重金属调控非选择性阳离子通道生理功能的研究进展

非选择性阳离子通道（NSCCs）是生物膜上能同时允许不通价态的阳离子通过的多种通道蛋白的集合体,参与了细胞的营养吸收、膨压控制、信号传导等许多生理过程。NSCCs能够快速转运Ca²⁺、K⁺、Mg²⁺等细胞代谢必需的营养元素,也能转运有毒重金属离子。了解重金属离子与NSCCs的互作关系,对于调控植物对污染环境中有害重金属的吸收和转运过程具有重要意义。本文综述了重金属离子类型和浓度影响NSCCs门控机制的研究进展,为探索新型离子通道调控剂及其调控机理提供参考。     

盐胁迫对不同小麦品种NSCCs吸钾作用的影响

根据植物对钾的吸收主要通过钾的专性通道和非选择性阳离子通道(NSCCs)2种途径的钾吸收转运机制,利用钾专性通道抑制剂,研究3个耐盐能力不同的小麦品种在盐胁迫下通过NSCCs转移钾的贡献.结果表明:3个小麦品种根系通过NSCCs的钾转移均受到Na~+的影响,耐盐性最强的小麦品种.其通过NSCCs的钾吸收作用受到的影响较小,对盐最敏感的小麦品种受影响最大,其NSCCs对K~+的吸收受到明显抑制,吸钾贡献率大幅下降.     

非选择性阳离子通道对水稻幼苗镉吸收转运特性的影响

以高积累和低积累Cd的两种水稻幼苗为材料,对非选择性阳离子通道(NSCCs)在Cd吸收转运过程中的作用进行了研究。结果表明,水稻根系和地上部对Cd的吸收均存在高、低亲和两种转运系统,高积累品种幼苗的Cd吸收转运效率明显高于低积累品种;NSCCs在水稻Cd吸收转运过程中发挥了重要作用,对地上部Cd积累量的贡献率大于根系。在Cd浓度为0.1 mg·L-1的处理下,NSCCs对低积累水稻幼苗地上部Cd积累量的贡献率高达93.5%,显著高于对高积累品种的贡献率。环境中的Cd浓度越高,NSCCs的贡献率越低。NSCCs可能是水稻高亲和转运系统的重要组成部分,能将低浓度的Cd有效转运到地上部。     

盐胁迫下沙冬青和绿豆根冠细胞膜电位的原初响应研究

该文以沙冬青、绿豆为材料,利用微电极技术实时记录了活体沙冬青和绿豆根冠细胞膜电位对不同盐分的原初响应,分析了质膜转运蛋白抑制剂（Vanadate、TEA）对植物根冠细胞膜电位的影响。结果表明:50、100、200 mmol/L NaCl、KCl和LiCl均会引起植物细胞膜电位去极化。对于同一阳离子而言,去极化程度随处理液中离子浓度的增加而加强;对于同一浓度、不同阳离子而言,由于水合离子半径大小不一（K+＜Na+＜Li+）,在根自由空间的迁移速率不同（K+＞Na+＞Li+）,因此引起膜电位的去极化程度也存在差异（K+＞Na+＞Li+）;同一阳离子且同一浓度下对于不同植物来说,绿豆根冠细胞膜电位去极化程度大于沙冬青,即单位时间绿豆根对Na+的通透性大于沙冬青。质膜H+ ATPase和K+通道参与了沙冬青和绿豆在盐胁迫时的原初响应,K+通道可能参与了Na+的跨膜转运。      

盐胁迫条件下钙离子对不同品种小麦NSCCs转移钾的影响

采用3种耐盐能力不同的小麦品种,通过添加钾专性通道抑制剂的方法,对盐胁迫下钙离子(Ca~(2+))对非选择性阳离子通道(NSCCs)转移钾的影响进行研究.结果表明:耐盐性越强的小麦,由NSCCs转移的钾占总吸钾的比例越大.Ca~(2+)对3种小麦的总吸钾速率均有促进作用,且这种作用随着Ca~(2+)浓度的增加而增加.耐盐能力越强的小麦,Ca~(2+)对其根系NSCCs转移钾的能力促进作用也越大.Ca~(2+)对耐盐能力较强的小麦吸钾的促进是通过同时提高钾的专性通道吸收和NSCCs转移而达到的,但对耐盐能力较弱的小麦而言,更多的则是通过对钾专性通道吸收而实现的.     

