高油脂产率微藻的筛选及发酵条件的优化

本研究旨在从自然水域分离、筛选出高油脂产率的微藻藻株,对其生产油脂的发酵条件进行优化,以期为用微藻制备生物柴油的工业化生产打下基础.从不同淡水环境中分离纯化了17株微藻,根据形态特征对这些微藻进行了初步鉴定.比较了其中11株微藻的生物量、油脂含量及油脂产率.从中选取生物量和油脂含量都较高的椭圆栅藻(Scenedesmus ovalternus)、雷氏衣藻(Chlamydomonas reinhardii)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)3株微藻,研究了光照、温度、pH、碳源、氮源及不同水平碳氮源组合对其比生长速率和油脂产率的影响,结果表明,添加葡萄糖作为碳源时3株微藻生长较快,油脂产率较高;其最适发酵温度为28(2;椭圆栅藻和蛋白核小球藻最适pH为7,而雷氏衣藻最适pH为9;葡萄糖和尿素分别为这3种微藻的最适碳源和氮源.从油脂产率方面考虑,椭圆栅藻的最佳碳、氮源组合为:30g/L葡萄糖和2.1 g/L尿素;蛋白核小球藻的最佳碳、氮源组合为:40 g/L葡萄糖和2.1g/L尿素;雷氏衣藻则为:30/L葡萄糖和1.2g/L尿素.雷氏衣藻和蛋白核小球藻的5 L发酵试验表明,与摇瓶培养相比,发酵培养时间由7 d缩短为5 d,OD540nm分别可达61.2和59.9,而且2株微藻生物量干重分别由11.2 g/L和8.8 g/L提高到26.58 g/L和20.19 g/L,油脂含量分别由20.3%和17.2%提高到23.2%和20.1%,油脂产率分别由0.3248 g/L/d和0.2162 g/L/a提高到1.2333 g/L/d和0.8112 g/L/a.本研究结果表明,从天然水域分离、筛选得到的两株微藻雷氏衣藻(Y7)、蛋白核小球藻(Y9)经过发酵条件优化控制油脂产率分别可达1.2333 g/L/a和0.8112 g/L/a,有望应用于利用微藻制备生物柴油的工业化生产.     

低氮胁迫对不同耐低氮玉米品种苗期伤流液性状及根系活力的影响

【目的】研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长、伤流性状及根系活力的影响,比较不同耐低氮性玉米品种对低氮胁迫响应的差异,以期为西南丘陵地区耐低氮玉米品种的选育提供理论依据。 【方法】以两个耐低氮品种‘正红 311’、‘成单 30’和两个低氮敏感品种‘先玉 508’、‘三北 2 号’为试验材料进行水培试验,营养液设置 4 个氮水平:0、0.05、0.5、5 mmol/L。测定了苗期株高等形态指标、干物质积累量、根系活力,计算了根冠比、活跃吸收面积比、伤流液中可溶性蛋白等转运速度及氨基酸/硝态氮浓度的比值。 【结果】低氮胁迫下玉米苗期苗高、茎粗、叶面积、SPAD、单株干重、地上部干重、伤流强度,伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖转运速度,氨基酸和硝态氮转运速度及浓度,根系活力,根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均显著下降,但耐低氮品种各指标的降幅均低于低氮敏感品种。根冠比、伤流液中氨基酸/硝态氮浓度比值均显著升高,可溶性蛋白和可溶性糖浓度随胁迫时间的延长表现出先下降后升高的趋势。耐低氮品种根冠比增幅低于低氮敏感品种,而可溶性蛋白浓度的增幅高于低氮敏感品种,且低氮胁迫下耐低氮品种根系活力、伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖浓度显著高于低氮敏感品种。 【结论】耐低氮品种在低氮胁迫下能够保持较高的根系活力,进而促进了根系对营养物质的吸收和转运,提高了伤流液中各组分的浓度和转运速度,较好地维持了碳氮循环,从而有效地协调了植株地上、地下部养分和物质的分配,控制了根冠比的增加,维持了地上部的生长。     

