盐碱混合胁迫下抗碱盐生植物碱地肤的生长及其茎叶中溶质积累特点

将中性盐NaCl、Na2SO4和碱性盐NaHCO3、Na2CO3按不同比例混合,模拟出25种盐度、碱度各不相同的复杂盐碱条件,并对抗碱盐生植物碱地肤幼苗进行盐碱混合胁迫处理。测定其茎叶中溶质含量及日相对生长率等9项胁变指标,并分析了有机酸组分。以探讨混合盐碱胁迫下,碱地肤的生长及其茎叶中溶质积累特点。结果表明,适当的中性盐胁迫(80 mmol/L)对其生长有促进作用,而后随着盐度或碱度的增强其日相对生长率逐渐下降。在本实验条件下,碱地肤幼苗可耐受的最高盐碱混合胁迫强度为盐度400 mmol/L、pH值10.70,可见碱地肤是一种高度抗碱的盐生植物。在各种盐碱混合胁迫下,碱地肤茎叶中各种溶质的积累表现出了与众不同的特点。大量积累以Na 、K 为主的无机离子。Na 、K 含量均随盐度增强而上升,而且K /Na 基本保持不变(约为0.49),表明了碱地肤对K 、Na 吸收可能不存在拮抗作用。盐度是影响Na 、K 含量的主导因素,而碱度的影响较小。大量积累的有机溶质是甜菜碱和有机酸。随着盐度或碱度的增强甜菜碱的含量逐渐上升,最高含量可达干重的6%。盐度对甜菜碱积累的影响大于碱度。在积累的有机酸中,草酸的比例高达90%以上。有机酸含量不仅随盐度增高而上升,而且碱度对其也有明显的提高作用。只有在盐度大于240 mmol/L或pH值超过9.8的高强度的盐碱胁迫下,脯氨酸才有所积累,而且其积累量平均仅为甜菜碱的1/74左右。这一现象表明碱地肤茎叶中脯氨酸的积累可能不是一种单纯的对渗透胁迫的生理响应。     

盐碱胁迫下抗碱牧草碱地肤溶质积累、分布特点及有机酸的生理贡献

对碱地肤幼苗进行盐、碱胁迫处理,通过测定各种溶质积累及分布特点,探讨碱地肤适应盐碱生境生理机制的部位差异,明确有机酸对其适应盐碱生境的贡献。结果表明,各种溶质在幼叶、成熟叶、幼茎、老茎及根等不同部位的分布存在明显差异,其中无论胁迫与否,有机酸均主要分布在茎叶之中,特别是在决定光合生产力的成熟叶片中。Na⁺、K⁺、Ca²⁺在不同部位的分布规律基本一致,表明Na⁺对K⁺、Ca²⁺的吸收与转运不存在拮抗竞争作用。实验证明了K⁺、Ca²⁺ 特殊的吸收机制及各溶质的分布特点对碱地肤抗盐碱生理是至关重要的;不论在盐胁迫还是碱胁迫下,有机酸在碱地肤不同部位特别是成熟叶中,均是参与渗透调节、离子平衡及pH调节的主导成分,是决定碱地肤适应盐碱生境的关键物质之一。实验同时也证明了碱地肤的不同部位对盐碱胁迫的适应机制有所不同。     

