酸性土壤铝毒与植物营养研究进展

论述了酸性土壤中铝的形态,对植物的毒害作用与土壤肥力的关系;探讨了植物对铝的吸收与运输、对铝毒的内外适应机制以及铝与其它营养元素的关系。分析现有改良酸性土壤,消除铝毒害的方法,对酸性土壤铝毒与植物营养研究提出一些建议。     

磷高效野生大麦拔节期对植酸态有机磷的利用

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前期筛选得到的野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为供试材料,有机磷源为植酸钠,设3个施磷水平,即不施磷（CK）、施磷（P）15 mg·kg^-1土（Po15）、30 mg·kg^-1土（Po30）,研究拔节期有机磷处理对不同磷效率野生大麦生物量、磷素积累量、根系酸性磷酸酶和植酸酶活性、根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性及有机磷各组分含量的影响。【结果】（1）随有机磷水平提高,野生大麦生物量和磷素积累量均显著增加,而根冠比呈减小趋势。各处理下,磷高效基因型生物量、磷素积累量和根冠比均大于低效基因型。且随着有机磷水平的提高,磷高效基因型生物量和磷素积累量增幅较大。（2）随有机磷水平降低,野生大麦根系酸性磷酸酶和植酸酶活性均显著增加。各处理下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,分别是低效基因型的1.15-1.24倍和1.18-1.34倍。（3）野生大麦根际土壤酸性磷酸酶与植酸酶的活性明显高于非根际,且随有机磷水平提高,土壤酶活性呈显著增加的趋势。各处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,是低效基因型的1.23-1.33倍和1.15-1.30倍。（4）随有机磷水平提高,野生大麦根际、非根际土壤各有机磷组分含量显著增加。磷高效基因型根际与非根际土壤活性有机磷和中活性有机磷含量显著低于磷低效基因型,而中稳性有机磷和高稳性有机磷含量无基因型差异。由于对有机磷的耗竭,根际土壤有机磷各组分含量低于非根际。磷高效基因型根际土壤活性较强的活性有机磷和中活性有机磷出现明显亏缺,其亏缺范围为0.64-1.12 mg·kg^-1和13.8-33.9 mg·kg^-1。【结论】磷高效野生大麦基因型通过根系或根际微域微生物分泌更多的酸性磷酸酶和植酸酶,提高根际土壤中活性有机磷和中活性有机磷生物有效性,从而具有较强的有机磷吸收利用能力,更能适应有效态磷缺乏的土壤环境。     

硅对大麦耐盐性的影响及其机制

研究了水培和土培条件下硅对盐敏感大麦（Hordeum vulgare L.）科品7号和耐盐大麦鉴4耐盐性的影响及其作用机制。结果表明,水培和土培条件下适量加硅可降低大麦的盐害。硅显著提高盐胁迫大麦根系脱氢酶活性,降低叶片细胞汁液浓度。硅可显著提高盐胁迫下大麦体内的钾离子浓度、降低钠离子浓度,并提高土培大麦植株体内氮、磷的积累量及磷的浓度,改善盐胁迫大麦植株的养分平衡状况。硅对耐盐大麦盐害的缓解效果比对盐敏感大麦更显著。硅对大麦耐盐性的影响主要是通过降低钠离子毒害、减轻水分胁迫程度和改善植株体内的养分平衡状况而实现的。硅参与了植物的代谢或生理活动。     

土壤-水稻系统砷的生物地球化学过程研究进展

本文综述了具有不同渗氧能力基因型水稻对土壤砷结合形态、水稻根表铁膜、砷吸收的影响以及不同根际氧化还原条件对土壤砷形态、水稻砷积累、砷转运载体表达的影响,分析了硅的不同施加量对水稻砷吸收的研究进展及其作用机制,从土壤铁矿物氧化和还原两个方面总结了根际铁循环对砷环境行为的影响以及对砷污染土壤修复的潜在价值,以期为最终降低水稻砷吸收提供理论参考。微生物介导的铁氧化还原对砷的环境行为如砷的溶解释放、吸附沉淀、形态转化等有重要影响,而铁细菌的胞外电子传递过程促进了铁的矿物相转化并耦合砷的钝化,在未来工作中值得进一步关注和研究。     

