气体信号分子调控植物发育和响应逆境胁迫的生理与分子机制

NO、CO和H2S气体信号分子及其生物学作用已成为当前生命科学领域中激素和信号转导研究的热点。当前,人们正在深入探讨这3种气体信号分子在植物生命活动中的作用。总结了植物内源性气体信号分子的产生方式,参与调节种子萌发、根系发育、叶绿素合成、光合作用、气孔运动、物质代谢、衰老等植物生长发育的过程;以及其在植物应答盐、极端温度、渗透、干旱、重金属等逆境胁迫中的作用。同时,讨论了气体信号分子调控植物生长发育的特点,以及可能的交叉作用途径,并对该领域后续的研究工作进行了展望。     

植物抗病中的信号分子研究

综述了近年来在植物抗病中的信号分子研究方面所取得的进展,包括水杨酸、乙烯、茉莉酸、活性氧、一氧化氮、钙离子及其β-氨基丁酸等信号分子诱导植物防卫反应中的作用,同时阐述了水杨酸诱导植物防卫反应的机理以及生物合成途径,并对今后的研究工作进行了展望。     

植物U-box蛋白在植物先天免疫反应中的作用及其研究进展

为了分析植物U-box蛋白在植物先天免疫反应中的作用及其机制,总结了U-box的结构特点及其与RING-finger结构的异同;归纳了植物U-box蛋白的分类及分类特点;并综述了SPL11、PUB12/PUB13、PUB17等U-box蛋白在植物PTI信号传导途径中的调控作用与调控机制,以及ACRE276、PUB17、CMPG1、MAC3A/MAC3B等U-box蛋白在植物ETI信号传导途径中的调控作用与调控机制。得出植物U-box蛋白的结构特点、生化功能及其在植物先天免疫反应中的作用与分子机制,并认为对植物U-box蛋白的研究可为植物抗病分子育种提供基因资源与参考信息。     

植物谷胱甘肽应答非生物胁迫的分子机制

谷胱甘肽(GSH)是一种普遍存在于植物中的抗氧化剂,在维持组织抗氧化防御和调节氧化还原敏感信号转导中起着关键作用。深入研究GSH在非生物胁迫中的作用,对从分子水平揭示植物GSH积累的调控机制具有重要意义。本研究从植物GSH代谢途径及其相关酶、GSH在植物应激反应中的调节、GSH参与植物激素代谢等方面进行综述,并对谷胱甘肽在植物生长发育、与其它信号通路间交互作用的研究前景进行展望,以期为植物谷胱甘肽代谢以及其在非生物胁迫方面的研究提供一定的理论参考。     

JAs、SAs介导的植物防御反应及在药用植物中的应用

茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）介导的信号网络能调节植物防御反应。一般JA信号通路涉及抗虫反应,而SA通路则与抗病有关,JA和SA通路之间的交互作用在防御反应的微调中起重要作用。研究表明JA和SA也能有效调节抗寄生植物的防御反应。本文综述一些防御信号分子,尤其是JA和SA在植物防御中的作用,包括JA、SA介导的途径和JA/SA交互作用在抗病虫害和抗植物寄生中的作用;介绍茉莉酸、水杨酸类物质在药用植物研究中的初步应用。     

植物开花光周期反应的分子调控机制

植物开花时间受到日照长短季节性变化的调节,拟南芥和水稻中与光周期反应相关基因的分离,使人们得以认识植物开花光周期反应的分子调控机制。植物感知日照长短的变化主要由CONSTANS(CO)基因的表达所控制。CO能够将光信号与生物钟信号整合,调节开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,并最终控制植物的开花时间。本文对这一研究的最新进展进行了综述。     

