喷施脱落酸对镉富集植物繁缕生长及其镉积累的影响

盆栽试验研究了镉胁迫条件下喷施脱落酸(ABA)对富集植物繁缕(Stellaria media)生长及镉积累的影响。结果表明,喷施ABA提高了繁缕生物量及光合色素含量。随ABA喷施浓度的增加,繁缕的生物量及光合色素含量呈增加的趋势,但繁缕的镉含量、镉积累量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性、可溶性蛋白含量及可溶性糖含量呈先增后降的趋势,最大值出现在ABA浓度为15 mg L-1,此时,繁缕根系、地上部分及整株镉积累量均达到最大值,分别为94.54、235.93和330.47μg plant-1,较各自对照分别增加了19.07%(P0.05)、49.45%(P0.05)和39.28%(P0.05)。喷施ABA能够促进繁缕的生长,提高繁缕对镉的富集能力,以15 mg L-1的ABA浓度为最佳。     

拟南芥生态型Tor-1根系响应镉的转录组学与可变剪接分析

  【目的】  研究拟南芥生态型根系对镉 (Cd) 的适应性机制,挖掘耐Cd基因,为培育修复型植物提供生理基础和理论指导。  【方法】  本研究以高Cd积累同时高耐受性的拟南芥生态型Tor-1为试验材料,测定Cd处理后根系的生理变化、氧化应激反应、抗氧化酶活性,结合转录组学和可变剪接分析,以期从分子水平上解析Tor-1根系对Cd的适应性机制。  【结果】  Cd处理后,拟南芥生态型Tor-1的主根长度和根尖数没有明显差异,但根系总体积、总表面积显著降低,总根长极显著下降,表明根系受到损伤;根系丙二醛浓度较对照有所增加,但变化不显著;脯氨酸浓度显著下降;超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性显著增加。基因本位论 (GO) 富集分析显示,在生物过程中,差异表达基因 (DEGs) 在代谢过程和对化学物质的反应功能富集最为显著;在细胞组分中,DEGs在细胞外组分功能显著富集;在核酸功能中,DEGs在氧化应激活性和血红素结合功能显著富集。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 通路表明,高比例诱导的DEGs富集于7条KEGG途径,分别为苯丙素生物合成 (4.49%)、次生代谢物的生物合成 (14.45%)、代谢途径 (20.57%)、硫代葡萄糖苷 (GS) 生物合成 (0.89%)、谷胱甘肽 (GSH) 代谢 (2.04%)、苯丙氨酸和酪氨酸及色氨酸的生物合成 (1.39%)、苯丙氨酸代谢 (1.14%)。在Cd胁迫下,Tor-1根系苯丙素合成与代谢和GSH代谢相关基因表达大部分显著上调,而GS合成相关基因表达受到抑制,并发生可变剪接事件,其中内含子保留事件发生最多。  【结论】  Tor-1根系在应对Cd胁迫时虽然根系形态受到一定损伤,但可通过增加抗氧化酶 (SOD、CAT) 活性减轻镉胁迫产生的危害,并积极通过调节苯丙素合成与代谢、GSH代谢以及抑制GS合成对应的基因来减轻Cd对植物的伤害,还可通过可变剪接来积极适应Cd胁迫。     

植物生长抑制剂对万寿菊镉积累和化学形态的影响

通过水培实验研究了细胞分裂抑制剂（青鲜素 MH）和蛋白合成抑制剂（放线菌酮 CHI）对万寿菊镉积累及化学形态的影响。结果表明,在溶液Cd浓度为0.1 mg·L^-1的条件下,投加浓度为2、4 mmol·L^-1青鲜素及3、6 μmol·L^-1放线菌酮显著抑制了万寿菊的相对生长速率及地上部镉含量,另外两种抑制剂也降低了万寿菊地上部可溶性蛋白含量,但对叶绿素a、b及总叶绿素含量并无显著影响,证明细胞分裂及蛋白合成过程直接影响着万寿菊地上部镉积累。通过采用逐步提取法对万寿菊体内镉的化学存在形态分析,表明在单独Cd处理条件下万寿菊体内移动性较差的醋酸提取态及NaCl提取态镉占有较高比例,其中地上部两种结合态镉约占万寿菊地上部总镉量的68%,而施加植物生长抑制剂后万寿菊地上部两种结合态镉含量显著降低,放线菌酮处理下仅为31%,进一步证实镉主要与万寿菊体内蛋白质等物质结合后才能在其体内长久固定,否则不能在其体内发生累积。     

