植物对金属纳米材料胁迫响应的蛋白质组学研究进展

土壤已逐渐成为金属纳米材料在环境中的主要沉积库,植物作为生态系统中的重要组成部分,在纳米材料的归趋中起着十分重要的作用。研究表明,金属纳米材料会通过改变植物蛋白质的表达影响植物的生长发育。本文阐述了多种典型金属纳米材料胁迫引起的植物蛋白质组差异表达,总结了金属纳米材料胁迫下纳米材料理化性质、植物特征和胁迫条件等因素对植物蛋白质组响应的影响,综述了植物蛋白质组对金属纳米材料胁迫的响应机制,主要涉及能量合成与代谢响应、氨基酸合成与信息传导响应、氧化应激和胁迫防御响应,并对今后的研究方向进行了展望。     

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。     

植物硅营养的研究进展

阐述了植物吸收硅的机理、硅与其它营养元素的关系及其对非胁迫和胁迫条件下植物生长发育的有益作用 .植物吸收硅的机制目前尚不是很清楚 ,不同植物吸收硅的方式不同 .硅可影响植物中其它营养元素的含量 .在非胁迫条件下 ,硅可促进植物的生长 ;硅也参与了植物抗病、抗虫等生物胁迫 ,以及抗金属毒害、盐害、温度胁迫、干旱、抗倒伏等非生物胁迫的反应 .目前 ,应从多种植物上深入研究硅的吸收方式与机理 ;同时 ,应该改变硅在细胞壁的沉积仅仅起增强组织机械强度作用的观点 ,而应从生理代谢调控的角度进行硅作用机制的研究 ,为生产实践中硅肥的应用奠定理论基础     

酸性土壤上植物应对铝胁迫的过程与机制

铝胁迫是酸性土壤上影响作物产量最重要的因素之一.目前,全球土壤酸化程度进一步加剧了铝胁迫.植物可通过将铝离子与有机酸螯合储藏于液泡和从根系中排出铝毒.排出铝毒主要通过苹果酸转运蛋白ALMT和柠檬酸转运蛋白MATE的跨膜运输来实现.编码ABC转运蛋白和锌指转录因子的基因与植物抗铝胁迫有关.这些抗铝毒基因的鉴别使得通过转基因和分子标记辅助育种等生物技术来提高农作物的抗铝毒能力成为可能.最后提出了植物抗铝胁迫研究中需要解决的关键问题及今后的研究方向.     

4种植物幼苗根茎叶及根系分泌物中低分子量有机酸的特征

该研究建立了植物根茎叶及根系分泌物中有机酸的离子色谱分析测定方法,并测定了4种不同植物幼苗根茎叶及根系分泌物中低分子量有机酸的组成,为揭示逆境胁迫下植物体内有机酸的作用提供依据。结果表明:离子色谱分析法对植物有机酸的加标回收率为91.10%~105.42%,检测限为0.12~0.36mg/L,方法线性关系良好(R2=0.965 3~0.998 8);4种植物根茎叶及根系分泌物中都可以检测出草酸、柠檬酸、苹果酸、丁二酸和酒石酸,其中草酸、柠檬酸和苹果酸为优势酸;有机酸的组成和含量具有物种以及器官的差异性;根系分泌物中的有机酸与根茎叶中有机酸的相关性也因种属差异而不同。这为研究逆境胁迫下植物器官及根系分泌物提供了可靠方法。     

根分泌的有机酸对土壤磷和微量元素的活化作用

在养分胁迫下,尤其是缺磷条件下,许多植物可通过增加有机酸的分泌,作为其适应机制．讨论了营养胁迫条件下不同生态型植物根系分泌有机酸的种类,分析了不同生态型植物分泌的有机酸种类和数量之间的差异．结果表明,在缺磷条件下植物根系所分泌有机酸的种类和数量与它们所处的土壤环境关系密切．在营养胁迫条件下植物根系分泌的有机酸具有活化土壤磷、微量元素和缓解Ａｌ毒的功能;对有机酸活化土壤养分,解Ａｌ毒可能的作用机制进行了论述     

植物硅营养的研究进展

阐述了植物吸收硅的机理、硅与其它营养元素的关系及其对非胁迫和胁迫条件下植物生长发育的有益作用。植物吸收硅的机制目前尚不是很清楚,不同植物吸收硅的方式不同。硅可影响植物中其它营养元素的含量。在非胁迫条件下,硅可促进植物的生长;硅也参与了植物抗病、抗虫等生物胁迫,以及抗金属毒害、盐害、温度胁迫、干旱、抗倒伏等非生物胁迫的反应。目前,应从多种植物上深入研究硅的吸收方式与机理;同时,应该改变硅在细胞壁的沉积仅仅起增强组织机械强度作用的观点．而应从生理代谢调控的角度进行硅作用机制的研究,为生产实践中硅肥的应用奠定理论基础。     

