玉米硝酸盐累积及其在适应持续低氮胁迫中的作用

旱地作物吸收氮素的主要形态是硝酸盐,硝酸盐的积累与再利用对植物适应低氮土壤环境具有重要意义。本试验利用两个硝酸盐累积能力不同的玉米自交系478（硝酸盐积累低）和W312（硝酸盐积累高）为研究材料,研究玉米的硝酸盐累积及其在适应持续低氮胁迫中的作用。结果表明,W312的硝酸还原酶活性和NR基因的表达都弱于478,而体内氨基酸含量显著较低。对一个可能与液泡膜硝酸盐转运有关的氯离子通道蛋白基因（ZmCLC）的表达分析发现,478的ZmCLC表达显著强于W312。说明W312硝酸盐积累能力强主要是由于其较弱的氮同化能力,而不是硝酸盐向液泡的运输能力强。在砂培体系并持续缺氮条件下,W312叶绿素含量（SPAD值）显著高于478,表明植株体内较高硝酸盐累积有助于W312适应持续缺氮的土壤环境。     

植物液泡中硝酸盐行为的研究概况

化学氮肥利用率低和损失严重而造成的环境污染问题是农业生态系统中氮素管理首当其冲要研究和解决的问题 ,这方面的研究工作在国内外报道浩如烟海 ,但突破性进展不多。另一方面 ,植物体内的硝酸盐含量高又严重影响农产品有关的品质性状 ,特别是我国加入WTO后蔬菜和果实中高含量的硝酸盐是影响这些产品出口的主要限制因子之一。因此 ,从植物体本身着手研究植物氮素高效利用的机理与途径 ,这是近几年来植物氮素营养研究的热点之一。植物液泡占据了成熟植物细胞体积的 90 %左右 ,而液泡和细胞质中硝酸盐的浓度通常分别在 30～ 5 0molm- 3和 3～ 5molm- 3,因此 ,如何调动植物液泡中的硝酸盐使之得到更高程度的再利用 ,这是提高植物氮素利用效率和降低植物体内硝酸盐含量的途径之一。本文综述了国内外有关液泡中硝酸盐行为的研究状况 ,在此基础上作者首次提出植物液泡中硝酸盐的内外流与植物氮素高效利用之间可能存在着密切的关系 ,旨在拓始这方面的工作能尽快开展 ,为植物氮素高效利用的分子生物学研究开辟新的研究领域。     

氨基酸转运蛋白介导植物免疫研究进展

植物生长发育需要大量的氮素养分,氨基酸作为大多数植物体内主要的氮素运输形式,影响植物整个生命活动。氨基酸转运蛋白负责氨基酸在组织和细胞间的跨膜运输,其通过调节植物体内氨基酸稳态,影响着植物的生长发育和抗逆能力。近年来,氨基酸和氨基酸转运蛋白在植物免疫和抗病中的功能及其调控机制取得了一些突破性的研究进展。我们详细阐述了氨基酸运输、代谢在植物防御中的作用,总结了参与植物免疫的氨基酸透性酶家族(AAPs)、赖氨酸组氨酸转运蛋白家族(LHTs)、阳离子氨基酸转运蛋白家族(CATs)以及多种酸进出转运蛋白家族(UMAMITs)基因在病原菌侵染植物过程中的调节机制。转运蛋白LHT1不仅介导植物根系氨基酸的吸收和地上部氨基酸的转运,还参与了植物生长和免疫调节。本文以LHT1为例,对比了拟南芥和水稻lht1突变体植物在感染病原菌后自身的免疫过程,突出其在参与植物感染活体营养型和死体营养型病原菌过程中功能的差异性,构建了氨基酸转运蛋白调控植物免疫过程的基本分子模型。未来研究需要重点解析：1)哪些氨基酸是植物防御机制的关键营养或信号物质;2)病原菌侵染植物后,植物体内氨基酸信号的传导过程;3)植物氨基酸转...     