褪黑素对大头菜幼苗生长及镉积累的影响

通过盆栽试验,研究了Cd污染条件下,不同浓度褪黑素喷施对大头菜幼苗生长及Cd积累的影响。结果表明,浓度50、100和150μmol/L的褪黑素增加了大头菜幼苗的根长、根系体积、株高、块根直径和块根长度,也增加了其根系、块根、地上部分及可食用部分的生物量,而浓度为200μmol/L的褪黑素则降低了大头菜幼苗的这些指标。不同浓度的褪黑素处理均提高了大头菜幼苗的光合色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及类胡萝卜素)含量及抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性,并降低了大头菜幼苗根系、块根、地上部分和可食用部分的Cd含量。随着褪黑素浓度的增加,大头菜幼苗各器官的Cd含量呈降低的趋势。因此,喷施褪黑素能够促进大头菜幼苗生长,降低其对Cd的积累。     

褪黑素浸种对豌豆幼苗生长及镉积累的影响

通过盆栽试验,研究了不同浓度褪黑素浸种对豌豆幼苗生长及镉积累的影响。结果表明:用50、100、150、200μmol/L的褪黑素浸种处理后,豌豆幼苗的生物量、含水量、光合色素含量、抗氧化酶活性均高于对照,且豌豆幼苗植株的镉含量明显降低。当褪黑素浓度为200μmol/L时,豌豆幼苗的生物量、光合色素含量均达到最大值;而根系及地上部分的镉含量最低,分别为6.72 mg/kg和0.104 mg/kg,较对照分别降低了20.28%和46.39%。因此,褪黑素浸种能够促进豌豆幼苗生长,降低其对镉的吸收,其中200μmol/L褪黑素效果最好。     

养分调控对超积累植物伴矿景天生长及锌镉吸收性的影响

采用四因素三水平正交设计温室盆栽试验研究了N、P、K三因素不同水平对Zn、Cd超积累植物伴矿景天的生长及地上部Zn、Cd吸收性的影响。结果表明,增施N肥是伴矿景天地上部干重增加的主要因素,高N配施低P(200 mg/kg N,60 mg/kg P,不施K)处理的伴矿景天地上部干重达最大值31.2 g/盆(1.5 kg土/盆),是不施肥处理的3.15倍。增施K肥是提高伴矿景天地上部重金属尤其是Cd浓度和吸收量的主要影响因子,高量K处理比不施K处理地上部Cd浓度增加28.1%;低量施P也可提高伴矿景天的Zn吸取修复效率。综合考虑伴矿景天生物量及其对Zn、Cd的吸取效率,本试验条件下低量N、P肥配施高量K肥为最佳施肥处理(N1P1K2),种植伴矿景天一季对Zn、Cd的吸取量分别为11.2 mg/kg±0.1 mg/kg和0.12 mg/kg±0.02 mg/kg。     

根际对话及其对植物生长的影响

有了根际,也就有了根际对话。根际对话是发生在根际土壤中各种生物间,包括植物根系之间以及根系与土壤生物（细菌、真菌和土壤动物）之间的相互作用－即根际生物间的物质和能量交换以及信息传递。根系分泌物在根际对话中起着“语言”的作用。在根际对话中,植物起主导作用,对话的结果会对植物生长产生影响。根际生物之间相互作用的实质是对生长空间、水分和养分等资源的竞争。与根际研究相比,有意识地研究根际对话及其对植物生长影响才刚刚开始。研究方法和手段的局限性成为揭示根际对话机制的瓶颈。本文综述近年来国际上在根际对话及其对植物生长影响方面的研究进展和动态,期望我国在根际对话的基础和应用研究领域能够得到快速发展。     

氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响

通过水培试验,研究了氮素水平对超积累植物东南景天植株生长和镉吸收积累的影响。结果表明,在一定范围内供氮（4.0-16.0 mm ol/L）能明显促进东南景天的生长,随着氮素水平的升高,地上部和根系的生物量也提高,在供氮水平为16.0 mm ol/L时达到最大值,而当供氮水平≥32.0 mm ol/L时,东南景天的生长受到严重的抑制,其地上部和根系的生物量开始下降,各项根系形态的指标（包括根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积）均有所降低。氮对东南景天体内镉积累有一定的促进作用,随着氮素用量的增加,体内镉含量逐渐升高,与生物量不同,镉含量在氮水平32.0 mm ol/L条件下达到最大。研究结果表明,适当提高营养液氮素水平,有利于东南景天的生长和镉吸收,为进一步利用东南景天修复镉污染土壤,提高修复效率提供科学依据。     

Cd胁迫对5种植物体内Cd积累及根际土壤特性的影响

以大豆、棉花、曼陀罗、蓖麻和玉米为供试材料,采用土柱栽培试验,探讨Cd胁迫后,5种植物根系活力与各器官间cd含量的差异,以及5种植物根际土壤酶活性与根际土壤营养含量对Cd胁迫的反应.结果表明:(1)5种受污染的植物体Cd富集量超出对照不受污染的植物体达3～7倍之多,但都未达富集临界值100 mg/kg.(2)不同植物不同器官Cd运转积累部位不同,以根冠比衡量,蓖麻、玉米、棉花R/S大于1,称作根优势植物;大豆、曼陀罗R/S小于1,称作冠优势植物;棉花R/S近于1,称作冠根均衡植物.5种植物吸收富集最强的前3位植物(大豆、玉米、棉花)都是人工驯化的栽培植物,其吸肥能力强于野生植物的,这种吸肥能力与吸Cd能力是否呈正相关关系,吸肥能力的差异是否可以作为污染土壤利用改良的依据值得进一步研究.(3)大豆、曼陀罗茎秆中Cd含量均较根、叶、籽实中的高,考虑到大豆是粮食作物,同时其根部Cd含量仅次子茎的,而曼陀罗作为一种杂草,其地上部Cd转移系数大于1.0,因此,比较供试5种植物,应优先选择曼陀罗用于Cd污染区域的土壤净化.(4)Cd胁迫(5 mg/kg)提高了5种植物根系还原TTC强度,抑制了大豆和蓖麻根际土壤多种酶活性,而促进了曼陀罗和玉米根际土壤多种酶活性以及棉花根际土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性;比较5种酶活性,碱性磷酸酶活性对Cd反应较不敏感,脲酶和蔗糖酶活性对Cd反应较敏感,多酚氧化酶和过氩化氯酶活性对CA的敏感程度因不同植物而异.结果还表明Cd胁迫不同程度地提高了供试5种植物根际土壤营养含量.(5)研究为有效开展Cd污染土壤的植物修复资源提供理论依据.     

耐性植物秸秆覆盖对荠菜生长及镉积累的影响

[目的]研究秸秆覆盖对富集植物重金属积累的影响,筛选能促进荠菜生长和镉积累的镉耐性植物.[方法]通过盆栽试验研究镉污染条件下,覆盖4种镉耐性植物(扬子毛茛、通泉草、邻近风轮菜和车前)秸秆对荠菜生长及镉积累的影响。[结果]覆盖扬子毛茛、通泉草、邻近风轮菜和车前秸秆后,荠菜的地上部分生物量、总生物量和叶片叶绿素含量值均低于未覆盖处理。覆盖扬子毛茛、通泉草、邻近风轮菜和车前秸秆的荠菜总生物量则较未覆盖分别降低了34.04%,49.85%,40.27%和18.39%。只有覆盖邻近风轮菜秸秆提高了荠菜根系镉含量,而覆盖扬子毛茛和通泉草秸秆则提高了荠菜地上部分镉含量(较未覆盖分别提高了18.61%和12.87%)。然而,覆盖4种耐性植物的荠菜根系、地上部分及整株镉积累量均低于未覆盖。[结论]在盆栽条件下,覆盖镉耐性植物(扬子毛茛、通泉草、邻近风轮菜和车前)秸秆不能提高荠菜对镉污染土壤的修复能力。     

