香蒲重金属ATP酶基因TyHMA3的克隆与表达分析

植物重金属ATP酶(heavy metal transporting ATPase, HMA)参与植物重金属转运、吸收和富集等多个过程。香蒲为多年水生宿根草本植物,重金属耐受性强,是重要的水体净化植物。本研究以淮安香蒲品种‘淮蒲1号’为材料,克隆获得一条HMA家族基因TyHMA3。该基因编码区全长2 835 bp,编码944个氨基酸,具有5个跨膜结构域和HMA特有的3个结构域,与单子叶植物HMA3基因相似度高,属于Zn/Cd/Co/Pb亚组。表达分析结果表明：在香蒲的不同组织中,TyHMA3在根中表达量最高;不同浓度的Cd²⁺和Pb²⁺处理对叶中TyHMA3的表达量影响较小;在根中,不同浓度的Cd²⁺和Pb²⁺均能诱导TyHMA3高表达,且较高浓度的Cd²⁺和Pb²⁺处理能更快诱导TyHMA3响应。本研究表明TyHMA3对香蒲根的生长发育及Cd²⁺和Pb²⁺耐受性具有调控作用,为进一步了解TyHMA3基因的功能及...     

植物中镉及其螯合物相关转运蛋白研究进展

镉是一种毒性极强的重金属污染物,土壤和大气中的镉通过植物根和叶的吸收在其体内积累。镉不仅影响植物的正常生理代谢过程,严重降低作物产量和品质,还可通过食物链的传递和富集危害人类身体健康。镉胁迫条件下植物会通过一系列的生理反应来减轻镉损伤,其中镉及其螯合物相关转运蛋白在植物抗镉毒害中起重要作用。金属转运蛋白是一类位于植物组织膜上的运输蛋白,其参与金属元素的吸收、转运和区隔过程。目前利用基因工程和现代分子生物学技术,已经鉴定出一系列镉及其螯合物相关转运蛋白,主要包括锌/铁转运蛋白（ZIP）、天然抗性相关巨噬细胞蛋白（NRAMP）、重金属ATP酶（HMA）、金属耐受蛋白（MTP）、阳离子交换体（CAX）、ATP结合盒转运蛋白（ABC）、黄色条纹转运蛋白（YSL）等家族。本文从植物细胞、亚细胞水平综述与镉吸收和转运相关的转运蛋白的分子生物学研究进展,为更好地了解镉在植物体内的差异积累原理、植物抗镉毒害机理和植物吸收转运镉的分子机制提供理论依据。     

盐胁迫下玉米离子变化及转录组分析

为了研究玉米在盐胁迫下体内离子变化以及功能基因的响应,为今后培育耐盐玉米品种奠定基础。本研究以4份玉米自交系为研究对象,在200 mmol/L的NaCl溶液胁迫14天后,对玉米地下、地上部分中的Na⁺、K⁺、Ca²⁺含量进行测定并分析;同时,进行了转录组分析,研究玉米在盐胁迫下功能基因的表达情况。结果显示,4个自交系中叶片和根中Na⁺含量和Na⁺累积量最低的是S388,同时发现S388的Ca²⁺:Na⁺比在4个材料中表现出最高;转录组分析显示,S388参与了离子转运途径、逆境信号以及离子跨膜运输等代谢途径。研究表明,4份玉米自交系中S388对盐的耐受性最高,表型出叶片和根中积累了较少的Na⁺含量,这为今后耐盐品种培育提供了材料基础。     

重金属胁迫对白三叶种子萌发的影响

为了探讨重金属胁迫对白三叶(Trifolium repens)种子萌发的影响,本研究模拟4种不同浓度重金属离子(Zn²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺)条件,测定种子的发芽率、发芽势、发芽指数和相对胚根(芽)长等相关指标。结果表明:白三叶种子对Cd²⁺的耐受能力最强,Zn²⁺和Cu²⁺次之,对Pb²⁺的耐受能力最弱。总体上,种子的发芽率、发芽势、发芽指数和相对胚根(芽)长随着重金属离子浓度的增加表现出不同程度的下降趋势。高浓度重金属离子对白三叶种子萌发及生长发育会产生严重的阻碍作用。然而,低浓度的Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺对胚的生长具有一定促进作用,表明白三叶对低浓度重金属环境有一定适应性。在本试验中,白三叶对Cd具有较强的耐受能力,5种不同浓度的Cd²⁺条件下种子的发芽率均高于50%,且Cd²⁺浓度为1mg/L时可促进种子的萌发。此外,进行过重金属处理的种子会表现出相对胚根长小于相对胚芽长,表明重金属胁迫首先影响种子根部的生长发育,从而抑制白三叶的生长。综上所述,白三叶对低浓度的Zn²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺和高浓度Cd²⁺具有较好的耐受能力,可作为上述环境的绿化植被,并且在重金属Cd土壤污染中有良好修复前景。     

