。CAT的功能受到严格调控,其在正常条件下维持适当浓度的H₂O₂作为信号分子以保证植物的生长发育;在胁迫下保持H₂O₂稳态以增强植物耐逆性。本文对近年来CAT在植物生长发育和胁迫响应中的功能研究进展予以综述,特别是翻译后修饰和亚细胞定位对CAT功能的调控,并对植物CAT的调控机理研究进行了展望。     

植物种子萌发期耐盐碱性提高技术研究进展

种子萌发是种胚从生命活动相对静止恢复到生理活跃状态的生长发育过程,最易受到外部环境影响,其中盐碱胁迫是最严重的生态限制因素之一。中国盐碱地面积大、分布广,总面积约1亿hm²,占全国土地面积的10%,盐碱逆境下种子萌发受阻已成为我国盐碱地植物天然更新和农林业生产的首要障碍因子。目前,已知植物种子萌发期耐盐碱性提高技术主要有物理方法、化学调控、生物途径和育种技术4个方面,其中物理方法包括种子引发、低温、超声波、微波、电场等物理因素处理;化学调控包括无机、有机外源物质调控;生物途径包括植物促生细菌和真菌共生;育种技术包括耐盐性鉴定筛选和转基因技术。综述了植物种子萌发期耐盐碱性提高技术研究进展,简述了这些技术的特点及不足,并提出了进一步开展工作的建议,旨在为解决我国盐碱地植物种子萌发受阻难题、实现盐碱地低成本规模化的生物修复和盐碱地区农林业生产提供参考。     

硫化氢调节植物氧化应激响应的作用机制

氧化应激是一种氧化还原失衡的状态，易引起生物体组织细胞发生氧化损伤。通过激活抗氧化系统调节氧化还原平衡是生物体内普遍存在的氧化应激响应机制。硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是生物体内重要的信号分子，它能通过多种途径调节机体生理反应和胁迫响应。本文综述了植物中H₂S的产生途径，H₂S常见供体的特性，H₂S、活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)在调节植物氧化应激响应中的研究进展；重点讨论了H₂S调节植物氧化应激响应的方式，及其与ROS和RNS在植物氧化还原平衡调节中的相互作用调控，为理解植物氧化应激响应过程中信号分子的作用机制提供参考。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)研究进展

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)是一个广泛存在于开花植物中的酶, 在植物体内仅存在于特定的组织和细胞中, 其活性受自身磷酸化和一些相关代谢产物的调节。PEPCK的磷酸化在多种植物体内受光调控。ATP存在时, PEPCK催化OAA生成PEP, 而PEP是多种反应的前体物质。通过不同的代谢途径, PEPCK间接地参与贮油植物种子萌发和植物果实成熟的糖异生过程, C₄和CAM(景天科代谢)植物光合作用中的CO₂浓缩过程, 细胞内pH值平衡和植物体内氮代谢过程等, 从而调节植物的生长发育。该文综述了植物中已发现的PEPCK及其在植物生命活动过程中的自身活性调节和生理功能。     

NaHS对NaHCO3胁迫下黑籽南瓜种子萌发及生理特性的影响

以黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia)种子为试材, 研究了外施不同浓度的NaHS对NaHCO₃胁迫下种子萌发及生理特性的影响。结果表明, NaHCO₃胁迫显著抑制了黑籽南瓜种子的发芽率、胚轴长和胚根长, 降低了种子萌发过程中的可溶性糖含量, 抑制了α-淀粉酶、β-淀粉酶、SOD及POD活性。而外施不同浓度的NaHS显著促进了NaHCO₃胁迫下黑籽南瓜萌发种子胚轴和胚根的生长, 提高了可溶性糖含量及α-淀粉酶、β-淀粉酶、SOD和POD活性, 降低了MDA含量; 外施其它盐类(Na₂S、Na₂SO4、NaHSO₄和NaHSO₃)及不同pH值(pH5.8–7.8)的Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液对NaHCO₃胁迫下黑籽南瓜种子的萌发则无影响。外施NaHS可有效缓解NaHCO₃胁迫对黑籽南瓜种子萌发的抑制作用, 其缓解效应可能与其释放的H₂S有关。     