脱落酸通过影响生长素合成及分布抑制拟南芥主根伸长

脱落酸(ABA)在介导植物生长发育及逆境响应中发挥重要功能,但ABA抑制根伸长的机制尚不清楚。本文以拟南芥为材料,通过研究ABA对拟南芥根伸长的影响以及ABA受体突变体根发育表型的鉴定,探讨ABA抑制植物主根的机制。研究发现:ABA能够抑制主根生长及伸长,并且经典受体PYR1/PRL介导了ABA抑制根伸长的过程;ABA能够改变细胞周期蛋白CycB1;1::GUS表达模式,并影响根中生长素分布和响应。结果表明,ABA可能通过影响生长素在根部的分布和剂量,进而影响根尖分生区细胞分裂,从而抑制根伸长。     

干旱胁迫对花生生育中后期根系生长特征的影响

花生是较耐旱的经济和油料作物, 长期少雨或季节性干旱是限制花生产量提高的重要环境因子, 也是花生收获前黄曲霉素感染的重要因素。根系是植物吸水的主要器官, 不同土壤水分状况下植物的根系构型可能会表现出显著差异, 进而影响植物根系吸收养分和水分的能力。研究不同土壤水分状况下花生根系形态的发育特征与抗旱性的关系对进一步理解花生的水分吸收、运输、利用和散失机制以及培育抗旱性花生具有非常重要的作用。为明确不同抗旱性花生品种的根系形态发育特征, 探讨其根系形态发育特征对不同土壤水分状况的响应机制, 在防雨棚旱池内进行土柱栽培试验, 研究抗旱型花生品种"花育22号"和干旱敏感型花生品种"花育23号"生育中后期根系生长特征及其对干旱胁迫的响应。设置正常供水和中度干旱胁迫(分别控制土壤含水量为田间持水量的80%~85%和45%~50%)2个水分处理, 分别在花针期、结荚期和饱果期进行取样,根长、根表面积和体积扫描后通过WinRhizo Pro Vision 5.0a程序进行分析; 收获时测定产量和抗旱系数(干旱胁迫处理与正常供水处理下产量之比)。结果表明, "花育22号"具有较高的产量和抗旱系数, "花育23号"对干旱胁迫的适应性小于"花育22号"。抗旱型品种"花育22号"具有较大的根系生物量、总根长和根系表面积, 且深层土壤内根系表面积和体积大于"花育23号"。与正常供水处理相比, 干旱胁迫显著降低2个品种花针期的根系总根长、根系总表面积和总体积, 对结荚期和饱果期根系性状无显著影响; 干旱胁迫增加2个品种生育中后期40 cm以下土层内的根长密度分布比例、根系表面积和体积, 但"花育23号"各根系性状增加幅度小于"花育22号"。干旱胁迫处理下20~40 cm和40 cm以下土层内根系表面积和体积分别与总根长、总表面积和总体积呈显著或极显著正相关, 而正常供水处理下0~20 cm土层内根系表面积和体积与整体根系性状表现极显著正相关。总体而言, 具有较大根系和深层土壤内较多的根系分布是抗旱型花生的主要根系分布特征; 土壤水分亏缺条件下, 花生主要通过增加深层土壤内根长、根系表面积和体积等形态特性调节植株对水分的利用。     

The role of ethylene in root hair growth in Arabidopsis

Ethylene promotes root hair development in many higher plants. Recently the role of ethylene has been investigated in Arabidopsis because of the range of genetic resources available in this species. Root hairs in the Arabidopsis root form on specialized epidermal cells (trichoblasts) located in the cleft between underlying cortical cells. Hairless epidermal cells develop from atrichoblasts that are located over single cortical cells. Ethylene not only promotes root hair outgrowth but also causes cells that are normally hairless to form root hairs. This suggests that ethylene may play a dual function in the formation of root hairs. Firstly it may play a role in hair initiation and secondly may be required for the elongation of hairs. Alternatively it may suggest that these are two parts of the same process.     

