转Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(nhaA)大豆植株的获得及耐盐性分析

高盐对作物造成渗透胁迫和离子毒害,是影响作物生长发育的主要非生物胁迫因子之一。Na+/H+逆向转运蛋白能够通过将Na+排出细胞或将其区隔化入液泡中来调节细胞内的离子平衡,是植物耐盐的关键因子。本研究将质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因nhaA构建到植物表达载体pBI121上,通过发根农杆菌介导转化大豆子叶节,获得6株卡那霉素抗性再生植株。对抗性植株进行PCR、Southern blot和RT-PCR鉴定,3株植株呈阳性,平均转化率为0.42%。对阳性植株的耐盐生理指标测定结果显示,盐胁迫后转基因植株的质膜相对电导率显著低于对照植株,叶绿素含量和脯氨酸含量显著高于对照植株。nhaA基因在大豆植株中的表达显著提高了大豆对盐胁迫的耐受性,为大豆耐盐新品种的选育和广泛应用该基因进行其它农作物的耐盐性改良提供了材料和依据。     

棉花盐害的控制技术及其机理

棉花是耐盐作物,但土壤耕层中积累过多的盐离子会通过离子毒害、渗透胁迫和引起营养失衡等机制导致盐害。控制棉花盐害的途径主要有两条,一是提高棉花自身的耐盐性,另一方面是躲避或减轻盐胁迫。本文评述了提高棉花耐盐性和躲避或减轻盐胁迫的途径、原理和方法,提出在工程措施改良盐碱地的基础上,综合运用适宜品种、水肥运筹、种子处理及地膜覆盖和诱导根区盐分差异分布等农艺措施是现阶段控制盐碱地棉花盐害的有效途径。     

植物盐胁迫响应的研究进展

中国土壤盐渍化程度越来越严重,已经成为限制植物栽培的重要因素之一。研究植物的盐胁迫调控机制,选育抗盐植物,有利于农业的生产、增产,有助于盐碱地的治理、改良。本综述概述了中国土壤盐渍化的概况,在盐渍化土壤中,植物受到的危害有渗透胁迫、离子毒害、膜透性改变及生理代谢紊乱等。为适应环境,植物启动一系列的调控机制来减缓盐害。从生理的角度,通过渗透调节、抗氧化酶的响应以及施加外源物质等方式可以缓解盐胁迫;从分子的角度,抗盐相关基因应激启动,调控相关蛋白的合成以及盐胁迫下蛋白质的差异性表达,来控制植株体内的离子浓度以达到平衡。同时,梳理了近年来与抗盐相关转录因子的研究,最后就植物的盐胁迫响应机制研究和耐盐植物的选育方面作了展望。     

转Bt基因抗虫棉和有色棉苗期耐盐性差异研究

盐胁迫可致棉叶萎焉 ,叶温升高 ,气孔导度、蒸腾强度和光合速率降低 ,促进膜脂过氧化、丙二醛 (MDA)积累。但棉株体通过保护酶活性的提高和协同作用 ,以及盐离子的区域化分布 ,表现出较强耐盐胁迫的能力。耐盐性因基因型而异 ,在供试材料中 ,棕色棉和绿色棉的耐盐性最强 ,转 Bt基因抗虫棉 3 3 B和 S6 1 77的耐盐性最差。基因型间耐盐性差异与保护酶活性和盐离子在叶片中积累量的差异有关。长期人为选择可致棉花抗逆性的部分丢失 ,Bt基因的导入也可能影响棉花耐盐性的表达。     

施氮肥对盐胁迫下Bt棉生长和叶片Bt蛋白含量的影响

 以Bt棉品系K638为材料,在盆栽条件下研究了施氮肥对不同程度盐胁迫（土壤含盐量：0(CK)、0.15%(轻度胁迫)和0.3%（中度胁迫））下棉株生长、氮素吸收、Bt蛋白含量和Bt蛋白氮占全氮量比例的影响;同时,在水培条件下研究了不同形态氮素（硝态氮和铵态氮）对NaCl胁迫下Bt蛋白含量的效应。结果表明,氮肥与盐胁迫对棉叶Bt蛋白含量有显著的互作效应。非盐和低盐胁迫下,施氮肥促进了棉株生长（生物量分别提高了3.0和2.8倍）、Bt蛋白合成（分别提高41.0%和90.9%）和全N向Bt蛋白N的转化（分别提高9.3%和15.6%）;中度盐胁迫下,施氮肥虽也促进了棉株生长（1.4倍）,并提高了叶片全N含量（98.8%）和Bt蛋白含量（83.3%）,但并未提高Bt蛋白N占全N量的比例。无论盐胁迫与否,施NO₃^--N处理的生物量和叶片全氮含量都显著高于施NH₄⁺-N的处理,但由于盐胁迫下NO₃^--N降低了Bt蛋白N占全氮的比例（11.0%）,叶片Bt蛋白含量则略低于NH₄⁺-N处理。据此认为,盐胁迫下施氮肥通过促进棉株对N素的吸收积累并影响全氮转化为Bt蛋白的比例,进而影响Bt蛋白含量。     