多年生木本植物季节性休眠的分子机制

季节性休眠是多年生植物在生态和进化上的一种“权衡”机制,也是植物界多样性生存策略的组成部分。林木季节性休眠的机理研究已经在多个物种中开展,涉及生理学、细胞学和分子生物学等众多领域。在林木中发现的CO/FT调控机制,揭示了植物“休眠”的本质。一旦生长停止,植物休眠便进入程序性阶段,并最终导致分生组织细胞对生长信号响应能力的完全丧失。研究表明,林木在响应环境信号中止或恢复生长发育的过程中存在复杂的分子调控网络。本文着重阐述了多年生木本植物在季节性休眠的诱导、建立和解除过程中的分子调控机理。     

植物抗病性及抗病信号转导的研究进展

模式植物拟南芥是研究植物抗病分子基础的极好工具。利用拟南芥突变体证明植物抗病信号途径是个复杂的网络。过氧化氢,水杨酸,茉莉酸,乙烯,油菜素内酯等信号分子在这个网络中起着重要作用。对植物抗病的分子机制的深入理解,将为病害防治提供新的思路。     

NPR在SA信号通路中的研究进展

长期以来,水杨酸(SA)被认为是植物的内源信号分子,并与植物体内的多种抗性相关。病程相关基因非表达子(NPR)是SA信号通路中的关键性因子,能够介导该信号转导途径的顺利进行。为了详尽地阐述近年来多项研究对NPR研究的进展,本研究在分子水平上介绍了NPR的研究起源、SA受体,归纳了NPR1与其旁系同源物NPR3和NPR4之间相互协调的关系,分析了SA信号通路与SA提高植物抗性的机制。指出在多种植物体内,虽然NPR在SA信号通路中扮演着不可或缺的角色,但是由SA所诱导的植物抗病机制是一个复杂、精密的网络,现有的生物分子技术仍然无法使NPR的作用完全透明化。而且,在不同的植物体和相同植物的不同部位中,各种信号的转导方式也未必相同。因此,需要通过进一步确认整个信号通路中各组分及其功能、对模式植物进行详细研究来使该过程完整化。     

乙烯在幼苗根生长发育中调控作用的研究进展

幼苗建成是植物生长的关键时期之一,主要受环境因子和激素影响,大量研究表明乙烯作为重要的信号分子参与并调控根的生长发育。近年来,有关乙烯对植物生长发育的调控机理研究一直深受关注。本研究归纳了几十年来有关乙烯生物合成途径与产生途径方面的研究成果,并以此为中心阐述了乙烯在幼苗根生长发育中产生的生理效应,如主根伸长生长、侧根和不定根形成,幼苗的抗逆性和适应性,通气组织形成等;更进一步分析了根生长发育过程中乙烯的信号作用、乙烯与其他信号分子的相互作用,及其对相关基因表达的调控。综上研究基础,本研究提出了乙烯在生产实践、生理作用及分子调控机理方面的研究问题,以更有益于人们合理应用乙烯调控技术。     

Interactive Effects of Elevated CO2 and Moisture Stress on the Photosynthesis, Water Relation and Growth of Brassica Species

Interactive effects of elevated CO2 and moisture stress on photosynthesis, growth and water relation of Brassica species were studied using open top chamber technology. Brassica species responded to the elevated CO2 significantly under moisture stress condition. The adverse effect of moisture stress on the photosynthesis and plant water components were minimized by elevated levels of CO2. Drought susceptible species of B. campestris and B. nigra responded better to elevated CO2 compared to drought tolerant Brassica species such as B. carinata and B. juncea. The plant water potential significantly improved by elevated CO2 coupled with higher stomatal resistance and root growth.     

