植物耐盐机理研究进展

高盐是限制农作物生长和生产最主要的非生物逆境之一。土壤中过多的盐离子对植物细胞造成渗透、离子和氧化胁迫。植物感知胁迫信号后,激活脱落酸、盐过敏感通路维持体内渗透平衡和离子稳态,运行抗氧化系统以应对过量的活性氧。本文通过信号转导、渗透保护剂及溶质的生物合成、离子稳态及区域化、抗氧化系统和植物激素调控等方面综述了植物盐胁迫反应的组成、途径及其调控机制的研究进展,有助于研究人员在逆境条件下培育高产优质的农作物。     

水稻耐盐调节机制的研究进展

水稻是对盐胁迫中度敏感的作物。水稻通过无机离子渗透平衡、有机物质渗透平衡、活性氧清除、转运蛋白及跨膜运输等调节机制应对盐胁迫。因此研究盐胁迫下水稻体内反应机理及调节机制对水稻抗盐的研究有重要意义。通过水稻抵御盐胁迫反应机制在盐胁迫条件下变化,而了解水稻耐盐性具有反应机制有哪些,对于发掘耐盐相关调节机制,了解反应机制作用机理,解析耐盐生理生化机制有重要作用。同时,有助于培育耐盐能力提高的作物新品种,应用到实际水稻生产中,并为育种工作提供了理论基础。     

盐胁迫对花生幼苗离子动态及耐盐基因表达的影响

不同花生品种的耐盐能力各有差异,本研究以耐盐花生品种花育25 (Huayu 25,HY25)和盐敏感品种花育20(Huayu 20,HY20)为材料,利用非损伤微测技术,测定盐胁迫下花生幼苗根尖中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、NO₃^–、Cl^–的流速;并同期检测了幼苗的生长性状、主要耐盐基因的表达及渗透调节物质(可溶性糖、脯氨酸)含量的变化,以明确花生的耐盐能力与离子吸收、转运及抗逆调控的关系。结果表明:(1)盐胁迫下Na⁺内流减弱,外排速率增加,K⁺内流提高,但是相对而言,HY25的Na⁺外排速率及K⁺内流速率均高于HY20,表明HY25通过排Na⁺保K⁺提高耐盐性;(2)盐胁迫促进Ca²⁺迅速内流,并且耐盐品种比盐敏感品种Ca²⁺内流...     

盐胁迫对植物生长的影响及耐盐生理机制研究进展

盐胁迫是影响植物生长发育及产量的主要非生物胁迫,目前,中国盐渍土面积不断增大,培育耐盐作物、开发利用耐盐植物资源,是抵御盐胁迫的一种可行途径。盐胁迫对植物具有多方面的影响,盐胁迫下植物自身也会产生一系列生理生化的改变以调节离子及水分平衡,维持植物正常的光合作用。本综述从植物生长发育、光合作用、离子平衡等方面概括总结了盐胁迫对植物的影响,系统地介绍了植物自身通过离子区室化、清除活性氧、增强保护酶活性等来抵御盐害的生理机制。旨在培育耐盐作物、研究植物耐盐机理、开发利用耐盐植物资源、有效利用盐碱地等方面提供帮助,为农业发展、粮食安全以及生态环境安全提供参考依据。     

盐角草P5CS基因克隆及其在高盐胁迫下的表达分析

Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物脯氨酸合成途径中的限速酶,但P5CS基因在调节植物耐盐过程中具体的生物学功能尚不明确。本研究利用RT-PCR方法从盐角草中分离得到一个P5CS基因,并对其进行了生物信息学分析和盐胁迫表达特性分析。结果表明,盐角草P5CS基因的c DNA序列全长为2151 bp,编码716个氨基酸,其编码的蛋白质分子量为77.6 k D,等电点为5.83,为稳定蛋白,无信号肽和跨膜区域。二级结构预测显示该蛋白分子中α螺旋结构最多,占43.3%。与已知甜菜、菠菜、滨柃、葡萄中的P5CS基因的氨基酸序列相似性分别为91%、89%、81%和80%,说明该基因与P5CS为同源基因,被命名为Se P5CS。Real-time PCR分析表明,该基因受植物盐胁迫后诱导表达,推测Se P5CS基因在盐角草抵御盐胁迫逆境中起着重要作用。研究结果为明确P5CS基因在植物耐盐应答机制中的生物学功能提供基础。     

