高羊茅应答盐胁迫的AtSOS途径基因的效应分析

本研究在2015年采用基因工程技术改良高羊茅耐盐性,通过种植转基因耐盐草坪草达到改良土壤改善生态环境的目的。以草坪草成熟种子诱导的胚性愈伤组织为受体,通过农杆菌介导法将拟南芥AtSOS途径基因AtSOS1、AtSOS2-AtSOS3和AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3分别导入高羊茅爱瑞3号中,经PCR检测、Southern blotting分析和RT-PCR鉴定,获得了能稳定表达的转基因株系。以转不同组合AtSOS基因的高羊茅植株和野生型植株为材料进行盐处理,每次处理重复3次,测定其生理生化指标、株高、Na⁺、K⁺离子含量、叶绿素含量,结果显示,盐胁迫下转基因植株的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性都显著高于对照植株,而丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的增加幅度均显著低于对照植株;盐胁迫下转基因和野生型植株叶片中的Na⁺、K⁺含量都增加;盐胁迫下所有植株的株高均呈下降趋势,各株系的叶绿素含量也减少,但是转基因(AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3)植株的叶绿素含量增加。转AtSOS基因的高羊茅通过发挥AtSOS途径的作用,促进了植物体内Na⁺的外排,减轻了盐胁迫所导致的伤害,提高了植物的耐盐性。     

AtNHX1基因对菊苣的转化和耐盐性研究

用农杆菌介导法将AtNHX1基因导入菊苣中,共获得42株卡那霉素(Kan)抗性再生植株。经过PCR检测、Southern杂交和RT-PCR检测表明,AtNHX1基因已成功整合到菊苣基因组中,并且能够正常转录。野生型和转基因植株诱发的愈伤组织进行耐盐生长试验,结果显示,相同盐胁迫条件下,转基因愈伤组织的相对生长率显著高于野生型愈伤组织。施加梯度NaCl胁迫后,植株叶片K⁺和Na⁺含量测定结果显示,转基因植株叶片比野生型积累更多的Na⁺和K⁺,维持较高的K⁺/Na⁺;叶片相对电导率测定结果表明,转基因株系叶片相对电导率显著低于野生型。上述结果表明,AtNHX1基因的导入和表达在提高菊苣耐盐性的同时减轻了盐胁迫对植物细胞膜的伤害。     

燕麦K+,Na+积累与AsSOS1基因表达对盐胁迫的响应

为了解盐胁迫对燕麦(Avena sativa L.)K⁺,Na⁺积累和质膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因(AsSOS1)表达的影响,本研究以耐盐的‘青永久195’和敏盐的‘709’为材料,分别用0,30,60,90,120,150 mmol·L^-1NaCl和0,0.5,1,2,4,8 mmol·L^-1 KCl处理24 h,并用30,150 mmol·L^-1 NaCl和0.5,8 mmol·L^-1 KCl互作处理0,12,36,72 h,分析燕麦根和叶中K⁺,Na⁺积累、离子平衡及AsSOS1基因的表达情况。结果表明：K⁺含量和K⁺/Na⁺随盐浓度的增加和处理时间的延长有所下降,‘青永久195’的K⁺含量和K⁺/Na⁺高于‘709’;叶片中的K...     