植物耐盐相关基因及其耐盐机制研究进展

植物的耐盐性是一个复杂的数量性状,涉及诸多基因和多种耐盐机制的协调作用。本文综述了近年来国内外在植物耐盐分子方面的研究成果与最新进展。Na /H 反向转运蛋白、K 转运体HAK和K 转运的调控基因AtHAL3a、高亲和性K 转运体HKT等通过调控植物体内离子跨膜转运,重建体内离子平衡来抵御盐渍伤害;Δ'-二氢吡咯-5-羧酸合成酶(P5CS)和Δ'-二氢吡咯-5-羧酸还原酶(P5CR)基因、胆碱单加氧酶(CMO)和甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因、1-磷酸甘露醇脱氢酶(mtlD)和6-磷酸山梨醇脱氢酶(gutD)基因以及海藻糖合成酶基因等通过合成渗透保护物质维持细胞的渗透势、清除体内活性氧和稳定蛋白质的高级结构来保护植物免受盐渍胁迫伤害;植物细胞中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶、抗坏血酸-谷光苷肽循环中的酶等在清除细胞内过多的活性氧方面起重要作用;水通道蛋白基因与晚期胚胎发生丰富蛋白(LEA蛋白)基因参与多种胁迫的应答,它们与保持细胞水分平衡相关;另外,与离子或渗透胁迫信号转导相关受体蛋白、顺式作用元件、转录因子、蛋白激酶及其它调控序列可以启动或关闭某些胁迫相关基因,使这些基因在不同的时间、空间协调表达,以维持植物正常的生长和发育。本文还在小结中从整体水平上阐述了植物感受盐渍胁迫和其应答的基本分子机理。为植物耐盐机理的进一步研究及培育耐盐植物奠定了理论基础。     

植物响应盐碱胁迫的机制

土壤盐碱化对农林业生产和发展的影响日渐严重,已经成为全球范围内所面临的重大环境问题。研究盐碱胁迫的危害以及植物对盐碱胁迫的响应机制,有助于挖掘植物耐盐碱基因,选育耐盐碱品种,改良盐碱地,提高农作物的产量,扩大园林植物的栽培应用。盐、碱实际上是两种不同的非生物胁迫,碱胁迫在盐胁迫的基础上还增加了高pH胁迫,其危害程度较盐胁迫更深。本综述分析了土壤盐渍化现状,盐碱胁迫对植物产生的渗透胁迫、离子毒害、高pH伤害、活性氧胁迫等危害,从渗透调节物质的合成、离子的吸收转运与pH调节、增强抗氧化酶活性及内源激素响应等方面阐述了植物耐盐碱的生理机制;从盐碱胁迫的信号转导、转录因子调控响应及抗盐碱相关基因的表达等方面梳理了植物耐盐碱的分子机制。最后对植物适应盐碱胁迫的研究方向及多组学联合分析在全面研究植物抗盐碱机制中的应用作出了展望。     

雷蒙德氏棉DnaJ蛋白的生物信息学预测及盐胁迫下的表达分析

Dna J蛋白是一类很大的蛋白家族,是近年来研究较多的与胁迫反应等相关的蛋白。本文利用生物信息学手段,系统研究了雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)Dna J蛋白的数目、分类、染色体定位、亚细胞定位、进化以及在旱地棉(Gossypium aridum)和克劳茨基棉(G.klotzschianum)盐胁迫下的表达模式。结果显示:雷蒙德氏棉基因组有119个Dna J蛋白,长度从73个氨基酸到2574个氨基酸不等;在13条染色体上不均匀分布,且具有不同的亚细胞定位;Dna J结构域大致被分为9个小组,每个小组都有与拟南芥同源的基因;盐胁迫下,鉴定到旱地棉和克劳茨基棉共同差异表达的Dna J基因3个,在旱地棉盐胁迫整个过程中差异表达的基因2个。雷蒙德氏棉Dna J基因家族的鉴定和分析,将为进一步研究Dna J基因家族的功能奠定一定的基础。     