油菜NO3-的吸收、分配及氮利用效率对低氮胁迫的响应

【目的】探究油菜NO3-的吸收、分配和对低氮胁迫的响应及其氮利用效率,为理解油菜在不同低氮胁迫下相关生理变化及其氮素利用效率提供科学依据。【方法】以常规油菜品种814为研究材料,采用砂培试验,在正常供氮水平（10 mmol/L）和低氮胁迫水平（3 mmol/L、1 mmol/L）下,研究油菜的根系特性、蒸腾作用对低氮胁迫的响应及其氮素吸收效率,并研究油菜NO3-的运输分配与同化对低氮胁迫的响应及其氮素利用效率。【结果】与正常供氮处理（10 mmol/L）相比,低氮胁迫处理（3 mmol/L、1 mmol/L）的油菜NO3-含量、全氮含量均显著下降,但（NO3-）叶/根、（全氮（%））叶/根显著升高,植株根系干物质重、根系吸收面积均显著下降,但根冠比显著升高。油菜植株在低氮胁迫下气孔导度和蒸腾速率显著增加,一方面促进植株对NO3-的捕获,另一方面也促使更大比例的NO3-分配在植物的地上部分,但植株的水分散失加剧,水分利用效率显著下降。低氮胁迫处理油菜根和叶中NR、GS活性与正常供氮处理之间的差异不显著或有增加,其叶绿素含量、光合速率均显著下降,但光合氮素利用率显著升高。【结论】在低氮胁迫条件下,油菜植株的氮素和干物质累积均显著下降,但NO3-在植株的地上部分分配比例的增加以及光合氮素利用率的升高促使植株的氮素利用效率显著提高。     

硅促进盐胁迫下黄瓜NHX1基因表达及Na+在液泡中的区隔化效应

  【目的】   硅可提高植物的耐盐性,但不同植物中硅提高耐盐性的机理并不相同。探究硅对盐胁迫下黄瓜幼苗的氧化损伤、Na+积累和激素水平的影响,以阐明硅提高黄瓜耐盐性的机制。   【方法】   以基因型为Mch-4的黄瓜幼苗为试材,进行水培试验。营养液中NaCl的胁迫浓度为65 mmol/L,施硅水平为Na₂SiO₃·9H₂O 0.3 mmol/L。在处理10天后,测定黄瓜幼苗生物量、Na+含量与分配、Na+转运相关基因表达水平及激素含量。   【结果】   施硅可改善盐胁迫下黄瓜幼苗的生长,减轻植株的氧化损伤。硅对盐胁迫下黄瓜根系和叶片Na+含量无明显影响,可显著降低根和叶中质膜Na+/H+反向转运蛋白基因SOS1的表达量,对高亲和力钾转运蛋白基因HKT1的表达均影响不大,但促进了液泡膜Na+/H+反向转运蛋白基因NHX1的表达。对盐胁迫下黄瓜叶片Na+的亚细胞定位发现,硅处理使叶绿体中Na+含量下降,而液泡中Na+含量升高。硅处理提高了盐胁迫植株根和叶片中赤霉素、生长素和细胞分裂素的水平。   【结论】   施硅可提高液泡膜Na+/H+反向转运蛋白基因NHX1的表达,将Na+区隔化于液泡中,进而降低叶绿体中的Na+含量,缓解盐胁迫下黄瓜幼苗的氧化损伤;硅还诱导产生了较多的赤霉素、生长素和细胞分裂素,其调控Na+积累和黄瓜幼苗的氧化损伤的机理还需进一步研究。     

氮元素对三角褐指藻岩藻黄素和油脂合成关键酶基因表达与代谢合成的影响

为阐明氮元素对微藻次生代谢积累和调控的影响,以三角褐指藻为试验材料,研究不同氮浓度[896(CK)、448、112、28和0 μmol·L^-1]处理对三角褐指藻细胞生长、岩藻黄素含量、油脂含量以及叶绿素a含量的影响,并对岩藻黄素-叶绿素蛋白复合体基因(FCPb)和酰基-酰基载体蛋白去饱和酶基因(FAB2)的表达进行实时荧光定量PCR分析。结果表明,氮限制极显著抑制了三角褐指藻细胞的生长和岩藻黄素的合成,但促进了油脂的合成。当氮浓度为112 μmol·L^-1时,三角褐指藻岩藻黄素含量最低(0.084 mg·g^-1DW),而油脂含量最高,较CK提高了1.36倍。叶绿素a与岩藻黄素含量变化趋势一致。相关性分析表明,氮限制条件下,三角褐指藻岩藻黄素含量与油脂含量显著相关(R²=0.998 8)。实时荧光定量PCR分析表明,氮限制抑制了三角褐指藻中FCPb的表达,促进了FAB2的表达。综上,氮限制通过调控三角褐指藻岩藻黄素、油脂生物合成途径相关基因的表达影响了岩藻黄素和油脂的积累。本研究为进一步探究岩藻黄素与脂类物质代谢合成的关联性提供了一定的理论参考。     

盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达

  【目的】  盐胁迫是影响全球作物生长的主要非生物胁迫之一,添加外源硅可有效提高植物对盐胁迫的抗性。本研究通过水培试验,分析硅对盐胁迫下水稻生长、光合系统、钠钾含量、抗氧化酶活性和钠钾平衡关键基因表达量的影响,以探究硅缓解水稻盐胁迫的机制。  【方法】  供试材料为日本晴水稻 (Oryza sativa L. cv. Nipponbare),设置NaCl 0 (CK)、50 (Na1) 和100 mmol/L (Na2) 3个盐胁迫浓度与Na₂SiO₃ 0 (Si0)、0.5 (Si1) 和1.5 mmol/L (Si2) 3个硅浓度,共9个处理。处理5天后,测定水稻长度与生物量、光合与蒸腾速率、氧化伤害、钠钾含量。结果表明,在100 mmol/L NaCl与1.5 mmol/L硅处理下,硅盐互作效果最显著,据此进一步测定了该处理下水稻的抗氧化酶活性与钠钾转运关键基因表达量。  【结果】  盐胁迫显著降低了水稻地上部与地下部的长度与干重,同时显著降低了光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量,并明显促进丙二醛的累积。盐胁迫下,外源硅显著增加了水稻地上部高度与干重,但对地下部长度与干重无显著影响;盐胁迫下添加硅显著提高了叶片光合速率和叶绿素含量,显著降低了丙二醛含量,但对蒸腾速率无显著影响。盐胁迫均引起地上部与地下部钠含量显著上升与钾含量显著下降,盐胁迫下添加外源硅可显著降低地上部钠含量,但是对钾含量没有显著影响,并且硅对根系钠钾含量均无显著影响。总体而言,100 mmol/L NaCl处理在水稻中造成的生长抑制、氧化伤害与钠钾失衡等胁迫伤害比50 mmol/L NaCl处理更为严重,而添加1.5 mmol/L的硅对盐胁迫的缓解效果优于添加0.5 mmol/L的硅。在100 mmol/L NaCl处理下,添加1.5 mmol/L的硅显著提高了SOD、CAT、APX的活性,但是对POD的活性无显著影响;同时,添加1.5 mmol/L硅显著提高了盐胁迫下水稻钾吸收基因 (OsHAK1、OsHAK7、OsHAK11与OsHAK12)、钠外排基因 (OsSOS1) 与钠区隔化基因 (OsNHX1、OsNHX3与OsNHX5) 的表达。  【结论】  营养液中添加1.5 mmol/L的硅比0.5 mmol/L的硅对盐胁迫下水稻的生长、光合系统和离子平衡调控效果更好,能更有效地缓解水稻盐胁迫。硅可通过调控SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性与钾吸收、钠外排和钠区隔化等钠钾平衡关键基因的表达,从而缓解水稻盐胁迫。     

低温对高浓度人尿液废水培养小球藻的影响

针对寒区气温低,微藻培养过程加热能耗大的问题,以蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa和普通小球藻Chlorella sp为试验藻种,利用人工气候培养箱,在人尿液废水添加比例40%条件下,研究2种小球藻在15.0、17.5、20.0、22.5、25.0℃较低温度下的生长特性和小球藻蛋白质含量,以及培养液中营养物质的利用情况。结果表明,2种小球藻均可以在高浓度尿液废水中生长,蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa对各试验组培养液中总氮、氨氮、总磷和化学需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）的平均去除率分别达到78.02%、79.59%、79.31%、20.11%,最大生物量达到0.502 g/L;普通小球藻Chlorella sp对培养液中总氮、氨氮、总磷和COD的去除效果更好,平均去除率分别达到87.90%、89.55%、89.29%、68.66%,最大生物量达到1.007 g/L。2种小球藻对低温的响应均呈现随温度的升高生物量和培养液中相关指标的去除率也随之增大的趋势,但不同温度区段的变化率存在差异,温度为20.0℃及以上时变...     