盐芥耐盐相关基因的克隆

盐芥是极端耐盐的十字花科植物，由于有着与拟南芥相似的多种优点(基因组小、生活史短、产种子多、容易转化等)，小盐芥被认为是研究植物耐盐机理的模式盐生植物。我们以裂殖酵母为一简单的功能体系，通过盐芥基因在酵母细胞中过量表达对酵母耐盐性的影响，分离鉴定了多个耐盐相关基因(如GIP-结合蛋白基因，     

盐胁迫下野大麦耐盐生理机制初探

以盐生植物野大麦、甜土植物中国春小麦为材料,研究了NaCl胁迫对野大麦、小麦幼苗叶片质膜透性、含水量、地上和根部离子含量、脯氨酸含量、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性的影响。结果表明,随盐胁迫浓度增加,野大麦的细胞膜透性、Na 含量、脯氨酸含量、Na /K 、PEPCase活性增加,含水量、K 含量下降;但在相同盐胁迫条件下野大麦地上部和根部Na 含量明显低于小麦,而根中K 含量高于小麦,表明野大麦可能具有拒绝吸收Na 和维持高K 含量的能力;野大麦的脯氨酸含量增加幅度小于小麦,表明在盐胁迫下野大麦不是通过脯氨酸的积累来达到体内渗透平衡的;野大麦PEPCase活性增加明显高于小麦,说明提高光合效率可能是野大麦实现盐适应的主要措施之一。     

植物抗旱耐盐机理的研究进展

干旱、盐碱均是影响植物生长发育及作物减产的非生物胁迫因素,研究植物的抗旱性和耐盐性对农业生产和生态建设具有重要的意义。植物在受到干旱胁迫或者盐碱胁迫时,可以通过渗透物质的变化以及保护酶活性变化来响应干旱胁迫或者盐碱胁迫,从而提高植物的抗旱耐盐能力。同时许多与植物抗旱耐盐相关的基因被克隆和分析,并通过转基因技术将这些基因转到植物中异源表达,同样提高了转基因植物的抗旱耐盐能力。笔者从植物形态、生理生化水平以及活性氧清除和转录因子等方面概述了植物的抗旱和耐盐机制。     

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。     

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。     

Ionic Homeostasis and Expression of Na+ Related Genes of Cotton under Different Salt and Alkali Stresses