橡胶树HbMGT4L的克隆及过表达植株的获得

镁离子(Mg²⁺)是植物生长的必需元素,参与调控光合作用等植物体内诸多新陈代谢反应,对植物的生长发育有着至关重要的作用。Mg²⁺在植物体内的运输和稳态主要是由Mg²⁺转运体MGT (Magnesium transporter)维持,但是在海南重要的经济特色作物橡胶树(Hevea brasiliensis Mull. Arg.)中关于MGT的研究还很少。本研究从橡胶树中克隆了Mg²⁺转运体HbMGT4L,序列分析表明HbMGT4L开放阅读框为1 482 bp,编码493个氨基酸,相对分子量约为55 kD,等电点为4.88。HbMGT4L与拟南芥MGT蛋白氨基酸序列比对结果显示：HbMGT4L含有CorA-like转运蛋白特有的GMN序列,与拟南芥MGT具有较高的相似性。进化树分析结果表明HbMGT4L与拟南芥中的AtMGT4的亲缘关系较近。荧光定量PCR技术分析HbMGT4L在不同组织中的表达情况显示：HbMGT4L在胶乳、树皮、根、茎和叶中均能表达,其中在根中表达量较高。将HbMGT4L的CDS构建...     

重金属胁迫下小豆种子萌发特性及幼苗期富集效应

为探究重金属（Cu ²⁺、Zn ²⁺、Cr ⁶⁺）胁迫下小豆种子萌发特性和幼苗对重金属离子的富集效应,以“晋小豆6号”为材料,设置不同浓度（5、10、50、100、200、300、400mg/L）重金属（Cu ²⁺、Zn ²⁺、Cr ⁶⁺）梯度,测定小豆种子的发芽指标变化及幼苗根、茎、叶中各种重金属的积累量。结果表明：当Cu ²⁺浓度为5、300、400mg/L时,小豆种子发芽势高于对照,而在相同浓度的Cr ⁶⁺、Zn ²⁺胁迫下小豆种子发芽势低于对照。3种重金属不同浓度对小豆发芽率整体影响趋势相近,在重金属浓度为50mg/L时小豆幼苗根长最长;当Cu ²⁺浓度为200~400mg/L时小豆下胚轴长明显短于对照,Zn ²⁺和Cr ⁶⁺浓度为5~400mg/L时,随Zn ²⁺、Cr ⁶⁺浓度升高小豆下胚轴生长呈先升后降的趋势,且都在浓度为100mg/L时下胚轴最长。小豆幼苗对重金属Cu ²⁺的累积量较高,对Zn ²⁺的累积量次之,对Cr ⁶⁺的累积量最低,且主要集中在根部,只有少量富集在茎和叶片中。适宜重金属浓度对小豆种子萌发具有促进作用,其根部对重金属有良好吸收,种植小豆对改善土壤环境有极大帮助。     

紫花苜蓿Na+/H+ 逆向转运蛋白基因在拟南芥中表达提高转基因植株的耐盐性

以紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料, 利用反转录PCR方法分离了NHX1全长cDNA(命名为MsNHX1)。Southern杂交结果表明, 在紫花苜蓿中存在一个小的液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因家族。序列分析表明, 该基因所编码的蛋白与拟南芥、水稻和棉花中液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白具有较高的同源性。在洋葱表皮细胞中瞬时表达MsNHX1-GFP融合基因的结果表明, MsNHX1定位在液泡膜上。Northern杂交发现该基因的表达受高浓度NaCl诱导。MsNHX1在盐敏感酵母突变体中表达可以提高转化子对NaCl的耐受性, 说明MsNHX1具有转运Na⁺的功能。在拟南芥中表达MsNHX1能显著提高植株耐受盐胁迫的能力; 而且在受到盐胁迫时, 转基因植株比野生型的渗透调节能力更强, 生物膜受破坏程度降低, 光合能力增强。以上研究结果表明MsNHX1是一个液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白, 在植物耐受盐胁迫过程中起重要作用。     

