作物花粉高温应答机制研究进展

随着全球气候变暖加剧, 农作物面临更加严峻的高温威胁。高温胁迫影响作物生长发育各个阶段, 其中花粉发育过程对高温胁迫最为敏感, 因此花粉高温应答机制成为当前植物学研究热点。研究表明, 花粉可以通过质膜上的钙离子通道、内质网中的未折叠蛋白反应、活性氧积累以及H2A.Z等机制感知高温胁迫, 并通过调控热激蛋白表达、糖代谢、激素水平及活性氧清除能力适应高温胁迫。该文从高温对花粉发育的影响、花粉高温胁迫应答机制以及花粉高温胁迫研究的实验设计等方面进行综述, 旨在为相关研究提供借鉴。     

高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究

以番茄‘Micro-Tom’为材料,利用形态观察、DAPI染色、石蜡切片等方法对正常情况下番茄小孢子发生过程进行时期划分.通过连续7d的高温胁迫((35±1)℃/(30±1)℃)处理试验,结合细胞学观察,研究高温对番茄花粉小孢子发育的影响.研究表明,高温胁迫不仅导致花粉畸形或败育、花粉数量减少、活力低萌发力差,而且还导致花药绒毡层、药隔组织、药室内壁、花药表皮、环状细胞簇等花药细胞结构的发育异常.结果有助于阐明热胁迫对番茄小孢子发育的影响,并为培育耐高温农作物新品种提供思路.     

非生物胁迫影响水稻颖花育性机理的研究进展

本文从颖花发育的形态学和生理学角度,综述了水稻穗分化期至抽穗开花期非生物胁迫导致颖花不育的机理,旨在揭示非生物胁迫导致水稻颖花败育的关键过程及其内在联系.颖花是否可育主要与绒毡层细胞行为、花药开裂与散粉、花粉萌发、受精4个关键过程有关,胁迫通过影响这些关键过程,导致颖花不育.花药发育早期异常变化影响生殖细胞发育与授粉作用.可以通过喷施外源物质或增施硅肥等方法减缓非生物胁迫对颖花育性的伤害.今后需要加强交叉胁迫对颖花育性的影响、不同胁迫对花器官形态结构和生理特性的影响、不同水稻品种对胁迫的响应差异,以及胁迫影响花器官发育的分子生物学机制等方面的研究.     

高温胁迫对水稻花粉粒性状及花药显微结构的影响

对两个耐热性不同的水稻品系进行高温处理(8:00～17:00,37℃,17:00～8:00,30℃),测定了高温胁迫对水稻花粉粒性状及花药显微结构的影响.结果表明,高温胁迫导致花药开裂、花粉活力、花粉萌发率和柱头上花粉粒数的显著下降,花粉粒直径增大.高温下耐热品系996的花药开裂、花粉活力、花粉萌发率和柱头上花粉粒数明显高于热敏感品系4628,这表明耐热品系996在高温胁迫条件下能保持较好地花粉散落特性和花粉萌发特性,是其耐热性的生理基础;高温下耐热品系996的花药壁的表皮细胞排列较整齐,细胞间隙小;药隔维管束较大,维管束鞘细胞排列整齐,簿壁细胞多且排列整齐,木质部和韧皮部清楚可见;而热敏感品系4628花药壁的表皮细胞形状不规则,排列疏松,细胞间隙大,药隔维管组织受到很大程度破坏,维管束鞘细胞形状异常,排列紊乱,木质部和韧皮部界限不清.     

耐热水稻品种“Nagina 22”高温胁迫下的生理响应

为研究耐热水稻品种Nagina 22(N22)开花结实期高温胁迫下的主要生理响应,采用温室盆栽试验,在各供试材料的开花期,利用人工气候室进行高温胁迫处理。研究结果表明:N22在高温胁迫下不改变开花期但表现出日开花量的转峰;与N22相比,水稻感热品种Moroberekan花药开裂显著受阻,柱头上萌发的花粉数显著减少;花粉萌发数与花药开裂状况呈极显著的相关关系,进而表现出主穗结实率与柱头上花粉萌发数呈显著的相关关系;主穗日结实率在高温下呈递减趋势,且Moroberekan较N22的下降速率显著加快,表明耐热品种与高温胁迫对结实率存在累积效应,而且高温胁迫效应发生在开花授粉之前。     

藜科盐生植物的形态特征与耐盐分子机理研究进展

在非生物环境胁迫因子中,盐胁迫是造成农作物减产的主要因素之一.从藜科植物耐盐的形态生理学机制和分子生物学角度入手,讨论了藜科植物耐盐基因工程的新进展,探讨藜科盐生植物的盐胁迫机理,为利用基因工程手段培育耐盐植物奠定基础.     

