低磷胁迫对烤烟云烟87糖代谢及营养元素吸收的影响机理初探

为了探明低磷胁迫对烟草糖代谢及养分吸收的影响机理。以云烟87为试材,设置正常供磷（T1,1 mmol/L Pi）和低磷（T2,0.1 mmol/L Pi）两个处理的沙培试验,检测低磷胁迫下烟株不同部位的蔗糖、淀粉、营养元素的含量及糖代谢相关酶的活性,分析糖代谢关键基因（SUT1、INV、AGPase）及高亲和营养元素转运蛋白家族基因（PT1、PT2、HAK1、IRT1）的表达差异。结果表明：①低磷胁迫显著增加了烟株根部和地上部的蔗糖含量;虽然焦磷酸化酶（AGPase）基因在低磷条件下表达量下调,但是由于淀粉酶活性被强烈抑制,淀粉含量仍显著增加;②低磷胁迫增加了烟株根部和地上部K和Fe的含量,降低了Mg的含量,Ca含量差异不显著;K和Fe的积累可能是由高亲和钾转运蛋白（HAK1）及铁调控转运体基因（IRT1）的表达量提高引起的,为磷与其他营养元素之间的互作提供理论基础。     

植物对磷饥饿的反应研究进展

磷是构成生命的重要元素之一,也是土壤中有效性最低的一种营养元素。中国是世界上最大的小麦生产国。但是中国耕地中有59%的土壤缺磷。农作物的产量常受到缺磷的影响而受损。土壤缺磷并不是土壤中总磷量低,而是土壤中可供植物直接吸收利用的有效态磷含量低。植物在磷饥饿时会发生各种各样的变化,以尽最大可能满足自身对磷的需求。植物对缺磷的反应是一个复杂的网络过程。大约有100多个基因参与了植物对缺磷的反应。其中主要的有磷转运蛋白基因、核糖核酸酶基因、磷酸酶基因等。植物在吸收外界的磷的过程中磷转运蛋白发挥了重要作用。植物磷转运蛋白基因按照序列相似性可以划分为H /Pi共转运家族(Pht1家族)和Na /Pi共转运家族(Pht2家族)。按照吸收动力学的标准可以分为高亲和力磷转运蛋白和低亲和力磷转运蛋白两种。磷饥饿时植物对磷吸收能力的增强的原因之一是增加了磷转运蛋白分子的合成数目。目前尽管人们对植物吸收磷的理解已经有了长足的进步,但是在植物对磷的具体调控机制、磷的跨液泡膜运输等重要方面仍然没有明确的结果。     

植物磷胁迫条件特异性表达基因研究进展

磷是植物生长发育必须的元素,然而多数土壤中可利用磷的含量却很少能满足作物的需要,因而作物磷素营养研究成为广泛研究的课题。目前,磷素营养的研究已深入到分子水平。在磷缺乏时,植物根和茎中发现了许多磷缺乏特异性表达的基因,包括高亲和力磷转运子、有机酸的分泌相关基因、酸性磷酸酶、TPSI1/Mt4基因家族等。这些磷缺乏特异性基因的表达对植物吸收利用磷起到重要作用。磷缺乏特异性表达基因的研究为了解植物适应磷胁迫的机制、提高磷利用率改良作物奠定了基础。     