植物内部磷循环利用提高磷效率的研究进展

  【目的】  磷素作为植物生长发育过程中必需的大量营养元素之一,因其在土壤中的难移动性使得根系对磷的获取有限。植物为满足其生长对磷素的需求,已经进化出一系列相应的机制提高对内部磷的再利用,以减少磷肥投入,保证产量的同时实现环境友好。本文以植物内部磷的高效利用为核心,重点剖析植物有机磷库与无机磷库中磷素的活化再利用的途径,综述释放出的无机磷在不同组织和器官中的转运过程,并对今后深入研究磷再利用的有关方向作出展望。  主要进展  植物体内磷的存在形式主要包括无机磷和有机磷两种。植物吸收的多余无机磷会被暂时储存在液泡中,并在植物缺磷时外流到胞质以满足植物对磷的需求,位于液泡膜的磷酸盐转运蛋白负责无机磷在液泡和胞质之间的分配。存在于核酸和磷脂中的有机磷在磷缺乏时由酶类(核酸酶、磷脂酶和紫色酸性磷酸酶等)水解并释放无机磷以供植物生长需要。植物遭受低磷胁迫,营养器官(老叶等)中活化的无机磷由多种磷酸盐转运蛋白转运到幼叶等新的生长中心被利用,从而显著提高磷的再利用效率。磷转运蛋白(PHTs)通过调控磷向籽粒的运输降低了磷在禾谷类作物籽粒中的积累,提高了磷利用效率,同时降低环境风险。  展望  现阶段的研究较为详细地阐述了植物体内磷素再活化的生理分子机制,但对磷转运功能蛋白参与特定磷转运过程的相关研究仍不够全面,比如液泡磷能调控细胞磷稳态,目前已鉴定得到的与其外排有关的转运蛋白极少,其调控机制也有待深入探索。国内外关于PHT1、PHT2、PHT3和PHT4蛋白如何将磷素从源器官转运到库器官缺乏系统的研究。无机磷库和有机磷库中磷的利用对植物应对缺磷的贡献也鲜有报道。因此,植物体内与磷再活化后转运利用相关的分子生物学调控机理还需进一步研究。     

植物SPX-PHR模块在营养信号途径中的作用研究进展

  【目的】  近几十年来,PHR和SPX蛋白作为磷信号途径中的核心调控蛋白已经得到了广泛的研究。并且随着研究的不断深入,人们发现它们在其它养分信号途径中也起着重要作用。为此,本文综述PHR与SPX蛋白在植物根系发育,养分吸收、转运与再分配中的研究进展,从而更加全面地理解SPX-PHR模块在其中的作用。  主要进展  植物PHR转录因子可以通过结合靶基因启动子的P1BS元件从而调控下游基因的转录,进而参与植物根系发育,养分吸收、转运、分配以及免疫应答。植物PHR转录因子自身在转录水平受到多种信号的调控,如生长素信号途径ARF7/19、乙烯信号途径EIN3、光信号途径FHY3、FAR1能够在转录水平上诱导PHR表达;而光信号途径中的HY5以及光敏色素因子PIF4/5则抑制PHR或其同源基因PHL的表达。进一步研究发现,SPX蛋白能够与PHR互作并抑制其转录激活能力。而SPX在转录水平和蛋白水平也受到氮、磷信号的调控。氮信号途径中NRT1.1(B)-NBIP1和磷信号途径中SDELs均能介导26S蛋白酶复合体途径降解SPX蛋白,进而释放NLP/PHR进入细胞核,激活硝酸盐和磷酸盐应答基因的表达。同时NLP/PHR进入细胞核后,还可转录激活NIGT1的表达,进一步调控硝酸盐和磷酸盐应答基因的表达。  研究展望  未来我们需要对PHR转录因子的上游调控信号进行更全面的鉴定以及展开对SPX互作蛋白的鉴定与功能研究,以期更全面的理解SPX-PHR模块在植物养分吸收中的作用机制。     

喷洒氯化钾对油菜植株硝酸盐再利用的影响

从植物体本身着手研究植物氮素高效利用的机理与途径,这是近几年来植物氮素营养研究的热点之一,而调动植物液泡中的硝酸盐使之得到更高程度的再利用,这是提高植物氮素利用效率和降低植物体内硝酸盐含量的途径之一。试验采用土培试验,研究叶面喷施质量分数为1%的氯化钾溶液对油菜角果初期和收获期植株硝酸盐累积再利用的影响,以喷施质量分数为1.17%的硫酸钾溶液(要求氯化钾和硫酸钾溶液中钾离子的物质的量浓度相同)和清水作为对照,在开花后期开始喷施,连续隔日喷洒15天,喷施部位在茎和叶,重点喷洒叶的背面,尽量不喷施至叶柄,于角果初期和收获期采样。结果表明,喷施氯化钾溶液能显著降低油菜角果初期和收获期茎、叶、根硝酸盐含量和植株硝酸盐总量,促进硝酸盐再利用;可以增强角果初期叶片硝酸还原酶的活性;能增加收获期干物质累积量,但不影响角果初期干物质累积量。     

