NH4+的吸收对水稻根系细胞膜电位的影响

利用微电极技术分别测定了2个水稻品种即武育粳3号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)幼苗根尖细胞在吸收不同NH4+浓度(0.0250、.05、0.1、0.5、1.0和1.5.mmol/L)下膜电位的变化特征。结果表明,水稻根系吸收NH4+引起膜的去极化,去极化到一定程度出现部分复极化,有一小部分根系还有超极化现象。去极化大小随外界处理液中NH4+浓度的增加而加强,达到一定程度以后趋于平稳,吸收进程符合Michaelis-Menten动力学特征。两个品种产生的去极化程度不同,武育粳3号产生的去极化大小平均为16.5.mV,扬稻6号产生的去极化大小平均为22.6.mV。在低浓度NH4+(1.0.mmol/L)处理下,扬稻6号对NH4+较敏感,产生的去极化大小平均为17.5.mV,高于武育粳3号(去极化大小平均为10.9.mV),两个品种产生的去极化大小差异显著(p0.05)。研究结果表明,扬稻6号吸收NH4+的能力比武育粳3号强,这与吸收动力学的结果是一致的。     

不同水稻品种根尖吸收NO3-过程中表皮细胞膜电位变化特征

越来越多的结果表明给水稻提供部分硝酸盐营养可促进水稻的氮素总吸收量并明显改善水稻的生长发育。利用微电极技术分别测定了4个水稻品种即农垦57(粳稻)、泗优917(杂粳)、扬稻6号(籼稻)和汕优63(杂籼)幼苗根尖表皮细胞在3种NO3^-浓度(0．1mmol L^-1、1mmol L^-1、10mmol L^-1)处理过程中膜电位的变化特征。结果表明：水稻根系吸收NO3^-引起膜的去极化，去极化到一定程度出现复极化。去极化程度随外界处理液中NO3^-浓度的增加而加强，0．1mmol L^-1 NO3^-处理产生的去极化值平均为7mV，1mmol L^-1 NO3^-处理的平均为11mV，10mmol L^-1 NO3^-处理的平均为21mV；就复极化来说，0．1mmol L^-1 NO3^-处理自动出现复极化，1mmol L^-1 NO3^-处理和处理10mmol L^-1 NO3^-处理只有当除去NO3^-时才出现复极化。就单位时间膜电位变化大小而言，扬稻6号对外界NO3^-较敏感，3种NO3^-浓度引起的去极化值均高于其他3个品种，表现出对NO3^-的吸收能力较强；泗优917和汕优63表现出相似的去极化大小和相似的反应时间，而农垦57对NO3^-相对不敏感，3种NO3^-浓度引起的去极化值均低于其他3个品种，表现出对NO3^-的吸收能力较弱。另外，有部分品种的水稻根在吸收NO3^-以后表现为膜电位先超极化后去极化。上述结果表明用根系对NO3^-响应的细胞膜电位变化来研究水稻的硝酸盐营养是有可行性的。     

水稻幼苗根系吸收NO3-对细胞膜电位的影响

利用玻璃微电极技术测定了扬稻6号(籼稻)幼苗根尖细胞在吸收不同NO3-浓度(0.01、0.02、0.1、0.2、0.5、1.0和2.0.mmol/L)过程中膜电位的变化。结果表明,1)水稻根系吸收NO3-引起膜的去极化,去极化到一定程度后出现复极化;有小部分水稻根表现为超极化。在0.01～1.0.mmol/L范围内,去极化大小随外界NO3-浓度的增加而增加,且差异显著(P0.05)。0.01.mmol/L.NO3-产生较小的去极化,平均为3.8.mV;0.5.mmol/L.NO3-产生了最大去极化,平均为40.2.mV;当外界NO3-浓度大于1.0.mmol/L时膜电位去极化大小呈下降趋势。根系吸收不同浓度的NO3-而使膜电位去极化的进程符合Michaelis-Menten动力学。2)复极化有部分复极化和完全复极化两种。超极化也有两种:一种是膜电位先超极化,后缓慢复极化;另一种是先出现一个小的去极化,然后是较大幅度的超极化。3)运输蛋白抑制剂PGO抑制了根系吸收NO3-而产生的膜电位的响应。4)对于经CaSO4溶液预培养的水稻来说,C2+主要引起膜电位超极化。     

铝胁迫下磷对水稻苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率的关系

选用两个耐铝性差异较大的水稻品种武运粳7号(耐铝品种)和扬稻6号(铝敏感品种)作为实验材料,利用水培铝-磷交替处理试验研究了磷对水稻铝胁迫下苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率之间的关系。结果表明,从水稻铝-磷交替处理下的生物量和根系形态等指标来看,P缓解了Al对两个水稻品种的毒害作用,且对敏感品种扬稻6号的缓解作用更加明显。铝-磷交替处理下,武运粳7号的体内磷含量显著高于扬稻6号的,而根部铝含量显著低于扬稻6号,因此武运粳7号体内的P/Al显著高于扬稻6号;同时,虽然两个品种间根表及根自由空间中Al浓度没有差别,而武运粳7号根表及根自由空间中P浓度显著高于扬稻6号,表现出耐铝品种更强的质外体解铝毒能力,这可能与武运粳7号较强的磷吸收效率有关。此外,与耐铝品种武运粳7号相比,铝敏感品种扬稻6号虽然磷吸收效率低,但利用效率高,即两个水稻品种的耐铝性与水稻的磷吸收效率和利用效率不一致,这为酸性土壤水稻育种提供了理论基础,即选育适应酸性土壤的水稻基因型不仅要关注其耐铝性还要关注其磷利用效率。     