钠盐胁迫对河西走廊荒漠绿洲过渡带典型一年生草本植物种子萌发的影响

研究不同浓度盐分(NaCl和NaHCO₃,0、40、80、120、160和200 mmol·L^-1)对6种河西走廊荒漠绿洲边缘人工林典型一年生草本植物(禾本科:狗尾草、虎尾草和小画眉草;藜科:雾冰藜、刺沙蓬和蒙古虫实)种子在当年秋季和次年春季的萌发和复萌的影响。结果表明: NaCl和NaHCO₃对6种植物种子的萌发有显著影响,NaHCO₃对种子萌发的抑制作用大于NaCl。NaHCO₃浓度达到160 mmol·L^-1时,6种植物基本不萌发或萌发率较低;NaCl浓度达到200 mmol·L^-1时,6种植物仍能够保持相对较高的萌发率。种子当年秋季萌发率(2.8%～20.0%)远低于次年春季萌发率(21.7%～81.6%),秋季复萌率(3.3%～20.0%)低于春季复萌率(5.0%～41.1%),当年生种子秋季多保持休眠,次年春季休眠减弱。6种一年生草本植物种子的耐盐性为:虎尾草＞狗尾草＞刺沙蓬＞雾冰藜＞蒙古虫实＞小画眉草。     

胞质Ca2+参与外源H2S促进盐碱胁迫下裸燕麦种子萌发

硫化氢（Hydrogen sulfide,H₂S）是植物新型气体信号分子,钙离子（Calcium,Ca²⁺）为重要的第二信使,两者在植物逆境响应中分别发挥着重要作用。为明确胞质Ca²⁺在外源H₂S促进盐碱胁迫下作物种子萌发中的作用,以裸燕麦（Avena nude）为材料,采用培养皿培养,以混合盐碱（NaCl、Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaHCO₃的摩尔比为12：8：1：9）模拟甘肃裸燕麦种植地盐碱环境,蒸馏水为对照,测定了胞外Ca²⁺螯合剂乙二醇-双-（2-氨基乙醚）四乙酸（EGTA）、质膜Ca²⁺通道阻断剂氯化镧（LaCl₃）、液泡Ca²⁺释放抑制剂钌红（RR）和内质网钙泵阻断剂毒胡萝卜素（Thaps）分别与H₂S供体硫氢化钠（NaHS）共处理下种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、平均发芽速率、胚根长和胚芽长7个发芽指标,利用隶属函数分析方法综合评价胞质Ca²⁺对H₂S缓解盐碱胁迫抑制种子萌发的影响。结果表明,随着盐碱胁迫浓度增大,裸燕麦种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、平均发芽速率、胚根长和胚芽长显著下降。与对照相比,15~75 mmol·L^-1盐碱胁迫导致裸燕麦种子萌发的隶属函数综合评价值（D）显著降低,30 mmol·L^-1盐碱胁迫下D值下降了73.1%;100~1 000 μmol·L^-1 NaHS不同程度提高了裸燕麦种子萌发的D值,且100 μmol·L^-1 NaHS缓解30 mmol·L^-1盐碱胁迫下D值下降的作用最大;EGTA、LaCl₃和RR均显著逆转了100 μmol·L^-1 NaHS对30 mmol·L^-1盐碱胁迫下D值下降的缓解作用,而Thaps对NaHS的作用无显著影响。表明胞质Ca²⁺参与外源H₂S促进盐碱胁迫下裸燕麦种子萌发的信号传导过程,且胞质Ca²⁺主要来源于胞外Ca²⁺的内流和液泡中Ca²⁺的释放。     

氢生物医学效应在疏解自由基氧化应激的分子机制

氢分子(H₂)作为有害自由基清除剂的选择性抗氧化新机制,为自由基生物医学理论研究和应用提供了新的方向。自2007年H₂首次被报道具有生物学效应以来,已在缺血/再灌注损伤、代谢综合征、炎症和癌症等疾病模型和人类疾病中被证实。虽然H₂的医学作用靶点仍存在争议,但大量的研究已证明H₂生物学效应具有医用气体作用和健康促进作用。系统地介绍了H₂对生物体及细胞调控的研究进展,阐述了H₂的抗氧化、抗炎和抗凋亡作用,探讨了H₂对线粒体和内质网的保护、细胞内信号通路的调节和免疫系统的平衡作用,以期为深入研究氢效应机制和规范氢供体应用范围提供理论依据。     

番茄SlTpx原核表达蛋白的体外功能分析*

H₂O₂是一种重要的信号分子,参与植物体内多种生理代谢活动,但过量的H₂O₂破坏生物大分子,从而使细胞受到毒害。硫氧还蛋白过氧化物酶(thioredoxin peroxidase,Tpx)通过清除H₂O₂在保护植物免受氧化损伤方面起着重要作用。为进一步研究番茄Tpx基因(SlTpx)的功能,构建了番茄SlTpx原核表达载体,并诱导和纯化了SlTpx蛋白,发现该蛋白质大小约为21 kDa。为检测SlTpx的抗氧化功能,通过体外的混合功能氧化酶(MFO)实验、过氧化氢清除实验和SlTpx蛋白体外抗重金属和H₂O₂实验,证明SlTpx可以保护DNA不受有害活性氧切割,并且提高大肠杆菌抵抗重金属和H₂O₂胁迫的能力。为揭示SlTpx在植物中的功能和作用机制奠定基础。     

