水杨酸调控盐胁迫下羽衣甘蓝种子萌发的机理

盐胁迫是植物种子萌发与植株生长的重要限制因子。以羽衣甘蓝(Brassica oleracea var.acephala)名古屋为材料,研究不同盐分对其种子萌发的影响,探索水杨酸(SA)及其合成抑制剂氨基茚磷酸(AIP)处理对羽衣甘蓝种子萌发的调控效应。实验结果表明,150与200 mmol·L^–1 NaCl处理后的羽衣甘蓝种子活力显著降低。盐胁迫显著降低种子的吸水速率、种子活力与幼苗质量,降低苯丙氨酸裂解酶活性与内源SA含量,提高过氧化氢(H2O2)与超氧阴离子(O2^–.)含量。SA可以缓解盐胁迫对羽衣甘蓝种子活力的抑制作用,通过促进内源SA合成,从而提高种子吸水率与种子活力,促进种子对K^+、Mg^2+的吸收,降低Na+含量。此外,外源施加SA能够显著增强超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性,降低H2O2与O2^–.的积累。相反,氨基茚磷酸(AIP)处理能够增强盐胁迫对种子萌发的抑制作用,推测这与AIP处理能够显著降低种子内源SA含量密切相关。研究表明外源SA主要通过提高保护酶活性、降低活性氧积累和维持体内离子平衡来增强羽衣甘蓝的耐盐性。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H₂S)。通过克隆小麦(Triticum aestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD, 并将其在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达, 探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响, 并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示, 盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型; 甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型, 且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感, ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下, TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

Ontogenetic photosynthetic changes, dispersal and survival of Thalassia testudinum (turtle grass) seedlings in a sub-tropical lagoon

Northward expansion of Thalassia testudinum (turtle grass) in Laguna Madre is occurring faster than can be explained by rhizome growth. We hypothesized that seedling establishment can account for the measured rates of meadow expansion and that seedling carbohydrate reserves are utilized until the plant is photosynthetically self-sufficient. To address seedling establishment, we estimated seed output, seedling dispersal and survival. Carbon dynamics were calculated from measurements of biomass allocation, non-structural carbohydrate carbon reserves and photosynthetic parameters in relation to T. testudinum seedling age. Potential seed production calculated for 1996 was consistent with field observations and was estimated at 66±14 seeds m⁻² bare area. Fruits can be positively buoyant for up to 10 days, while seeds were generally buoyant for <1 day. Water current measurements, made at about the time of seed release, indicate a positive net transport of 1.5 km d⁻¹ to the north. Seedling survival in laboratory culture after 6 months was 96% compared to 11% in the field after 1 year. The average root:rhizome+seed:leaf ratio changed from 0:11:1 for a 1 week old plant to 1:3:1 for a 15 month old plant. Seedlings used to determine whole plant photosynthesis ranged in age from about 1 week (0.25 months) to 15 months. Gross P_max increased from 80 to 220 μmol O₂ gdw sht⁻¹ h⁻¹, while whole plant respiration decreased from 170 to 60 μmol O₂ gdw sht⁻¹ h⁻¹. As the photosynthetic parameters changed, the average non-structural carbohydrate carbon (NSCC) reserves of the seeds decreased from 24 to 3.0 mg NSCC plant⁻¹. Subsequent increases in NSCC were the result of rhizome development. Daily carbon balance, assessed using H_sat periods of 8–18 h d⁻¹, predicts that T. testudinum seedlings become photosynthetically self-sufficient between 2 and 6 months. The unique characteristics of T. testudinum, including seed buoyancy, high seed production and survival rates, coupled with ontogenetic changes in carbon allocation and production imply that sexual reproduction can be important in the long distance dispersal and colonization for this species.     

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。     

Brassinosteroid signaling positively regulates abscisic acid biosynthesis in response to chilling stress in tomato

Brassinosteroids (BRs) and abscisic acid (ABA) are essential regulators of plant growth and stress tolerance. Although the antagonistic interaction of BRs and ABA is proposed to ensure the balance between growth and defense in model plants, the crosstalk between BRs and ABA in response to chilling in tomato (Solanum lycopersicum), a warm-climate horticultural crop, is unclear. Here, we determined that overexpression of the BR biosynthesis gene DWARF (DWF) or the key BR signaling gene BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (BZR1) increases ABA levels in response to chilling stress via positively regulating the expression of the ABA biosynthesis gene 9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE1 (NCED1). BR-induced chilling tolerance was mostly dependent on ABA biosynthesis. Chilling stress or high BR levels decreased the abundance of BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE2 (BIN2), a negative regulator of BR signaling. Moreover, we observed that chilling stress increases BR levels and results in the accumulation of BZR1. BIN2 negatively regulated both the accumulation of BZR1 protein and chilling tolerance by suppressing ABA biosynthesis. Our results demonstrate that BR signaling positively regulates chilling tolerance via ABA biosynthesis in tomato. The study has implications in production of warm-climate crops in horticulture.     

镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响

选择吊兰和银边吊兰为试验材料,采用水培法研究其在不同Cd²⁺处理浓度(0、20、80、200 μmol·L^-1)下生长及生理特性的变化。结果表明: 20 μmol·L^-1镉对两种吊兰的影响较小,单叶面积、总叶面积、叶绿素(Chl)a含量、总叶绿素[Chl (a+b)]含量、类胡萝卜素含量、Chl a/Chl b值、胞间二氧化碳浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)与对照(CK)基本无显著差异;80 μmol·L^-1镉胁迫下两种吊兰叶片初始荧光(F_o)和非光化学淬灭系数(NPQ)升至最高水平;200 μmol·L^-1镉胁迫下,两种吊兰生物量、叶绿素含量、最大净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学量子产量Y_(II)、转移系数(TF)以及各部分生物量均降至最低水平,而两种吊兰的过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及过氧化氢酶(CAT)活性和银边吊兰的丙二醛(MDA)含量均有不同程度的增加。随着镉处理浓度的增加,两种吊兰各器官Cd含量持续升高,且主要富集在根部;吊兰各器官Cd含量及富集系数(BCF)在胁迫处理下均高于银边吊兰。研究表明,两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可考虑作为绿化植物用于修复镉污染水体或土壤。     

NaCl处理下两种引进红树的光合及抗氧化防御能力

在长期盐胁迫(28天, NaCl浓度从100 mmol·L^-1升至400 mmol·L^-1)下, 比较研究了引进的无瓣海桑(Sonneratia apetala)和拉关木(Laguncularia racemosa)幼苗叶片的气体交换、叶绿素含量、最大光化学效率(F_v/F_m)、O₂^-_· 产生速率以及抗氧化酶的活性, 探讨了两种红树幼苗光合、抗氧化防御能力的差异与耐盐性的关系。结果显示: NaCl处理没有明显地影响两种红树幼苗的生长, 表明盐生植物对盐环境的适应性, 但两种红树的生理反应对NaCl处理存在较大的差异。在实验的第28天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到400 mmol·L^-1)时, 与对照相比, 无瓣海桑叶片的净光合速率、水分利用效率增加, 气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度/大气CO₂浓度(C_i/C_a)相应降低; 然而, 拉关木叶的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均回落到对照的水平, 而气孔导度和C_i/C_a均增加, 表明同样的NaCl浓度处理对拉关木叶的净光合速率影响大于无瓣海桑。在NaCl处理期间, 无瓣海桑F_v/F_m一直保持在0.8以上, 而拉关木的F_v/F_m为0.75以下, 说明无瓣海桑具有高于拉关木的潜在最大光合能力。在实验的第7天(NaCl浓度为100 mmol·L^-1)和14天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到200 mmol·L^-1)时, 两种红树O₂^-_· 产生速率迅速增加, 在实验的第28天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到400 mmol·L^-1)时, 无瓣海桑O₂^-_· 产生速率是对照的5.3倍, 差异极显著, 此时, 拉关木叶中O₂^-_· 产生速率已降低到低于对照的水平。盐处理诱导了两种红树叶中抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化物酶(POD))活性增加, 但拉关木增加的幅度大于无瓣海桑, 表明拉关木能响应盐胁迫并上调抗氧化酶活性, 降低盐诱导的膜脂过氧化, 提高耐盐的能力, 无瓣海桑通过提高水分利用效率来保持体内的水分, 同时, 保持PSII的最大光化学量子产量, 使得无瓣海桑在高盐处理时仍能保持高于对照水平的光合速率。     

基于主成分-聚类-逐步回归分析构建番茄苗期耐铝性综合评价体系

铝毒是限制酸性土壤中作物产量的主要因素之一。番茄(Solanum lycopersicum)是适合在酸性土壤中种植的主要经济作物, 不同品种番茄对铝胁迫的响应存在差异, 因此, 筛选苗期耐铝毒种质对番茄生产及研究具有重要意义。以10个番茄品种为材料, 采用室内土培盆栽, 设置1 000 µmol∙L^-1 AlCl₃·6H₂O处理, 测定反映植物铝胁迫下生长状况的16个形态、生理生化及光合指标。通过主成分分析, 将铝胁迫下番茄幼苗的16个指标转化为5个独立的综合指标, 累积贡献率达90.779%。基于耐铝性综合评价值(A)的系统聚类分析, 将供试种质划分为5类, 第I类为高度耐铝品种Qianxi, 第V类为高度不耐铝品种Puluowangsi。经多元线性逐步回归分析得出番茄苗期耐铝评价方程: y=0.046+0.405X₆+0.515X₁₀-0.207X₁₅+0.028X₃ (R²=0.997), 从16个指标中提取出与A值显著相关(P<0.01)的4个指标: 丙二醛含量(X₃)、净光合速率(X₆)、叶面积(X₁₀)和地下部干重(X₁₅)。利用评价方程可判断不同番茄品种苗期的耐铝性, 使番茄耐铝性鉴定工作快速简便。     

