光学无损分析技术在植物铝毒性研究中的应用

光学技术以它所特有的无损、快速和在位分析的优势,广泛应用于植物逆境生理监测和逆境胁迫机制研究.作为一类最主要的逆境胁迫,铝毒性是酸性土壤限制作物生长的主要原因.本文从光学分子成像和在位实时监测两个功能层面上概述了光学分析技术在铝毒生物学机制研究和铝毒性生理探测中的应用,并对其做了展望,同时,也讨论了铝毒性生物胁迫机制尚未涉及的问题,以期为铝胁迫机制研究提供有用的技术和理论参考.     

硼、镉元素及其交互作用与油菜产量和品质

硼和镉两种元素是影响油菜产量和品质的两个重要因素.硼是植物生长所必需的微量元素,施硼是油菜种植的必需环节;镉是植物生长的非必要元素,易在油菜体内富集,可能通过食物链危害人体健康.本文主要从镉含量与油菜食品安全品质角度考虑,阐述了油菜对镉的积累和耐受机制;同时,概括了前人总结的硼对油菜的产量和品质的影响.最后,结合本人研究区广西地区土壤有效硼含量低,全镉含量高的现状,提出运用硼镉交互作用机理,通过施加适量硼肥,提高油菜的产量和品质,消除土壤镉的潜在危害,从本质上改善该地区土壤存在的低硼高镉现状.     

细胞壁在植物重金属耐性中的作用

植物细胞壁主要是由多糖、蛋白质和木质素等组成的一个复合体,广泛参与植物生长发育及对各种逆境胁迫的响应,是重金属离子进入细胞质的第一道屏障。本文主要综述了植物细胞壁主要成分,包括细胞壁多糖、细胞壁蛋白质和木质素,在响应重金属胁迫反应中的作用及其参与重金属耐性的机制,以期能对植物细胞壁在重金属耐性中的作用有更深入的了解。     

非生物胁迫下植物细胞壁组分变化

植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素、果胶、木质素和糖蛋白组成,其在植物生长中主要起结构支持、物质运输和抵御逆境的作用.植物生长在受到各种环境信号影响后,细胞壁特性会发生很大改变.这些环境信号也会改变细胞壁组分的含量和结构,从而改变细胞壁机械特性.这种细胞壁的改变可以认为是植物对环境胁迫的响应.本文主要综述在非生物环境胁迫下,包括水分亏缺、低温胁迫、重金属胁迫和增强UV-B辐射下细胞壁多糖含量和结构,细胞壁结构蛋白和细胞壁相关酶活性,以及分布在细胞间隙的小分子物质的响应和机制,结合近年来细胞壁相关基因水平、基因组水平和蛋白组水平方面的研究结果,讨论了今后该领域的研究方向.     

植物细胞壁沟槽结构与生物质利用研究展望

细胞壁是植物细胞的重要组成部分,是生物质的主要成分,不仅对植物形态学起中心调控作用,还对植物机械强度、纤维品质和生物质综合利用起决定性作用.本文将简要介绍植物细胞壁结构与功能研究进展,重点分析细胞壁关键结构因子,原创性提出植物细胞壁纳米级沟槽结构模型与生物质酶解分子机理,并探讨遗传改良植物细胞壁结构的新方法与新途径,旨在从本质上极大提高生物质综合利用效率,改良棉花纤维品质和增强作物抗逆能力.     

植物营养性状有关基因的分子标记及定位

养分逆境是世界范围内中低产田的主要限制因素之一,如酸性土壤的低有效磷、铝毒,石灰性土壤铁锌的缺乏等等。耕作制度和增加化肥投入是生产上最主要的矫正措施。对于经济落后、资源缺乏国家而言,经济有效的战略措施之一是发展低投入农业生产途径,依靠选育优良品种,使之具有适应土壤环境逆境及养分高效吸收利用的特性。大量研究表明,作物各种元素胁迫的反应程度存在基因型差异＾［１］,这为筛选和培育养分高效吸收利用的作物良     

木葡聚糖及其在植物抗逆过程中的功能研究进展

木葡聚糖(XyG)是一种存在于所有陆生植物细胞壁中的基质多糖, 是双子叶植物初生细胞壁中含量(20%-25%, w/w)最丰富的半纤维素成分。作为细胞壁的组分, XyG不仅与植物的生长发育密切相关, 还在植物抵抗各种生物和非生物逆境过程中发挥重要作用。XyG代谢相关基因主要通过改变植物细胞壁的组成以及对细胞壁进行重排进而改变细胞壁的弹性/硬度等特性, 影响植物的抗逆性。XyG及其寡糖也可能作为信号分子, 或与其它信号分子协同作用应对逆境胁迫。该文概述了XyG的结构与类型及参与XyG生物合成与降解的相关基因, 重点阐述XyG相关基因应答生物和非生物胁迫的作用机制。     