环绕式LED光质对蛋白核小球藻生长代谢影响

微藻是一类生长速度快、环境适应能力强的单细胞自养生物，利用其生产的碳水化合物、蛋白质、油脂等已在食品、水产养殖、医疗保健等领域广泛应用，然而，高养殖成本始终是限制其产业化发展的难点之一。光源是微藻培养的重要环境因子，现有研究多报道波段及光照周期对微藻生长代谢的影响，其所用光源几乎均采用单侧排布，光在藻液中分布的均匀性和稳定性易受藻液光径、藻密度等影响。该研究以商业化较成熟的微藻——蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）为对象，将环绕式LED人工光源应用于微藻培养中，采用光强为100 μmol/(m²·s)的白、红、黄、绿、蓝、紫6种光质分别培养蛋白核小球藻21 d，每日监测藻液中生物量和光合色素含量变化，测定培养末期（D21）藻体中的蛋白质、油脂和碳水化合物含量及脂肪酸组成和丰度，分析不同波段光质对蛋白核小球藻生长代谢的影响。结果显示，相较于对照组（白光），绿光和蓝光分别培养蛋白核小球藻7 d和9 d后其生物量显著提高（P<0.05），培养末期（D21）绿光组和蓝光组的生物量分别提高了24.4%和8.0%（P<0.05）；藻液中叶绿素a的变化趋势与生物量变化类似，但绿光组藻体中总光合色素质量分数却显著低于紫光组（P<0.05），可能与微藻对紫光的吸收利用率低有关（需要合成更多光合色素来获取光能）；红光组中碳水化合物质量分数增加11.5%而油脂质量分数显著下降23.8%（P<0.05）；蓝光最利于油脂累积，显著提升26.2%（P<0.05）；紫光使蛋白核小球藻的碳分配从碳水化合物向蛋白质合成方向分流；脂肪酸分析表明，绿光和紫光最利于总脂肪酸累积，较对照组（39.5‰）分别提升20.1%和18.2%（P<0.05）；绿光和蓝光更有利于多不饱和脂肪酸的合成。研究结果可为蛋白核小球藻胞内碳分配的优化调控提供有效的光源配置方案，为蛋白核小球藻的高效优质生产提供理论参考。     

铵态氮和硝态氮调节盐胁迫豌豆幼苗生长和根系呼吸的作用

【目的】 土壤盐渍化在干旱和半干旱灌溉区是制约农业生产的非生物因素之一,合理的调控措施可以减轻盐渍化对植物的危害,本文探讨了氮源调节豆科植物盐胁迫的生理生态机制。 【方法】 采用砂培试验,以3个豌豆品种 (银豌1号、S5001-1和Ha) 为供试材料,设定三个盐分浓度(0、50、100 mmol/L),分别供应铵态氮和硝态氮4 mmol/L,每个品种均设六个处理。培养29天后对豌豆幼苗生物量、根系生长参数、根系呼吸及植株盐分离子含量进行测定。 【结果】 1) 三个盐分浓度相比,50 mmol/L NaCl处理下的3个豌豆品种幼苗的地上生物量和根系生长指标(根干重、根长和根表面积)显著高于0和100 mmol/L NaCl处理,且硝态氮处理显著高于铵态氮;2) 与无NaCl处理相比,3个豌豆品种植株含水量在100 mmol/L NaCl处理下明显降低,且硝态氮处理的显著低于铵态氮处理;3)豌豆根系呼吸速率均随着盐分浓度的增加和培养时间的延长总体呈降低趋势。3个豌豆品种根系呼吸速率对硝态氮和铵态氮的反应不同,相同盐分水平下,银豌1号铵态氮处理的高于硝态氮,Ha品种则相反,而S5001-1品种在两种氮源间差异不大。在50 mmol/L NaCl胁迫下,豌豆品种S5001-1与Ha硝态氮处理的根系呼吸累积量明显高于铵态氮,而银豌1号则相反;100 mmol/L NaCl胁迫下,豌豆品种Ha硝态氮处理的根系呼吸累积量显著高于铵态氮,其他两个品种在不同氮源处理间无差异。相同盐分胁迫水平下,银碗1号铵态氮处理的根系呼吸累积量明显高于品种S5001-1和Ha,而硝态氮处理下,品种Ha的根系呼吸累积量最高。4) 3个豌豆品种幼苗地上部Na+和Cl–含量均随盐浓度的增加而增加,而不同氮源对Na+在豌豆体内累积的影响因豌豆品种而异。 【结论】 在中度盐分胁迫下,施氮肥可缓解盐分胁迫对豌豆幼苗生长的影响,硝态氮缓解能力高于铵态氮,但在重度盐分胁迫下,盐胁迫是影响植物生长和离子吸收的主导因子,氮源调节作用变弱。尽管不同豌豆品种的根系呼吸对NH₄+-N与NO₃–-N的反应不同,但NO₃–-N缓解盐胁迫的效果总体上好于NH₄+-N。      

