盐地碱蓬高亲和性K+转运蛋白基因SsHAK2的克隆与表达模式分析

盐地碱蓬在高盐生境中可以有效吸收K⁺,并维持细胞内K⁺浓度的相对稳定。高亲和性K⁺转运蛋白KT/HAK/KUP家族成员在植物K⁺吸收过程中发挥重要作用。本研究从盐地碱蓬中克隆到一个KT/HAK/KUP家族成员HAK2的同源基因SsHAK2,并对其进行生物信息学分析和表达模式分析。SsHAK2编码788个氨基酸,与不同植物的HAK2类蛋白具有较高的同源性(80%92%)。系统进化分析表明,SsHAK2属于KT/HAK/KUP家族亚族Ⅱ成员,与拟南芥AtKUP2位于同一进化分枝。实时定量qPCR分析显示,SsHAK2在盐地碱蓬的根和叶中均有高丰度表达,且叶中的表达丰度显著高于根中。SsHAK2的表达受外界不同浓度K⁺ (2.5和0.01 mmol/L)的诱导。2.5 mmol/L K⁺处理下,根和叶中SsHAK2的表达受25 mmol/L NaCl的显著诱导;0.01 mmol/L K⁺处理下,25和150 mmol/L NaCl的添加抑制根中SsHAK2的表达,却显著促进其在叶中的表达。以上研究结果表明,SsHAK2可能参与盐地碱蓬K⁺吸收及转运过程,在根和叶中发挥不同的功能。     

罗布麻K+通道编码基因AvAKT1的克隆与表达分析

罗布麻是一种典型的钾高效植物,具有很强的K⁺吸收和利用效率,通过增强对K⁺的选择性吸收维持体内高且稳定的K⁺含量和K⁺/Na⁺以抵御盐和干旱胁迫。为了探究其分子机制,采用RT-PCR和RACE技术从罗布麻根中克隆得到Shaker家族成员K⁺通道蛋白基因AvAKT1,其cDNA全长序列2906 bp,编码899个氨基酸。氨基酸序列分析显示AvAKT1包含Shaker同源蛋白家族典型的6个跨膜域、1个P环以及环核苷酸结合位点(cyclic nucleotide-binding domain, cNBD)、锚蛋白区(ankyrin-related domain, ANKY)和富含疏水酸性残基区(a domain rich in hydrophobic and acidic residues, KHA)保守结构域;系统进化树将Shaker家族分为5个亚族,AvAKT1隶属第Ⅰ亚族(AKT1亚族),与烟草进化关系较近。实时荧光定量PCR分析结果表明,AvAKT1主要在罗布麻根中表达,在茎和叶中表达量极低;AvAKT1受5.0 mmol·L^-1 K⁺的显著诱导,且在-0.2 MPa渗透胁迫和25 mmol·L^-1 NaCl处理6 h时,在根中的表达水平显著上升。AvAKT1可能参与调控罗布麻低亲和性K⁺吸收过程,并在其应答干旱和盐逆境胁迫中发挥有效作用。     

植物外向整流K+通道SKOR研究进展

维持K⁺稳态是植物抵御非生物胁迫的重要策略之一。外向整流K⁺通道(stelar K⁺outward rectifier,SKOR)是一类定位于植物根中柱细胞质膜的K⁺外向整流通道。该通道介导细胞质K⁺外流以及木质部K⁺装载，一方面可以调节细胞内K⁺稳态，另一方面通过控制木质部K⁺流以维持植物根部和地上部的K⁺平衡，在植物响应盐胁迫、干旱胁迫、营养胁迫等过程中起着决定性作用。因此，对SKOR功能、调控的研究及其应用对作物生产和抗逆性增强有着重要的意义。对SKOR的发现、结构与分类、表达调控、生物学功能及其非生物胁迫响应等方面的研究成果加以综述，并对该通道未来研究方向进行了展望，以期为农作物品质和抗逆性的遗传改良提供理论依据和基因资源。     

小花碱茅HKT2;1基因全长cDNA的克隆与生物信息学分析

Na⁺是盐渍化土壤中主要的毒害离子,对植物生长发育和农业生产构成严重威胁。高亲和性K⁺转运蛋白HKT2;1在控制高等植物Na⁺吸收,增强K⁺的选择性,进而提高耐盐性方面发挥着重要作用。本研究以拒盐型牧草小花碱茅为材料,采用RT-PCR和RACE(rapid amplification of cDNA ends)方法克隆到HKT2;1基因,并命名为PutHKT2;1。该基因全长1 919 bp,包含1个长1 638 bp的开放阅读框(ORF),编码546个氨基酸,推测分子量为60.5 kDa,等电点PI为9.07。与其他植物HKT2;1氨基酸序列同源性多在66%以上,核苷酸序列同源性都在75%以上。PutHKT2;1可能跨膜11次,二级结构分析表明,PutHKT2;1蛋白含有47.99% α-螺旋、5.13% β-转角、31.87%无规则卷曲和15.01%延伸链。PutHKT2;1基因全长cDNA的克隆及其生物信息学分析为进一步揭示小花碱茅拒盐的分子机制奠定了基础。     