重金属Zn2+与Cd2+对田菁种子萌发及种子根活力的影响

田菁是一种重要的海滨饲料植物,探讨了重金属Zn²⁺与Cd²⁺对田菁种子萌发及种子根活力的影响。结果表明:重金属Zn²⁺与Cd²⁺对田菁种子萌发产生显著影响,随着胁迫浓度的升高,田菁种子发芽率呈下降趋势。不同浓度的Zn²⁺与Cd²⁺对田菁种子根的活力也产生显著影响,随着重金属胁迫浓度的增加,田菁种子根活力呈先升高而后降低趋势。     

能源甜菜BvHIPP24基因的特性及在酵母中的镉耐受功能分析

为了进一步研究重金属相关异戊二烯化植物蛋白在重金属逆境下的解毒机制,本研究克隆了能源甜菜BvHIPP24基因并分析了其在镉逆境下酵母中的功能。本研究以能源甜菜为实验材料,利用RT-PCR的方法克隆获得能源甜菜BvHIPP24基因,并对BvHIPP24基因进行生物信息学分析;利用酵母表达载体构建pYES2-BvHIPP24重组质粒并转化到酵母InVSc1,在真核酵母细胞中进行BvHIPP24基因应答镉胁迫的研究。生物信息学分析显示BvHIPP24基因的CDS全长444 bp,编码147个氨基酸,氨基酸序列的分子量为16377.34 Da,理论等电点为9.39,为亲水蛋白,不含有跨膜区域,定位于叶绿体。保守结构域分析该基因具有一个HMA结构域。构建进化树分析表明,能源甜菜BvHIPP24蛋白与BvHIPP23蛋白质具有较近的亲缘关系。当施加0.5 mmol/L CdCl₂胁迫后,适量表达BvHIPP24的重组菌与对照菌株相比,其生长趋势明显优于后者,并发挥着相对更高的Cd耐受性。这说明,能源甜菜BvHIPP24基因在镉逆境胁迫下发挥着重要的解毒作用,并有可能直接或间接参与细胞重金属离子吸收、转运及代谢平衡等过程。     

油用向日葵铵转运基因HaAMT1.1的克隆及功能分析

AMT1.1是铵转运家族的基因之一,在植物吸收转运 NH₄⁺中起到重要作用。为了明确氮素在植物体的转运吸收机制,本研究以油用向日葵‘早矮大头’为研究材料,成功从中克隆向日葵 AMT1.1 的同源基因HaAMT1.1。生物信息学分析表明该基因 CDS 区长 1 497 bp,编码 491 个氨基酸;正电荷残基 28 个,占氨基酸总数的 5.7%,负电荷残基 30 个,占氨基酸总数的 6.1%;其分子式为 C₂₄₁₇H₃₆₂₅N₅₉₇O₆₆₈S₂₂,预测分子量为52 439.29 Da,理论等电点为 6.58;HaAMT1.1 为疏水性蛋白,无跨膜结构域,具有 Ammonium Transp 超家族保守结构域,与黄花蒿 AMT1.1 亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明 HaAMT1.1 位于细胞质膜和细胞核上。实时荧光定量 PCR 分析表明,不同组织中 Ha AMT1.1 基因在根系中表达量最高;不同 NH₄^...     

土壤中不同含量Cd2+对大麻、大豆幼苗生育的影响

探究大麻耐重金属能力,为今后植物修复重金属污染土壤提供数据支持。以‘龙大麻5号'和‘黑农84'为试验材料,通过盆栽试验,研究土壤中喷施不同含量Cd²⁺对大麻、大豆幼苗生长发育的影响。结果表明,低含量的Cd²⁺(≤0.6 mg/kg)对大麻和大豆的根系活力及干物质积累略有促进作用,差异不显著。当土壤中20.0 mg/kg≥Cd²⁺≥2.0 mg/kg时,2种作物的生长均受到抑制,与对照处理相比,大麻出苗率降低6.3%~100%,根系活力下降5.8%~77.8%,干物质积累降低6.6%~40.2%;与对照处理相比,大豆出苗率降低21.6%~100%,根系活力下降8.9%~100%,干物质积累降低27.4%~50.1%。当土壤中Cd²⁺含量≥100 mg/kg时,大麻、大豆的出苗率均为零。对相同含量的Cd²⁺大麻耐受能力要强于大豆;对于重金属污染严重的地块,建议大麻优先于大豆种植。     