低氮胁迫下玉米幼苗氮素和蔗糖分配特性

  【目的】  明确玉米自交系幼苗氮素吸收、转运与利用特性,探究低氮胁迫下其不同表型和生理性状的变化规律。  【方法】  以玉米自交系XY4和PH4CV为供试材料,进行了水培试验。设置正常氮 (N 2 mmol/L,NN) 和低氮 (N 0.04 mmol/L,LN) 两个氮水平,从培养3 h起,每3天测定一次幼苗生物量、光合特性、根系性状及氮素和蔗糖含量,直至第12天。  【结果】  玉米幼苗根系对低氮胁迫的反应早于地上部,与NN处理相比,LN处理PH4CV和XY4的根干重分别在培养第3和第6天时增加了65.15%和84.63%,而从培养第9天开始,LN处理下两自交系幼苗地上部干重显著低于NN处理,由此导致根冠比增加;与NN处理相比,LN处理下除了胞间CO₂浓度 (Ci) 和水分利用效率 (WUE) 外,两自交系幼苗叶片的SPAD值、净光合速率 (Pn)、蒸腾速率 (Tr) 和气孔导度 (Gs) 等光合特性均显著降低,且XY4下降幅度均大于PH4CV;LN处理下两自交系幼苗根干重的变异来源并不一致,XY4根干重的增加与总根长、根表面积、根体积、侧根数和初生根长增加有关,而PH4CV主要与侧根数目增加有关;与NN处理相比,LN处理两自交系幼苗地上部的氮素积累量和蔗糖含量显著降低,且XY4老叶的氮素含量下降速率明显快于PH4CV,而根系的氮素积累量、单株氮素生理利用效率和根中蔗糖含量均显著增加,且XY4增加的幅度均大于PH4CV。  【结论】  低氮胁迫促使玉米幼苗分配给地上部的氮素和蔗糖相对较少,因此限制地上部生物量积累及叶片光合能力的发挥,而分配给根系的氮素和蔗糖相对较多,从而促进根系形态建成,以利于吸收更多的氮素。     

表面活性剂CTAC和STAB对蛋白核小球藻的毒作用

采用室内培养法考察了十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）和十八烷基三甲基溴化铵（STAB）对蛋白核小球藻（Chlorellapyrenoidosa）的生长状况、蛋白质含量、叶绿素含量、脂质过氧化丙二醛（MDA）含量以及超氧化岐化酶（SOD）活性的影响,进而分析了CTAC和STAB对小球藻的毒作用机理。结果表明,CTAC和STAB对蛋白核小球藻的生长抑制效应受浓度和时间的影响显著,STAB对蛋白核小球藻的毒性大于CTAC,且CTAC和STAB作用4 d内,藻细胞蛋白质、叶绿素含量以及SOD活性均先上升后下降,MDA含量逐渐下降。根据5种指标变化与CTAC（或STAB）之间呈现的浓度-效应关系和时间-效应关系推测,表面活性剂对藻细胞的最初攻击点是通过改变其细胞膜膜脂分子的水溶性破坏小球藻的细胞膜,表面活性剂通过刺激细胞产生活性氧自由基引起脂质及其他生物大分子的氧化损伤可能是其对小球藻产生毒害效应的主要机制。     

镁对槟榔幼苗光合特性和叶绿体超微结构的影响

【目的】研究不同供镁水平对槟榔幼苗叶片叶绿体超微结构及光合特性的影响,为槟榔的平衡施肥矫治技术和高产优质栽培提供理论依据。【方法】以三叶龄‘热研1号’槟榔幼苗为试材进行了沙培试验。采用1/2 MS完全营养液,即对照处理Mg浓度为0.75 mmol/L,缺Mg (–Mg) 和高Mg (+Mg) 处理分别为不添加Mg和添加Mg 2.25 mmol/L。幼苗生长5个月后,取样测定槟榔幼苗非结构性碳水化合物含量、蔗糖合成酶 (SS) 和蔗糖磷酸合成酶 (SPS) 活性、叶绿素荧光动力学参数,观测叶绿体超微结构。【结果】1) 缺镁处理导致槟榔叶绿素相对含量 (SPAD)、光系统Ⅱ (PSⅡ) 的最大光化学效率F_v/F_m、实际光化学效率Y(Ⅱ)和光化学淬灭系数qP显著降低,而高镁处理组与对照差异不显著;2) 缺镁处理槟榔叶片的可溶性糖、蔗糖含量较对照均显著升高,而淀粉含量显著降低;高镁处理组淀粉含量显著高于对照组,但可溶性糖和蔗糖含量差异不显著;3) 缺镁胁迫致使叶绿体膜解体,基粒片层大部分消失,类囊体片层结构断裂,噬锇颗粒数目增多;高镁处理时叶绿体发生变形,叶绿体膜模糊,基粒片层部分消失,噬锇颗粒和淀粉粒增多。【结论】缺镁胁迫下,槟榔幼苗叶绿体超微结构发生变异,叶绿素合成及碳代谢受阻,光合效率降低,而高镁处理对槟榔叶片的影响显著小于缺镁处理。     