[Objective] Maintaining intracellular ion homeostasis is one of the important salt-tolerant mechanisms of crops. This study aims to analyze differences in response characteristics of cotton ionome and salt-tolerant gene expression under different saline-alkali stresses, which provides a basis for understanding the mechanism of salt tolerance and improving salt tolerance of cotton. [Method] Using Lumianyan 24 as the experimental material, three kinds of salt and alkali stress types (salt stress, alkali stress, and mixed salt-alkali stress) and two concentration gradients (low and high concentrations) were set under pot cultivation conditions. Meanwhile, non-saline-alkali stress treatment was set as control. The dry matter weight of cotton plants and root morphological parameters including root length, root surface area, and root volume were measured in this study. The concentrations of 13 elements such as P, Na, K, Ca and Mg in different organs of cotton plants were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The relative expressions of salt tolerance related genes GhDFR1, GhSOS1, GhNHX1 and GhAKT1 were determined by the quantitative real-time polymerase chain reaction method. [Result] 1) Salt and alkali stresses significantly inhibited cotton growth. The growth inhibition rate of cotton under mixed salt-alkali stress treatments (48.7%–57.9%) was significantly higher than that under salt stress (27.6%–49.9%) and alkali stress (21.2%–35.5%) treatments. Under salt stress and mixed salt-alkali stress treatments, both shoot and root growth of cotton were significantly inhibited, dry matter weight, root length, root surface area and root volume were significantly reduced, while root growth was less inhibited under alkali stress treatments. 2) Under three types of saline-alkali stresses, Na content and Mo content in different organs of cotton plant increased significantly, but N content in leaves and roots decreased. 3) Under salt stress treatments, the uptake of Ca, Mg, Fe, Mn and Zn in cotton was inhibited, and the ion balance was maintained by promoting the transport of these ions and P, K. 4) In addition to Ca, Mg, Fe, Mn and Zn, P uptake was also inhibited under alkali stress treatments, but K uptake and P, K, Ca, Mg, Fe, Mn and Zn transport were promoted. 5) Under mixed salt-alkali stress treatments, especially under high salinity and pH conditions, most of nutrients uptake was inhibited, and the transport capacity of Ca, Mg, Zn, Mn and Fe was reduced. 6) The relative expression of GhSOS1 and GhAKT1 genes increased significantly under salt stress treatments, but increased first and then decreased under alkali stress and mixed salt-alkali stress treatments. The relative expression levels of GhSOS1 and GhAKT1 genes under three types of saline-alkali stresses were alkali＞salt＞mixed saline-alkali stress. With the increase of soil salinity and pH value, the relative expression of GhNHX1 gene increased first and then decreased. The expression levels of GhNHX1 gene were salt＞alkali＞mixed salt-alkali stress. [Conclusion] Due to high salinity and pH value, mixed salt-alkali stress significantly inhibits cotton growth and ions uptake, which restricts the transport of P, K, Ca, Mg, Zn, Mn and Fe. The decrease of K and Na regulation ability leads to ions imbalance.     

Antioxidative Response of Quinoa Exposed to Iso‐Osmotic,Ionic and Non‐Ionic Salt Stress

Antioxidants play an important role in adapting plants to abiotic stress by detoxifying reactive oxygen species (ROS). Involvement of antioxidant enzymes in abiotic stress tolerance of highly stress‐tolerant quinoa was studied in a climatic chamber at 6 mOsm (milliosmolar) ionic (300 mm NaCl) and non‐ionic (600 mm mannitol) salts combined with increasing levels of potassium K1 and K2 (6, 12 mm ), respectively. Fifteen days of salt treatment (both ionic and non‐ionic) decreased plant growth (shoot and root fresh weight), stomatal conductance and chlorophyll content index. Furthermore, both forms of salt stress increased the activities of superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase and peroxidase up to 2.33‐, 3.98‐, 4.78‐ and 5.55‐folds, respectively, compared to no salt treatment, whereas membrane stability index decreased corresponding to increase in lipid peroxidation (malondialdehyde), with salt treatments compared to non‐stressed plants. However, no significant effect of potassium and salt treatments has been noticed on the maximal photochemical efficiency of PSII. The results suggested that enhanced antioxidant enzymes activity under salt stress could be one of the factors responsible for abiotic stress tolerance in quinoa.     

Antioxidant Activity in Salt‐Stressed Barley Leaves: Evaluating Time‐ and Age‐Dependence and Suitability for the Use as a Biochemical Marker in Breeding Programs