外源碳氮对植物生态化学计量特征的影响研究进展

为了了解全球二氧化碳（CO2）浓度升高和人为N沉降加重的环境条件对植物养分状况的影响,笔者分析了森林植物的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量以及生态化学计量比对于外源C、N及其交互作用响应的国内外文献数据。分析结果表明：1）CO2浓度升高将提高植物对C的吸收,降低植物N含量,导致植物的C：N在大部分试验中表现为增加趋势,外源C、N对植物P含量的影响结果不一,从而使N：P在不同的试验中结果不同;2）短期人为N沉降会增加植物的C、N含量,降低P含量,植物的C：N有所降低,而N：P却呈升高趋势;3）在CO2和N沉降二者交互作用下,植物N、P含量及其化学计量比的变化可能会出现“中和反应”,在不同的试验可能会表现出升高、降低或不变的趋势。CO2浓度升高和大气N沉降加重呈现出越来越明显的趋势,对生态系统结构和功能的影响也逐渐成为国内外生态学家研究的热点。本研究可为深入探讨外源C、N增加条件下的生态系统养分循环和生态化学计量特征提供参考依据,以便更好的提出CO2浓度升高和N沉降加重的大气背景下植物生长的应对策略。     

Effects of Population on Physiological Growth Parameters of Pigeonpea Genotypes in Sole and Intercropped Stand with Sorghum CO 22

A field experiment was conducted during khariff 1984 in sandy clay loam soil under irrigated condition at the Tamil Nadu Agricultural University, Coimbatore, with a view (i) to find out the possibility of introducing short duration dwarf variety of sorghum CO 22 as an intercrop with pigeonpea genotypes, (ii) to study the effect of different plant population levels and intercropping of sorghum CO 22 on pigeonpea genotypes, and (iii) to find out compatible pigeonpea genotypes and plant population level for pigeonpea based intercropping system with sorghum CO 22.
It was observed that increased plant density significantly increased the dry matter production, leaf area index (LAI) and crop growth rate (CGR) during early stages and reduced the net assimilation rate (NAR), relative growth rate (RGR) and CCR during later part of the growth. Intercropping of sorghum CO 22 significantly reduced the dry matter production LAI, CGR, NAR and RGR. Plants in the intercropped stands recorded higher CGR, NAR and RGR during later part of the growth. Among pigeonpea genotypes CO 5 was much affected due to intercropping with sorghum CO 22.     

大气CO2浓度升高对大豆生长和产量的影响

通过开顶式气室控制大气CO2浓度,对大豆生长和产量指标进行实验测定,研究了大气CO2浓度升高对大豆株高、茎粗、叶片性状和产量构成因素的影响,分析了未来高CO2条件下大豆生长和产量的变化趋势。结果表明,与背景大气CO2浓度350μmol/mol相比,大气CO2浓度为550和750μmol/mol时,大豆株高分别提高15.74%和21.57%,茎粗则增加8.62%和13.79%。大豆比叶重在不同生育期平均提高3.50%和7.25%,大豆鼓粒期叶面积增加7.27%和14.08%,叶绿素含量提高7.10%和11.42%。高CO2浓度对大豆产量各构成因子的贡献存在差异,对单株荚数提高幅度较大,分别为6.87%和11.61%,促使产量增加15.19%和29.10%。     

施氮水平对大豆光合作用及产量的影响

以绥农14为材料,采用砂培盆栽和测定整株光合作用的方法,研究了施氮水平对大豆光合作用及产量的影响。结果表明,大豆植株CO2吸收速率、光合速率和叶面积大小均随生育时间呈现先升高后降低的单峰曲线变化趋势,高、中氮处理(N135、N90)大豆苗期CO2吸收速率明显高于其他处理,但高氮处理(N135)大豆中后期的CO2吸收速率较低;中氮处理(N90)可以使大豆植株对CO2较高的吸收水平维持到中期;低氮处理(N45)大豆后期CO2吸收速率升高;不施氮处理(N0)大豆前期CO2吸收速率最低,后期维持一般水平。随施氮量增加,明显促进了大豆苗期光合速率的提高,不施氮处理在大豆生育中后期(56～73d)有利于光合速率的提高,施入一定氮(N45)更有利于保持大豆后期较高的光合速率。施氮能促进大豆植株前期叶片的生长,使其在整个生育期内都有较大的叶面积;大豆产量随施氮水平增加呈单峰曲线变化趋势,适度施氮有利于产量的提高。     