不同钙浓度对宽叶雀稗幼苗的生长和抗性生理的影响

研究不同钙浓度对宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)幼苗生长和生理的影响, 对于揭示宽叶雀稗对不同钙浓度环境的适应机理至关重要。该研究采用盆栽砂培试验, 研究不同钙浓度(0、5、25、50、100和200 mmol·L^-1 CaCl₂)和不同处理时间(7、14、21和28天)对宽叶雀稗幼苗生长、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、叶绿素含量和光合参数的影响。结果表明, 随着CaCl₂浓度的增加和处理时间的延长, 宽叶雀稗幼苗株高等形态指标、生物量、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、叶绿素含量和光合参数呈先增后减的趋势, 低钙浓度(5-50 mmol·L^-1)环境下, 株高、叶长、叶宽、根长和生物量与对照(0 mmol·L^-1)相比均升高, 脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量、过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性提高, 丙二醛含量和胞间CO₂浓度降低、叶绿素含量增加以及净光合速率、蒸腾速率和气孔导度增强; 高钙浓度(200 mmol·L^-1)环境下, 脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量、过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性降低, 丙二醛含量和胞间CO₂浓度增加, 叶绿素含量减少以及净光合速率、蒸腾速率和气孔导度减弱。结合隶属函数分析, 低钙盐浓度(5-50 mmol·L^-1)处理对宽叶雀稗幼苗无抑制作用, 说明宽叶雀稗对低钙浓度具有一定的耐受性; 而在高钙浓度(200 mmol·L^-1)下, 宽叶雀稗幼苗通过提高自身有机渗透调节物质含量、增强酶活性、增加叶绿素含量以及增强光合作用等方式来快速调节植物生理代谢功能, 进而适应高钙浓度环境条件。     

非生物胁迫相关NAC转录因子的结构及功能

NAC是植物特有的一类转录因子,参与植物多个生长发育过程,还参与植物对逆境胁迫的响应。本文对非生物胁迫相关NAC转录因子的结构特征、功能预测、表达特性、在转基因植物中的作用及调控路径进行综述。非生物胁迫相关NAC转录因子具有典型的NAc胁迫亚家族结构特征,根据这些结构特征可以预测其功能;非生物胁迫相关NAc转录因子能响应多种非生物胁迫,其转基因过表达大多能使转基因植物提高一种或几种胁迫耐受性;非生物胁迫相关NAc转录因子有着复杂的调控路径。这些NAc转录因子可用于提高转基因植物的逆境耐受性。     

氮肥和种植密度对达乌里胡枝子的生长与生物固氮的影响

氮供给和种植密度是影响植物生长的两个重要因素。豆科植物因其生物固氮能力而在受到氮限制的生态系统中具有重要作用, 氮含量增加促进植物生长的同时也会抑制豆科植物的生物固氮能力, 种植密度会通过种内竞争影响豆科植物的生长和生物固氮能力, 然而少有研究关注氮肥添加和种植密度对豆科植物生长和生物固氮能力的影响。该研究以达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)为研究对象, 通过温室盆栽实验, 探究氮肥和种植密度对其生长和生物固氮的影响。实验设置4个氮添加水平(0、5、10、20 g·m^-2·a^-1)和3种种植密度(1、3、6 Ind.·pot^-1, 约32、96、192 Ind.·m^-2)。结果发现: 1)施肥和密度增加均影响了达乌里胡枝子的生长。叶片碳(C)、氮(N)含量、净光合速率随施氮量增加而增加, 氮添加也促进了植物的生长, 当施氮量为10 g·m^-2·a^-1时植物产量达到最大。叶片C、N含量、净光合速率随种植密度增加而下降, 密度增加可以促进每盆的总生物量, 但对单个植株的生长有负效应。2)氮肥对根瘤形成有抑制作用, 但种植密度增加会缓解氮肥对生物固氮能力带来的“氮阻遏”。该实验条件下, 当施氮量为10 g·m^-2·a^-1, 种植密度为3 Ind.·pot^-1, 或施氮量为5 g·m^-2·a^-1, 种植密度为6 Ind.·pot^-1时, 能最大程度发挥“施氮增产”和种植密度缓解“氮阻遏”的作用。氮添加降低了达乌里胡枝子的根瘤生物量和对根瘤形成的投资(根瘤生物量占总生物量的比例), 从而抑制达乌里胡枝子的生物固氮。种植密度增加导致达乌里胡枝子因种内竞争增加而使资源获取受限, 从而增加对根瘤的投资和根瘤生物量来获得更多来自大气中的氮。3)结构方程结果显示, 氮肥和种植密度通过直接或间接作用, 解释了64%的达乌里胡枝子生物量变化和42%的根瘤生物量变化。上述结果表明合理优化豆科植物的施肥量和种植密度可能对人工草地种植以及退化草地恢复管理具有重要意义。     