一氧化氮对豆科植物结瘤及固氮的影响机制

豆科植物-根瘤菌共生过程受双方基因复杂且精细的调控, 能够产生特异的根瘤结构并可将大气中的惰性氮气(N₂)转化为可被植物直接利用的氨态氮。结瘤与固氮受多种因素影响, 其中, 一氧化氮(NO)作为一种自由基反应性气体信号分子, 可参与调节植物的许多生长发育过程, 如植物的呼吸、光形态建成、种子萌发、组织和器官发育、衰老以及响应各种生物及非生物胁迫。在豆科植物中, NO不仅影响寄主与菌共生关系的建立, 还参与调控根瘤菌对氮气的固定并提高植株氮素营养利用效率。该文主要从豆科植物及共生菌内NO的产生、降解及其对结瘤、共生固氮的影响和对环境胁迫的响应, 阐述了NO调控豆科植物共生体系中根瘤形成和共生固氮过程的作用机制, 展望了NO信号分子在豆科植物共生固氮体系中的研究前景。     

穿心莲内酯衍生物抗H2O2诱导胰岛RIN-mβ细胞凋亡的蛋白组学研究

采用蛋白组学方法筛选穿心莲内酯衍生物(AL-1)抗过氧化氢诱导胰岛RIN-mβ细胞凋亡的差异蛋白质分子并探讨其作用分子机制.结果显示:AL-1浓度依赖性地提高H₂O₂处理的胰岛RIN-mβ细胞的存活率.经蛋白组学研究分析,成功地鉴定了18个与凋亡、应激等相关的蛋白,包括Prohibitin、Shmt2、RhoGDP-dissociationinhibitor-1、Galectin-1、Cyt b5、Hsps等;与对照组(H₂O₂)相比,处理组(AL-1+H₂O₂)中,有9个表达上调的蛋白和9个表达下调的蛋白.AL-1通过调控与细胞凋亡、应激等相关的蛋白发挥其抗H₂O₂诱导的凋亡作用.     

硫化氢在植物中的生理功能及作用机制

硫化氢(H₂S)是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后第3个气体信号分子, 在植物体内参与许多重要的生理活动, 能够促进植物光合作用和有机物的积累, 缓解各种生物和非生物胁迫并促进植物生长发育。该文综述了植物体内H₂S的物理化学性质、产生机制、主要生理功能和作用机制以及与其它信号分子的互作关系, 并展望了H₂S信号分子的研究前景。     

巨尾桉叶片挥发物对三种植物种子萌发及幼苗生长的化感效应

为探讨人工巨尾桉林叶片挥发物对周边农作物的化感作用,采用不同质量新鲜巨尾桉叶片及由新鲜叶片提取的桉叶油对玉米、辣椒、西红柿等三种植物种子进行处理,观测其种子萌发和幼苗生长状况。结果表明:(1)在三种被测植物中,桉树叶片挥发物对玉米种子萌发影响最小,对辣椒影响最大;(2)当叶片用量小于200g时,桉树叶片挥发物对三种植物种子萌发影响不明显,当叶片用量达400g时,能完全抑制辣椒、西红柿种子萌发,并能极显著降低玉米种子萌发(P0.01);(3)玉米幼苗芽生长随叶片用量的增加呈现先促进后抑制现象,对芽高、鲜重、干重的促进和抑制均达到显著(P0.05)或极显著水平(P0.01);(4)当叶片用量小于或等于100g时,桉树叶片挥发物对辣椒、西红柿幼苗生长影响不明显,当用量达到200g时则能极显著抑制辣椒、西红柿幼苗生长;(5)桉叶油对三种测试植物的抑制效果与叶片自然挥发物相似,且效果更显著。     

气体甲醛胁迫对蚕豆保卫细胞中过氧化氢的积累和气孔导度及开度的影响

以蚕豆为材料,考察气体甲醛（HCHO）胁迫对保卫细胞H2O2积累和叶片气孔导度、开度的影响。结果表明:气体HCHO胁迫增加了叶片中H₂O₂的积累,荧光显微分析发现在较低浓度(0.2⁰.4μmol·L^-1)气体HCHO胁迫下,保卫细胞中增加的H₂O₂主要分布在细胞质中,高浓度(0.8¹.6μmol·L^-1)气体HCHO胁迫不仅增加保卫细胞质中H₂O₂的积累,而且显著增加叶绿体中H₂O₂的含量及积累H₂O₂的叶绿体数量,这说明在高浓度气体HCHO胁迫下蚕豆保卫细胞中增加的H₂O₂主要来源于叶绿体和细胞质。保卫细胞中H₂O₂积累的增加显著降低蚕豆的气孔导度和开度,从而导致蚕豆HCHO吸收效率下降。气体HCHO胁迫下叶片中抗氧化酶活性的变化可能是H₂O₂积累增加的主要原因,气体HCHO胁迫显著增强叶片中CAT和SOD的活性,但只有低浓度HCHO胁迫诱导叶片POD活性,叶片APX对HCHO胁迫很敏感,低浓度的气体HCHO对叶片APX活性都有显著的抑制作用。     