基于改进的CTGC系统下不同CO2浓度对水稻生长发育的影响

为探索二氧化碳肥效作用对作物生长发育产量形成的长期影响及其在气候变化背景下的综合影响，验证改进后二氧化碳与温度梯度系统（CTGC）的精确性与可靠性，开展了水稻全生育期二氧化碳和温度梯度处理试验，测定了水稻生长发育及产量形成的反应，分析了环境因素对水稻生长发育的影响，并就试验系统原理和功能的改进做了说明。研究表明，处理小区水稻的籽粒灌浆增长和灌浆速率、干物质增长和增长速率显著增加，产量和生物产量显著增加，并且表现为随二氧化碳浓度与温度增高而增加的趋势。生物量增加尤以营养生长中后期旺盛表现最为明显，并使得水稻发育期略显延迟；处理小区水稻的经济系数比对照小区明显降低。表明二氧化碳与温度处理增加了水稻的生物量，二氧化碳肥效作用对水稻籽粒产量的提高具有潜力。     

钾营养对冬小麦光合作用和衰老的影响

盆栽砂培和田间试验结果表明，供钾不足使小麦生育后期旗叶过氧化物酶活性和丙二醛含量增高，可溶性蛋白质、叶绿素含量和根系活力降低，旗叶光俣速率下降，加速衰老。     

二氧化碳对铜污染土壤中印度芥菜生长及其铜积累的影响

【研究目的】为了研究CO2施肥对超积累植物生长和积累金属能力的影响。【方法】在温室内对不同Cu浓度土壤中生长的印度芥菜进行两种不同浓度的CO2施肥试验,【结果】通过结果表明CO2施肥能促进Cu污染土壤中印度芥菜的生长和发育,当土培中不添加Cu时,1200μL/L和800μL/L处理组分别比对照组的印度芥菜提前了3d和2d开花;各CO2处理组的植株高度与对照组呈极显著差异,收获时最大单叶面积、叶片数和干物质重均比对照组有所增加,其中1200μL/L处理植株与对照植株的叶片数达极显著差异,叶面积和根重达显著性差异,各处理组的地上部干重均比对照组有显著的增加。CO2施肥处理也显著地增加植株体内对Cu的积累,两处理组植株根中Cu含量均显著高于对照组,且两处理组的植株根中Cu浓度也达到了极显著水平。CO2施肥处理同样也促进了植株茎、叶对Cu的积累,并在CO2 800μL/L、Cu 100mg/kg试验条件时最高,分别达到茎：13696mg/kg干重、叶：4589mg/kg干重。此外,试验还表明,CO2施肥能增加Cu在印度芥菜体内积累的叶根比,说明CO2施肥有利Cu由根向植物叶子的运输。【结论】印度芥菜对Cu有很好的超积累能力,CO2施肥能促进印度芥菜的生长,增加植株体内对Cu的积累和叶根比。     

CO2浓度升高对水稻灌浆期茎鞘中碳水化合物代谢及其产量的影响

摘 要：（研究目的）FACE（Free Air CO2 Enrichment,空气CO2浓度增加）设施使得实际地模拟未来植物生长所处的CO2浓度增加环境变为可能,FACE下,植物生长和产量发生不同程度的加速和提高,而了解水稻在灌浆期间碳水化合物的代谢对CO2浓度增加的响应认识,为今后合理筛选育种材料提供依据。（方法）本试验利用FACE设施,研究了CO2浓度升高200µmol•mol-1对籼稻IR24灌浆期茎鞘中碳水化合物的积累及其运转以及产量构成的影响。（结果）结果表明：在整个灌浆期,籼稻IR24茎鞘中的非结构性碳水化合物 （NSC）的积累在FACE下的均高于对照下的。而运转率表现不一致,在灌浆初期和后期,FACE下茎鞘中NSC的运转率低于对照下的,而灌浆中期的运转率则为FACE的高于对照下的。另外,FACE处理能显著提高籼稻IR24的产量。（结论）这些结果初步说明,FACE处理促进了茎鞘中NSC的积累及产量的增加,但在不同时期对运转的作用不同。