番茄SlMIP基因参与转基因拟南芥的渗透调节

本实验以野生型（WT）和转番茄SlMIP基因的拟南芥为材料,研究NaCl胁迫条件下对二者体内渗透调节特征的影响。结果发现, 在NaCl胁迫下,转SlMIP基因的拟南芥细胞膜损伤程度较轻,组织渗透势显著降低,并保持较高的组织含水量,生长受抑制程度明显低于野生型植株。转基因植株体内Na+ 含量和Na+/K+ 比值显著低于野生型拟南芥,K+含量虽有所下降但仍显著高于野生型植株,而且在盐胁迫下脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型拟南芥,表明转入番茄SlMIP基因后的拟南芥,通过增加水分子的吸收,减少钠离子的进入,增加了细胞内脯氨酸和可溶性糖的含量,进而影响植物的有机渗透调节能力,与此同时可能通过离子化区隔机制以及与质膜Na+/H+逆向转运蛋白的相互作用更有效地调节细胞内外的无机离子交换能力,使植物更有效地抵御盐害,表明番茄SlMIP水通道蛋白基因在植物盐胁迫下具有重要的渗透调节作用。     

Spore production by the vesicular-arbuscular mycorrhizal fungus Glomus monosporum as related to host species,root colonization and plant growth enhancement

Summary The vesicular-arbuscular mycorrhizal fungus Glomus monosporum was inoculated on grapevine (Vitis vinifera), red clover (Trifolium pratense), meadow grass (Poa pratensis) and onion (Allium cepa) as hosts in two experiments carried out in different environments. Grapevine and clover showed the largest growth response and spore production. Mycorrhizal infection was lowest in meadow grass. Very poor correlations were observed, on an overall basis, between spore production and per cent root infection or infected root length. Spore production per unit infected root length for each host species was a comparatively stable parameter; it was largest for grapevine and smallest for meadow grass in both experiments. Sporulation was positively correlated with growth enhancement by mycorrhizal plants, and growth increments per unit infected root followed the same trend as spore numbers per unit infected root, i.e. largest for grapevine and lowest for meadow-grass. It is concluded that the ability of G. monosporum to produce spores and to enhance plant growth per unit infected root length depends on the host plant species.     

拟南芥对多环芳烃菲胁迫的早期响应

选用模式植物拟南芥及3环的多环芳烃菲为材料, 研究了抗氧化酶和膜保护系统的早期响应及胁迫下相关基因mRNA的差异表达, 结果表明: 菲胁迫12 h时, 拟南芥叶片超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性明显高于对照, 清除超氧阴离子自由基()及过量H2O2的机制已启动.胁迫72 h时H2O2含量出现累积现象, 但膜系统仍未受到膜脂过氧化作用的明显伤害.随着胁迫时间的延长, 拟南芥的光合作用无论在mRNA水平还是细胞水平都受到影响.本研究揭示了氧化胁迫响应是植物对多环芳烃胁迫的重要早期应激反应.     

不同覆盖措施对枸杞根系生长和土壤环境的影响

耐旱枸杞是西北干旱地区重要的经济作物,为了进一步了解不同覆盖时间和覆盖材料对枸杞土壤环境和水分利用的影响,为枸杞抗旱节水栽培与水分高效利用研究提供理论依据,以3年生‘宁杞1号’为试验材料,研究了秸秆和地膜在春季和秋季进行覆盖后,枸杞根系生理特性和分布、土壤储水量和温度等根系和土壤环境的变化规律。结果表明:地膜和秸秆覆盖都可以提高土壤储水量,秋季覆盖更有利于冬季水分储存,使土壤储水量在早春分别增大到裸地对照的117.1%和114.4%;地膜和秸秆秋季覆盖使土壤平均温度比裸地对照高18.0%和7.1%,春季覆盖使平均温度比裸地对照分别高6.4%和2.3%;不同覆盖处理均可以增大根系比导率年平均值,秋季覆膜比导率变化最显著,达裸地对照的109.95%,春季覆秸秆比导率变化最小,仅为裸地对照的100.3%;覆盖处理在低温季节可以使根系活力升高,而在高温季节可以使根系活力降低;根冠比在秋季和春季覆膜后变化最显著,分别为裸地对照的87.42%和90.35%;表层0～20cm和水平距离40～60cm处,细根分布比例最大的均为秋季覆膜,分别达裸地对照的133.5%和116.7%,细根分布比例最小的均为春季秸秆覆盖。综合分析表明,覆盖模式与植株根系的生长、分布和土壤水分状况密切相关,使土壤环境和根系分布发生变化,更有利于利用土壤浅层和横向较远处的水分和营养物质。     