参与调节哺乳动物精子运动的离子通道研究进展

精子运动能力是精子完成自然受精、实现自然条件下精子-卵母细胞融合的必要条件。精子从雄性附睾经生殖道进入雌性生殖道的过程中，其运动形式可以在很短的时间内根据环境的变化而做出改变，表明精子膜蛋白(离子通道)参与精子运动的调节，离子通道的正常表达和受精过程密切相关。目前研究发现Ca²⁺、K⁺、Na⁺等离子通道均参与精子膜极化、运动、获能和顶体反应等生理过程，且通过膜片钳和电生理学等技术初步了解精子离子通道的作用分子机制和拓扑结构。本文就参与调节精子运动的Ca²⁺、pH、电压门控Na⁺、K⁺、Cl^-通道的生理功能和拓扑结构进行了总结，期望能为精子离子通道的调节机制和功能研究提供全面的信息，促进动物生殖生物学的发展。     

植物内整流K~+通道AKT1的研究进展

K~+是植物生长发育所必需的大量营养元素。内整流K~+通道(Arabidopsis K~+transporter 1,AKT1)属于Shaker家族,是介导K~+吸收的重要通道,为质膜的K~+感应器,参与调节细胞的生长发育、调控气孔运动及植物蒸腾作用,能够提高植株的抗旱耐盐性,因而在植物生长过程中具有重要作用。该文概述了AKT1的结构、组织表达定位和表达调控及功能等方面的研究进展,并提出采用蛋白组学、基因工程技术及RNAi手段深入研究K~+、Na~+吸收及转运的协同调控机制,提高作物对土壤中K~+的利用效率及AKT1在植物生理代谢、抗逆性中的作用。     

燕麦K+,Na+积累与AsSOS1基因表达对盐胁迫的响应

为了解盐胁迫对燕麦(Avena sativa L.)K⁺,Na⁺积累和质膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因(AsSOS1)表达的影响,本研究以耐盐的‘青永久195’和敏盐的‘709’为材料,分别用0,30,60,90,120,150 mmol·L^-1NaCl和0,0.5,1,2,4,8 mmol·L^-1 KCl处理24 h,并用30,150 mmol·L^-1 NaCl和0.5,8 mmol·L^-1 KCl互作处理0,12,36,72 h,分析燕麦根和叶中K⁺,Na⁺积累、离子平衡及AsSOS1基因的表达情况。结果表明：K⁺含量和K⁺/Na⁺随盐浓度的增加和处理时间的延长有所下降,‘青永久195’的K⁺含量和K⁺/Na⁺高于‘709’;叶片中的K...     

不同盐分条件下硅对两个高羊茅品种生物量分配和营养元素氮、磷、钾吸收利用的影响

频繁的灌溉，使人工草地的高羊茅生长在盐渍化或潜在盐渍化环境中。硅可以抑制植物对Na⁺的吸收，增加对N、P和K⁺的吸收，从而提高植物的耐盐性，且这种影响因植物种类和品种的不同而不同。本研究采用盆栽试验，研究了不同程度盐生境下施硅对两个高羊茅品种（抗性弱的K31和抗性强的XD）生物量和植株N、P、K⁺、Na⁺含量的影响。结果表明，随着盐浓度的增加，两个高羊茅品种地上和地下生物量、N、P、K⁺含量降低，Na⁺含量增加。施硅对地上和地下生物量、N、P、K⁺、Na⁺含量的影响与盐浓度有关，在中低盐浓度下，施硅增加了高羊茅的地上、地下生物量、根冠比、N、P、K⁺ 含量、K⁺/ Na⁺ 值，降低了Na⁺含量。高盐浓度时，施硅对高羊茅的生物量和N、P、K⁺、Na⁺含量没有影响。施硅对两个高羊茅品种地上和地下生物量、Na⁺、P含量的影响相似，对K⁺、N含量的影响不同，硅对耐盐性较强的XD地上部K⁺及N含量的有利影响优于耐盐性较弱的K31。结果表明，在低中盐浓度条件下，施硅可以促进高羊茅的生长，并且对耐盐性较强的高羊茅品种XD更为有利。     