盐碱胁迫对草地早熟禾生长和生理代谢的影响

以两个耐盐碱性差异较大的草地早熟禾品种‘午夜'(Midnight,耐盐碱性强)和‘旅行者Ⅱ号'(Voyager Ⅱ,耐盐碱性弱)为试验材料,分析了在生长箱水培模拟中性盐和碱性盐两种条件下,盐碱胁迫对早熟禾生长、电导率、叶绿素、光合特性、脯氨酸和有机酸代谢的影响。结果表明,盐碱胁迫下早熟禾两个品种的生长率下降,叶片电导率升高,叶绿素含量和光合作用显著下降,尤其是在碱胁迫下,但在耐性强的品种中变化程度均小于耐性弱的品种;两个品种叶片脯氨酸含量主要在盐胁迫下升高,碱胁迫下无显著变化甚至下降;根系分泌的有机酸主要为草酸,且仅在碱胁迫下升高;盐碱胁迫下草酸在叶片和根系中的含量均呈下降趋势,尤其是根系在碱胁迫下;叶片和根系的苹果酸、柠檬酸和琥珀酸在盐胁迫下无显著变化,在碱胁迫下则显著升高,其中‘午夜'显著高于‘旅行者Ⅱ号'。由此可见,碱性盐比中性盐对草地早熟禾的伤害更大,中性盐胁迫下主要以积累脯氨酸等物质来调节渗透压,而在碱性盐胁迫下主要通过加强有机酸的代谢、积累和分泌来调节植株体内和根际环境的pH值;耐盐碱的品种在盐碱胁迫下能维持较高的光合作用和有机酸代谢,提高了植株内和根际环境pH的调节能力,因此具有较强的耐盐碱能力。     

盐碱胁迫对盐地碱蓬生长、有机酸等溶质积累及其生理功能的影响

为探究碱蓬（Suaeda salsa（L.） Pall.）适应盐碱生境的关键生理机制,以盐地碱蓬为试验材料,采用人工模拟盐、碱胁迫的处理方法,测定其生长指标、根和叶片细胞液中有机酸等溶质积累并对其功能进行分析。结果表明：盐胁迫并不影响碱蓬的生长,而碱胁迫则抑制其生长。盐碱胁迫下有机酸为碱蓬根和叶片中主要的渗透调节物（除Na⁺,K⁺）。离子平衡方面,盐碱胁迫下,Na⁺和K⁺是正电荷的主要贡献者,而有机酸在平衡正电荷方面起主导作用。盐碱胁迫（尤其碱胁迫）由于Na⁺激增、阴离子亏缺,正负电荷严重失衡,诱导合成大量有机酸以保证电荷平衡和pH稳定。综上,盐碱胁迫下碱蓬积累的有机酸在渗透调节、电荷平衡及调节pH方面均起到主导作用。有机酸的积累是碱蓬适应盐碱胁迫重要的生存策略之一。     

碱性盐胁迫对碱地风毛菊苗期脯氨酸代谢途径的影响

以Na2CO3和NaHCO3对苗期碱地风毛菊(Saussurea runcinata)进行胁迫,探讨其苗期耐碱性及脯氨酸代谢途径.结果表明:NaHCO3和Na2CO3胁迫下,碱地风毛菊中脯氨酸含量增加,最大值为对照的15.5倍;吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)活性受到抑制;鸟氨酸δ-氨基-转移酶(δ-OAT)活性升高,最大为12.58 U/μg Protein;碱地风毛菊中脯氨酸合成途径以鸟氨酸(Orn)途径为主;NaHCO3胁迫下脯氨酸降解代谢旺盛,Na2CO3胁迫下,碱地风毛菊叶片中脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性下降,根系中ProDH活性增大,脯氨酸降解代谢旺盛.     

羊草早期幼苗在盐、碱生境下生长与生理适应性的研究

为明确羊草早期幼苗在盐、碱生境下的适应机制,混合两种中性盐( NaCl∶Na2SO4=9∶1)与两种碱性盐(Na2CO3∶NaHCO3=9∶1)分别模拟不同强度的盐、碱胁迫条件,测量羊草幼苗在两种胁迫下的生长与生理指标变化.结果表明:与盐胁迫相比,羊草幼苗在碱胁迫下的生长量、鲜重及含水量下降幅度更大.盐、碱胁迫均造成幼苗Na+浓度与Na+/K+升高,K+浓度下降,碱胁迫下这三种指标变化幅度均大于盐胁迫.盐胁迫下,羊草幼苗大量积累Cl-,有机酸含量变化不大;碱胁迫下,Cl-、NO-3与H2PO-4均呈下降趋势,而有机酸则大量积累.另外,脯氨酸与可溶性糖含量随盐、碱胁迫强度的增加而增加,且碱胁迫下积累量更大.碱胁迫由于其高pH值对羊草早期幼苗生长的抑制作用更强,Cl与有机酸积累特征的差异表明,羊草早期幼苗在盐、碱生境下具有不同的生理适应策略.     