磷转运蛋白基因TaPHT2;1在染色体上定位 及对小麦磷素吸收和利用效率的影响

【目的】以中国春遗传背景的整套B染色体双端体为材料,鉴定磷转运蛋白基因TaPHT2;1的染色体定位特征。解析不同供磷水平下,上述材料和不同磷利用效率小麦品种该基因的表达特征及其与植株干物质生产能力和磷效率特征的联系。【方法】采用溶液培养法水培中国春（CS）及该品种遗传背景的整套B染色体组双端体和不同磷效率小麦品种材料。以B染色体组供试端体为材料进行TaPHT2;1 PCR扩增,鉴定TaPHT2;1在染色体上的定位。采用半定量RT-PCR及qRT-PCR技术分析B染色体组供试端体和小麦品种TaPHT2;1的表达水平。采用常规分析技术,测定供试材料单株干重和磷吸收参数。【结果】①PCR检测发现,在CS及所有供试B染色体组双端体材料中,除缺失1B长臂的1BS外,其它所有材料均能特异扩增出目标基因TaPHT2;1,表明TaPHT2;1定位在1B长臂。②丰、缺磷条件下,TaPHT2;1在CS及除1BS外双端体根、叶中的表达均表现为叶片优势表达特征,且在叶片中表达受到低磷胁迫的诱导。TaPHT2;1在根系中的表达不受低磷逆境调控。表明TaPHT2;1在介导丰磷下磷素吸收、转运及增强低磷下植株体内磷素再度调运中可能发挥重要功能。③丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株干重和全磷含量显著降低;缺磷条件下,1BS的单株干重与CS相比也显著下降,但全磷含量增加。表明位于1B染色体长臂后的磷转运蛋白基因TaPHT2;1,对丰、缺磷条件下的植株磷素吸收、转运具有较大影响,进一步对不同供磷水平下的植株干重产生重要调控效应。④丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量显著增加,磷利用效率没有改变;缺磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量没有变化,磷利用效率显著降低。不同磷利用效率品种相比,丰磷条件下,随着品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重、全磷含量和单株磷累积量也随着增加;缺磷条件下,随着小麦品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重和磷利用效率也随之增高,但全磷含量呈下降趋势,单株磷累积量品种间差异较小。因此,TaPHT2;1的表达水平与小麦品种丰、缺磷条件下的磷素吸收、利用和干物质积累能力具有紧密联系。【结论】小麦磷转运蛋白基因TaPHT2;1位于1B染色体长臂。该基因通过其特定对外界供磷水平产生应答,在较大程度上调控植株的磷素吸收和利用能力,对不同供磷水平下的植株干重产生重要影响。TaPHT2;1在调控植株丰磷下磷素吸收和低磷下磷素利用中发挥重要作用,可作为鉴定小麦品种磷效率的评价指标。     

小麦锌指蛋白基因TaZAT6的克隆、特征分析及其在不同磷水平下的表达

 【目的】在克隆小麦锌指蛋白基因TaZAT6的基础上,深入研究该基因的分子特征和在不同磷水平下的表达特性。【方法】通过对富集石新828不同低磷胁迫时间点特异表达基因的cDNA差减文库克隆测序,获得1锌指蛋白型转录因子基因EST。利用RT-PCR技术,在低磷处理24 h的石新828和冀7369根系中克隆了该锌指蛋白基因TaZAT6,并采用该技术进一步研究该基因应答介质中Pi的特征。【结果】TaZAT6开放阅读框为717 bp,编码238个氨基酸残基,编码的蛋白质中含有1个保守的核定位区、2个C2H2锌指蛋白域和1个DLN保守盒。系统进化分析表明,TaZAT6可能与另外2个小麦锌指蛋白基因ZAT22和ZAT23具有共同的祖先。TaZAT6的表达表现为明显的低磷诱导特性,恢复至正常磷水平下其表达降低至磷胁迫前水平。与磷低效品种冀7369相比,石新828根叶中TaZAT6具有更强应答低磷胁迫能力。小麦高亲和磷转运蛋白基因TaPT2对生长介质中Pi的响应特点与TaZAT6相似,表明TaZAT6可能参与了对TaPT2的转录调节。【结论】低磷胁迫条件下,石新828中 TaZAT6具有较强应答Pi能力,由此进一步调控下游基因表达,可能与该品种在低磷下表现磷高效具有密切联系。     

植物吸收和转运磷素的分子机理研究进展

磷素是植物必需的大量营养元素,植物对磷素的吸收和植物体内磷素的再度转运是位于细胞原生质膜上的磷转运蛋白介导的需能主动运输过程。概述了植物吸收和转运磷素的生理特征,植物磷转运蛋白(PT)的结构、功能和PT及磷调节子Pho基因的表达调控机制,以及突变体技术在植物磷吸收、转运中的研究进展和应用前景。旨在为今后在分子水平上进一步揭示植物对磷素吸收和转运的生物学机制提供理论依据。     