渗透胁迫和盐胁迫对荞麦硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性的影响

以盐敏感荞麦品种TQ-0808和耐盐荞麦品种川荞1号为试验材料,采用NaCl和等渗PEG-6000处理,研究渗透胁迫和盐胁迫对不同耐盐性荞麦品种硝酸还原酶(NR)及亚硝酸还原酶(NiR)活性的影响。结果表明,高浓度盐胁迫下盐敏感荞麦品种叶片NR及NiR活性显著降低,而耐盐荞麦品种降低幅度相对较小,且高浓度盐胁迫下盐敏感荞麦品种叶片NR及NiR活性的降低幅度明显大于渗透胁迫的,说明Na⁺毒害效应发挥了主要作用。另外,两个荞麦品种叶片NR活性高低与其叶片硝酸盐含量呈正相关。     

盐胁迫下棉属野生种旱地棉（Gossypium aridum）差异表达基因的cDNA-AFLP分析

 以一个耐盐的二倍体野生种旱地棉和对盐敏感的陆地棉栽培种苏棉12号为材料,运用cDNA-AFLP技术,比较两个材料分别在盐胁迫前后的表达情况,获得了25个仅在旱地棉盐胁迫下特异表达的转录片段（TDF）。将这些片段进行电子克隆,延伸后的序列进行BLAST分析,结果显示23个转录片段推断的氨基酸序列与已知的蛋白同源,这些盐诱导表达的基因主要涉及离子转运、活性氧清除、细胞信号传导、细胞分裂、转录调节、膜保护、渗透调节等功能蛋白。从23个差异表达的转录片段中选择9个进行实时定量PCR（qRT-PCR）分析,结果表明这些基因在盐胁迫后表达显著增强,而且多数在12~24 h达到高峰。这些cDNA克隆是开展棉花耐盐性分子基础研究的重要资源。     

棉花耐盐机理与盐害控制研究进展

综述了棉花耐盐机理、耐盐性鉴定方法和盐害控制技术的研究进展。棉花耐盐机理与一般植物存在着较大的差异,对盐分胁迫下的植株体内离子分布、细胞膜结构和稳定性以及渗透压调节作用等方面进行了探讨,总结了运用传统育种和现代生物技术改良和提高棉花耐盐性方面取得的进展。此外,提出了从棉花品种、栽培技术、种子引发技术和土壤改良等方面盐碱地植棉的综合技术体系。     

Reproductive Compensation of Cotton after Salt Stress Relief at Different Growth Stages

Differential salt sensitivity during growth stages and reproductive compensation of plants after salt stress relief are important factors for adopting appropriate irrigation strategies with saline waters. Consequently, recovery of cotton after exposure to different levels of salt stress was evaluated. An outdoor, sand culture experiment was conducted with cotton. Water salinities were 2, 10 and 20 dS m⁻¹, and the growth phases were vegetative (G1), reproductive (G2) and boll development (G3). G1 and G3 were the least and the most salt tolerant phases, respectively. The significant yield reduction in all of the saline water treatments as compared to control was mainly due to the reduction in number of bolls per plants. In general, cotton plants were capable of producing seed cotton under salt stress, as well as, after salt stress relief. However, as the salt stress severity increased the ability of cotton to compensate yield loss decreased. Irrigation of cotton at G1 stage with either moderate (10 dS m⁻¹) or high (20 dS m⁻¹) salinity waters should be avoided. Moderate saline water could be applied either at G2 or G3 stage. High salinity water can be used for irrigation only at G3 stage to produce acceptable cotton seed yield.     