硝普钠对黄瓜幼苗缺镁和硝酸盐胁迫的缓解效应

【目的】设施栽培中土壤次生盐渍化严重,导致植株出现缺镁失绿症状。通过研究硝酸盐胁迫下外源NO供体(硝普钠,SNP)对缺镁黄瓜幼苗生长的影响,探究硝酸盐胁迫下外源NO对缺镁黄瓜幼苗的胁迫缓解效应,为解决设施生产中黄瓜幼苗的缺镁失绿症状提供理论指导。【方法】采用水培的方式培养黄瓜幼苗,幼苗长至三叶一心时进行处理。营养液采用山崎配方,镁离子浓度设两个水平为2 mmol/L(正常浓度)和1 mmol/L(缺镁胁迫);硝酸盐浓度设两个水平为14 mmol/L(正常浓度)和140 mmol/L(硝酸盐胁迫);硝酸盐和镁正常浓度为对照。用0.1mmol/L SNP分别缓解缺镁胁迫、硝酸盐胁迫以及缺镁和硝酸盐双重胁迫,用0.1 mmol/L SF(铁氰化钠)处理,观察SNP反应产物的影响;NO-3由Ca(NO3)2·4H2O和KNO3提供,各占1/2,p H由H2SO4调节,保持在5.5 6.5。【结果】1)缺镁胁迫下,黄瓜幼苗株高和叶面积增加值、干物质增长量较正常处理的黄瓜幼苗显著降低;电解质渗漏率、丙二醛含量和可溶性蛋白含量较正常处理的黄瓜幼苗显著升高。缺镁处理的黄瓜幼苗根茎叶中镁离子含量、叶片光合色素含量、光合特性指标、叶绿素荧光及抗氧化酶活性与正常处理的黄瓜幼苗相比明显降低。2)硝酸盐胁迫下,黄瓜幼苗株高和叶面积增加值、干物质增长量、黄瓜幼苗根茎叶中镁离子含量、叶片光合色素含量、光合特性指标、叶绿素荧光及抗氧化酶活性较正常处理的黄瓜幼苗显著降低;电解质渗漏率、丙二醛含量和可溶性蛋白含量较正常处理的黄瓜幼苗显著升高。3)缺镁和硝酸盐双重胁迫下,黄瓜幼苗的相关生长指标和抗逆指标较正常处理的黄瓜幼苗降低或增大更为显著。4)缺镁胁迫,硝酸盐胁迫以及缺镁和硝酸盐双重胁迫下,外施0.1 mmol/L SNP处理的黄瓜幼苗,株高和叶面积增加值、干物质增长量、幼苗根茎叶中镁离子含量、叶片光合色素含量、光合特性指标、叶绿素荧光、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性较未添加SNP处理的黄瓜幼苗显著提高,电解质渗漏率和丙二醛含量则明显降低。外施0.1 mmol/L SF则没有表现出明显的作用。【结论】硝酸盐胁迫下缺镁黄瓜幼苗生长受到明显抑制,出现失绿症状,通过添加0.1 mmol/L SNP,黄瓜幼苗的生长抑制得到明显缓解,说明在硝酸盐胁迫下外源NO对缺镁黄瓜幼苗的胁迫有显著缓解作用,增强黄瓜幼苗的耐盐性和对镁的吸收能力。     

基质栽培番茄营养液中氮、钾最佳浓度研究

【目的】合理的氮、钾养分供给是提高番茄生长及果实品质的重要措施,本文研究了滴灌营养液中不同的氮、钾养分供给水平对基质栽培番茄生长及果实品质的影响,为优化基质栽培番茄的营养液配方,确定最佳的氮、钾养分浓度,实现养分供给的精量化管理提供科学依据。【方法】以沙∶珍珠岩比例为1∶2配置栽培基质,用于温室中番茄栽培,以番茄‘A20’为试材,进行了水培试验。采用2因素 (氮、钾) 5水平响应面中心复合设计,滴灌营养液中氮浓度的基础值为244 mg/L,试验设计步长为120 mg/L;钾浓度的基础值为313 mg/L,试验设计步长为150 mg/L。调查了番茄叶片叶绿素含量、净光合速率、单株产量、果实可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比、维生素C含量和番茄红素含量。【结果】随着滴管液中氮浓度从74 mg/L增加到414 mg/L,番茄产量、叶片叶绿素含量、叶片净光合速率、果实可溶性糖含量、糖酸比、番茄红素含量和果实维生素C含量均呈先增后减的趋势。随着营养液中钾浓度从101 mg/L增加到525 mg/L,果实可溶性糖含量、糖酸比和维生素C含量持续增加,番茄产量、叶绿素含量、净光合速率、番茄红素含量均先增后减。此外,通过建立各指标与氮钾二因子的二次回归方程发现,氮素是叶绿素含量、净光合速率和单株产量的主要影响因子,钾素是果实可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、维生素C和番茄红素含量的主要影响因子。氮、钾互作显著影响番茄产量和叶片叶绿素含量;充足的钾营养供给可以促进植株对氮素的吸收与同化,提高叶片叶绿素含量,利于产量提高;适量的氮素供应有利于钾素的吸收与利用,促进产量的进一步提高。采用主成分分析方法对8种配施方案下番茄产量和品质的综合性能进行评价,结果显示营养液中氮、钾浓度分别为N 378 mg/L、K 391 mg/L时为最优配方方案,且番茄叶片净光合速率达到最大值。【结论】在沙子和珍珠岩1∶2 (v∶v) 为基质的番茄无土栽培条件下,滴灌营养液中氮、钾浓度分别为N 378 mg/L和K 391 mg/L时,番茄产量和品质的综合性能达到最优,该方案可在生产实践中为基质栽培番茄营养液精确管理提供一定的借鉴意义。     