植物低磷胁迫信号转导与适应性反应研究进展

磷是植物生长发育所必须的大量元素之一,据调查世界范围内大量耕地有效磷缺乏,植物生长发育和作物产量因此受到限制。在长期进化过程中,耐低磷植物在早期响应基因(主要与低磷信号感受和转导有关)和后期响应基因(主要与形态、生理生化和代谢有关)的协同作用下形成了多种低磷适应机制。从低磷信号的感受和转导,形态、生理生化和代谢适应性机制方面综述了目前植物耐低磷方面的研究进展。以期为植物低磷信号转导和适应机制研究及耐低磷作物品种的培育提供依据。     

Pht1家族在几种植物中的研究进展

植物磷转运蛋白是植物磷营养中必需的一种膜蛋白。植物磷转运子在植物根系中负责磷的吸收、转运,其表达受磷调控,磷元素广泛存在于动植物组织中,是植物生长所必需的大量无机营养元素之一,在诸多代谢过程中都起着举足轻重的作用。在植株中,磷素通过磷酸盐转运蛋白吸收和转运,该蛋白在调控植株对磷素吸收、利用效率等方面具有重要作用。植物基因组中含有大量推测的以基因家族的形式存在的编码磷转运蛋白基因。目前已知的磷转运子分为五大家族Pht1、Pht2、Pht3、Pho1和Pho2。文中主要综述了水稻、大豆、玉米、小麦、拟南芥、番茄、苜蓿、马铃薯中Pht1家族的结构、功能及表达调控方面的研究进展。     

拟南芥突变体在磷饥饿反应研究中的应用

磷是构成生命的重要元素之一,也是土壤中有效性最低的一种营养元素。农作物的产量常受到缺磷的影响而受损。研究植物对磷饥饿的反应对于培育耐低磷农作物、减轻农民大量施磷肥的负担具有重要意义。将单基因拟南芥突变体与野生型进行比较是从分子到生理研究植物功能的一种理想方法。目前广泛应用的突变体主要有磷转运功能缺陷突变体、有机酸分泌功能缺失突变体、为研究某一特定基因功能而创造的突变体和根部形态突变体四类。它们在研究植物体内磷的转运、代谢、对磷的吸收和验证基因功能等方面发挥了重要作用。但是,在植物对磷饥饿的反应中,磷的跨液泡膜运输、植物对磷的具体调控机制等重要问题目前还没有明确的结果。如何创造针对性强的筛选方法,诱导筛选更多的专一突变体是将来解决这些问题的一个基本途径。     

植物低磷胁迫信号转导与适应性反应研究进展

磷是植物生长发育所必须的大量元素之一,据调查世界范围内大量耕地有效磷缺乏,植物生长发育和作物产量因此受到限制。在长期进化过程中,耐低磷植物在早期响应基因（主要与低磷信号感受和转导有关）和后期响应基因（主要与形态、生理生化和代谢有关）的协同作用下形成了多种低磷适应机制。从低磷信号的感受和转导,形态、生理生化和代谢适应性机制方面综述了目前植物耐低磷方面的研究进展。以期为植物低磷信号转导和适应机制研究及耐低磷作物品种的培育提供依据。     

全基因组范围内分析玉米磷转运体家族基因

磷转运体在磷吸收和转运过程中具有重要功能,目前对玉米磷转运体研究相对较少。从全基因组范围内鉴定玉米磷转运体并分析其特性,包括：染色体分布、系统进化发育、基因与蛋白结构、保守序列构成、相关顺式作用元件和表达模式。通过分析,发现40个玉米磷转运体,这40个玉米磷转运体分布于除第9染色体外的其他9条染色体,可以细分成4个类群,ClustersⅠ、Ⅳ基因结构和蛋白结构相对保守。进一步分析发现这40个玉米磷转运体中的14个保守序列和启动子区域20个顺式作用元件。并且分析了ClusterⅠ中13个成员在玉米不同发育时期不同组织中的表达情况,发现各基因表达方式不同,具有组织特异性或发育时期特异性。该结果可为进一步分析玉米磷转运体功能和调控机制、提高玉米磷利用效率提供信息。     