大麦耐铝毒机制的研究进展

铝离子对根系的毒害是酸性土壤中农作物生产的主要限制因子.大麦在所有禾本科农作物中对铝离子毒害最为敏感.耐铝毒性在大麦品种间存在变异,遗传分析表明在大麦第4染色体长臂上有一个主效基因(Alp)控制大麦对铝毒的抗性.笔者总结了最近几年关于大麦耐铝毒机理的研究进展,特别是大麦耐铝毒基因Alp的克隆及其功能分析,并对禾本科其它农作物中相关耐铝毒基因的研究进行了比较.     

植物根系限制重(类)金属吸收/转运的因素及其机制

当前土壤重(类)金属污染导致的农作物重(类)金属超标已成为我国居民严重关切的问题之一。在重(类)金属胁迫下,植物自身具备了相应的机制来减少其对重(类)金属的吸收富集,这些机制主要与土壤-植物根系系统中发生的一些物理、化学和生物学过程有关。本综述阐述了与植物根系相关的限制重(类)金属吸收/转运因素及其机制,主要包括:1)根系的一些分泌物能通过与重金属螯合降低其有效性,从而达到固定重金属的目的;2)在重(类)金属胁迫下,植物根系增加粗根比例,降低细根数量并减少根比表面积,从而降低与重(类)金属接触的几率并影响重(类)金属的吸收;3)水生植物根系表面形成氧化铁/锰化合物胶体,这些胶体能吸附阴阳离子,从而束缚重(类)金属;4)植物根系表面具有相应的吸附位点,具有相似性质的离子会对这些位点产生竞争,从而降低重(类)金属进入根系细胞的几率;5)细胞壁组分含有的基团可与重金属结合,从而束缚大量的重金属;6)植物根系内皮层凯氏带能阻断重(类)金属在皮层与维管柱之间的质外体运输,从而阻止重(类)金属向地上部分转运;7)具有相似性质的金属离子可对根系细胞膜上的离子通道展开竞争,这一过程影响重(类)金属的吸收;8)在细胞中游离的重(类)金属可被区隔到根系液泡中,从而减少其毒性以及向地上部分的转运;9)根系细胞膜上的一些基因的表达限制了重金属由根系向地上部分的转运。综上所述,植物主要通过减少根系与重(类)金属接触几率、吸附机制、离子竞争性吸收、以及区隔化作用等机制来降低重(类)金属的吸收和转运。但关于细胞壁组分在束缚阴离子形态存在类金属的相关机制还不清楚,尚待进一步明晰和阐明。     

不同基因型大麦苗期对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养试验的方法,对6个不同基因型大麦品种苗期耐低氮性状指标进行了研究。结果表明：单株吸氮量、根于重、地上部于重、植株干重、分蘖数和根长在品种间存在极显著差异;不同供氮水平对根长以外的各性状都有极显著的影响;各相对性状也存在不同程度的基因型差异,相对分蘖数〉相对地上部干重=相对植株干重〉相对根干重〉相对单株吸氮量〉相对根长〉相对氮素生理利用效率〉相对株高。相关性分析表明：单株吸氮量和苗期各干重指标间互呈极显著正相关关系;相对单株吸氮量、相对株高和苗期各相对干重指标间 互呈极显著相关关系。     

同耐低磷基因型玉米磷营养特性研究

 采用盆栽试验系统研究了不同耐低磷特性的5个玉米自交系在生长过程中苗期、拔节期、孕穗期和吐丝期的磷营养特性。结果表明，在玉米苗期和拔节期，磷吸收效率是决定耐低磷特性的主要变异来源，低磷胁迫下，耐低磷自交系99180和99239植株相对吸磷量均显著高于敏感自交系99152。孕穗期，玉米自交系耐低磷特性主要体现在上部叶磷累积量较高，能保证玉米后期正常生长发育。吐丝期，耐低磷自交系99180和99239即使在低磷胁迫下，磷吸收效率和再分配效率仍明显高于敏感自交系99152。不同耐低磷自交系的磷营养特征也存在差异，99239主要表现为吸收效率较高，而99180则表现出更强的再分配能力。     