铝胁迫下小麦根部苹果酸和柠檬酸的直接测定

铝的有害性严重制约了约占世界可耕地面积40％的酸性土壤中的作物生产。从植物的培养液巾发现从根部分泌出的有机酸与铝结合从而实现无毒化是其抗铝逆性机理的重要依据。而本文直接测定了铝胁迫下培育的小麦根中的铝和有机酸含量,确认了主要积累的是苹果酸和柠檬酸。发现随着提高培养液中的铝浓度,根部的铝含量也相应增加。同时,虽然根中的柠檬酸含量无明显变化,但苹果酸被诱导增加。通过对有机酸与铝的络合能力的调查,探讨了对植物抗铝逆性强弱的影响。     

植物适应铝毒胁迫的生理及分子生物学机理

铝毒是酸性土壤上限制作物生长最重要的因素,严重影响着全世界和中国大约40％和21％耕作土壤的作物生产．近几十年来,世界各国针对植物的铝毒及其耐铝机制进行了大量的研究,并取得了较大进展．文中重点综述了植物适应铝胁迫基因型差异筛选方法及其鉴定技术、植物适应铝胁迫的生理基础及分子生物学机制等方面的研究进展,简要讨论了今后的研究方向．     

土壤中镉、铅、锌及其相互作用对作物的影响

通过作物盆栽模拟试验(砂壤质褐土、pH值8.2)揭示：土壤中分别施入镉(CdCl2)、铅[Pb(CH3COO)2]或锌(ZnSO4)其影响表现为,植物各器官镉的含量超过对照植物的数倍至500倍。土壤镉浓度<5ppm和<10ppm分别造成某些蔬菜和水稻的污染。铅主要积累在植物根部,土壤铅污染对作物的影响较小。锌主要积累在植物叶片和根部,对水稻产生生长抑制的土壤锌浓度临界值不大于200ppm,此浓度对旱作无影响。土壤中同时施入镉和铅,植物对镉的吸收增加。而土壤中镉的增加却减少了植物体内铅的含量。土壤中由于镉、锌或铅、锌相互作用的结果,水稻对它们的吸收都有增加。在旱地土壤锌浓度的增高,降低了植物对镉、铅的吸收。镉、铅、锌同时施入土壤由于相互作用的结果,除锌之外,植物对镉、铅的吸收有明显下降。评价土壤重金属污染,不仅要看它们的含量及其存在形态,而且要分析它们之间的相互作用(促进或拮抗)特点。     

植物营养性状有关基因的分子标记及定位

养分逆境是世界范围内中低产田的主要限制困素之一,如酸性土壤的低有效磷、铝毒,石灰性土壤铁锌的缺乏等等。耕作制度和增加化肥投入是生产上最主要的矫正措施。对于经济落后、资源缺乏国家而言,经济有效的战略措施之一是发展低投入农业生产途径,依靠选育优良品种,使之具有适应土壤环境逆境及养分高效吸收利用的特性。大量研究表明,作物对各种元素胁迫的反应程度存在基因型差异［１］,这为筛选和培育养分高效吸收利用的作物良种提供了遗传潜力。筛选遗传资源、定向培育良种本身是一项复杂的工程,而作物营养效率多为数量性状,是受微效多基因来控制的［２,３］,给早期筛选和选育工作造成很大的困难。分子标记技术的应用以及各种作物中高密度分子标记连锁图谱的构建,不仅有助于人们深入了解植物营养性状的遗传背景,同时为加速营养性状遗传改良进程提供了强有力的工具 。     

硫对土壤重金属形态转化及植物有效性的影响研究进展

生源要素硫在土壤中的化学循环不仅会直接影响土壤重金属元素的环境行为,也可通过调控植物根际微环境间接影响植物对重金属元素的吸收累积.土壤中的硫被植物根吸收后在植株中合成的有机硫化合物如植物螯合素(PCs)和金属硫蛋白(MTs)可与重金属形成毒性较低的络合物,构成植物重金属解毒的重要机制之一.我国部分土壤缺硫现象严重,为保证作物高质高产,硫肥的使用逐渐被重视,而硫与重金属的交互作用机制也逐渐成为研究热点.本文综合相关研究,介绍了硫在土壤中的生物化学转化,探讨了土壤硫的化学转化对土壤重金属形态转化及植物有效性的影响,并对今后硫在土壤重金属控制的应用提出展望.
     

土壤干湿交替下作物补偿生长的生理基础及其在农业中的应用

干湿交替或多变低水的田间环境下 ,作物在延伸生长上大都表现出一定的补偿效应 ,这一现象对旱地农业和节水农业都有重要的理论指导意义。文章从植物感受土壤缺水的原初反应、膨压、根源逆境信号ABA、根系水力学导度、细胞壁的伸展性以及渗透调节能力等方面探讨了补偿效应的可能生理学机制     

植物铝胁迫响应基因的研究进展

铝毒是酸性土壤中植物生长和作物生产的主要限制因子.近年来的很多研究应用差异显示PCR、抑制差减cDNA文库和DNA微正列等技术,在一些铝耐受型和敏感型植物中鉴定了很多铝胁迫响应基因.本研究通过参阅国内外有关报道和结合本实验室的研究成果,从铝诱导的通道蛋白、代谢相关、胁迫和细胞死亡以及信号转导相关基因4个方面的研究进展进行了综述.     