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。     

罗勒对海水胁迫的生理响应

采用网室盆栽实验,研究了不同浓度海水(0,5%,10%,20%,30%和40%)处理下罗勒生长及生理特性的响应特征。结果表明,海水胁迫显著降低罗勒植株生长速率及地上部干物质积累量,而根系在30%海水处理下基本不受影响。高盐(30% 和40%)处理显著促进罗勒植株可溶性糖和脯氨酸的积累、提高其叶片水分利用效率,但光合作用受到不同程度的抑制,光合速率的降低主要是由气孔因素所引起。海水胁迫下植株大量吸收Na⁺的同时伴随根系或茎部K⁺和Ca²⁺含量的显著降低,而叶片K⁺、Ca²⁺ 含量维持不变或显著增加。盐胁迫植株体内57.1%～64.6%的Na⁺ 积累在根系,而超过50%的K⁺ 和Ca²⁺分布在叶片中。海水胁迫明显降低罗勒植株K⁺/Na⁺ 和Ca²⁺/Na⁺,但所有盐处理的植株均维持较高的叶片K⁺/Na⁺ 和Ca²⁺/Na⁺,40%海水处理的叶片K⁺/Na⁺ 值仍高于3。研究结果表明,罗勒通过将Na⁺主要区隔于根系并维持叶片K⁺/Na⁺ 或Ca²⁺/Na⁺的稳定,以及在高盐环境下积累可溶性糖和脯氨酸进行渗透调节来适应不同浓度的海水胁迫。     

盐胁迫下磷素对沟叶结缕草生长及Na+和K+含量的影响

采用水培法研究了盐胁迫(300 mmol/L NaCl)下不同浓度磷素(0,1,5,20 mmol/L)对沟叶结缕草生物量以及钠钾离子调控方面的影响。结果表明,缺磷和盐胁迫均抑制了沟叶结缕草的生长。在磷和盐的双重胁迫下,并没有表现出叠加效应。在缺磷环境下,缺磷对植物生长的抑制比盐胁迫的影响更大。不管有无盐胁迫,随培养液中磷素浓度增加,沟叶结缕草的生长受到促进,但在20 mmol/L 磷浓度处理时植株的生长反而受到一定的抑制。适量磷素促进了沟叶结缕草的根系生长,有提高叶片Na⁺分泌量,抑制Na⁺从根系往叶片的运输,减低叶片Na⁺的积累,提高K⁺的吸收和选择性运输,增加叶片K⁺积累的趋势,但相关指标并不显著。同时提高了叶片K⁺/Na⁺,促进了植物的生长。     

盐土条件下不同栽培措施对4种禾本科饲草阳离子分布的影响

为探讨盐土条件下牧草栽培技术,以4种禾本科牧草为材料,研究了3种不同栽培措施对饲草体内Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺含量和分布的影响.结果表明:同一品种不同栽培措施处理下植株体内各离子含量差异显著(P < 0.05),覆秸秆与添加保水剂处理饲草各部分Na⁺含量及Na⁺/Ca²⁺显著低于对照;K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺含量和K⁺/Na⁺显著高于对照.离子运输选择性系数S_K⁺/Na⁺均以覆秸秆处理与添加保水剂处理显著高于对照(P < 0.05).相同栽培措施下甜高粱(Sorghum saccharatum)与高丹草(Sorghum bicolor×sorghum Sudanese)体内的K⁺/Na⁺在茎、叶中的分布显著高于青贮玉米(Zea mays)和墨西哥玉米(Euchlaena mexicana).在盐土条件下,覆秸秆和添加保水剂处理可使饲草地上部分的Na⁺含量降低,K⁺含量升高,维持饲草体内较高的K⁺/Na⁺和S_K⁺/Na⁺值,提高饲草的耐盐性;不同饲草品种之间耐盐性差异较大.     

荒漠植物沙芥苗期对不同浓度NaCl的适应机制

本文研究了5周龄沙芥幼苗对不同浓度NaCl的适应机制。结果表明,沙芥苗期对不同浓度的NaCl具有不同的适应机制。与对照相比,在5 mmol/L的低浓度NaCl下,沙芥叶的干重和含水量分别显著增加了25%和35%(P<0.05),沙芥正是通过这种植株的快速生长和含水量的增加将进入体内过多的Na⁺稀释至毒害水平以下,以适应外界低浓度的NaCl。在50 mmol/L的中等浓度NaCl下,沙芥限制了K⁺、增强了Na⁺从根向叶的选择性运输,使叶中的Na⁺含量显著增加了8倍(P<0.05),沙芥最可能是将叶中积累的大量Na⁺区域化至液泡中来适应外界中等浓度的NaCl,该机制避免了Na⁺对叶细胞的伤害,使叶的渗透势显著降低了75%(P<0.05),让植株有效地抵御了盐分产生的渗透胁迫,维持了沙芥的正常生长。沙芥主要通过限制Na⁺、增强K⁺的选择性吸收和从根向叶的选择性运输来适应外界高浓度的NaCl。在200 mmol/L的高浓度NaCl下,该机制使沙芥叶中积累的K⁺较50 mmol/L的NaCl下显著增加了55%(P<0.05),使K⁺对渗透调节的贡献率也相应地从10.28%提高到了12.51%,K⁺一般积累于细胞质中,因此该机制有利于叶细胞质保持较低的Na⁺/K⁺、减缓Na⁺对叶的伤害,也有利于细胞质平衡来自胞内液泡和胞外高浓度NaCl产生的渗透压、减少叶的渗透伤害。尽管如此,在200 mmol/L的NaCl下,沙芥幼苗生长了7 d便使其叶的干重显著降低了51%(P<0.05),表明沙芥苗期的耐盐性有限。     