不同生态型拟南芥耐铵毒害差异的生理机制

【目的】 利用拟南芥生态型群体研究拟南芥耐铵毒害的生理机制,为挖掘耐铵基因提供生理基础及理论指导。 【方法】 共收集了95份生态型拟南芥材料,采用水培实验方法,将拟南芥幼苗移栽后在正常培养液(2 mmol/L NO₃–-N处理)中培养8天,然后转移至含有1 mmol/L (NH₄)₂SO₄的营养液(2 mmol/L NH₄+-N处理)中培养8天,收获后,测定植株全氮量、地上部游离铵含量,以及谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性;培养3天后取样,采用RT-PCR技术分析根部主要的铵态氮转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平;拟南芥幼苗移栽后在正常培养液中培养8天,转移至丰度为5%的1 mmol/L (15NH₄)₂SO₄中培养,分别处理3 h、6 h和24 h取样,用于同位素分析。 【结果】 2 mmol/L铵态氮处理下拟南芥群体地上部的生长被显著抑制,并且大量游离铵离子累积于地上部,铵态氮下拟南芥群体体内铵含量是对照硝态氮下的1.5倍以上,其中Si-0生态型在铵态氮下铵含量为19.17 μmol/g, FW,是对照的20倍。在硝态氮培养条件下,内源铵的含量与拟南芥地上部生长呈显著负相关,铵态氮培养条件下,地上部生长与铵含量同样呈较高的负相关性,因此内源铵含量少的生态型拟南芥在铵态氮下亦耐铵,所以本研究以拟南芥群体组织内铵含量为主因子,筛选出耐铵拟南芥生态型Or-1、Ta-0,HSM和铵敏感拟南芥生态型Rak-2、Lpv-18、Hi-0,结果表明铵敏感生态型在硝态氮下铵含量是耐铵生态型的1.7倍至10倍。耐铵拟南芥生态型铵转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平较铵敏感拟南芥高,植株全氮和地上部15N标记试验结果表明,耐铵拟南芥铵态氮吸收速率高于敏感型。并且耐铵拟南芥生态型在两种氮形态下其谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性均显著高于铵敏感生态型,在硝态氮培养条件下GS活性是铵敏感生态型的1.1～1.8倍,在铵态氮培养条件下是1.2～1.6倍,说明耐铵拟南芥生态型的铵同化能力强于敏感型。 【结论】 耐铵生态型拟南芥是通过更高的谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性将大量的游离铵同化以减少植株体内游离铵含量,从而减轻植株铵毒害;而不是通过减少铵态氮的吸收。      