An Arabidopsis vasculature distributed metal tolerance protein facilitates xylem magnesium diffusion to shoots under high-magnesium environments

Magnesium(Mg²⁺) is an essential metal for plant growth; however, its over-accumulation in cells can be cytotoxic. The metal tolerance protein family(MTP) belongs to an ubiquitous family of cation diffusion facilitator(CDF) proteins that export divalent metal cations for metal homeostasis and tolerance in all organisms. We describe here the identification of MTP10 to be critical for xylem Mg homeostasis in Arabidopsis under high Mg²⁺conditions. The Arabidopsis plant contains...     

构树转录因子BpbZIP1的鉴定及镉胁迫响应分析

重金属污染不仅影响土壤有效面积,限制植被分布,也会对食物链和人体健康造成危害,其中镉（Cd）污染尤为突出。选择重金属耐受性强的植物应用于尾矿区的土壤修复亟待进行。构树（Broussonetia papyrifera）是重金属污染土壤的先锋树种,为探明构树响应重金属胁迫的分子机制,本研究从构树中克隆获得1个碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper,bZIP）转录因子（命名为BpbZIP1）,对其基本生物信息、Cd胁迫响应及转化酵母的功能进行分析,预测BpbZIP1响应Cd的功能。结果显示,BpbZIP1基因开放阅读框长1 713 bp,编码的蛋白含570个氨基酸,分子量为62 902.38 Da,等电点为4.62。与拟南芥（Arabidopsis thaliana）AtbZIP1具有较近的进化关系。在150 μmol·L^-1 CdCl₂处理下,BpbZIP1基因能被不同程度的诱导表达,在3 h时BpbZIP1在根中的表达为对照的17.4倍。将BpbZIP1转入酵母能显著提高转基因酵母的抗Cd能力,当浓度高于0.6%时,转基因酵母的生长活力是对照的1.54~1.71倍。以上结果表明BpbZIP1基因能积极响应Cd胁迫,其表达可改善Cd胁迫耐受力,是构树Cd胁迫响应的重要基因。     

干旱胁迫对转PtPIP2;8基因84K杨苗木光合、生长和根系结构的影响

为研究水通道蛋白PtPIP2;8基因功能, 了解其不同表达水平的转基因84K杨(Populus alba × P. glandulossa)应对干旱胁迫的响应, 该文以转PtPIP2;8 84K杨抑制表达株系(抑制表达)、野生型(WT)和转PtPIP2;8 84K杨超表达株系(超表达)为试验材料, 测定PtPIP2;8表达水平、根系导度、光响应曲线、气体交换参数、生长及根系形态指标。结果显示: (1) WT植株PtPIP2;8仅在根系表达; 超表达植株PtPIP2;8除在根部显著表达外, 在茎和叶片中也显著表达; 抑制表达植株PtPIP2;8仅在根部有微量表达, 表达量分别是WT和超表达植株的1/20和1/80。(2)根系结构分析发现, 超表达植株总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数显著低于WT和抑制表达植株, 根系导水率显著高于WT和抑制表达植株, 表明PtPIP2;8参与了植物根系水分运输, 提高了水分运输效率。(3)正常水分条件下, 抑制表达植株苗高、叶面积显著低于WT和超表达植株, 根冠比显著高于WT和超表达植株。干旱胁迫后, 抑制表达植株净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)下降幅度小, 仍能维持较高的P_n。气体交换参数显示抑制表达植株P_n、G_s日变化为“单峰”型, 属气孔因素引起的净光合速率下降;WT和超表达植株P_n、G_s日变化为“双峰”型, 干旱胁迫后, 抑制表达植株P_n略微下降, WT和超表达植株P_n均下降, 尤其是13:00、15:00下降显著, 表明WT和超表达植株对干旱胁迫更加敏感, 干旱对其影响更大。(4)干旱胁迫后, 抑制表达植株相对生长速率、总生物量降低的最少, 根冠比最高; 总根表面积、总根体积、总根尖数显著高于WT植株。表明PtPIP2;8直接参与水分运输并提高水分运输效率, 其转化影响了植株根系发育和生长。超表达植株根系发育的下降和叶面积的增大减弱了它的抗旱性, 而抑制表达植株矮小, 降低的叶面积, 增加的根系生长和根冠比提高了它的抗旱能力。从研究结果来看, 水通道蛋白提高了水分跨膜运输效率, 而非水通道蛋白导水机制对干旱有较强的耐受性。