不同耐低磷基因型玉米磷营养特性研究

 研究了纳米级和天然高岭土对营养元素氮、磷、钾和有机碳的吸附及解吸特性。结果表明，在相同的初始处理浓度下，纳米级高岭土对氮、磷、钾和有机碳的吸附量均比天然高岭土高，氮的吸附量是天然高岭土的1.5~1.7倍、磷是1.9~2.2倍、钾是1.4~2倍、碳是1.3～1.9倍。纳米级和天然高岭土对氮、磷、钾和有机碳的解吸量与其吸附量呈正相关。2种高岭土对氮、磷、钾和有机碳的吸附规律均可用Langmuir和 Freundlich 方程来拟合。     

碱蓬和滨藜对镉和钠吸收、转运及亚细胞分布特性的比较研究

采用水培试验方法,比较了不同类型盐生植物碱蓬和滨藜的Cd耐性,研究了两者对Cd和Na的富集规律及亚细胞水平上的Cd解毒机制差异。结果表明,Cd胁迫下碱蓬和滨藜的根长、株高及干重等均受到不同程度的抑制,两者的表观毒害症状及对Cd的响应敏感度也存在明显差异;根系耐性指数可以作为评价两者Cd耐性的指标,碱蓬表现出更强的Cd耐性。另外,除1μmol·L-1Cd胁迫下,碱蓬根表的单位面积Cd吸附量均显著高于滨藜;两者吸收的Na大量转运至地上部,吸收的Cd则主要富集在根部,但碱蓬对Cd的转运能力比滨藜弱。亚细胞分布分析发现,两种盐生植物各器官中Cd均主要分布于细胞壁,其次为胞液;细胞壁的固定为两者亚细胞水平上的主要Cd解毒机制,且碱蓬不同器官细胞壁的固定能力比滨藜强,根部Cd亚细胞分布特性对Cd从根部向地上部转运有显著影响。Cd胁迫除产生直接毒害外,也影响碱蓬和滨藜地上部及根部的Na含量,干扰了两者不同器官及亚细胞水平上的正常Na稳态。     

植物重金属耐受分子机理的研究进展

重金属污染对我国经济发展、人身健康造成重大负面影响,已经成为当今研究热点.综述了近年来植物对重金属耐受分子机理的研究进展,从植物对重金属的吸收、转运及隔离在液泡中等过程的发生的多种相关蛋白的应答.通过基因工程方法调控这些蛋白编码基因表达,来提高植物对重金属耐受性,降低重金属对植物的毒害.     

过量硼对植物的毒害及高硼土壤植物修复研究进展

硼作为一种植物必需元素,在土壤中过量存在会对植物产生毒害,硼对植物的毒害作用以及利用植物修复高硼土壤已经日益受到关注。目前,硼对不同类型植物的毒害特点,植物的耐受机制还不十分清楚。特别是对于硼污染的植物修复,其研究还处于起步阶段。本文分别从植物的表观症状、生理生化和基因水平等层次,综述了过量硼对植物的毒害,并从高耐受性、超富集能力植物筛选,以及转基因技术应用等角度回顾了硼污染的植物修复研究进展。在此基础上,提出了当前相关研究存在的主要问题,并对未来的研究进行了展望。     

Expression Comparisons of Pathogenesis-Related (PR) Genes in Wheat in Response to Infection/Infestation by Fusarium,Yellow dwarf virus (YDV) Aphid-Transmitted and Hessian Fly