Influence of biopores on root growth,water uptake and grain yield of wheat (Triticum aestivum) based on predictions from a computer model

Summary The use of vertical biopores by wheat (Triticum aestivum) seminal roots for easy access to the subsoil and the consequences for plant water supply and yield has been investigated by computer simulation. Parameters included were: biopore density and diameter, depth of cultivation and strength of the subsoil — all under a wide range of seasonal weather conditions. The model predicts that biopores add significantly to root penetration at depth, even at a density of 0.1% v/v of small, vertical pores, while 1.5% to 2.0% v/v can ensure maximum root penetration. When the growing season is shorter a larger number of biopores is needed to ensure timely root penetration to depth. With shallow tillage, biopores occur closer to the soil surface, and their importance is increased. Deeper root penetration invariably gives greater water uptake and transpiration, but may have a negative effect on grain yield, especially under the driest climatic conditions. An increase in early water use may result in less soil water being available during the grain-filling period. The effect of biopores on plant transpiration varies from year to year, depending on the amount of rain and its distribution in time, and on the amount of soil water stored at time of sowing.     

Effect of Azospirillum brasilense inoculation on root morphology and respiration in tomato seedlings

Summary The level of Azospirillum brasilense strain Cd colonization in the rhizosphere of some vegetables was 10⁴–10⁵ colony-forming units (CFU) per root of one plant in 2-week-old plants inoculated with 5 × 10⁸ Azospirillum cells. Significant increases in root length (35%) and in top (90%) and root (50%) dry weight and total leaf area (90%) were observed in 18-day-old inoculated tomato plants compared with non-inoculated controls. An inoculum concentration of 1 × 10⁸ to 5 × 10⁸ CFU/ml stimulated the appearance of root hairs. Large numbers of bacteria (1 × 10⁹ CFU/ml) caused asymmetrical growth of the root tip. In a petri dish system, Azospirillum (1 × 10⁸ CFU/ml) increased root dry weight (150%), protein content (20%), respiration rate per root (70%) and the specific activity of malate dehydrogenase (45%–65%) over non-inoculated controls. The specific respiration rate, expressed as micromol of O₂ per minute per milligram of dry weight of roots, was significantly lower in inoculated roots, suggesting that less energy was spent for accumulation of more dry material.     

黄瓜砧木对南方根结线虫生长发育的影响及其与根系分泌物的关系

黄瓜是设施主栽蔬菜,长期连作导致根结线虫病发生和危害加重;嫁接是提高黄瓜对根结线虫抗性的有效手段,但不同砧木品种间存在差异。为探明嫁接提高黄瓜抗根结线虫能力的机制,试验选用不同抗性的砧木品种‘云南黑籽南瓜’(低感)和‘甜砧南瓜’(高感),以‘新泰密刺’自根黄瓜为对照,采用人工接种,研究了黄瓜砧木对南方根结线虫生长和繁殖的影响,并探讨了根系分泌物与线虫卵孵化的关系。结果表明:线虫侵染初期,3个品种根内的二龄幼虫(J2)数差异显著,‘云南黑籽南瓜’最少,‘甜砧南瓜’次之,‘新泰密刺’最多;侵入根内的J2均能正常发育为成虫,根内线虫总数以‘云南黑籽南瓜’最少,‘新泰密刺’最多;根际J2数量以‘新泰密刺’最多,‘云南黑籽南瓜’最少;发生二次侵染前,根际卵粒数呈现出相同的特点。黄瓜及其砧木根系分泌物明显影响根结线虫卵的孵化,孵化率以‘云南黑籽南瓜’最低,‘甜砧南瓜’次之,‘新泰密刺’最高;接种根结线虫后,根系分泌物影响下的卵孵化率较未接种时明显增加,‘新泰密刺’增幅最大,‘云南黑籽南瓜’增幅最小;随着生育时间延长,三者根系分泌物对卵孵化的促进作用逐渐增强。低感砧木根系分泌物对南方根结线虫卵孵化具有明显的抑制作用,可显著降低线虫在其根内及根际的发育,可能是抗线虫的机制之一。