植物对重金属迁移途径及其影响因素的研究进展

土壤中重金属被植物吸收后,通过横向和纵向迁移到植物的不同部位中积累。横向迁移包括共质体和质外体的途径;纵向迁移包括木质部和韧皮部的途径。植物对Cd、Pb和Zn迁移的影响因素包括：屏障结构、转运和生理代谢物质及能量供应。通过重金属在植物体内的迁移特征的研究,为土壤重金属污染的植物修复和农业安全利用提供一定依据。     

Comparative Responses of Wheat (Triticum aestivum L.) Cultivars to Salinity at the Seedling Stage

Seedling growth and ion content of Pakistani bread wheat cultivars was assessed in solution culture in the absence and presence of NaCl (100 and 200 mol m⁻³) to determine whether seedling traits could be used in breeding programs for salt-tolerance. Growth was recorded as seedling fresh weight, and the shoot and leaves analysed for major inorganic ions. Plants subjected to salt stress excluded Na⁺ and Cl⁻ ions from the shoot to varying extents. Exclusion preferentially maintained lower Na⁺ and Cl⁻ levels in the apical tissue, as the leaf to leaf gradient in Na⁺ and Cl⁻ became steeper as the external salinity increased, although there were significant differences between cultivars. Correlation analysis on individual plants indicated that excluding Na⁺ at low salinity, and Na⁺ and Cl⁻ at high salinity, were correlated significantly with growth performance, although it was clear that other factors were also involved. The relationship of tolerance to ion exclusion was stronger when the data were examined on an individual plant basis than when related to pooled cultivar data or to the cultivar rank order derived from field trials, probably due to large variations in Na⁺, and to a lesser extent, Cl⁻ transport in supposedly homozygous cultivars.     

盐渍土壤生境中大果沙枣成年树离子吸收、运输和分配特征研究

为揭示盐渍土壤中大果沙枣(Elaeagnus angustifolia Linn.)树体矿质离子分布规律,保障大果沙枣高效种植和丰产栽培,以不同盐度土壤中生长的成年大果沙枣树为材料,测定并分析了其根、枝、叶中Na⁺、K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的吸收、运输和分配特征。结果表明：盐土土壤环境中,大果沙枣叶片对Ca²⁺和Mg²⁺具有较强的选择吸收能力,低盐（I~II级）土壤环境中,叶内Na⁺含量明显上升,而至高盐（III~IV级）中,根部对Na⁺的吸收量明显高于枝和叶。随着林地土壤盐度的升高,K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺在枝部和叶部的积累量明显增大,矿质离子由根部向枝、叶部运输的能力在I~III级盐度土壤环境中逐渐增大,并在IV级盐度土壤环境中受抑。同时,根和枝中K⁺/Na⁺和Mg²⁺/Na⁺值均是先增大后减小,叶中K⁺/Na⁺、Mg²⁺/Na⁺变幅较小,根和叶中Ca²⁺/Na⁺变幅较大。大果沙枣成年树的盐适应机制主要是通过根对Na⁺的聚积作用,叶对K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的选择性吸收能力增强来实现的,同时也与枝中相对稳定的K⁺、Na⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的选择性运输能力有关。     