盐胁迫对砂蓝刺头不同器官中离子分布的影响

砂蓝刺头为广泛分布于北方沙漠的一年生草本植物。本研究以砂蓝刺头幼苗为试材,采用营养液培养法研究了不同浓度NaCl 胁迫下(盐浓度分别为0, 100, 200, 300, 400 mmol/L)砂蓝刺头幼苗胁迫6 d后植株含水量变化,测定不同器官中Na⁺、Cl^-、Si⁴⁺、K⁺、Ca²⁺的含量,并分析了K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、Si⁴⁺/Na⁺值的变化。研究结果表明,盐胁迫下,砂蓝刺头幼苗含水量在盐处理浓度为100,200,300,400 mmol/L时分别比对照升高了9.86%,1.41%,4.23%,8.45%,说明盐胁迫下植株提高了组织含水量,这将在一定程度上稀释了体内盐离子,减弱盐胁迫造成的生理干旱。盐胁迫下砂蓝刺头根部的Na⁺和Cl^-含量高于叶片,这有利于渗透调节,同时减弱了盐胁迫对地上部的毒害;根系Si⁴⁺、K⁺、Ca²⁺的含量及K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、Si⁴⁺/Na⁺值比对照显著性下降,叶部Si⁴⁺、K⁺的含量和K⁺/Na⁺,Ca²⁺/Na⁺,Si⁴⁺/Na⁺值比对照有所增加或差异不显著,这有利于维持地上部分离子稳定。分析离子选择性吸收的S_Na⁺,K⁺数据发现,盐胁迫下砂蓝刺头根部拦截了部分Na⁺减缓了对地上部分的伤害,叶片对K⁺吸收具有很好的选择性, 对于维持地上部分离子平衡和正常的光合作用具有重要意义。     

Na(+), K(+)-ATPase content in skeletal muscle of dogs with pituitary-dependent hyperadrenocorticism

Several hormones regulate Na⁺, K⁺-ATPase content in the muscle cell membrane, which is essential for maintaining muscle cell excitability. Chronic glucocorticoid excess is associated with muscle weakness and reduced endurance. We hypothesized that chronic glucocorticoid excess affects Na⁺, K⁺-ATPase content in canine skeletal muscle, and contributes to reduced endurance and muscle weakness associated with pituitary-dependent hyperadrenocorticism (PDH) in dogs. Therefore, Na⁺, K⁺-ATPase content in skeletal muscle was evaluated before and after hypophysectomy and hormone replacement (cortisone and l-thyroxin) in dogs with PDH (n = 13), and in healthy controls (n = 6). In addition, baseline and exercise-induced changes in plasma electrolyte concentrations and acid–base balance were evaluated before and after hypophysectomy in dogs with PDH. Na⁺, K⁺-ATPase content of gluteal muscle in dogs with PDH was significantly lower than in control dogs (201 ± 13 pmol/g versus 260 ± 8 pmol/g wet weight; P < 0.01). Similar differences were found in palatine muscle. After hypophysectomy and on hormone replacement, Na⁺, K⁺-ATPase was increased (234 ± 7 pmol/g wet weight). Both plasma pH and base excess in dogs with PDH (7.44 ± 0.01; 1.7 ± 0.6 mmol/l, respectively) were significantly higher (P < 0.05) than after hypophysectomy and hormone replacement (7.41 ± 0.01; −0.2 ± 0.4 mmol/l, respectively). Exercise induced respiratory alkalosis, but did not result in hyperkalemia in dogs with PDH. In conclusion, chronic glucocorticoid excess in dogs with PDH is associated with decreased Na⁺, K⁺-ATPase content in skeletal muscle. This may contribute to reduce endurance in canine PDH, although dogs with PDH did not exhibit exercise-induced hyperkalemia. Na⁺, K⁺-ATPase content normalized to values statistically not different from healthy controls after hypophysectomy and hormone replacement.