胞外ATP、H2O2、Ca2+与NO调控木榄根系离子平衡机理研究

运用非损伤微测技术(NMT),研究了短期盐胁迫下胞外ATP(eATP)、H2 O2 、Ca2 + 与NO 对非泌盐红树木榄根 系K+/Na+ 平衡的调控作用。NaCl(100 mmol/L,24 h)与等渗甘露醇处理的实验表明,木榄根尖对盐胁迫的响应具 有高度的离子特异性。盐胁迫增强了木榄根尖的Na+ 外流,但Na+ 外流被Na+ /H+ 逆向转运蛋白抑制剂Amiloride 和质膜H+ -ATPase 抑制剂Vanadate 抑制,表明Na+ 外流源于根尖表皮细胞质膜Na+ /H+ 逆向转运系统驱动的Na+ 外排。短期盐胁迫处理能诱导木榄根尖K+ 外流,但被氯化四乙胺(TEA,外向K+ 通道抑制剂)明显抑制,证明K+ 外流是由激活的去极化外向型离子通道KORCs 介导。胞外ATP(300 mol/L)、H2 O2 (10 mmol/L)、Ca2 + (10 mmol/ L)与SNP(NO 供体,100 mol/L)均能增加短期盐胁迫下的Na+ 外流,同时抑制K+ 外流。其中,促进Na+ 外流效果 较强的是H2 O2 和Ca2 + ,而Ca2 + 和NO 抑制K+ 外流的效果突出。这些实验结果表明,胞外ATP、H2 O2 、Ca2 + 与NO 这4 种盐胁迫信使是通过上调木榄根系细胞质膜Na+ /H+ 逆向转运体系(Na+ /H+ 逆向转运体和H+ 泵)活性,在促 进Na+ 和H+ 逆向跨膜转运的同时,抑制去极化激活的K+ 离子通道来减少盐诱导的K+ 外流。      

锰离子浓度及其转运通道对水稻幼苗镉吸收转运特性的影响

为探明锰(Mn)及其转运通道对水稻镉(Cd)吸收转运特性的影响,以水稻幼苗为材料进行水培试验,对幼苗根系和地上部Cd、Mn的积累特征及其与P-型ATP酶和非选择性阳离子通道(NSCCs)活性的关系进行研究。结果表明,0.8~1.6 mmol·L~(-1)Mn能显著降低水稻根系和地上部的Cd含量,并能提升水稻细胞壁中Cd的分配比率和降低胞液中Cd的分配比率。在含4.5μmol·L~(-1)Cd和1.6 mmol·L~(-1)Mn的营养液中,NSCCs对水稻根系和地上部Cd含量的贡献率分别为34.9%和17.0%,P-型ATP酶的贡献率分别为24.7%和7.6%;NSCCs对水稻根系和地上部Mn的贡献率分别为24.0%和10.3%,明显低于其对Cd的贡献率,而P-型ATP酶对根系和地上部Mn的贡献率分别为69.5%和20.3%,显著高于其对Cd的贡献率。综上认为,Cd主要通过离子通道进入水稻根系细胞,Mn主要通过载体蛋白进入水稻根系细胞。Mn可能通过竞争离子通道和载体蛋白来抑制水稻幼苗对Cd的吸收和转运。     

过表达胡杨PeRIN4基因拟南芥提高质膜H+-ATPase活性和耐盐性

本文克隆了RIN4(RPM1-interacting protein 4)在胡杨中的同源基因PeRIN4,并在拟南芥中进行过表达,通过研究转基因株系的耐盐表型、质膜H+-ATPsae活性及H+ 、Na+、K+等的动态离子流,揭示了PeRIN4基因在植物响应和适应盐胁迫环境中的作用。利用定位载体pGreen0029-PeRIN4-GFP瞬时转化拟南芥叶肉细胞原生质体的方法,对胡杨PeRIN4蛋白进行亚细胞定位,发现该蛋白定位在细胞的胞质中。耐盐表型实验结果显示,在100 mmol/L NaCl处理下,拟南芥PeRIN4过表达株系(OE1和OE8)的生存率和根长均明显高于野生型(WT)和转空载体拟南芥(VC),说明PeRIN4基因能够提高拟南芥的耐盐性。与WT和VC相比,拟南芥PeRIN4过表达株系质膜H+-ATPsae的活性较高。动态离子流数据显示,在盐胁迫下,PeRIN4过表达株系外排H+和Na+ 离子的能力强于野生型和转空载体拟南芥,然而K+的外流却弱于WT和VC。因此,PeRIN4蛋白具有调节质膜H+-ATPsae活性的功能。拟南芥质膜H+-ATPsae活性的提高主要有两方面的作用:一是可以增强H+泵的质子动力势,驱动Na+/H+逆向转运蛋白,提高Na+外排的能力;二是抑制质膜的去极化,减少K+离子通过去极化激活的外向型K+通道(DA-KORCs)和非选择性阳离子通道(DA-NSCCs)外流,维持了K+/Na+平衡,从而提高PeRIN4转基因拟南芥的耐盐性。      