低磷条件下VD_3对大鼠小肠NaPi-Ⅱb mRNA表达及磷吸收的调控

【目的】本试验旨在研究低磷条件下VD3对磷吸收的调节作用。【方法】选择40只断奶后大白鼠(雄),随机分为0.2%(低磷组)和0.6%(正常磷组)两磷(总磷)水平组,每组5个重复,每重复4只大白鼠,试验期7d。试验前6d,每组每只大白鼠肌注VD3代谢抗干忧药物EHDP(二磷酸盐);宰前的12h,每组2只老鼠以600ng/kg.wt剂量注射VD3,为试验组;另2只不注射,为对照组。第7天早晨屠宰、取样。测定血清和骨组织中钙磷及小肠NaPi-Ⅱb载体蛋白mRNA表达量和磷的吸收等指标。【结果】(1)低磷水平对照组骨钙、骨磷分别比正常磷水平低3.33倍(P0.01)和3.03倍(P0.01)。两磷水平试验组VD3含量比对照组高3.08倍和2.32倍,差异极显著;(2)0.2%磷水平小肠各段和肾脏Na+/PiⅡb mRNA表达量试验组皆极显著高于对照组;(3)两磷水平试验组4个部位磷的吸收皆显著或极显著高于对照组,0.2%磷水平试验组较对照组磷吸收4个部位分别提高:51.76%、62.68%、57.79%、47.37%。0.6%磷水平组分别提高18.19%、39.22%、54.72%、39.83%。【结论】(1)低磷情况下,VD3是调节磷吸收的一个重要因素,补充VD3可提高NaPi-Ⅱb转运蛋白mRNA的表达和磷的吸收;(2)VD3对磷吸收的提高作用随着磷水平的增加而减弱。     

不同植被群落下土壤有机质和速效磷的小尺度空间变异

【目的】研究鄂尔多斯沙地不同植被群落对小尺度土壤养分空间变异的影响。【方法】通过对鄂尔多斯沙质荒漠化地区两种典型植被群落下的土壤以0.3 m等间距的网格取样（n=81）,对土壤有机质含量、土壤养分含量微尺度空间变异进行地统计学分析。【结果】本氏针茅群落下土壤有机质含量和有效磷的半方差函数呈线性模型，本氏针茅群落下表层土壤养分的空间变异特征受随机因素的影响较大，在调查范围内没有空间相关性。油蒿灌丛周围表层土壤的有机质和有效磷含量的半方差函数可用球状模型和指数模型来描述，表层有机质含量的独立间距为1.25 m，有效磷含量的独立间距为1.14 m，均与油蒿灌丛的冠幅相近，土壤有机质含量和有效磷含量具有强烈的空间自相关性。【结论】两种植被下的土壤有机质和有效磷含量的差异显著；在亚米采样尺度上，本氏针茅群落下土壤有机质、有效磷含量的空间变异较小，而油蒿灌丛群落下表层有机质、有效磷的分布具有明显的以灌丛群落为中心的同心圆结构，有较强的空间自相关性。     