外源NO对NaCl胁迫下红砂幼苗生长和生理特性的影响

本试验以当年生红砂（Reaumuria soongorica）幼苗为材料,采用盆栽实验,通过研究叶面喷施0.01~1.0 mmol·L^-1不同梯度NO供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）对在300 mmol·L^-1 NaCl胁迫下红砂生长、渗透调节物质和膜脂过氧化程度的影响,以探讨外源NO对红砂耐盐性的生理响应机制。结果表明：300 mmol·L^-1 NaCl处理显著抑制了红砂植株平均株高生长速率和生物量的积累（P<0.05）,降低了可溶性糖（Soluble sugar,SS）、脯氨酸（Proline,Pro）、离子选择向上运输K⁺的系数（ST_K+,Na+）和可溶性蛋白（Soluble protein,SP）含量,提高了丙二醛（Malondialdehyde,MDA）、Na⁺含量和Na⁺/K⁺值。外源NO处理可显著提高红砂在盐胁迫下的SS含量、Na⁺/K⁺值和ST_K+/Na+,降低Pro、SS、MDA含量。高浓度（>1.00 mmol·L^-1 SNP）外源NO未能缓解盐胁迫对红砂的伤害,而低浓度（0.01~1.00 mmol·L^-1 SNP）则有缓解盐胁迫对红砂生长抑制的作用,尤其以0.10 mmol.L^-1的NO供体SNP对盐胁迫的缓解作用最为显著。分析表明：NO主要通过提高植物SS的含量、降低Pro和MDA含量来提高红砂的耐盐性,同时,NO可通过促进Na⁺在红砂体内选择性吸收,提高地下部分K⁺向地上部分的输送能力来提高红砂对盐胁迫环境的适应能力。     

不同紫花苜蓿品种在均匀与不均匀盐胁迫下的耐盐性评价

土壤中的盐分分布通常存在空间异质性,单株植物的根系区域土壤盐分变化较大。而目前关于植物品种耐盐性的评价都是在均匀的盐胁迫下进行的,研究不均匀盐胁迫下植物品种的耐盐性更接近自然盐分状况,可以为耐盐品种的选育提供重要的参考依据。选取6个紫花苜蓿品种作为研究对象,通过分根装置在均匀(100/100、200/200 mmol·L^-1 NaCl)盐胁迫和不均匀(0/200 mmol·L^-1 NaCl)盐胁迫下分别测定植株生长速率、地上生物量、地下生物量、水分吸收、电导率、丙二醛(MDA)、叶绿素(Chl)、脯氨酸(Pro)含量等指标,对各紫花苜蓿品种进行耐盐性比较;并通过隶属函数法对6个紫花苜蓿品种各盐分浓度下的耐盐性进行综合评价。结果表明,不论在哪种盐胁迫(均匀、不均匀)处理下,各紫花苜蓿品种均表现为生长速率下降,地上、地下生物量降低,水分吸收和叶绿素含量减少,膜透性、MDA和Pro含量增加,盐胁迫抑制了植物生长,且各指标存在品种差异。通过综合评价,均匀和不均匀盐胁迫下各品种的耐盐性不同,在均匀盐胁迫(100/100和200/200 mmol·L^-1 NaCl)处理下各品种的耐盐性为中苜一号>WL354HQ>WL343HQ>WL353LH>阿尔冈金>WL298HQ,而在不均匀盐胁迫(0/200 mmol·L^-1 NaCl)处理下则为中苜一号>WL354HQ>WL298HQ>WL343HQ>WL353LH>阿尔冈金。中苜一号在不同盐胁迫处理下均表现出较高的耐盐性,而阿尔冈金耐盐性较差,WL298HQ在均匀与不均匀盐胁迫下的耐盐性差异较大,其他品种的耐盐性居中。     

