硼诱导植物耐铝性的机制研究进展

酸性土壤中铝(Al)毒害已成为世界性关注问题,且硼(B)在耐铝毒方面广有研究。为更清晰探究硼如何提升植物耐铝性的机制作用,本综述主要从植物外部排斥机制和内部耐受机制两方面介绍了植物耐铝毒机制,探究出硼对植物铝毒害的缓解机制主要包括:(1)诱导有机酸的分泌;(2)调控根系pH的改变;(3)降低细胞壁铝结合位点;(4)调控抗氧化酶及抗氧化剂系统;(5)促使液泡区室化;(6)调控植物生长素的应答,综合以上几方面进行介绍,以期为酸性土壤中硼肥施用提高植株耐铝性提供理论基础。     

铝胁迫下一氧化氮对大豆根生长抑制的缓解作用

在酸性(pH值5)土壤中,铝毒害是制约农作物生产的主要逆境因子。铝毒通过抑制根系生长,影响作物对水分和营养物质的吸收,最终导致农作物产量下降。以大豆为试验材料,探讨铝胁迫下外源一氧化氮(NO)对铝毒害的调节作用。结果显示,不同铝浓度处理可抑制大豆根的生长及根尖伸长区细胞的伸长,且可诱发根尖丙二醛(MDA)和H_2O_2含量的升高;进一步研究结果显示,NO处理可显著缓解铝抑制的根生长及根尖伸长区细胞的伸长,且降低根尖MDA、H_2O_2含量,提升根尖抗氧化酶活性。表明NO可能通过提高根尖抗氧化能力来缓解铝胁迫对根尖伸长区细胞伸长的抑制,从而改善根系的生长。     

外源NO供体硝普钠(SNP)对重金属Cd胁迫下水稻幼苗膜脂过氧化及抗氧化酶的影响

为探明NO对缓解植物Cd毒害的生理机制,研究了在30 mg/L Cd2+胁迫下,外源施加不同浓度一氧化氮供体硝普钠(SNP)对水稻幼苗生长、膜脂过氧化以及活性氧代谢相关酶活性的影响。结果表明,SNP处理可以不同程度缓解Cd胁迫对水稻幼苗生长的抑制,降低了幼苗根和叶片中H2O2和丙二醛(MDA)的含量,减轻了氧化性损伤,降低了Cd胁迫下水稻幼苗根和叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、愈创木酚过氧化酶(GPX)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化相关酶的活性;NO在植物体内的作用对浓度具有依赖性,低浓度NO可以作为一个有效的活性氧清除剂来降低氧化胁迫,但是作为一个活性很强的自由基,较高浓度NO又能够引起氧化胁迫。     

利用外源NO缓解植物盐胁迫伤害的研究进展

盐渍化土壤因渗透胁迫、离子毒害和氧化损伤,对植物造成伤害,不能直接应用于植物生产;利用外源NO处理植物可提高抗氧化酶活性,诱导有机渗透调节物质的产生与积累,并调控无机离子的选择性吸收,进而缓解盐胁迫对植物种子萌发、幼苗生长和光合作用的抑制效应。为同类研究及盐渍化土壤合理利用提供参考,从外源NO对植物盐胁迫伤害的缓解效应及其作用机制方面概述了外源NO缓解植物盐胁迫伤害的研究进展,并对今后的研究方向进行展望。     

外源NO对铝胁迫下西瓜幼苗生长及生理特性的影响

为研究外源NO对西瓜铝胁迫的缓解作用,以高浓度的铝胁迫(1 200μmol·L~(-1))下西瓜品种早佳84-24为试验材料,以外源硝普钠(SNP)为NO供体,研究不同浓度SNP(50、100、200、500μmol·L~(-1))对铝胁迫下西瓜幼苗的生长及生理特性影响。结果表明,铝胁迫下西瓜幼苗的生长受到了抑制,西瓜叶片细胞膜透性显著增大,膜脂过氧化的产物丙二醛(MDA)增加了14.18%,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)含量均显著降低,可溶性糖、脯氨酸含量显著上升。铝胁迫导致叶片中叶绿素含量显著降低,并影响西瓜叶片中营养元素的含量,使铝离子大量累积,最终导致光合速率下降,幼苗光合作用能力减弱。适当添加外源NO(50μmol·L~(-1))后西瓜铝毒害得到缓解,叶片中MDA含量显著降低了12.64%,SOD、POD、CAT酶含量显著升高,脯氨酸含量显著升高,通过调节活性氧代谢来维持细胞结构功能稳定。添加外源NO(50μmol·L~(-1))显著降低铝元素在叶片中的积累,促进了叶片中叶绿素含量升高,使西瓜幼苗光合能力显著增强。当NO浓度为500μmol·L~(-1)时反而对西瓜具有毒害作用,地上、地下部生物量分别降低了28.26%与3.57%,说明NO作用具有双重性。铝胁迫对西瓜生长、抗氧化酶、渗透调节物质、光合参数等生理特性均产生了抑制作用,而适当外施NO能缓解铝胁迫下西瓜的生理损伤,促进西瓜幼苗的生长。     