吸水剂提高群众杨的抗盐性及其机理

该文利用盐敏感的群众杨,研究在盐胁迫条件下吸水剂对树木抗盐性的影响．实验中使用的是德国Stockhausen化学公司研制生产的新型吸水剂:Stocksorb 500 XL(钾-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚体)．土壤中施用0.5%吸水剂(干重)提高了群众杨的抗盐性．在盐胁迫期间,吸水剂处理显著抑制了有害盐离子Na+和Cl-在苗木叶片中的积累,提高了苗木的气孔导度(Gs)、蒸腾速率(TRN)和光合速率(Pn),使苗木能够维持超氧化物歧化酶(SOD)同工酶和过氧化物酶(POD)同工酶的活性,保持了活性氧清除能力．NaCl处理苗木在处理后25 d叶片出现盐害,Stocksorb 500 XL型吸水剂使苗木盐害出现的时间推迟20 d．吸水剂能调控植物对离子的吸收,主要源于吸水剂对盐分的缓冲作用和离子选择吸附作用:①Stocksorb 500 XL自身超强的吸水能力起到了稀释土壤盐分的作用,形成了植物根系生长的低盐环境;②通过对离子的选择吸附,吸水剂胶体富积了钙和镁,屏蔽了Na+离子．另外,Stocksorb 500 XL自身含有可被植物根系吸收利用的K+．所以,根系生长在这样的环境中,无疑将减少对有害盐离子的吸收、转运和积累,而增加对营养元素的吸收和利用,最终提高了植物的抗盐性．      

盐胁迫下逆向转运蛋白对植物耐盐性影响的研究进展

在高浓度Na Cl胁迫下,土壤中Na~+和Cl~-浓度过高将导致植物机体出现渗透压改变和离子中毒的现象,致使植物代谢异常。此外,盐胁迫还影响植物的Ca~(2+)和K~+等矿质元素的吸收。植物为抵御高浓度盐对自身的毒害作用,通过膜逆向转运蛋白将细胞内过多的Na~+向外排出细胞和将Na~+运入液泡区隔化。对膜逆向转运蛋白在Na~+和Cl~-的吸收、外排和离子区隔化以及膜逆向转运蛋白在植物抗盐性中的重要作用进行了综述。     

Membrane-Potential Alteration During K＋ Uptake of Different Salt-Tolerant Wheat Varieties

K＋ is the most abundant cation in plant cells and plays an important role in many ways.K＋ uptake of plant has respect to its salt resistant capacity.There are two categories of channel transportation for plants to uptake K＋,one is through K＋ channels and the other is through nonselective cation channels（NSCCs）.The transmembrane localization of K＋ may change membrane potential（MP）.In this paper,three wheat varieties with different salt tolerance were selected and the MP was measured by microelectrode during K＋ uptake.The results showed that the effects of K＋ uptake on MP through K＋ channels or NSCCs were distinct.K＋ influx through K＋ channels led to MP hyperpolarization,while K＋ influx through NSCCs resulted in depolarization.Diverse MP alteration of wheat varieties with different salt tolerance was mainly due to NSCCs-mediated K＋ uptake.Compared with the salt-tolerant wheat,the MP hyperpolarization during K＋ uptake of saltsensitive wheat was much more evident,probably because of the cation outflux through NSCCs during this process.     

盐胁迫下植物体内保持高K/Na比率的机制

维持细胞内高K+/Na+比率是植物耐盐的关键因素.近年来已经鉴定与保持K+/Na+比率相关的基因和转运蛋白.这些基因和蛋白在K+与Na+的吸收、转运和排出过程起重要作用,在维持K+/Na+方面起调控功能.文章对植物体在盐胁迫下保持高K+/Na+比率的机制作以综述     