盐胁迫对碱地风毛菊苗期脯氨酸代谢的影响

通过对碱地风毛菊(Saussurea runcinata)苗期分别以NaCl和Na₂SO₄进行胁迫,设6个浓度和1个对照,测定其脯氨酸含量及δ-氨基转移酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脱氢酶活性,以探讨其苗期耐盐性及脯氨酸代谢途径,并为盐碱地植被恢复与改良提供依据。结果表明:NaCl和Na₂SO₄胁迫下,碱地风毛菊的脯氨酸含量随NaCl和Na₂SO₄胁迫浓度增加而增高,在盐胁迫下,碱地风毛菊的脯氨酸合成途径以鸟氨酸途径为主;且在300mmol·L^-1的盐浓度胁迫下碱地风毛菊苗期的脯氨酸代谢最为旺盛,其对NaCl胁迫的耐性较高。     

盐胁迫对碱地风毛菊苗期氮代谢指标的影响

对碱地风毛菊(Saussurea runcinata)苗期分别以NaCl和Na2SO4进行胁迫,浓度为0(CK)、60mmol/L、120mmol/L、180mmol/L、240mmol/L、300mmo1/L、360mmol/L,通过对其氮代谢关键指标的研究,探讨盐胁迫对碱地风毛菊苗期氮代谢的影响.结果表明:盐胁迫下,碱地风毛菊中可溶性蛋白质含量增加,叶片中硝态氮含量和谷氨酰胺合成酶活性下降,根系中硝态氮含量和谷氨酰胺合成酶活性升高;NaCl胁迫下硝酸还原酶活性下降,Na2SO4胁迫下硝酸还原酶活性出现轻微升高的现象.     

亚精胺对水分胁迫下白三叶脯氨酸代谢、抗氧化酶活性及其基因表达的影响

以广泛栽培的“拉丁诺”白三叶为供试材料,对其在不同水分胁迫处理下叶片相对含水量、活性氧成分、膜脂过氧化产物、抗氧化酶活性、脯氨酸含量及其代谢酶活性等生理指标进行测定,并利用RT-PCR技术分析4种抗氧化酶基因在不同胁迫条件下的表达特性,分析外源亚精胺缓减水分胁迫的效应。结果表明,水分胁迫下白三叶叶片相对含水量逐步降低,活性氧和丙二醛含量不断升高,外源亚精胺能显著提高胁迫下叶片相对含水量,有效降低活性氧和膜脂过氧化产物的积累;外源亚精胺使水分胁迫下白三叶抗氧化酶活性和基因表达量发生改变,提高了水分胁迫下白三叶叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化酶(APX)基因的表达从而提高抗氧化酶活性,缓解了水分胁迫造成的氧化胁迫伤害;外源亚精胺提高了脯氨酸合成代谢关键酶Δ’-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和分解代谢关键酶脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性,促进了水分胁迫下脯氨酸的代谢,但对脯氨酸合成代谢鸟氨酸途径中关键酶——鸟氨酸转氨酶(OAT)没有影响。外源亚精胺能有效提高白三叶的抗水分胁迫能力,这与亚精胺诱导了胁迫下白三叶抗氧化酶基因表达,提高抗氧化酶活性和促进脯氨酸的代谢从而减轻由水分胁迫造成的氧化伤害、稳定了细胞膜系统及提高渗透调节能力密切相关。     

天然盐碱土壤对虎尾草茎叶有机酸积累影响及胁迫因子分析

虎尾草是一种耐盐碱性很强的天然牧草,在吉林省长岭县盐碱化草地上随机选择45个虎尾草天然种群样点,测量每个样点的土壤电导率、pH、缓冲量3个因素作为反映土壤盐碱化程度的胁迫强度指标,在每个样点上测量虎尾草茎叶中有机酸含量作为反映植物生理响应的胁变指标,进行回归分析。结果表明:虎尾草茎叶大量积累柠檬酸、苹果酸、草酸以及总有机酸以响应强盐碱胁迫且与三胁迫因素呈显著正相关,仅积累量较低的琥珀酸相反。多元回归分析发现土壤电导率对除了琥珀酸之外的其他有机酸积累影响最大,电导率可以作为天然盐碱化土壤环境下考察虎尾草响应盐碱胁迫的主要胁迫因素。     