ABA与植物胁迫抗性

ABA是一种重要的植物激素,受到生物胁迫和非生物胁迫的调控,在植物对胁迫耐受性和抗性中发挥着重要作用。本文着重阐述了植物胁迫对ABA的生物合成和代谢的调控、ABA在调控气孔关闭和调控基因表达从而调控植物耐逆性方面的作用,以及植物胁迫信号转导途径间的联系和交叉。     

ABA 与植物胁迫抗性

ABA是一种重要的植物激素, 受到生物胁迫和非生物胁迫的调控, 在植物对胁迫耐受性和抗性中发挥着重要作用。本文着重阐述了植物胁迫对ABA的生物合成和代谢的调控、ABA在调控气孔关闭和调控基因表达从而调控植物耐逆性方面的作用, 以及植物胁迫信号转导途径间的联系和交叉。     

科学出版社科学出版中心生命科学分社新书推介

植物生物学书号:978-7-03-034067-2/Q.2900作者:(英)Alison M.Smith等编著;瞿礼嘉等译定价:$180本书由欧洲著名植物分子生物学研究所John InnesCenter的七位杰出植物生物学家合作撰写.全书共分九章,首先介绍现代植物起源研究,并简述植物基因组和遗传学的特征,随后阐述植物细胞代谢和发育等方面的基础知识和研究进展,以及植物对环境信号的接受和应对生物胁迫和非生物胁迫的策略,最后讨论植物学     

Plant metabolomics in biotic and abiotic stress: a critical overview

Abiotic and biotic stresses affect plant physiology and growth. The development of metabolomics, along with other -omics technologies, allowed in depth analysis of the reactive processes characterizing plant stress as the result of the alteration of metabolites and gene expressions. Here, we organize and interpret data from 151 studies to provide an overview about metabolomic shift after exposure to either abiotic or biotic stresses including drought, salinity, heat, heavy metal, cold, pathogens and insects. Data showed that amino acids, organic acids, sugars, and sugar alcohols quantities are influenced by stresses. Proline for example, increased in almost every stress condition, while other molecules increased or decreased depending specifically on plant tissue, plant species and type of applied stress. We concluded that although it is difficult to predict precisely what a stress will cause, some general metabolic trends can be described and improve our understanding of plant response to biotic and abiotic stresses.

     

植物对氨基酸的吸收及其生理效应

<正> 在古代的农业系统中,所用的肥料都是有机肥,人们并不知道植物依赖于何种物质得以生长繁衍。自1840年,德国化学家李比希(J.U.Liebig)发表了《化学在农业和植物生理学上应用》一书后,人们对植物的营养有了新的认识,认识到矿物质对植物的重要性。李比希在书中指出:“土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料。植物可以完全依赖于无机物质而生长发育。这一观点即为“植物的矿质营养学说”。该学说后来为生产实践所充分证明,并成为农业化学     

Plant responses to metal toxicity

Metal toxicity for living organisms involves oxidative and/or genotoxic mechanisms. Plant protection against metal toxicity occurs, at least in part, through control of root metal uptake and of long distance metal transport. Inside cells, proteins such as ferritins and metallothioneins, and glutathion-derived peptides named phytochelatins, participate in excess metal storage and detoxification. Low molecular weight organic molecules, mainly organic acids and amino acids and their derivatives, also play an important role in plant metal homeostasis. When these systems are overloaded, oxidative stress defense mechanisms are activated. Molecular and cellular knowledge of these processes will be necessary to improve plant metal resistance. Occurrence of naturally tolerant plants which hyperaccumulate metals provides helpful tools for this research.     

植物脂肪酸调控基因工程研究

脂肪酸代谢是植物最重要的代谢途径之一,脂肪酸在人们日常生活及工业生产上有重要用途,作者阐明了植物脂肪酸代谢的基本途径,并对近些年来植物脂肪酸代谢的遗传调控及基因工程的研究进展做了较为详细的总结,同时对植物脂肪酸调控基因工程发展提出了展望。     

Heavy metal-induced oxidative damage, defense reactions, and detoxification mechanisms in plants