Expression profiles of ten pathogenesis-related (PR) genes during plant defense against Fusarium, Yellow dwarf virus (YDV) aphid-transmitted and Hessian fly (Hf) were compared temporally in both resistant and susceptible genotypes following pathogen infection or insect infestation. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) revealed that PR1, PR2, PR3, PR5, PR6, PR8, PR9, and PR15 appeared to be induced or suppressed independently in response to Fusarium, YDV aphid-transmitted or Hf during the interactions. The PR gene(s) essential to defense against one organism may play little or no role in defense against another pathogen or pest, suggesting the alternative mechanisms may be involved in different interactions of wheat-Fusarium, wheat-YDV aphid-transmitted and wheat-Hf. However, strong up- or down-regulation of PR12 and PR14 encoding low molecular membrane acting protein, defensin and lipid transfer protein (LTP), respectively, had been detected after either pathogen infection or insect infestation, therefore showed broad responses to pathogens and insects. It was postulated that low molecular proteins such as defensins and LTPs might play a role in the early stages of pathogenesis in the signaling process that informs plants about the attack from biotic stresses. In addition, a synergistic action between different PR genes might exist in plants to defense certain pathogens and insects on the basis of comprehensive expression profiling of various pathogenesis-related genes revealed by qRT-PCR in this study.     

丛枝菌根对镉污染土壤的修复研究进展

近年来,土壤镉污染愈加严重,因此镉污染的生物修复也成为人们关注的热点之一。丛枝菌根是陆地生态系统分布广泛的植物-真菌共生体。研究证实,AM可促进植物的生长发育,增强植物对重金属毒害的耐性,影响植物对重金属的吸收、转运和积累,在重金属污染土壤的植物修复中显示出巨大的应用潜力。综述了AM对镉污染土壤修复的修复机理(直接作用、间接作用)及其在植物修复中的应用,并对未来的研究方向提出建议。     

磷硼耦合胁迫对大豆生长和磷、硼吸收的影响及基因型差异

以磷效率不同的5个大豆基因型为材料,通过水培试验研究磷、硼不同处理对大豆不同生育期植株生长和磷、硼吸收的影响及基因型差异.结果表明:磷、硼不同处理显著影响大豆生长,并且磷、硼对大豆生长的影响具有显著的交互作用.其中,磷有效性是影响大豆生长和硼吸收的重要因素.在相同硼水平下,增加磷有效性能显著提高各大豆基因型植株干质量、籽粒产量和单株磷硼积累量;在适量磷水平下,增加硼水平,能显著促进磷高效大豆基因型的生长和植株体内磷、硼的累积,但对磷低效品种则无显著影响.磷、硼对大豆生长的影响及其交互作用在成熟期表现更为明显,改善硼供应有利于提高磷高效大豆基因型的产量.     

Phosphorus Nutrient Characteristics of Different Maize (Zea mays L.) Inbreds for Tolerance to Low-P Stress

Phosphorus nutrient characteristics of different maize inbred lines to low-P stress were studied at stages of seedling,steming, earing, silking under pot culture. In the periods of seedling and steming, P uptake efficiency was the main contributor to P tolerance, and the relative P content in P-tolerant genotypes, 99180 and 99239 were higher than that in sensitive genotype, 99152. At earing stage, P-tolerant genotypes, compared to P-sensitive ones, had higher accumulation of P in upper leaves. When came to the silking stage, P uptake and redistribution efficiency of P-tolerant genotypes were higher than those in 99152. The results also suggested that there are different mechanisms of P nutrient uptake and distribution in different P-tolerant genotypes. Inbred line 99239, according to the investigation, was considered as an efficient stock in the P-uptake while 99180 fallen to the efficient stock of P redistribution.     

镰刀菌属真菌毒素在植物和病原菌互作中的研究进展

镰刀菌是世界上最重要的植物病原菌之一,可影响植物的生长发育,严重威胁全球粮食安全和生物多样性。几乎所有的镰刀菌都会产生真菌毒素,其毒素种类多、毒性强,一方面可以作为致病因子之一参与镰刀菌的致病过程,另一方面可污染粮食和饲料,进而引起人类和动物的相关病症。已有研究表明,镰刀菌侵染植物后产生的不同种类真菌毒素不仅毒害植物细胞,引起植物组织的坏死,还会加速病原菌的侵染;同时,针对病原菌产生的毒素,植物会激活防御酶并启动防御相关基因的表达,或将致病毒素转化为无毒或低毒物质并转运到胞外,或通过分泌次生代谢物直接抑制病原菌毒素的生物合成。为全面解析镰刀菌毒素在病原菌侵染植物中的作用,提高植物对病原菌的抗性,该文综述了镰刀菌属真菌毒素的种类、毒性机理以及毒素在植物和病原菌互作中的作用,并讨论了植物对真菌毒素的防御反应策略,以期为镰刀菌毒素致病机制和病原菌防治策略研究提供参考。     

AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理

土壤重金属污染威胁人类健康和整个生态系统,而高效、低耗、安全的生物修复技术显示出了极大的应用潜力,特别是利用植物-微生物共生体增强生物修复效应的应用。丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90%以上的陆生高等植物形成共生体。研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性。当前,利用AM真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注。基于此,围绕AM真菌在重金属污染土壤生物修复作用中的最新研究进展,从物理性防御体系的形成、对植物生理代谢的调控、生化拮抗物质的产生、基因表达的调控等角度探究AM真菌在重金属污染土壤生物修复中的作用机理,以期为利用AM真菌开展重金属污染的生物修复提供理论依据,并对本领域未来的发展和应用前景进行了展望。     

苯磺隆胁迫下甘蓝型油菜萌发期关联性状的QTL定位及候选基因筛选

【目的】寻找苯磺隆胁迫下油菜种子萌发性状相关的QTL及其耐性基因,为筛选与培育耐苯磺隆油菜种质以及探究油菜种子萌发过程中苯磺隆耐性分子机理奠定基础。【方法】用0.15 mg·kg ^-1苯磺隆溶液处理由人工合成甘蓝型油菜10D130和甘蓝型油菜常规品种ZS11构建的包含175个株系的高世代重组自交系（RIL）群体,进行种子发芽试验,以蒸馏水为对照,分别测定其相对发芽势、相对发芽率、相对根长和相对干重。然后,利用油菜6K SNP芯片对该RIL群体进行基因分型,通过JoinMap4.0软件构建高密度遗传连锁图谱。基于该遗传图谱,利用MapQTL软件多QTL作图法对4个性状的相对值进行QTL定位,根据各QTL置信区间查找甘蓝型油菜的基因序列,并依次与拟南芥基因组序列进行BLAST,筛选可能与耐苯磺隆胁迫相关的候选基因。【结果】频数分布表明4个相对性状的变异范围较大,且呈连续性分布,符合数量性状表现特征,适宜进行QTL遗传分析。相关分析表明,相对发芽率和相对发芽势呈极显著正相关,相关系数为0.587。构建的遗传图谱包含1 897个多态性SNP标记,覆盖甘蓝型油菜基因组3 214.19 cM,标记之间的平均图距为1.69 cM。利用此图谱共检测到22个相关QTL,表型贡献率变幅为6.4%—12.6%。其中,与相对发芽势、相对发芽率相关的QTL分别有6个和3个,与相对根长和相对干重有关的QTL分别为8个和5个。在A01染色体64.857 cM、55.935 cM和56.645 cM处检测到的相对发芽势与相对发芽率QTL的置信区间完全或者部分重叠。通过分析QTL置信区间上甘蓝型油菜对应的区间序列,筛选到30个可能与油菜耐苯磺隆有关的候选基因,其中包括18个细胞色素P450家族成员、5个糖基转移酶家族基因、1个GSTF相关基因、1个ABC转运蛋白相关基因和1个ALS基因,这些基因均与除草剂抗性机制有关,尤其ALS为磺酰脲类除草剂靶位点酶;另外筛选到1个BHLH和1个JAZ6基因,BHLH与JAZ蛋白可通过相互作用来防御胁迫;检测到1个LSU2蛋白相关基因和1个MATE家族成员,前者参与细胞氧化剂解毒及植物防御反应,后者参与类黄酮、生物碱、金属离子、其他多种代谢物的转运及有毒物质引起的植物胁迫响应。【结论】检测到与相关QTL共22个,筛选出可能与苯磺隆耐性有关的候选基因30个。这些基因通过加速毒性分子的转运与代谢从而响应有毒物质引起的胁迫反应,可能参与植物对苯磺隆的抗性调节与反应机制。