H2S信号参与SDH调控能量和活性氧代谢过程的作用机制

作为新兴的气体信号分子，硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)能够调节植物生长发育，广泛参与植物抵御生物及非生物胁迫的过程。琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase, SDH)结合于线粒体内膜，既是参与三羧酸循环的关键酶，也是氧化磷酸化过程的重要电子载体，在植物响应各类胁迫中发挥着重要作用。鉴于H₂S与SDH参与调控的生理过程有很大相关性，本文以模式植物拟南芥为实验材料，对H₂S与SDH之间的关系进行了探索。结果表明，在AtSDH1-1-OE中，H₂S的关键生成酶编码基因LCD和DES1大量表达，且H₂S产率和含量较WT显著升高。SDH抑制剂TTFA处理导致活性氧(ROS)大量产生，幼苗根的伸长受到极显著抑制，根发育生长基因RHD2、TRH和SCN1表达下调；而同时进行生理浓度的NaHS(H₂S供体)熏蒸，能够清除过量ROS,幼苗生长有所恢复。但在AtSDH1-1-OE中，施加HT(H₂S清除剂)后的...     

松嫩平原退化草地羊草种子萌发对环境因子的响应

研究了温度(恒温和变温)、水分(含水量2.5%-40.0%)和干旱胁迫、土壤类型(盐碱土和非盐碱土)和盐碱胁迫(NaCl和Na₂CO₃)等环境因子对羊草(Leymus chinensis)种子萌发的影响。恒温下未经打破休眠处理的羊草种子发芽率不足2%, 变温下羊草种子发芽率可达85.3%, 表明温度是影响羊草种子萌发的关键因素之一。羊草种子萌发的适宜土壤含水量为2.5%-15.0%, 随着含水量继续增加, 发芽率呈下降趋势。松嫩平原盐碱化土壤对羊草种子萌发具有显著的抑制作用, 羊草种子在重度盐碱土(pH 10.24)中发芽率仅为6.0%, 而在非盐碱土中发芽率可达61.3%。羊草种子在萌发阶段的耐盐碱能力差, 随着NaCl和Na₂CO₃浓度增加, 发芽率呈显著下降趋势, 且Na₂CO₃的抑制作用更强。松嫩平原盐碱环境下羊草种子萌发受到抑制是该地区羊草草地退化的原因之一。     

环境因素对伞形科两种植物种子萌发的影响

种子萌发模式是植物生活史策略中的一个主要特征。研究了环境因素对伞形科濒危植物明党参 (Changium smyrnioidesWolff)和非濒危植物峨参 (Anthriscussylvestris Hoffm.)种子萌发特性的影响。结果表明 ,温度是影响明党参和峨参这类冬性植物种子萌发的主要因素。两物种的种子萌发温度范围是 5～ 15℃ ,明党参种子的最适萌发温度是 10℃ ,峨参是 5℃ ,两物种在15℃时萌发率均已受抑制 ,到 18℃时几乎不萌发。两种植物种子的萌发率与温度显著负相关。两种植物种子在光照和黑暗条件下萌发率差异很小 ,均是中性种子。明党参种子在干燥条件下比峨参种子更容易失去活力 ,其种子的适宜含水量 (5 .9%～6 .4 % )比峨参 (<3.7% )高。种子质量好、萌发率高但种子产量低也是濒危植物种群更新的一个薄弱环节。     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO₂浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭, 提高植物对高浓度CO₂的适应性。但植物如何感知CO₂浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚。利用高通量、非侵入的远红外成像技术, 建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO₂浓度变化反应相关的突变体筛选技术, 筛选出对环境CO₂浓度敏感的拟南芥突变体ecs1。遗传学分析表明, ecs1为单基因隐性突变体, 突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白。与野生型拟南芥相比, 360 μL·L^–1CO₂可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭, ecs1突变体对900 μL·L^–1CO₂长时间处理具有较强的适应性。进一步的实验表明, 360μL·L^–1CO₂即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H₂O₂, 而900 μL·L^–1CO₂才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H₂O₂。因此, ECS1可能参与调节高浓度CO₂诱导的拟南芥气孔关闭和H₂O₂产生, H₂O₂可能作为第二信号分子介导CO₂诱导拟南芥气孔关闭的反应。