不同密度紧凑型油菜的源库特征及与收获指数的相关研究

旨在为油菜株型育种和机械化栽培提供理论和技术依据。选用3个不同类型的紧凑型油菜常规品种,以松散型油菜杂交种‘秦优7号’为对照,研究了在15万、30万、45万、60万、75万、90万株/hm²密度下各品系的库源特征及其与收获指数的关系。结果表明,紧凑型油菜单株在不同密度下的库源特征与对照松散型相同,单株根、茎、枝、壳干重,角粒数和单株角果数随种植密度的增加而降低,且低密度显著高于高密度;千粒重随密度的变化不大。紧凑型油菜的生物学产量和经济产量随种植密度的增加而增加,松散型油菜随种植密度的增加而下降。说明紧凑型油菜适宜密植和机械化收获。收获指数对密度的响应在两类型品种表现一致,最低密度15万株/hm²增加到30万株/hm²时达到峰值,以后随着种植密度的继续增加而降低。收获指数与茎+枝+壳干重之和,与库性状角粒数、角果数、千粒重、单株产量,与库源关系的粒根比、粒茎比、粒枝比、粒壳比显著正相关,说明要提高收获指数不仅要扩“源”增“库”,还要协调库源的合理分配比例。     

重金属影响植物细胞超微结构和功能的研究进展

重金属是对我国环境污染最严重的污染物之一,不仅对生态环境产生着严重的危害,还会通过食物链富集到人体,给人带来巨大的危害。本文围绕着重金属对植物细胞的危害,从植物对重金属的吸收,植物体内重金属的分布以及重金属对植物细胞内各个重要的细胞器超微结构的影响等方面综述了重金属对植物细胞超微结构危害的研究进展,并对重金属损伤植物细胞的特点进行了归纳总结。     

重金属污染土壤中Cd、Cr、Pb元素向水稻的迁移累积研究

为了探明水稻各组织器官的重金属含量对土壤重金属浓度的依赖性,评价重金属中重度污染土壤植株水稻的安全风险,通过对不同浓度的Cd、Cr、Pb 3种重金属水稻盆栽试验,研究中、重度污染土壤培养条件下重金属在水稻植株中分布以及籽粒中迁移累积特性。研究结果显示,随着土壤重金属含量增加,水稻植株富集重金属呈上升趋势,但是土壤重金属浓度增加,水稻对重金属的富集系数下降。在中、重度污染的Cd、Cr、Pb 3种重金属土壤种植的水稻植物高度和生物学产量并没有显著差异,从植株生长上看重金属污染危害有一定的隐蔽性。3种重金属在水稻植株中迁移能力的大小依次为：Cd>Cr>Pb,在水稻植株不同器官重金属富集能力依次为根系>茎秆>叶>籽粒。水稻糙米的糊粉层重金属含量显著高于胚乳中的重金属含量,水稻糙米在加工成精米后Cd含量平均降低19%,Cr含量平均降低56.8%,Pb含量平均下降29.8%,这表明稻米通过加工后重金属污染风险降低,可规避一定的食用风险。     

灌水量对北疆棉花增效缩节胺化学封顶效应的影响

【目的】在不同灌水量条件下研究增效缩节胺(1,1-dimethyl-piperidinium chloride,缓释型水乳剂,简称DPC+)对棉花化学封顶的效应,为完善新疆棉花化学封顶技术提供依据。【方法】以早熟陆地棉品种新陆早53号为材料,设置不同的灌水量(3000,4800,6600 m3·hm~(-2))和DPC+剂量(450,750,1050 m L·hm~(-2)),测定棉花农艺性状、生理特性及产量和品质等指标。【结果】棉花株高和单株果枝数随DPC+剂量的增加而下降,低(450m L·hm~(-2))、中(750 m L·hm~(-2))、高剂量(1050 m L·hm~(-2))DPC+处理的株高和单株果枝分别比人工打顶增加9.4cm和4.8个,6.2 cm和3.9个,2.2 cm和2.6个。中等灌水量(4800 m3·hm~(-2))下棉花产量最高,比低灌水量(3000m3·hm~(-2))处理增产20%左右,比高灌水量(6600 m3·hm~(-2))处理增产5%左右。低、中、高灌水量下,分别以低、中、高剂量DPC+的产量最高,一般较人工打顶提高5%~10%。低灌水量下低剂量DPC+处理主要依靠较大的群体生物量获得相对较高的产量,高灌水量下高剂量DPC+处理主要依靠较高的产量器官干物质分配率获得相对较高的产量,而中等灌水量下中等剂量DPC+处理的产量在所有处理中最高,得益于比较适宜的冠层生产能力和合理的干物质分配能力。【结论】灌水量需要与DPC+剂量互相配合,在增加群体物质生产能力的同时保障营养生长和生殖生长协调,这是提高棉花DPC+化学封顶技术成功率的关键途径之一。