黄腐酸对番茄幼苗适应低磷胁迫的生理调控作用

【目的】磷是植物生长发育的关键元素之一,缺磷会严重影响作物的产量和质量。黄腐酸作为一种天然有机物,在促进植物生长的同时还能提高植物的抗逆能力。开展黄腐酸对番茄幼苗适应低磷胁迫生理调控作用研究,明确黄腐酸对番茄适应低磷胁迫的生理调控机制,对黄腐酸缓解番茄“遗传学缺磷”的概念和机理做出合理解释。【方法】采用Hogland营养液水培方式,以番茄‘金棚1号’为供试品种,待番茄幼苗长到三叶一心时移到水培盆中缓苗7 d,外源添加不同浓度（0、0.04、0.08、0.12、0.16和0.20 g·L^-1）黄腐酸,研究其对低磷胁迫（10 μmol·L^-1）下番茄幼苗生长、根系发育、光合作用性能、磷素吸收和分配、有机酸积累和分泌等生理过程的影响。【结果】低磷胁迫下,随着黄腐酸施用量的增加,番茄幼苗的各项生理指标基本呈现先增后降趋势。当黄腐酸的施用浓度为0.08 g·L^-1时,显著提高根冠比;增加叶绿素含量,提高叶片光合作用性能;提高番茄不同组织中磷素积累、分配和转运;提高磷转运相关基因（PT1和PHO1）的表达,其中PT1能促进番茄幼苗根系向环境中吸收磷酸盐缓解低磷胁迫;PHO1能促进磷酸盐由根系向茎叶分配从而有效缓解地上部缺磷。黄腐酸能提高根系有机酸（草酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和酒石酸）积累,降低根系中无氧呼吸产物乳酸和乙酸含量,促进质子泵基因（HA1）的表达,促进根系泌酸,这种生理代谢变化有利于将环境中难溶性的磷转变为可溶性的磷,并促进植物根系对磷素吸收;增强生长发育相关转录因子（GRAS1）表达,降低叶片花青素积累。【结论】通过低磷胁迫下添加一定浓度的黄腐酸可明显改善番茄幼苗地上部生长及根系发育,可在一定程度上缓解植物的缺磷症状。     

植物磷酸运转器的结构与功能研究进展

磷酸运转器作为调节植物光合产物运转的关键蛋白之一，一直是光合作用研究的重要内容，且多集中在对其运转的生理生化功能的研究。总结了不同类型植物的质体中磷酸运转器的基因结构及其特性，同时也比较了它们的功能。磷酸运转器由核DNA编码，分子量约为36000D。不同的磷酸运转器起源于同一祖先，后相续进化而形成。同一植物不同的基因编码不同的磷酸运转器。C3植物的磷酸运转器调节磷酸（Pi）、磷酸二羟丙酮（DHAP）和3-磷酸甘油酸（3PGA）之间的反向交换运输，而2-磷酸甘油酸（2PGA）、磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）、葡萄糖-6-磷酸（G6P）很少或根本不被运输。C4和CAM植物叶绿体中的磷酸运转器除了上面提到的代谢物以外还运输PEP，植物根质体中磷酸运转器也运输G6P。植物同一片叶子不同的细胞具有不同的叶绿体磷酸运转器。表1参36     

不同磷肥用量对油菜产量、肥料利用率及土壤养分的影响

本研究连续3年在油菜主产区进行不同磷肥施用量对油菜籽产量、磷肥利用率及土壤养分的影响。结果表明,增施磷肥可促进油菜生长发育,对株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重均有显著提高,施磷78.75kg/hm²时产量最高,增产30%。增施磷肥油菜磷肥利用率、磷肥生理利用率和磷肥农学利用率先升而后降,磷肥利用率变幅在9.35-15.88%、生理利用率变幅在40.82-71.21 kg/kg、农学利用率变幅在6.61-8.73 kg/kg;偏生产力则随磷肥用量的增加而下降。增施磷肥可提高部分土壤养分含量,对土壤有效磷含量有明显提高。油菜净收益随施磷量的增加而增加,过量施磷净收益下降。综合上述研究拟推荐本地区油菜生产中磷肥适用量为78.75 kg /hm²。     

济麦22及其转TaPHR1基因植株的磷胁迫反应研究

采用营养液培养体系,研究不同供磷处理条件下,受体济麦22及其转磷高效基因TaPHR1株系的生长反应、根系形态特征及对磷的吸收、分配和利用能力的差异。结果表明:1)通过农杆菌介导方法获得的TaPHR1基因过量表达的转基因植株后代有更强的耐低磷胁迫的能力;2)在水培条件下,小麦对磷饥饿胁迫的反应总体上表现在生物量降低、根冠比提高、根长及表面积增大、根半径减小,磷吸收和利用效率改变,不同基因型间变化趋势相同,但变化幅度存在差异;3)对这些反应特征的分子机理的深入分析可为有效筛选磷高效小麦新种质以及发掘磷高效基因资源提供参考依据。