Soil salinity disturbs the equilibrium between reactive oxygen species (ROS) production and removal, leading to a dramatic increase in ROS concentration and oxidative damage. Enzymatic scavenging is one of the two main mechanisms involved in ROS detoxification in plants. This study has investigated the role of major antioxidant (AO) enzymes in mitigating salinity‐induced oxidative stress in plant shoots. Firstly, two barley varieties were used to evaluate the activity of major AO enzymes in different leaves and at different times after salt treatment. Our results showed that AO enzyme activities had strong tissue and time specificity. A further study was conducted using six barley varieties contrasting in salinity tolerance. AO enzyme activities and proline contents were measured in the third leaves of seedlings after plants were treated with 240 mm NaCl for 10 days. No significant correlation was revealed between leaf AO activity and either plant grain yield or plant survival rate under salt stress. In contrast, a significant increase in leaf proline content under salt stress was found in all sensitive varieties, while in most tolerant varieties, salt stress did not change leaf proline level. It is concluded that although salinity induces changes in leaf AO enzyme activities, the changes cannot be used as biochemical indicators in breeding for salinity tolerance.     

用3种方法定位玉米萌发期和苗期的耐盐和耐碱相关性状QTL

以耐盐碱郑58和盐碱敏感昌7-2为亲本,构建包含151份F2:5重组自交系(RILs)群体。基于3K芯片对郑58、昌7-2及其F2:5家系进行基因型分析,构建了包含1407个SNP分子标记的高密度遗传连锁图谱。该图谱的各染色体标记数在84～191之间,标记间的平均距离为0.81 cM。胁迫液为200 mmol L–1 NaCl和100 mmol L–1 Na2CO3,对照液为蒸馏水或霍格兰营养液,对盐、碱胁迫和自然条件下玉米的发芽率(GP)、株高(PH)、植株干、鲜重(FW、DW)、幼苗组织含水量(TWS)、植株地上部分钠含量(SNC)、钾含量(SKC)、钠/钾含量比(NKR)、苗期耐盐率(STR)、耐碱率(ATR)10项指标,采用3种不同的作图方法同时定位研究,对加性QTL定位采用复合区间作图法(CIM)和完备区间作图法(ICIM),对加性QTL与环境互作联合分析采用混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)。结果表明,(1)与对照条件下各性状表型值相比,耐碱相关性状的降低较耐盐相关性状明显,说明玉米对碱胁迫更加敏感和碱胁迫对玉米的伤害更严重。碱与盐胁迫下SKC相当而SNC差异较大,表明Na+、K+的吸收和运输是相互独立的两个过程,玉米盐、碱胁迫可能是两种性质不同的胁迫。(2)在自然、盐和碱胁迫条件下,运用CIM分别检测到27、28、40个加性QTL;运用ICIM分别检测到28、23、17个加性QTL;运用MCIM共检测到11个耐盐加性QTL、4个环境互作QTL以及11个耐碱加性QTL、3个环境互作QTL。(3)盐胁迫条件下的qPH-9、qSTR-8、qNKR-6、qNKR-7和碱胁迫条件下的qPH-9、qATR-3能被3种作图方法重复检测到。与前人结果比较, qPH-9、qSTR-8、qNKR-6、q-ATR-3定位在相同或邻近区域,qNKR-7尚未见报道。本研究结果为精细定位玉米耐盐碱主效基因、挖掘候选基因和开发用于标记辅助选择的实用功能标记奠定基础。     

野生大豆胁迫应答膜联蛋白基因的克隆及胁迫耐性分析

野生大豆对非生物胁迫具有优良的抗性,是研究胁迫机制、挖掘抗性基因的理想材料。以耐盐野生大豆为试材,利用前期获得的盐胁迫基因芯片杂交结果和EST数据库,筛选出1个响应胁迫的3'-EST,序列分析表明,该EST编码膜联蛋白(annexin,ANN)。通过改进的5'-RACE获得了该基因的完整编码区,翻译产物与拟南芥膜联蛋白的相似性为57%,将该基因命名为GsANN。GsANN基因的翻译产物具有膜联蛋白家族特征性的结构域,无强烈的亲水/疏水性,无信号肽,无跨膜结构域,与已报道的植物ANN蛋白一致。亚细胞定位结果表明GsANN蛋白在细胞内聚集于质膜附近。GsANN基因在野生大豆叶中受盐及干旱胁迫的诱导,超量表达GsANN基因的拟南芥对盐胁迫和干旱胁迫的敏感性提高,揭示了该基因与植物抗性间的关系。     

OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响水稻产量的主要因素之一,开展水稻耐盐机制的研究十分必要。为了揭示OsWD40基因参与耐盐的分子机制,以日本晴和OsWD40过表达水稻株系为材料,用浓度为200mmol/L的NaCl分别处理0、12、24和48h,对其根系进行转录组测序分析。结果显示,比较日本晴和OsWD40过表达株系在盐胁迫相同时间（ST0与NT0、ST12与NT12、ST24与NT24、ST48与NT48）的基因表达量,分别检测到1950、1646、3499和1522个差异表达基因。其中,盐胁迫处理24h的差异表达基因多于0、12和48h处理。对4个比较组的差异表达基因分别进行GO功能富集分析和KEGG代谢通路分析,发现差异表达基因主要富集在盐胁迫响应、脱落酸响应和转录调控等GO条目中,富集的重要代谢通路主要是植物激素信号转导,植物MAPK信号传导途径和苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成相关的次生代谢途径等。同时,转录因子家族基因,如WRKY、MYB和bHLH等,在各比较组中呈现差异表达。由此推测,苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成等植物次生代谢途径在OsWD40过表达水稻根系响应盐胁迫中发挥着重要作用,而且OsWD40可能介导响应脱落酸的基因转录调控,激活下游盐胁迫相关基因的表达。     

转GHABF4转录因子棉花植株的耐盐性研究

AREB/ABFs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应。为了获得具有较高耐盐水平的棉花新种质材料,通过农杆菌介导法将耐盐转录因子基因(GHABF4)导入陆地棉中棉35中,通过对转化植株的卡那霉素初步筛选及T1、T2、T3目的基因PCR的分子检测,获得T3转基因棉花纯合系。通过盐胁迫试验对5个T3转基因棉花株系和非转基因棉花对照进行耐盐性分析。结果表明,在200 mmol/L Na Cl胁迫下,与非转基因对照相比,5个转基因棉花株系株高提高2.5~4.4 cm,地上部分的鲜质量增加3.6%~11.8%;且抗氧化物酶SOD、POD、CAT活性以及叶绿素含量提高。在盐胁迫条件下,转GHABF4基因棉花表现出优良的生长和生理优势,转GHABF4基因能够提高棉花的抗盐能力。     

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。     

转录组在植物抗盐育种中的应用

盐胁迫是影响植物种子萌发、生长发育以及开花结实的主要非生物胁迫之一,能够导致农业生产力降低甚至造成植物死亡。植物在盐胁迫下的响应策略一直是抗盐分子机制的研究热点。转录组不仅可以更好地研究植物盐胁迫条件下的基因结构和基因功能,而且能发掘抗盐基因。目前,基于转录组技术的种质资源鉴定及精确育种已广泛地应用于植物抗盐育种研究工作中。本综述总结了转录组技术在植物抗盐育种上的应用,浅谈不同植物材料对盐胁迫的响应,为植物抗盐育种提供理论基础。     

转甜菜碱醛脱氢酶基因宁夏粳稻幼苗生理研究

为了提高植物耐盐性,充分利用盐碱地,通过采用农杆菌介导法将超旱生耐盐植物梭梭(Haloxylon ammodendron)的甜菜碱醛脱氢酶基因（HaBADH）转入宁夏粳稻,对其阳性植株幼苗进行耐盐性方面的相关生理研究。结果表明,在高浓度NaCl（5.0,7.0 g/L）胁迫下,与对照相比,转HaBADH基因粳稻幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性显著提高;丙二醛(MDA)的含量显著降低。说明转入HaBADH基因提高了粳稻对盐胁迫的耐受性。