NaCl在四翅滨藜适应渗透胁迫中的作用

泌盐盐生植物四翅滨藜是一种多年生C₄灌木,具有良好的适应盐碱和干旱环境的能力。前期研究发现,通过将过量Na⁺转运至叶表面盐囊泡、增加Na⁺对渗透势的贡献以提高植株保水能力是四翅滨藜耐盐的主要策略,且100 mmol·L^-1 NaCl可显著刺激其生长。为进一步探究NaCl是否有助于缓解渗透胁迫对四翅滨藜生长的不利影响,本研究分别用不含和含有100 mmol·L^-1 NaCl的山梨醇引起的总渗透势为-0.2和-0.5 MPa的1/2 Hoagland营养液处理5周龄四翅滨藜幼苗5 d。结果表明,在渗透胁迫下,NaCl的添加可增加叶片相对含水量、提高净光合速率以及降低叶渗透势(Ψ_s),从而促进四翅滨藜的生长。NaCl的添加还显著增加了茎叶组织及叶盐囊泡中的Na⁺积累并提高了Na⁺对叶Ψ_s的贡献,且对茎叶组织中K⁺含量影响较小。此外,渗透胁迫下,添加一定浓度NaCl显著增加了植株中游离脯氨酸和甜菜碱含量,它们除作为保护剂减轻渗透胁迫损伤外,还参与植株的渗透调节,从而进一步提高四翅滨藜对渗透胁迫的适应性。综上所述,适宜浓度的NaCl的确能够有效缓解渗透胁迫对四翅滨藜生长的不利影响。     

盐碱胁迫下黑麦草生长及离子微区分布特征

盐碱生境通过离子毒害和渗透胁迫等抑制植物的生长发育。离子微区分布调控主要通过调整盐分在不同部位的分布来减轻Na⁺等高浓度离子对重要组织器官的毒害作用,是盐碱胁迫下植物生存的重要策略之一。为探究黑麦草在盐碱胁迫下的离子微区分布特征,本研究通过水培法,采用不同盐碱浓度(0、50、100、200 mmol·L^-1)培养液处理黑麦草植株,考察其生长、离子吸收、运输选择性和微区分布变化,揭示黑麦草对盐碱胁迫的适应机制。结果表明:1) 盐碱胁迫下,植株的相对含水率、叶绿素含量逐渐降低,电解质外渗率显著升高;当盐碱浓度大于100 mmol·L^-1时,根长、株高和生物量均显著降低,即黑麦草的耐盐阈值是100~200 mmol·L^-1;2) 盐碱浓度为50 mmol·L^-1时,植株根中K⁺/Na⁺较空白升高了48.3%,Ca²⁺/Na⁺升高了54.1%,说明黑麦草根部可通过增强K⁺、Ca²⁺的吸收来维持细胞渗透压并缓解高浓度Na⁺的毒性;3) 在50~200 mmol·L^-1的盐碱浓度下,黑麦草叶片中可溶性组分及细胞壁中Na⁺的相对含量较对照显著增加,但细胞器内Na⁺的相对含量降低,说明叶部将Na⁺富集在液泡和细胞壁中,以减少Na⁺对细胞器的毒害作用;4) 叶片微观结构的SEM电镜图片显示,盐碱胁迫下叶片表皮增厚、导管数量减少和孔径缩小。综上所述,盐碱胁迫下黑麦草不同器官的适应机理不同,根部主要通过强化K⁺、Ca²⁺的吸收,降低对Na⁺的吸收,并将Na⁺区隔化在液泡中以降低离子毒害和维持渗透调节,而叶片主要通过将Na⁺区隔在液泡及细胞壁中,以及微观结构的变化来保护细胞器免受离子毒害。本研究可为黑麦草的耐盐碱适应机制及其在盐碱土上的种植提供理论依据。     