Heavy metal (HMs) contamination is widespread globally due to anthropogenic, technogenic, and geogenic activities. The HMs exposure could lead to multiple toxic effects in plants by inducing reactive oxygen species (ROS), which inhibit most cellular processes at various levels of metabolism. ROS being highly unstable could play dual role (1) damaging cellular components and (2) act as an important secondary messenger for inducing plant defense system. Cells are equipped with enzymatic and non-enzymatic defense mechanisms to counteract this damage. Some are constitutive and others that are activated only when a stress-specific signal is perceived. Enzymatic scavengers of ROS include superoxide dismutase, catalase, glutathione reductase, and peroxidase, while non-enzymatic antioxidants are glutathione, ascorbic acid, α-tocopherol, flavonoids, anthocyanins, carotenoids, and organic acids. The intracellular and extracellular chelation mechanisms of HMs are associated with organic acids such as citric, malic and oxalic acid, etc. The important mechanism of detoxification includes metal complexation with glutathione, amino acids, synthesis of phytochelatins and sequestration into the vacuoles. Excessive stresses induce a cascade, MAPK (mitogen-activated protein kinase) pathway and synthesis of metal-detoxifying ligands. Metal detoxification through MAPK cascade and synthesis of metal-detoxifying ligands will be of considerable interest in the field of plant biotechnology. Further, the photoprotective roles of pigments of xanthophylls cycle under HMs stress were also discussed.     

高等植物金属抗性中有机酸的作用及其机理

植物的金属抗性可通过避性和耐性途径获得。具有螯合能力的有机酸在植物的金属外部排斥(避性)机制和内部耐受(耐性)机制中均具有重要作用。在金属的外部排斥过程中,植物根系分泌有机酸,与金属离子形成稳定的复合体,降低土壤金属的移动性,达到体外解毒的目的。超积累型植物的内部耐受机制主要体现在,有机酸可与金属元素发生螯合作用,将离子态的金属转变成低毒或无毒的螯合态,从而降低细胞内金属离子的毒害效应。有机酸的种类受植物种类、金属类型等因素的影响。     

氮代谢参与植物逆境抵抗的作用机理研究进展

近年来,植物所受到的诸如干旱、盐、高温、低氧、重金属胁迫和营养元素缺乏等环境胁迫越来越多,严重影响了植物的生长发育及作物的质量和产量。氮素是植物生长发育所需的必需营养元素,同时也是核酸、蛋白质和叶绿素的重要组成成分,其代谢过程与植物抵抗逆境的能力息息相关。氮代谢是指植物对氮素的吸收、同化和利用的全过程,是植物体内基础代谢途径之一。氮代谢主要从氮素吸收、同化及氨基酸代谢等方面参与植物的抗逆性,并通过调节离子吸收和转运、稳定细胞形态和蛋白质结构、维持激素平衡和细胞代谢水平、减少体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成以及促进叶绿素合成等生理机制来影响植物抵抗非生物胁迫的能力。因此,提高植物在逆境下的氮代谢水平是减轻外界胁迫对其损伤的一种潜在途径。该文从氮素同化的基本途径出发,分别阐述了氮代谢在干旱胁迫、盐胁迫和高温胁迫等多个方面的逆境抵抗过程中的作用机理,为氮代谢参与植物抗逆性研究提供了有利参考。     

Cd胁迫和增强UV-B辐射对大豆根系分泌物的影响

 镉（Cd）污染和增强紫外线-B（UV-B）辐射对大豆(Glycine max)根系分泌物变化的研究表明,Cd污染促进了大豆根系有机化合物（如有机酸、氨基酸、多肽和酰胺等）的分泌,但该分泌作用受增强UV-B辐射的抑制。根系有机硫分泌只受较强胁迫条件促进,较高浓度Cd和较强的UV-B辐射对大豆根系有机硫分泌有协同促进作用。氮素含量主要受Cd胁迫影响,其变化可能有两方面原因：1) Cd胁迫下根系对有机含氮化合物,主要是多肽、氨基酸和酰胺的分泌增加;2) Cd胁迫减少了根系对氮素的吸收,引起根际环境中残留氮素的升高。增强UV-B辐射对根际环境中氮素有一定影响,但不显著。研究结果表明了增强UV_B辐射在一定程度上影响Cd胁迫下大豆根系有机化合物的分泌作用,而且可能与大豆根系对重金属毒害的抗性有关。     

Organic acids in the rhizosphere – a critical review

Organic acids, such as malate, citrate and oxalate, have been proposed to be involved in many processes operating in the rhizosphere, including nutrient acquisition and metal detoxification, alleviation of anaerobic stress in roots, mineral weathering and pathogen attraction. A full assessment of their role in these processes, however, cannot be determined unless the exact mechanisms of plant organic acid release and the fate of these compounds in the soil are more fully understood. This review therefore includes information on organic acid levels in plants (concentrations, compartmentalisation, spatial aspects, synthesis), plant efflux (passive versus active transport, theoretical versus experimental considerations), soil reactions (soil solution concentrations, sorption) and microbial considerations (mineralization). In summary, the release of organic acids from roots can operate by multiple mechanisms in response to a number of well-defined environmental stresses (e.g., Al, P and Fe stress, anoxia): These responses, however, are highly stress- and plant-species specific. In addition, this review indicates that the sorption of organic acids to the mineral phase and mineralisation by the soil's microbial biomass are critical to determining the effectiveness of organic acids in most rhizosphere processes.