植物吸收铵态氮的分子生物学基础

植物对铵离子的吸收和铵离子在细胞间的转运是铵转运蛋白介导的需能主动运输过程。植物铵转运蛋白位于细胞膜上,含有101～1个跨膜域,分子量约为48.kD。研究表明,植物体内的铵转运蛋白由小基因家族成员编码,在表达特性上不同成员具有时空特异性。植物体内铵转运蛋白在功能、生化特性和转录调节水平上存在差异。在不同氮素水平下,铵转运蛋白基因通过转录和翻译调控,对于保持植株的适宜氮素供应以及氮胁迫条件下维持植物细胞中氮素的内稳态具有重要作用。     

植物中铵转运蛋白的研究进展

铵转运蛋白在众多生物中被克隆与鉴定，它是一种广泛存在于微生物、植物细胞及动物的细胞膜上主动转运铵离子的载体，分子量约为48kD，含有10-11个跨膜域。本文阐述了植物铵转运蛋白分离鉴定的过程，对于铵转运蛋白的结构、功能、基因表达调控等方面作了较详细叙述。不同氮素条件下，铵转运蛋白基因通过转录调控表现了对铵离子吸收转运的不同特点，使植物根系在较宽的浓度范围中吸收铵离子，为细胞内铵离子库的内稳态提供了理论依据。铵转运蛋白有助于作物更有效的吸收氮素，为农业生产粮食增收提供了有利保障。     

植物体对硝态氮的吸收转运机制研究进展

硝态氮是高等植物重要的氮素营养,直接影响植物的生长。植物根系吸收硝态氮并向地上部转运的机制一直是研究者十分关注的问题。近几年的深入研究使得新的现象与结论被揭示,推动了我们对植物体吸收转运硝态氮生理与分子机制的认识。本文综述了近年来国内外关于植物硝态氮吸收转运的生理及分子机制的相关研究结果。通过整理归类植物硝酸盐吸收相关的生理学数据,介绍了影响植物吸收硝态氮的各种因素。基于膜转运体在植物硝态氮吸收转运过程中发挥的重要作用,本文还重点介绍参与该过程的四大基因家族的成员及功能,即硝酸盐转运体1(NRT1)、硝酸盐转运体2(NRT2)、氯离子通道(CLC)和s型阴离子通道(SLAC),以期为后续研究者提供一个较为全面的理论依据。     

植物吸收转运硝态氮及其信号调控研究进展

硝态氮是植物吸收利用的主要氮源,其吸收利用是一个高度协调复杂的调控过程。植物为了在各种变化的环境中生存,进化出了适宜不同环境的硝态氮吸收利用机制。植物根系中存在不同类型的硝态氮受体,可以感受外界硝态氮浓度变化,并启用高亲和力或低亲和力硝态氮吸收系统,从而吸收硝态氮;硝态氮进入根系后,大部分被运输到地上部进行同化作用,合成大分子物质,以促进植物生长;如果地上部硝态氮含量过多,植物可把多余的硝态氮运送到液泡内储存,待需要时再从液泡转运至细胞质中利用。植物生长发育过程中,老叶和成熟叶片中的硝态氮可被转运到新生组织中,促进新生组织生长。硝态氮吸收利用过程中大量硝态氮吸收、转运、储存、同化和信号调控基因被有序激活并协调工作,促进植物高效吸收利用硝态氮。本文主要针对NRT1和NRT2硝态氮吸收转运相关基因及其功能,以及参与初级硝态氮反应的相关转录因子和小信号多肽在硝态氮信号传导和组织间的信号交流进行综述,以便深入理解植物吸收利用硝态氮的机理,为高效利用氮素的作物育种和栽培技术的创建提供新的思路。     

Trace metals in precipitation in Sweden

Trace metals (Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, and Zn) concentrations in atmospheric precipitation have been routinely monitored in Sweden since the autumn of 1983. Concentrations are highest in southern Sweden and decrease northward. It is postulated that the long range transport of anthropogenic pollutants from the rest of Europe is the major source of Cd, Pb, and Zn in precipitation. Evidence for this hypothesis is that enrichment factors indicate anthropogenic origin, and Swedish atmospheric emissions of Zn and Cd are 2 to 3 times smaller than deposition fluxes. Also, Cd, Pb, and Zn concentrations are correlated in both space and time and are also well correlated with exSO₄ ⁺, a substance known to be of anthropogenic origin transported long distances.     