激动素对盐胁迫下老芒麦幼苗端粒酶活性及生理特性的影响

以2015年采自青藏高原高寒草地野生老芒麦为对象,研究了不同程度NaCl盐胁迫下激动素对老芒麦幼苗端粒酶活性及生理特性的影响,为土壤盐渍化地区的农业生产以及老芒麦人工草地改良提供科学依据。采用营养液砂培法,待幼苗生长至第3片叶抽出并刚展开时,对老芒麦幼苗进行不同浓度(0、50、100、150、200 mmol·L^-1)的NaCl盐胁迫处理168 h,随后用不同浓度(0、5、10、20、30 mg·L^-1)的激动素叶面喷施处理240 h并测定幼苗的端粒酶活性以及生理指标:叶绿素、游离脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)含量。结果表明,随着盐胁迫的增强,端粒酶活性呈现出先上升后下降的趋势,在50 mmol·L^-1的NaCl处理下,端粒酶活性达到最大值。当处理浓度大于50 mmol·L^-1时,随着盐胁迫的进一步增强,端粒酶活性逐步减小,渗透调节物质游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量均上升。可溶性糖在250 mmol·L^-1盐浓度下增加量最显著(P<0.05),与对照相比增加了101.5%。0 mmol·L^-1盐胁迫下经10 mg·L^-1 的激动素处理后,MDA含量下降64.9%。较高浓度激动素对盐胁迫的缓解效果显著(P<0.05),250 mmol·L^-1盐胁迫下经20 mg·L^-1激动素处理的植株,叶绿素含量较对照增加了17.3%,可溶性糖在100 mmol·L^-1盐胁迫下经20 mg·L^-1激动素处理,其含量较对照增加了165.6%。结果表明外源激动素对盐胁迫具有一定的缓解作用,适宜浓度的盐胁迫诱导了细胞端粒酶活性,高浓度盐胁迫可能造成了老芒麦细胞的氧化损伤,最终导致端粒酶活性下降。     

盐胁迫对小报春生长及生理特性的影响

为探讨小报春对盐(NaCl)胁迫的抗性及适应机制,采用盆栽法研究不同浓度的NaCl(0、50、100、150、200、250 mmol·L^-1)对小报春生长发育和生理特性的影响。结果表明:1)不同浓度NaCl胁迫下,小报春的生长呈现低促高抑的现象。随着NaCl胁迫浓度的增加,植株的株高、冠幅、叶面积、地上和地下干重以及叶片含水量显著降低,相对电导率显著提高。2)NaCl胁迫后,小报春植株叶片净光合速率(P_n)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、可溶性蛋白(SP)、游离脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS),以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均随NaCl浓度增加呈现先上升后下降的变化趋势;丙二醛(MDA)含量呈持续升高趋势,说明植株的光合作用系统、细胞的渗透调节以及抗氧化酶系统对NaCl胁迫具有积极的响应策略。3)NaCl胁迫显著提高了小报春植株叶、叶柄、根中Na⁺的含量,根系中Na⁺含量的增幅最大;植株各器官中K⁺、Ca²⁺含量随着NaCl胁迫浓度增加呈现先上升后下降的趋势,且K⁺、Ca²⁺在叶片中保持较高的含量。综上所述,小报春具有一定的耐盐性,是盐渍土园林应用的潜力花卉。低浓度NaCl(50 mmol·L^-1)胁迫对其生长有促进作用,但NaCl浓度≥150 mmol·L^-1抑制其生长发育。     

盐土条件下不同栽培措施对4种禾本科饲草阳离子分布的影响

为探讨盐土条件下牧草栽培技术,以4种禾本科牧草为材料,研究了3种不同栽培措施对饲草体内Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺含量和分布的影响.结果表明:同一品种不同栽培措施处理下植株体内各离子含量差异显著(P < 0.05),覆秸秆与添加保水剂处理饲草各部分Na⁺含量及Na⁺/Ca²⁺显著低于对照;K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺含量和K⁺/Na⁺显著高于对照.离子运输选择性系数S_K⁺/Na⁺均以覆秸秆处理与添加保水剂处理显著高于对照(P < 0.05).相同栽培措施下甜高粱(Sorghum saccharatum)与高丹草(Sorghum bicolor×sorghum Sudanese)体内的K⁺/Na⁺在茎、叶中的分布显著高于青贮玉米(Zea mays)和墨西哥玉米(Euchlaena mexicana).在盐土条件下,覆秸秆和添加保水剂处理可使饲草地上部分的Na⁺含量降低,K⁺含量升高,维持饲草体内较高的K⁺/Na⁺和S_K⁺/Na⁺值,提高饲草的耐盐性;不同饲草品种之间耐盐性差异较大.     