植物吸收、转运和积累镉的机理研究进展

重金属镉(Cd)虽然不是植物生长的必需矿质元素,但依然能被植物吸收。且部分植物具有富集镉的特点,从而导致农产品镉含量超标,并通过食物链危害人类健康。研究植物吸收、转运和积累Cd的机理,对于培育低镉作物品种、降低农产品镉含量,以及选育超富集镉植物,修复镉污染土壤具有重要意义。从影响植物吸收Cd的因子,植物吸收、转运和积累Cd的机理以及植物拒Cd和富集Cd的分子机制等方面进行综述,以期为低镉作物的研究以及Cd污染土壤的综合治理提供一些参考。     

AM真菌与植物共生的生理生化效应研究进展

丛枝菌根真菌是广泛分布的一类土壤微生物,与植物共生后,能够促进宿主对土壤中矿质元素的吸收,调节宿主体内的代谢活动,增强植物的抗逆性,促进植物生长,增加作物产量,改善作物品质,本文综述了上述方面的研究进展和取得的主要成就。     

植物对缺磷和铝毒协同进化应答的分子生理机制

酸性土壤占世界潜耕性土壤的50%,而缺磷(P)和铝(Al)毒是酸性土壤限制植物生长的两大营养逆境因子。有机酸、激素和铁(Fe)稳态在植物响应2种胁迫的信号交互和协同进化中扮演核心作用。系统综述了有机酸分泌、STOP1/ALMT1和STAR1/ALS3多效性调节、激素信号转导和细胞壁相关激酶在调控植物根发育和根构型以改善酸性土壤P有效性和Al耐性的分子生理机制,并对该领域发展前景进行了展望。     

基因芯片研究植物逆境基因表达新进展

逆境胁迫影响植物的正常生长, 导致作物减产, 甚至绝收。提高作物的抗逆性一直是作物遗传育种学家追求的目标, 大量研究也正试图揭示这一复杂的生物学机制。传统的从生理生化水平到单一基因的研究都难以揭示植物复杂的抗逆机制, 而基因芯片(Gene chip)的应用使得这一目标成为了可能, 基因芯片从整个转录水平入手, 能够揭示大量基因的表达和调控情况, 同时结合蛋白质组学和代谢组学的研究方法, 将基因定位于代谢途径的某个位置, 寻找逆境胁迫响应的关键基因, 完善植物逆境胁迫响应的分子网络, 为今后利用生物技术手段提高作物抗逆境胁迫能力提供依据。文章主要对近年来基因芯片在植物逆境胁迫基因表达研究中的进展进行了综述。     

水稻土施硅对土壤-水稻系统中镉的降低效果

水稻中镉的积累造成人类健康的风险,增加水稻硅素能减轻镉中毒症状,降低稻米镉积累,但是硅对重金属的作用机理尚不清楚。主要研究了在中度和高度镉污染的土壤中,通过施用固态和液态的富硅物质对土壤-水稻系统中镉的吸收和转运的影响,探明决定镉和硅在根与芽的质外体和共质体中的作用机理。试验结果表明:(1)在中度和高度污染的土壤中,镉在土壤-作物系统中的转移和积累情况是不同的,可以通过富硅物质中的单硅酸与镉离子的相互作用,增加镉在硅物质表面的吸附来减少镉在土壤中的流动;(2)富硅物质可以降低水稻根和芽中镉的积累,在高度镉污染的情况下,施用硅可以使镉大量积累在水稻根及其共质体中,并降低根及其共质体中镉的转换和积累;(3)新鲜土壤中水萃取态的单硅酸含量与镉在土壤-作物系统中的流动性、转运以及积累等主要参数密切相关。     

水杨酸缓解农作物镉毒害的作用机制研究进展

镉是我国农产品的主要重金属污染物之一,缓解农作物镉污染是农业环境领域关注的热点。水杨酸作为一种重要的植物内源激素,在响应植物的生物或非生物胁迫中起重要作用。近年来研究表明,水杨酸能够有效缓解镉对农作物的毒害作用,为解决作物镉污染问题开辟了一条新途径。本文综述了水杨酸在缓解农作物镉毒害机理的相关研究进展,从细胞壁固定、液泡区室化、改善叶片光合作用、维持矿质元素平衡、诱导抗氧化防御系统以及激素信号互作等方面,系统阐述了水杨酸缓解农作物镉毒害的生理生态机制。针对水杨酸调控镉毒害的具体信号转导机制以及水杨酸与其他信号分子在作物镉毒害防御的互作机制等问题提出了展望,以期为农作物镉污染的生理阻控提供理论基础。