从光合作用和有机酸积累角度探索转GsPPCK1和GsPPCK3基因苜蓿耐碱性增强的生理机制

光合作用影响着植物的生长发育及产量,并在盐碱胁迫响应中起到积极作用。前期研究将光合途径中野生大豆来源的GsPPCK1和GsPPCK3基因转入苜蓿,所获得转基因苜蓿耐碱性提高。从光合作用和有机酸积累角度探索转GsPPCK1和GsPPCK3基因苜蓿耐碱性增强的生理机制。结果表明,碱胁迫9 d后,叶绿素的相对含量下降,转基因株系P1-5、P3-8与未处理相比变化并不显著,分别下降了11.27%、13.30%,而非转基因株系的叶绿素含量下降了39.11%。转基因株系P1-5、P3-8光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)及胞间CO₂浓度(C_i)在胁迫处理后也有下降趋势,但下降的幅度仅为非转基因植株下降幅度的1/2。光合途径中NADP-苹果酸脱氢酶、NADP-苹果酸酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、丙酮酸正磷酸二激酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶等关键酶的酶活及有机酸(苹果酸、柠檬酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸)含量在碱胁迫处理后均呈上升趋势,而转基因株系P1-5、P3-8 的光合酶活和4种有机酸含量与非转基因对照相比上升极显著(P<0.01)。PEPC(Medtr4g079860.1)、NADP-ME(Medtr8g014390.1)、NADP-MDH(Medtr1g043040.1)、PPDK(Medtr4g118350.1)及Rubisco(Medtr4g 021210.1)基因的表达呈先上升后下降趋势,转基因株系中基因的表达变化较非转基因对照更为显著(P<0.01)。由此表明,在正常情况下,GsPPCK1和GsPPCK3基因的超量表达并未影响植物的光合作用,但是在碱胁迫下,转基因苜蓿的光合作用受碱胁迫的抑制较小,这一过程可能与PEPC酶的激活有关。另外,光合中间产物有机酸含量的显著上升对维持细胞内pH值的稳定也起到重要作用。     

外源一氧化氮提高裸燕麦幼苗的耐碱性

采用营养液砂培方法,研究外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)对NaHCO₃胁迫下裸燕麦幼苗生长、活性氧代谢和渗透溶质积累的影响。结果表明,1~200 μmol/L SNP能够缓解75 mmol/L NaHCO₃胁迫对裸燕麦幼苗生长的抑制作用,25 μmol/L SNP的缓解作用最明显,可降低裸燕麦叶片O2·-、H₂O₂、丙二醛和有机酸含量,增强幼苗叶片超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和质膜H⁺-ATPase活性,提高叶片谷胱甘肽、可溶性糖、可溶性蛋白质、游离氨基酸、脯氨酸含量和K⁺/Na⁺,但对抗坏血酸含量影响不大。分析表明,外源NO可能通过激活抗氧化系统活性、促进渗透溶质积累和改善Na⁺、K⁺平衡缓解碱胁迫对幼苗的伤害和生长抑制,从而提高裸燕麦的耐碱性。     