添加KCl对高盐胁迫下红豆草生长及生理特性的影响

为探究K^+对高盐胁迫下红豆草生长及相关生理指标的影响,在高盐胁迫(100 mmol·L^-1 NaCl)下添加不同浓度(5、10、25和50 mmol·L^-1)KCl对4周龄幼苗处理7d后进行测定。结果表明,高盐胁迫显著抑制了红豆草幼苗的生长;然而,添加不同浓度KCl明显减轻了高盐胁迫对幼苗生长的抑制作用。高盐胁迫下,随着KCl浓度的升高,红豆草幼苗的鲜重、干重、组织含水量和叶绿素含量逐渐增加,当浓度为25 mmol·L^-1时达到最大值,随后有所降低;叶和根中的Na^+浓度逐渐降低,而K^+浓度和K^+/Na^+呈逐渐升高趋势;脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量在KCl浓度为25 mmol·L^-1时达到峰值,而后下降;丙二醛(MDA)含量、细胞壁、细胞质和液泡转化酶活性逐渐减小,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物(APX)、蔗糖合成酶(SS)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、蔗糖和葡萄糖含量呈逐渐增加趋势。添加K^+可通过维持植株体内K^+、Na^+稳态平衡、提高抗氧化酶活性和增强蔗糖的合成与积累,来减轻高盐胁迫对红豆草幼苗的毒害作用。     

罗布麻K+通道编码基因AvAKT1的克隆与表达分析

罗布麻是一种典型的钾高效植物,具有很强的K⁺吸收和利用效率,通过增强对K⁺的选择性吸收维持体内高且稳定的K⁺含量和K⁺/Na⁺以抵御盐和干旱胁迫。为了探究其分子机制,采用RT-PCR和RACE技术从罗布麻根中克隆得到Shaker家族成员K⁺通道蛋白基因AvAKT1,其cDNA全长序列2906 bp,编码899个氨基酸。氨基酸序列分析显示AvAKT1包含Shaker同源蛋白家族典型的6个跨膜域、1个P环以及环核苷酸结合位点(cyclic nucleotide-binding domain, cNBD)、锚蛋白区(ankyrin-related domain, ANKY)和富含疏水酸性残基区(a domain rich in hydrophobic and acidic residues, KHA)保守结构域;系统进化树将Shaker家族分为5个亚族,AvAKT1隶属第Ⅰ亚族(AKT1亚族),与烟草进化关系较近。实时荧光定量PCR分析结果表明,AvAKT1主要在罗布麻根中表达,在茎和叶中表达量极低;AvAKT1受5.0 mmol·L^-1 K⁺的显著诱导,且在-0.2 MPa渗透胁迫和25 mmol·L^-1 NaCl处理6 h时,在根中的表达水平显著上升。AvAKT1可能参与调控罗布麻低亲和性K⁺吸收过程,并在其应答干旱和盐逆境胁迫中发挥有效作用。     