WRKY转录因子参与植物抗盐性调控的研究进展

盐胁迫是影响植物生长发育重要的环境因子之一,为了适应及抵御盐胁迫危害的逆境,作物自身会通过一系列变化来适应环境而作出相关性应激性改变,如宏观形态学、生理学改变、微观分子生物学变化等。转录调控是细胞内部调控网络中最重要的一个环节,WRKY转录因子响应并参与多种植物的生物和非生物胁迫。本综述从盐胁迫下作物形态结构的变化、盐胁迫对作物生理代谢的影响以及WRKY转录因子参与作物抗盐调控网络等方面文献,来汇总分析近年来拟南芥、水稻及其他种类植物应对胁迫的响应机制以及WRKY转录因子的功能,为提高园艺作物抗盐性生理作用及分子机制提供帮助,同时为作物抗盐栽培提供新思路。     

地方稻资源D43的开花期耐热特性研究

水稻在抽穗开花期对高温胁迫非常敏感,通过挖掘耐热资源,培育耐热水稻品种是应对高温热害最有效的方式。前期研究发现,地方稻资源D43在花期连续高温条件下能保持较高的结实率。本研究在大田和人工气候室不同高温处理下,分析了D43的开花时间与耐热性之间的相互关系。结果表明,高温能够使水稻的开花时间提前,D43表现出稳定的早花时特性,高温胁迫下的开花时间集中在8∶30~10∶00;在开花时间段恒定高温胁迫下,D43的结实率较低;但在大田高温和人工气候室模拟高温胁迫下,D43的开花时间避开了日高温段,从而表现出较高的结实率;花器官形态性状包括花药开裂率、柱头上的花粉附着数、花粉萌发数与结实率之间呈显著正相关,因此可用于评价水稻的花期耐热性。     

高温干旱对不同品种辣椒生长及呼吸作用的影响

研究了高温干旱胁迫对不同品种辣椒生长及呼吸作用的影响。结果表明,高温胁迫对正椒13号的生长无影响,对鸡爪×吉林的生长稍有抑制;干旱及高温干旱严重地抑制了辣椒的生长。干旱导致叶片相对电导率的增加高于高温,而高温加剧了干旱伤害程度,并且对鸡爪×吉林的伤害更大。高温处理引起了辣椒总呼吸、细胞色素呼吸和交替呼吸的增加。干旱胁迫抑制了细胞色素呼吸,但诱导了交替呼吸的增强;高温干旱共同胁迫加剧了总呼吸和细胞色素呼吸的下降,交替呼吸只在胁迫第一天被促进,随后立即下降。高温、干旱和高温干旱胁迫下正椒13号表现出了较鸡爪×吉林更强的交替呼吸和总呼吸。说明高温、干旱和高温干旱胁迫下辣椒保持较高的总呼吸和交替呼吸与其抗高温和/或干旱能力相关。     

不同棉花种质资源耐热性鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一.中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫.本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状.然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率.不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异.而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性.结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标.     

Pollen development at high temperature and role of carbon and nitrogen metabolites

Fruit and seed crop production heavily relies on successful stigma pollination, pollen tube growth, and fertilization of female gametes. These processes depend on production of viable pollen grains, a process sensitive to high‐temperature stress. Therefore, rising global temperatures threaten worldwide crop production. Close observation of plant development shows that high‐temperature stress causes morpho‐anatomical changes in male reproductive tissues that contribute to reproductive failure. These changes include early tapetum degradation, anther indehiscence, and deformity of pollen grains, all of which are contributing factors to pollen fertility. At the molecular level, reactive oxygen species (ROS) accumulate when plants are subjected to high temperatures. ROS is a signalling molecule that can be beneficial or detrimental for plant cells depending on its balance with the endogenous cellular antioxidant system. Many metabolites have been linked with ROS over the years acting as direct scavengers or molecular stabilizers that promote antioxidant enzyme activity. This review highlights recent advances in research on anther and pollen development and how these might explain the aberrations seen during high‐temperature stress; recent work on the role of nitrogen and carbon metabolites in anther and pollen development is discussed including their potential role at high temperature.     