Patterns in trace elements in lichens

Water, Air, & Soil Pollution - Epiphytic lichens were sampled in a Dutch national monitoring survey, which was carried out twice within 5 yr. The samples were analyzed by neutron activation...     

中国华北地区近40年物候春季变化

根据华北地区7个观测站物候资料,分析了华北地区1963-1996年及北京1963-2005年物候春季的变化特征及其与气温的关系。结果表明:华北地区的物候春季有明显提早来临的趋势,而造成这一变化的主要因素是本地区近40 a来冬春季气温的明显上升。其中1963-1996年间华北地区1-3月及4月的平均气温分别上升了2.3℃与1.7℃,物候春季起止日期分别提前了9d和4d,因而使得春季长度也延长了5d;北京1963-2003年间1-3月及4月的平均气温分别上升了3.5℃与2.6℃,物候春季的起止日期分别提前了11d和10d,但春季长度没有明显变化。     

Sediment denitrification in waterways in a rice-paddy-dominated watershed in eastern China

Purpose

Rice-paddy-dominated watersheds in eastern China are intensively cultivated, and lands with two crops receive as much as 550–600 kg?ha^–1?year^–1 of nitrogen (N), mainly through the addition of N-based fertilizers. However, stream N concentrations have been found to be relatively low. Waterways in the watersheds are assumed to be effective “sinks” for N, minimizing its downstream movement. We directly measured net sediment denitrification rates in three types of waterways (ponds, streams/rivers, and a reservoir) and determined the key factors that control net sediment denitrification. Such information is essential for evaluating the impact of the agricultural N cycle on the quality of surface water.

Materials and methods

The pond–stream–reservoir continuum was sampled every 2 months at nine sites in an agricultural watershed between November 2010 and December 2011. Net sediment N₂ fluxes/net sediment denitrification rates were determined by membrane inlet mass spectrometry and the N₂/Ar technique. A suite of parameters known to influence denitrification were also measured.

Results and discussion

Net denitrification rates ranged between 28.2?±?18.2 and 674.3?±?314.5 μmol N₂–N?m^–2?h^–1 for the streams, 23.7?±?23.9 and 121.2?±?38.7 μmol N₂–N?m^–2?h^–1 for the ponds, and 41.8?±?17.7 and 239.3?±?49.8 μmol N₂–N?m^–2?h^–1 for the reservoir. The mean net denitrification rate of the stream sites (173.2?±?248.4 μmol N₂–N?m^–2?h^–1) was significantly higher (p?<?0.001) than that of the pond sites (48.3?±?44.5 μmol N₂–N?m^–2?h^–1), and the three types of waterways all had significantly higher (p?<?0.01) mean net denitrification rates in summer than in other seasons. Linear regression and linear mixed effect model analysis showed that nitrate (NO₃ ^?–N) concentration in surface water was the primary controlling factor for net sediment denitrification, followed by water temperature. Using monitoring data on NO₃ ^?–N concentrations and temperature of the surface water of waterways and an established linear mixed effect model, total N removed through net sediment denitrification in the pond–stream–reservoir continuum was estimated at 46.8?±?24.0 t?year^–1 from July 2007 to June 2009, which was comparable with earlier estimates based on the mass balance method (34.3?±?12.7 t?year^–1), and accounted for 83.4 % of the total aquatic N. However, the total aquatic N was only 4.4 % of the total N input to the watershed, and thus most of the surplus N in the watershed was likely to be either denitrified or stored in soil.

Conclusions

High doses of N in a rice-paddy-dominated watershed did not lead to high stream N concentrations due to limited input of N into waterways and the high efficiency of waterways in removing N through denitrification.     

天津半干旱地区不同种植年限菜田土壤微生物变化特征的研究

对天津周边半干旱地区不同种植年限的菜田土壤微生物状况调查研究表明 ,该地区土壤微生物以细菌为主 ,夏季微生物总量大大高于冬季 ;随着种菜年限的增加 ,耕层和亚耕层微生物总量都有增加趋势 ,其中细菌和放线菌增加明显 ,真菌有下降趋势 ;真菌类群分析表明 ,少数纤维素分解菌 ,如青霉 (Penicillium)、木霉 (Trichoderma)等为优势菌 ,而糖和木质素分解菌仅占少数。用尖孢镰刀霉 (Fusariumuoxysporum)、大肠杆菌 (Escherichia coli)接种不同种菜年限土壤 ,检测土壤拮抗菌状况发现 ,拮抗菌仅在种植年限长的老菜田的放线菌中发现。表明北方半干旱地区菜田土壤细菌为优势菌 ,主要存在于土壤微孔隙中 ;而适于生活在土壤疏松大孔隙中的真菌数量极少。应注意土壤结构的改良 ,为丰富土壤微生物提供良好的生态环境     