外源草酸缓解马尾松根系铝毒

以耐铝型(FJ5)和铝敏感型(GD20)马尾松幼苗为材料,采用水培法研究外源添加草酸对铝胁迫下马尾松幼苗根系形态及生理特性的影响,并探讨控制草酸缓解马尾松根系铝毒害的主导生理因子,旨在为土壤酸化地区调控马尾松铝毒害提供理论依据。结果表明,铝胁迫下马尾松幼苗总根长、根表面积、根系体积、根系活力等均有所降低,根系抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶)活性、渗透调节物质(可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸)含量均显著(P<0.05)升高,膜质过氧化程度加剧,且GD20比FJ5的变化更强烈,说明活性铝可对马尾松幼苗产生一定的毒害,且对铝敏感型的毒害作用更大。外源添加草酸后,马尾松根系活力升高,根系中丙二醛和渗透调节物质含量降低,抗氧化酶活性维持较高水平,当草酸浓度≤0.2 mmol·L^-1时,根系铝和根尖铝的含量减低,且GD20的变化幅度大于FJ5,说明外源草酸能有效缓解马尾松幼苗受到的铝毒害作用,且对铝敏感型的缓解效果好于耐铝型。外源添加不同浓度的草酸对马尾松根系生理指标的作用效果不同,以外源添加草酸浓度为0.2 mmol·L^-1时缓解铝毒害效果最好。主成分分析结果显示,脯氨酸和可溶性蛋白含量可能是控制草酸缓解马尾松铝毒害的主导生理因子。     

硅缓解植物重金属毒害机理的研究进展

硅对植物重金属胁迫具有重要的调节作用,研究表明:适当浓度的外源硅能够通过多种途径有效缓解重金属胁迫对植物生长发育的抑制和毒害作用,使植物内重金属富集系数和转运系数发生变化,减少植物对重金属的吸收积累;有效缓解重金属对细胞结构的伤害;促进植物生理生化代谢。硅缓解植物重金属毒害的机理可归纳为避逆作用和耐逆作用。避逆作用包括:提高土壤(介质)p H,改变其理化性质;改变土壤中重金属形态,使其沉积于土壤或根系周围,减少植物对重金属的吸收。耐逆作用包括:影响重金属在植物内转移、积累;刺激植物产生酚类物质并与重金属螯合;促进重金属离子在植物内区隔化分布,使其结合到细胞壁或液泡中;提高植物内抗氧化系统活性(SOD、POD、CAT、APX),有效清除重金属胁迫产生的活性氧。本文就近年来硅缓解重金属毒害作用及其机理的相关研究进行了归纳和总结,并对今后的研究重点进行了展望。     

外源一氧化氮对铝胁迫下烟草叶片呼吸作用和活性氧代谢的影响

为探明外源一氧化氮(NO)提高烟草耐铝性的生理机制,采用水培法研究了NO供体硝普钠(SNP)对铝胁迫下2个不同耐铝性烟草品种云烟100(耐铝)和云烟105(敏感)植株生长、叶片活性氧(ROS)含量、呼吸作用和线粒体抗氧化酶活性的影响。结果表明,铝胁迫显著降低了烟草叶片总呼吸速率、细胞色素呼吸速率、交替呼吸速率、细胞色素氧化酶(COX)活性和丙酮酸含量,导致叶片O—·2产生速率升高和H2O2大量积累,植株生物量显著下降,且云烟105变幅高于云烟100;外源NO处理显著缓解铝对烟草植株生长的抑制,提高叶片总呼吸速率、细胞色素呼吸速率、交替呼吸速率、COX活性和丙酮酸含量,降低叶片O—·2产生速率和H2O2含量,且对云烟105的缓解效果显著高于云烟100。此外,外源NO处理进一步提高铝胁迫下烟草叶片线粒体超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,且云烟105增幅显著大于云烟100。综上所述,外源NO处理可通过提高烟草叶片呼吸作用和线粒体抗氧化酶活性来清除线粒体内ROS含量,从而缓解铝对烟草的毒害作用,且对敏感基因型的缓解效应较耐铝基因型更为明显。     

一氧化氮对拟南芥高硼毒害的缓解

硼是植物生长发育所必需的微量元素,当土壤中硼的含量过高时就会对植物的生长产生毒害,高硼胁迫能够抑制植物的生长,降低农作物的产量与品质,因此研究植物抗高硼胁迫的分子机制至关重要。一氧化氮(NO)作为信号分子参与植物的生长发育及多种胁迫反应过程。研究发现高硼胁迫能够诱导拟南芥内源NO含量的升高,外加NO能够提高拟南芥对高硼胁迫的抗性,同时内源NO含量升高的突变体nox1和cue1表现出抗高硼胁迫的表型,而内源NO含量低的突变体noa1则表现出高硼处理敏感的表型,为了进一步研究NO缓解高硼对拟南芥的毒害的机制,测定在不同处理条件下拟南芥中硼的含量变化。结果表明,随着培养基中硼酸含量的增加拟南芥中硼的含量也增加,而外源或者内源NO都能够降低高硼处理条件下拟南芥中硼的含量,降低对植物的毒害。因此,高硼胁迫下降低拟南芥体内硼的含量是NO缓解高硼毒害的重要方面。     

植物体内一氧化氮的合成及其对非生物胁迫响应的研究进展

一氧化氮在植物的生长发育和对胁迫的反应过程中参与了多种生理活动。植物通过NO合成酶、硝酸还原酶、非酶促途径3种途径合成NO;大多数非生物胁迫都能诱导NO的产生。植物细胞中的NO具有双重作用:低浓度的NO能够促进植物的生长与发育,提高植物的抗逆性;而高浓度的NO则对植物细胞有毒害作用。在对非生物胁迫的反应中,NO能够减轻活性氧对植物细胞的伤害,并和其他的信号分子结合,共同调节胁迫响应基因的表达。