不同温度对七种外来杂草生理指标的影响及其适应意义

加拿大一枝黄花(Solidagocanadensis)、小飞蓬(Conyzacanadensis)、野塘蒿(Conyzabonarinsis)、钻形紫菀(Astersublatus)、一年蓬(Erigeronannuus)、马缨丹(Lantanacamara)和金鸡菊(Coreopsislanceolata)是我国东南地区有分布的7种外来杂草。测定了38°C、25°C和5°C处理下它们的可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量和过氧化物酶活性。结果表明,7种杂草对高温的耐受能力,由大到小分别为野塘蒿、小飞蓬、钻形紫菀、加拿大一枝黄花、马缨丹、一年蓬和金鸡菊,对低温的耐受能力,由大到小则分别为野塘蒿、小飞蓬、马缨丹、一年蓬、钻形紫菀、加拿大一枝黄花和金鸡菊。分析了四种生理指标变化的生态适应意义。     

温度和光照强度对鼠尾藻生长和生化组成的影响

在实验室条件下,研究了温度(10、15、20、25 ℃)和光照强度(20、60、100、140、180 μE·m^-2·s^-1)对鼠尾藻生长和生化组成的影响.结果表明,温度、光照强度及两者的交互作用对鼠尾藻生长均具有极显著影响.鼠尾藻在15 ℃和20 ℃下生长速率较高,随着温度的升高,达到最大生长速率所需要的光照强度有上升趋势.在10 ℃和15 ℃下,较高的光照强度对鼠尾藻生长产生了一定抑制作用,而在20 ℃和25 ℃下,其生长速率总体随光照强度的增加而增加.温度和光照强度对鼠尾藻叶绿素a、墨角藻黄素的含量影响极显著,其中光照强度的影响大于温度.总体上,叶绿素a和墨角藻黄素的含量均随着光照强度的升高而显著下降,随着温度的升高而升高.鼠尾藻碳水化合物含量随着光照强度的升高而显著升高,而温度对碳水化合物含量影响不显著.鼠尾藻蛋白质含量随着光照强度的增加而显著下降,在10 ℃和15 ℃下含量较高,随着温度的继续升高,蛋白质含量呈下降趋势.光照强度和温度的变化可改变鼠尾藻的藻体成分含量,这种改变可能是鼠尾藻为了适应环境因子改变而做出的积极的生理调节,对其生长和生存具有重要的生态意义.     

盐度变化条件下芦苇对互花米草的化感效应

以芦苇凋落物为试材,采用溶液浸提法和厌氧腐解法,获得水提物和腐解产物两种浸提物母液;在5‰和10‰盐浓度下以两种浸提物母液和25%母液分别处理互花米草种子、刚萌发的幼苗以及互花米草滩涂中特有的互花米草益生菌,考察盐度变化对互花米草种子的萌发、幼苗生长以及菌落生长的影响.结果表明：盐处理能够显著促进互花米草种子的萌发、幼根以及互花米草益生菌的生长(P＜0.05).较高的盐浓度(10‰)下,芦苇水提物对互花米草的萌发、生长和互花米草益生菌的生长呈促进作用;当盐浓度降低至5‰时,该促进作用消失.在较低的盐浓度(5‰)下,芦苇腐解产物对互花米草萌发产生显著的抑制作用;在较高盐浓度(10‰)时,则对互花米草益生菌产生显著促进作用(P＜0.05);在试验的任一盐浓度下,芦苇腐解产物对互花米草幼苗和幼根的生长均存在显著的抑制效果(P＜0.05).     

温度、盐度、光照对海洋卡盾藻生长和产毒的影响

在正交试验条件下,分析了盐度、温度、光照强度对海洋卡盾藻生长和产毒的影响.结果表明：在盐度22、33、45和温度20 ℃、25 ℃、30 ℃以及光照强度2000、3000、4500 lx条件下,三因素对海洋卡盾藻生长的影响均不显著,盐度是影响海洋卡盾藻产毒的主要因子;盐度45、温度30 ℃、光照2000 lx下海洋卡盾藻的比生长速率最大,盐度22、温度20 ℃、光照4500 lx下海洋卡盾藻的产毒能力最强;低盐条件不利于海洋卡盾藻的生长,但有利于溶血毒素的合成;当海洋卡盾藻生长受到限制时,其溶血毒素合成增多.     