荒漠植物沙芥苗期对不同浓度NaCl的适应机制

本文研究了5周龄沙芥幼苗对不同浓度NaCl的适应机制。结果表明,沙芥苗期对不同浓度的NaCl具有不同的适应机制。与对照相比,在5 mmol/L的低浓度NaCl下,沙芥叶的干重和含水量分别显著增加了25%和35%(P<0.05),沙芥正是通过这种植株的快速生长和含水量的增加将进入体内过多的Na⁺稀释至毒害水平以下,以适应外界低浓度的NaCl。在50 mmol/L的中等浓度NaCl下,沙芥限制了K⁺、增强了Na⁺从根向叶的选择性运输,使叶中的Na⁺含量显著增加了8倍(P<0.05),沙芥最可能是将叶中积累的大量Na⁺区域化至液泡中来适应外界中等浓度的NaCl,该机制避免了Na⁺对叶细胞的伤害,使叶的渗透势显著降低了75%(P<0.05),让植株有效地抵御了盐分产生的渗透胁迫,维持了沙芥的正常生长。沙芥主要通过限制Na⁺、增强K⁺的选择性吸收和从根向叶的选择性运输来适应外界高浓度的NaCl。在200 mmol/L的高浓度NaCl下,该机制使沙芥叶中积累的K⁺较50 mmol/L的NaCl下显著增加了55%(P<0.05),使K⁺对渗透调节的贡献率也相应地从10.28%提高到了12.51%,K⁺一般积累于细胞质中,因此该机制有利于叶细胞质保持较低的Na⁺/K⁺、减缓Na⁺对叶的伤害,也有利于细胞质平衡来自胞内液泡和胞外高浓度NaCl产生的渗透压、减少叶的渗透伤害。尽管如此,在200 mmol/L的NaCl下,沙芥幼苗生长了7 d便使其叶的干重显著降低了51%(P<0.05),表明沙芥苗期的耐盐性有限。     

盐胁迫下氮磷钾肥对虉草离子吸收与分布的影响

以通草1号虉草(Phalaris arundinacea ‘Tongcao No.1’)为试验材料,采用盐胁迫(300 mmol·L^-1 NaCl)与不同氮磷钾肥配施处理的沙土盆栽试验方法,分析盐胁迫下氮磷钾肥对虉草K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ 和Cl^-吸收与分布的影响,并探讨氮磷钾肥水平与离子含量间的相关性.结果表明:随着氮、磷、钾肥水平增加,虉草体内 K⁺, Mg²⁺和Ca²⁺含量升高,而Na⁺和Cl^-含量下降,同时K⁺/Na⁺, Mg²⁺/Na⁺和Ca²⁺/Na⁺比值升高.氮磷钾肥施量与虉草Na⁺含量间成显著负相关,与K⁺和Mg²⁺含量间成显著正相关(P<0.05).在3种肥料中,氮肥对虉草K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ 和Cl^-含量的影响最明显,钾肥对Mg²⁺和Cl^-含量影响较明显,而磷肥对Ca²⁺和Mg²⁺含量影响较明显.     

盐胁迫对砂蓝刺头不同器官中离子分布的影响

砂蓝刺头为广泛分布于北方沙漠的一年生草本植物。本研究以砂蓝刺头幼苗为试材,采用营养液培养法研究了不同浓度NaCl 胁迫下(盐浓度分别为0, 100, 200, 300, 400 mmol/L)砂蓝刺头幼苗胁迫6 d后植株含水量变化,测定不同器官中Na⁺、Cl^-、Si⁴⁺、K⁺、Ca²⁺的含量,并分析了K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、Si⁴⁺/Na⁺值的变化。研究结果表明,盐胁迫下,砂蓝刺头幼苗含水量在盐处理浓度为100,200,300,400 mmol/L时分别比对照升高了9.86%,1.41%,4.23%,8.45%,说明盐胁迫下植株提高了组织含水量,这将在一定程度上稀释了体内盐离子,减弱盐胁迫造成的生理干旱。盐胁迫下砂蓝刺头根部的Na⁺和Cl^-含量高于叶片,这有利于渗透调节,同时减弱了盐胁迫对地上部的毒害;根系Si⁴⁺、K⁺、Ca²⁺的含量及K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、Si⁴⁺/Na⁺值比对照显著性下降,叶部Si⁴⁺、K⁺的含量和K⁺/Na⁺,Ca²⁺/Na⁺,Si⁴⁺/Na⁺值比对照有所增加或差异不显著,这有利于维持地上部分离子稳定。分析离子选择性吸收的S_Na⁺,K⁺数据发现,盐胁迫下砂蓝刺头根部拦截了部分Na⁺减缓了对地上部分的伤害,叶片对K⁺吸收具有很好的选择性, 对于维持地上部分离子平衡和正常的光合作用具有重要意义。