过氧化氢提高燕麦幼苗耐碱性的活性氧代谢和渗透调节

为探明过氧化氢(H₂O₂)提高燕麦耐碱性的作用,以‘定莜6号’幼苗为材料,采用珍珠岩栽培方法,在幼苗三叶一心期根部浇灌75 mmol·L^-1 NaHCO₃或添加二甲基硫脲(DMTU,H₂O₂淬灭剂)或抗坏血酸(ASA,H₂O₂清除剂)模拟碱胁迫,通过叶面喷施0.01 mmol·L^-1 H₂O₂来观测H₂O₂对碱胁迫下幼苗生长、活性氧代谢和渗透溶质积累的影响。结果表明:喷施H₂O₂ 能够缓解NaHCO₃胁迫对燕麦幼苗生长的抑制,降低幼苗叶片O2·-、H₂O₂和丙二醛含量,提高超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶等抗氧化酶活性和非酶抗氧化剂抗坏血酸、谷胱甘肽含量;使过氧化氢酶、过氧化物酶活性及渗透溶质可溶性糖、游离氨基酸和脯氨酸含量显著降低,有机酸和叶绿素含量明显提高,而可溶性蛋白质含量则变化不大;添加DMTU和ASA后有效逆转了喷施H₂O₂对NaHCO₃胁迫燕麦生长受抑和生理响应的调节。采用主成分和隶属函数分析显示,喷施H₂O₂显著提高了NaHCO₃胁迫下燕麦幼苗的综合评价值,添加DMTU和ASA完全或部分逆转了H₂O₂的作用。因此,外源H₂O₂是通过调控活性氧代谢和渗透调节来缓解碱胁迫导致的氧化伤害和生长抑制,从而增强燕麦幼苗的耐碱性。     

替米考星在酸碱溶液中的稳定性研究

为探讨替米考星在酸碱溶液中的稳定性,配制不同pH溶液,采用高效液相色谱法测定在一定时间内替米考星的含量,观察不同的pH条件下替米考星的降解情况。结果显示,在pH为2～7.4时,替米考星较稳定,在pH为0.5、13的溶液中,替米考星分别降解了11.4%、50.2%。结果证明,替米考星在浓酸、强碱的条件下不稳定,会部分降解。     

柱花草根系分泌物对缺磷胁迫的响应分析

为探索柱花草(Stylosanthes guianensis)根系分泌物对缺磷胁迫的响应，本研究以‘热研5号’柱花草为材料，通过水培试验，分析了正常供磷(+P)和缺磷(-P)处理对柱花草生长及根系分泌物的影响。结果表明，相对于+P处理，-P处理显著降低了柱花草植株干重和全磷含量。随后，代谢组共检测到101个根系分泌代谢物，可被分为有机酸、氨基酸、类黄酮、糖及醇类等七类，其中-P与+P处理间的差异累积代谢物25个。属于有机酸的咖啡酸、1-氨基环丙烷-1-羧酸和α-酮戊二酸在-P处理下的分泌量显著增加，且其中α-酮戊二酸对磷酸铝具有较强的溶解能力。此外，荧光定量PCR分析发现，柱花草根系中参与α-酮戊二酸合成的柠檬酸脱氢酶基因SgICDH在-P处理下的表达量显著增加。因此，柱花草根系通过上调SgICDH基因的表达，促进α-酮戊二酸的合成与分泌，从而增强对难溶性磷的活化利用，以适应缺磷胁迫。     

模拟干旱对佛甲草生长和渗透调节物质积累的影响

 采用ＰＥＧ ６０００模拟干旱处理佛甲草,测定佛甲草鲜重、干重、含水量、根系脱氢酶活性、无机物含量、有机物含量、无机渗透调节物质和有机渗透调节物质含量,并用高效液相色谱法测定７种有机酸的含量。结果显示,与对照相比,在不同浓度ＰＥＧ ６０００模拟干旱胁迫下,佛甲草鲜重、干重、含水量、根系脱氢酶活性、无机物、Ｎａ^＋ 、Ｋ^＋ 、ＮＯ_３^－ 含量均呈下降趋势,而有机物、游离氨基酸、脯氨酸、可溶性糖含量均呈上升趋势;可溶性蛋白含量则呈先上 升后下降趋势;高效液相色谱法结果显示,７种有机酸含量变化幅度也各不相同。综合分析表明,模拟干旱处理对佛甲草生长有抑制作用,且随着干旱胁迫程度的增加,其受抑制程度也加重;在干旱胁迫下,佛甲草不是通过积累无机离子（Ｎａ^＋ 、Ｋ^＋ 、ＮＯ_３^－ ）而是通过积累有机渗透调节物质（游离氨基酸、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、草酸、丙二酸等）进行调节。