天津半干旱地区不同种植年限菜田土壤微生物变化特征的研究

对天津周边半干旱地区不同种植年限的菜田土壤微生物状况调查研究表明 ,该地区土壤微生物以细菌为主 ,夏季微生物总量大大高于冬季 ;随着种菜年限的增加 ,耕层和亚耕层微生物总量都有增加趋势 ,其中细菌和放线菌增加明显 ,真菌有下降趋势 ;真菌类群分析表明 ,少数纤维素分解菌 ,如青霉 (Penicillium)、木霉 (Trichoderma)等为优势菌 ,而糖和木质素分解菌仅占少数。用尖孢镰刀霉 (Fusariumuoxysporum)、大肠杆菌 (Escherichia coli)接种不同种菜年限土壤 ,检测土壤拮抗菌状况发现 ,拮抗菌仅在种植年限长的老菜田的放线菌中发现。表明北方半干旱地区菜田土壤细菌为优势菌 ,主要存在于土壤微孔隙中 ;而适于生活在土壤疏松大孔隙中的真菌数量极少。应注意土壤结构的改良 ,为丰富土壤微生物提供良好的生态环境     

Trends in soil science in Switzerland

Phytoremediation is an emerging technology based on the use of green plants to remove, contain, inactivate or destroy harmful environmental pollutants. Recent developments in Europe and the USA show that the approach is somewhat different on both sides of the Atlantic. In Europe, phytoremediation has more basically been research driven and, based on the outcomes, applications have been envisaged. By contrast, the approach in the USA is more application and experience driven. In spite of a growing track record of commercial success, more demonstration projects are needed to prove that phytoremediation is effective in order to rigorously measure its underlying economics, and to expand its applications. More fundamental research is also required to better understand the complex interactions between pollutants, soil, plant roots and micro-organisms at the rhizosphere level, to increase the bioavailability of pollutants, to fully exploit the metabolic diversity of plants and, thus, to successfully implement this new green technology.     

沈阳市城市表土中微生物区系变化的初步研究

在沈阳市远郊-近郊-市区等不同城市化水平区内选取林地、草地和路边土几种不同利用方式下的表层土壤,对土壤中的微生物状况进行了初步分析。结果表明,随着城市化水平的提高,土壤中微生物的数量表现为明显的减少趋势。其中变化较大的是细菌,而真菌和放线菌的变化不明显。     

Changes in proteolytic bacteria in paddy soils in response to organic management

Proteolytic bacterial communities, which mineralize organic nitrogen, play a key role in agricultural systems. In this study, alkaline metalloprotease (apr) gene fragments from proteolytic bacteria were investigated in bulk and rhizosphere paddy soil from four fields under organic management (for 2, 3, 5, and 9 years), and from one field under conventional management (for 2 years). We analyzed the abundance and structure of the proteolytic bacterial communities using real-time quantitative PCR and denaturing gradient gel electrophoresis. Our results showed that the abundance of proteolytic bacteria ranged from 1.57?×?10⁸ to 8.02?×?10⁸?copies/g of soil. In addition, the abundance of the proteolytic bacteria in the paddy soils under organic management was significantly higher than those in the paddy soil under conventional management. Moreover, the gene copy numbers in the rhizosphere soils were significantly higher than those in the bulk soils. The abundance of proteolytic bacteria tended to increase with the duration of organic management, with the highest abundance being found in the soil that had been under organic management for 5 years. However, the proteolytic bacteria communities in the paddy soils were not significantly affected by management practices. Phylogeny analysis showed that all gel bands obtained represented genes from Pseudomonas. Additionally, correlation analysis and canonical correspondence analysis showed that C/N, C, and N were important factors that influenced the abundance and community structure of the proteolytic bacteria. These results suggest that proteolytic bacteria are indicators in organic management systems, depolymerize organic N and hence maintain soil sustainability.

Abbreviations: CM: conventional management; OM: organic management; DGGE: denaturing gradient gel electrophoresis; qPCR: real-time quantitative PCR detecting system; COFCC: China organic food certification center; CCA: canonical correspondence analysis