嫁接对低温弱光下甜椒幼苗光合作用的影响

以‘卫士’和‘部野丁’为砧木,以‘赤峰特选’为接穂进行嫁接,在光照培养箱内对甜椒自根苗和嫁接苗进行低温(8 ℃/ 5℃)弱光(100 μmol·m^-2·s^-1)处理,处理7 d后在正常条件（25 ℃/18 ℃,PFD 550～600 μmol·m^-2·s^-1）下恢复3 d,研究低温弱光下甜椒嫁接苗和自根苗气体交换参数、羧化效率和荧光参数等的变化.结果表明：低温弱光胁迫3 d时,甜椒幼苗叶片的光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和羧化效率（CE）均下降50%以上,之后P_n、G_s趋于平稳,CE持续下降;胞间CO₂浓度（C_i）呈先下降后上升趋势.低温弱光下,甜椒幼苗的暗下最大光化学效率(F_v/F_m)、光下实际光化学效率（Ф_PSⅡ）及电子传递速率（ETR）显著降低,初始荧光(F_o)有所升高,表明其光合机构受到一定伤害,但处理结束3 d后基本恢复.与自根苗相比,嫁接苗在各处理阶段的P_n、G_s、CE、Ф_PSⅡ、F_v/F_m和ETR都有不同程度的提高,F_o明显降低.可见,嫁接可显著提高甜椒幼苗的光合功能,减轻低温弱光对其光合作用的影响.     

樟科两个近缘属润楠属和楠木属花粉形态的比较研究

通过扫描电镜观察对樟科润楠属13个种和近缘属楠木属5个种的花粉形态进行了比较研究。结果显示:两个属的花粉均属鳄梨型,即:花粉粒辐射对称、无极性、球形,外壁具明显的刺、薄壁区或小穿孔,通常刺小而密集。首次报道了润楠属与楠木属有的种类如Machilusyunnanensis、M.litseifolia、Phoebepandulata和Ph.zhennan等植物的花粉有圆形垫状隆起。两个属花粉形态的微观差异主要表现在小刺的长度、刺基部是否膨大以及垫状隆起的类型等方面。还讨论了这两个近缘属在花粉微观形态的多样性及其系统学意义。     

盐胁迫对不同种源麻栎叶片光合特征的影响

采用5 个不同盐浓度处理,研究了盐胁迫对山东费县、安徽滁州和四川万源3个种源地麻栎叶片光合特征的影响.结果表明：随着盐浓度的增加,3个种源的麻栎叶片叶绿素a、叶绿素b、净光合速率（P_n）均呈下降趋势,其中叶绿素a在山东种源中降幅最大,下降了21.5%～36.1%,四川种源降幅最小,在3.5%～19.8%之间.所有种源对照组的P_n均成“单峰”曲线,未出现“午休”现象;高盐浓度处理下则有明显的午休现象,经通径分析,P_n主要受饱和水汽压差和叶温的影响,气孔导度、胞间CO₂浓度和光强是次要因子.不同种源对照处理的麻栎叶片光合特征受原种源地环境因子的影响较大.麻栎的耐盐胁迫能力大小为：四川万源种源>安徽滁州种源>山东费县种源.     

利用蛋白质组学技术揭示的植物高温胁迫响应机制

高温是限制植物生长和产量的主要非生物胁迫因子.近年来,蛋白质组学研究为我们从系统生物学水平深入认识植物高温胁迫应答的复杂的分子机制提供了重要信息.目前,已经分析了模式植物拟南芥、主要粮食作物(大豆、水稻和小麦)、耐热植物(匍匐剪股颖、马齿苋、假虎刺),以及野生毛葡萄、胡杨、苜蓿、半夏等应答高温胁迫过程中的蛋白质组变化特征.这些研究共鉴定到838种响应高温胁迫的蛋白质,其中534种蛋白质表达受到高温诱导,304种蛋白质表达受到抑制.本文整合分析了上述植物在应对不同程度高温胁迫(30～45 ℃处理0～10 d)时蛋白质表达模式的变化特征,为解释高温胁迫应答网络体系中重要的信号与代谢通路(如：信号转导、胁迫防御、糖类与能量代谢、光合作用、转录、蛋白质合成与命运、膜与转运等)的变化提供了证据和线索,为深入认识植物应答高温胁迫的分子调控机制奠定了坚实的基础.     

不同饵料对魁蚶稚贝生长和存活的影响

在温度23.5～24.0 ℃和盐度29.5～30.0条件下,研究了球等鞭金藻、小球藻、牟氏角毛藻和新月菱形藻4种单细胞藻类单独及组合投喂24 d后对魁蚶稚贝生长与存活的影响.结果表明: 不同饵料投喂条件下,稚贝存活率均在95%以上,不同处理组间差异不显著.单一饵料投喂组中,球等鞭金藻组的稚贝生长最快,小球藻组的稚贝生长最慢.组合投喂组中,球等鞭金藻与其他3种单胞藻混合(1∶1)投喂组稚贝壳长及特定生长率均优于其他组,其中与小球藻混合投喂的效果最好,稚贝壳长和壳高的特定生长率分别为5.6%·d^-1和6.4 %·d^-1.研究结果可为魁蚶人工苗种培育技术的优化提供参考依据.