盐胁迫诱导的棉花叶片细胞程序性死亡

为明确盐胁迫是否可以诱导棉花叶片发生细胞程序性死亡,用0.5%的NaCl溶液对棉花叶片进行胁迫处理,在DNA琼脂糖凝胶电泳图谱上观察到明显的DNA拖尾现象,即NaCl处理诱发了DNA核小体间的断裂,从而表现出典型的细胞程序性死亡的生化特征。表明NaCl诱导棉花叶片死亡过程中,存在一个明显的细胞程序性死亡阶段。     

盐胁迫对棉花幼苗子叶超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

棉花幼苗子叶 SOD 活性在细胞内的分布是细胞溶质部分活性最高。其次是线粒体,再次是叶绿体。各细胞器 SOD 活性对盐分的敏感程度不同,依次是叶绿体>线粒体>细胞溶质部分。在盐分胁迫初期,棉花幼苗子叶能够维持较高 SOD 活性,但随着盐胁迫强度的增加,棉花幼苗子叶 SOD 活性下降和膜透性增加,幼苗表现出盐害症状,SOD 活性下降比膜透性增加出现的早。轻度盐分胁迫随时间延长,鲁棉6号的子叶 SOD 活性有一定增加,表明棉花幼苗具有一定的耐盐能力。耐盐性不同的两个品种在 SOD 活性和细胞质膜透性变化上有差异,并对 SOD 作为棉花抗盐碱育种指标进行讨论。     

冠菌素对棉花幼苗盐害的缓解效应

 以转基因抗虫棉(Gossypium hirsutum L.)中棉所45为材料,通过水培试验研究了冠菌素对盐胁迫下棉花萌发出苗和幼苗生长的影响。结果表明,盐胁迫严重抑制棉花种子萌发和幼苗生长,且对地上部的抑制程度大于对根系的抑制。盐胁迫对棉花萌发出苗和幼苗生长的抑制程度能被0.01 μmol·L^-1 的冠菌素缓解。苗期盐胁迫21 d内,冠菌素处理的棉花根、茎和叶的生物积累量较未施加冠菌素的盐处理增加1倍;活体组织化学原位检测结果显示,低浓度冠菌素处理降低盐胁迫诱导的主根H₂O₂含量。上述研究结果说明低浓度的冠菌素能提高棉花萌发出苗和苗期的耐盐性。     

盐分胁迫下2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种对棉种发芽及其生理特性的影响

通过设置0、80、120 mmol·L-1 3种NaCl浓度,研究了3种盐分水平下2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种对棉种发芽的影响,分析了棉种萌发过程中可溶性蛋白、可溶性糖、抗氧化物酶及丙二醛含量对2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种的生理响应.结果表明,盐分胁迫显著抑制了棉种的萌发,而2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种能明显减轻盐分胁迫对种子发芽的抑制.在3个盐分水平(0、80、120 mmol·L-1)下,2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种处理的发芽率、发芽势及种子活力指数均比清水浸种有显著提高,其增幅分别为11.5％～58.4％、16.8％～65.0％和42.9％～82.5％;同时,2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种可显著提高棉种SOD、POD、CAT的活性,分别比清水浸种增加了57.2％～282.7％、8.3％～139.3％和6.4％～15.1％,且显著降低了电解质外渗率与MDA含量.在盐分胁迫下,利用4.1×10-3 mmol· L-1的2-氯-6-(三氯甲基)吡啶浸种可提高棉种抗氧化物酶活性,促进其萌发过程中可溶性有机物的转化,显著提高棉种发芽率和发芽势.     

棉花苗期耐盐生理指标的筛选及综合评价

为了筛选与棉花耐盐密切相关的生理指标,为棉花苗期耐盐鉴定提供理论依据。以4个棉花品种为材料,通过塑料盒栽植试验,探讨了棉花幼苗在盐胁迫前和胁迫后5天、10天、15天时的叶片相对含水量、质膜透性、游离脯氨酸含量、丙二醛含量、K+、Na+及K+/Na+值等耐盐相关生理指标相对值的变化情况,利用方差分析、主成分分析和隶属函数分析等方法对数据进行统计分析。结果表明所有指标在胁迫后第5天开始即与胁迫前表现极显著差异;选取K+/Na+值、相对含水量和质膜透性3个主要的耐盐鉴定生理指标;4个棉花品种的耐盐性强弱排序为‘枝棉3号’>‘中棉所35’>‘鲁棉6号’>‘中棉所12’。胁迫后第5天为最佳鉴定时机,所选取的耐盐生理指标代表了所有指标的信息,且其评价结果与省地方标准《棉花耐盐性鉴定评价技术规范》中盐害指数的评价结果高度相关,因此所选生理指标可与隶属函数法相结合用于棉花苗期耐盐综合评价中。