盐分差异分布下不同形态氮素对棉苗生长及主要营养元素吸收的影响

为探索氮素形态对盐碱地棉苗生长及养分吸收的影响,以鲁棉研28号为试验材料,利用嫁接建立的分根试验系统模拟盐分差异分布,研究了根区盐分差异分布和不同形态氮素(NH4+和NO3-)对棉苗生长和主要营养元素吸收的影响。结果表明:根区盐分差异分布和氮素形态对棉花营养元素吸收及幼苗生长存在互作效应;根区盐分差异分布较均匀分布增强了棉株对主要营养元素(N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn)的吸收、降低了Na+含量、提高了叶片净光合速率(17.1%)并增加了棉株生物积累量(18.5%);NO3--N较NH4+-N处理显著促进了棉苗主要营养元素(N、P、K、Mg、Fe、Mn)的吸收及生物量积累;根区盐分差异分布下,施用NO3--N较NH4+-N提高了棉苗主要营养元素的吸收及叶片光合速率(13.5%)、降低了各器官的Na+含量并促进了棉苗的生物量积累(7.2%)。研究结论是盐分差异分布下,施NO3--N较NH4+-N更有利于棉花主要营养元素的吸收及幼苗生长。     

盐胁迫下胡杨的离子响应

分析土壤和植物组织中的各种离子关系,发现胡杨对盐分不是简单的抿吸机制;对根系环境中的ＮａＣｌ,胡杨吸收的钠离子显著少于不耐盐的杂种胡杨,而吸收的氯离子却大大超过后者,这与以往报道盐胁迫的胡杨根细胞中形成大量富含氯离子的小液泡是一致的,是一种特殊的区隔化构造,与杂种胡杨相比,胡杨有相对较发达的茎干组织,根和茎干占植株总生物量的比例较大,能吸收和储存有害盐离子而减少其进入叶组织,这是胡杨抗盐性的形态解     

不同浓度的NaCl处理对海马齿叶片中Na+和K+含量的影响

为了解Na＋在植物盐境生长时发挥的作用,笔者采用不同浓度的NaCl（0,300,600,900mmol·L-1）处理,研究盐生草本植物海马齿（Sesuvium portulacastrum）叶片中Na＋和K＋的变化规律。结果表明,300mmol·L-1的NaCl处理条件下海马齿的生物量显著增加;原子吸收光谱与X-Ray-能谱-扫描电镜分析结果显示,海马齿的叶片中积累了大量的Na＋,且随着NaCl浓度的增加,Na＋含量呈显著增加而K＋含量降低。这表明Na＋作为海马齿的营养元素在一定浓度范围内可以促进植株生长,但其浓度过高时则影响钾离子的吸收产生毒害作用。     

Effects of phosphorus on nutrient uptake and rhizosphere acidification of soybean （Glycine max L.）

Pot experiment was conducted to examine how application of KH2PO4 （0-165 mg·kg^-1 P） to affect nutrient ion uptake and rhizosphere acidification of soybean （Glycine max L.） grown in greenhouse for 90 days. When supplied of 82 and 165 mg·kg^-1 P, soybeans showed excessive poison. Under all kinds of P levels, the K, Ca, Na and Mg concents in plant tissues were as below order K was nodules 〉 roots 〉 pods 〉 shoots; Ca was shoots 〉 roots 〉 nodules 〉 pods; Na was roots 〉 nodules 〉 pods 〉 shoots and Mg was shoots 〉 nodules 〉 roots 〉 pods. K concent in plant tisssues had greater effect on rhizosphere acidification than other cations in this experiment irrespective of P supply, and was significantly negative to pH. Na concentration was significantly positive to pH. Excessive P supply induced rhizosphere acidification, pH decreased as P supply increased from 82 to 165 mg·kg^-1. Ash alkalinity in shoots and roots was significantly positively correlated with rhizosphere pH irrespective of P supply. All these results suggested that P supply affected nutrient uptake, induced ash alkalinity to increase and rhizosphere pH to decrease in soybean.     

于田绿洲盐渍化土壤盐分动态变化特征分析

土壤含盐量对作物的生长有较大影响,分析土壤盐分动态变化对防止土壤次生盐渍化和提高农作物产量有较大意义.对塔里木盆地南缘克里雅河流域于田地区典型盐渍化地进行两次野外调研,在GPS定点,土壤采样及室内分析的基础上,借助Excel、SPSS等统计软件对研究区不同时期土壤含量盐及pH进行比较.分析结果表明:土壤平均pH为9.18,属于碱土,盐分含量表聚强烈,同3月比较,5月土壤剖面盐分含量及pH呈上升趋势.土壤阳离子主要以Na+、K+、Ca2+、和Mg2+为主, 各阴离子在土体中的含量依次为 Cl-＞CO3-＞SO42- ＞HCO3-,以氯化盐最为活跃,硫酸盐次之,碳酸盐较稳定.以0～20 cm为例对盐离子进行相关性分析可知,3月和5月各离子之间及各离子与总可溶性盐之间的相关性水平不同.