小麦钾离子通道蛋白基因TaPC1介导植株抵御低钾逆境功能研究

  【目的】  钾离子通道 (potassium channel, PC) 蛋白通过介导离子跨膜转运,增强低钾胁迫下植株对钾素的吸收和利用能力。本研究以采用RNAseq鉴定小麦应答低钾基因获得的PC家族基因TaPC1为对象,对该基因分子特征、应答低钾表达模式及其介导植株抵御低钾逆境的能力进行研究。  【方法】  采用生物信息学工具分析TaPC1分子特征,采用溶液培养法培养丰钾 (K₂O 6 mmol/L )、低钾 (K₂O 0.06 mmol/L) 处理小麦和转化株系幼苗,采用 DNA 重组技术构建TaPC1亚细胞定位和表达质粒,利用农杆菌介导法遗传转化烟草。采用常规植株形态、生理和qPCR方法测定植株生长、生理指标和基因表达。  【结果】  TaPC1与植物种属PC家族基因具有较高的同源性,该基因编码蛋白具有植物种属PC蛋白跨膜域保守特征,翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。低钾 (0.06 mmol/L) 处理下,根、叶中TaPC1表达增强;将低钾处理植株转入丰钾 (6 mmol/L) 营养液进行恢复处理后,根、叶中该基因表达下调,表明TaPC1呈低钾应答表达模式。基因遗传转化结果表明,与野生型 (WT) 对照相比,低钾处理下,超表达TaPC1烟草株系植株干物质积累量增多,细胞活性氧累积量减少,细胞保护酶 (SOD、CAT和POD) 活性提高,丙二醛含量降低。基因表达分析表明,低钾处理下,转化株系内细胞保护酶编码基因NtSOD1、NtCAT1;1、NtPOD1;2及NtPOD1;6的转录本丰度较野生型 (WT) 显著增多,表明上述基因通过增强表达,在改善转化株系低钾处理下细胞活性氧稳态中发挥重要作用。此外,与WT相比,低钾处理下转化株系的钾累积量显著增多,光合碳同化能力增强。  【结论】  TaPC1呈低钾胁迫增强表达模式,上调表达该基因能显著增强植株钾素吸收,有效维持低钾逆境下的细胞活性氧稳态特征,在改善植株光合物质生产和抵御低钾逆境能力中发挥重要作用。     

钙对NaCl胁迫下马铃薯脱毒苗离子吸收、分布的影响

【目的】马铃薯是对盐分较敏感的农作物,土壤盐渍化会严重影响马铃薯的生长发育及其产量和品质。有关钙对Na Cl胁迫下马铃薯离子吸收、分布的研究较少。本文通过研究不同浓度Ca Cl2对Na Cl胁迫下马铃薯脱毒苗离子吸收、分布和运输的影响,探讨钙对Na Cl胁迫下马铃薯的调控机制,为盐渍土上马铃薯的生产提供理论依据与技术支持。【方法】以‘克新一号’马铃薯品种为试验材料,采用组织培养方法,将0、5、10、15和20 mmol/L Ca Cl2与0、25、50和75 mmol/L Na Cl分别添加到MS+2mg/L B9+3%蔗糖+0.9%琼脂培养基中,制成不同处理组合的培养基。将继代培养的脱毒苗按单节茎段剪切接种到培养基中进行培养。接种30天时调查脱毒苗生物量和Na+、Cl-、K+、Ca2+、Mg2+、P积累量,并分析Na+/K+、Na+/Ca2+、Na+/Mg2+比值及根系与茎叶的SK、Na、SMg、Na和SCa、Na值,探讨离子吸收、运输及分布情况。【结果】Na Cl胁迫抑制马铃薯脱毒苗的生长,随Na Cl胁迫浓度的增加,马铃薯脱毒苗鲜重、干重显著下降,各器官Na+和Cl-含量极显著增加,K+含量显著下降,Ca2+和Mg2+含量减少,茎、叶中P含量降低而根中P含量增加。Na+/K+、Na+/Ca2+、Na+/Mg2+比值随Na Cl胁迫浓度的增加而升高。随Na Cl胁迫浓度的增加,马铃薯脱毒苗根系与茎叶的SK、Na和SMg、Na值逐渐降低,SCa、Na值呈先升高后降低趋势。0、25和50 mmol/L Na Cl胁迫浓度下,以10 mmol/L Ca Cl2处理的马铃薯脱毒苗根、茎叶鲜重和干重最高,75 mmol/L Na Cl胁迫下以15 mmol/L Ca Cl2处理的马铃薯脱毒苗生物量最高。各Na Cl胁迫浓度下,添加Ca Cl2后,马铃薯脱毒苗各器官Na+含量明显降低,Cl-含量显著增加,K+、Ca2+、Mg2+含量升高,P含量先降低后升高。0、25、50和75 mmol/L Na Cl胁迫浓度下,添加适量Ca Cl2可明显降低马铃薯脱毒苗各器官Na+/K+、Na+/Ca2+、Na+/Mg2+比值,提高SK、Na、SMg、Na和SCa、Na值,增强K+、Ca2+、Mg2+向地上部的选择运输能力,抑制Na+向地上部的选择运输能力,维持细胞内离子平衡,缓解盐胁迫造成的营养亏缺。【结论】Na Cl胁迫下添加外源钙,能够有效改善马铃薯脱毒苗体内的离子平衡,促进营养吸收,Na+向叶片选择运输能力降低,K+、Ca2+、Mg2+向地上部的选择运输能力增强,离子在各器官水平上的区域化分布发生改变是钙缓解盐胁迫的重要生理机制之一。