铵态氮营养下水稻根系分泌氢离子与细胞膜电位及质子泵的关系

为了研究水稻在铵态氮营养下分泌氢离子的机理,采用不同浓度的铵态氮（0.1～1.0 mol/L）处理水稻幼苗根系,4h后用1 mol/L NaOH滴定培养液,计算氢离子的分泌量;同时,将水稻根系用多聚糖PEG-DEXTRAN两相系统分离出细胞膜囊体,并测定细胞膜H+-ATPase的水解活性和质子泵活性。另外,利用毛细管微电极测定水稻根细胞在上述不同铵浓度下膜电位的变化,以阐明水稻根系吸收铵态氮后分泌氢离子与细胞膜电位及细胞膜质子泵之间的关系。结果表明,随着培养液中铵离子浓度的升高,根系分泌氢离子的量随之增加;分离细胞膜后,离体细胞膜囊体H+-ATPase的水解活性和质子泵活性也相应增强。原位测定细胞膜电位时,膜电位去极化程度亦随NH4+浓度的升高而升高;氢离子分泌量与细胞膜电位、细胞膜H+-ATPase水解活性及质子泵活性之间的均具有一定的相关性。说明根系在NH4+-N营养下分泌氢离子是由于细胞膜上H+-ATPase主动泵出氢离子造成的,这与根系吸收NH4+后引起细胞膜去极化,需要通过提高质子泵活性来维持膜电位有关。     

PEG-6000模拟干旱对水稻幼苗期根系的影响

试验研究了不同PEG-6000浓度(0g·L-1、50g·L-1、125g·L-1和200g·L-1)对"湘丰早119"(耐旱)和"爱华5号"(干旱敏感)2个水稻品种的根体积、根粗、最长根长、侧根长、不定根长、根总长度、根数量、根系质膜相对透性和POD活性的影响。结果表明:耐旱水稻品种和敏感水稻品种根部的形态指标除根数量外都受严重干旱(200g·L-1PEG-6000)抑制,敏感品种更为明显;形态指标在各浓度PEG-6000处理下随着处理时间的延长而增大,且这些指标一般在不同浓度PEG处理3～4d后产生明显差异;根系POD活性随处理浓度升高而增大,随处理时间延长,耐旱品种POD活性的上升速度大于敏感品种;根系质膜相对透性随处理浓度升高而增加,随处理时间延长而增大,敏感品种的质膜相对透性高于耐旱品种;耐旱品种的根系较敏感品种更粗、更长,根系茁壮程度优于敏感品种。根数量和根系质膜相对透性不应作为耐旱选择指标。     

重金属胁迫对水稻不同品种超氧化物歧化酶的影响

用不同浓度的Cd2 + 、Cu2 + 和Hg2 + 处理花期的扬稻 6号 (籼稻 )、武育粳 8号 (粳稻 )和协优 81 8(杂交稻 ) ,测定各器官SOD活性 ,并进行SOD同功酶的电泳分析。结果表明 ,较高浓度重金属显著抑制各品种根系SOD活性 ,也抑制叶片SOD活性 ,但抑制程度因重金属种类和品种类型而异。各浓度均抑制武育粳穗SOD活性 ,但诱导扬稻 6号穗SOD活性增高。协优 81 8穗SOD活性受Cd2 + 抑制 ,但却受高浓度Cu2 + 和Hg2 + 诱导。≥ 2 0ppmCd2 + 、Cu2 + 和Hg2 + 均抑制水稻根系SOD同功酶表达 ,但诱导扬稻 6号和协优 81 8穗SOD同功酶表达。Mn SOD和Cu Zn SOD同功酶对重金属胁迫的敏感性不同 ,重金属对水稻根系Mn SOD的抑制程度明显高于Cu Zn SOD。     

重金属胁迫对水稻叶片过氧化氢酶活性和同功酶表达的影响

本文报道了浓度为 0 0 5～ 2 0mM的重金属Cu、Cd、Hg胁迫对 3个不同类型水稻品种幼苗叶片过氧化氢酶 (CAT)活性和同功酶表达的影响。结果表明 :( 1 )在胁迫浓度为 0 0 5～ 2 0mM范围内 ,CAT活性随Cu和Cd浓度的增高而持续下降 ;CAT活性随Hg浓度的增高表现为先下降 ,再略有升高 ,然后又明显下降 ,表明浓度为 0 0 5～ 2 0mM的Cu、Cd、Hg胁迫显著抑制 3个不同类型水稻品种幼苗叶片CAT活性。( 2 )应用聚丙烯胺浓度梯度电泳对CAT同功酶分析显示 ,正常情况下水稻叶片中有 1～ 2个CAT同功酶的表达 (武育粳叶片中表达 2个 ,扬稻 6号和汕优 81 8叶片中表达1个 )。 0 1mM的Cd胁迫能诱导武育粳叶片 ,0 1mM的Cd和Hg胁迫能诱导扬稻 6号叶片表达 1个新的CAT同功酶。尽管如此 ,正常表达的CAT同功酶仍受到重金属Cu、Cd、Hg胁迫的抑制     

供铁水平对不同氮源条件下水稻生长和元素吸收 积累的影响及种间差异

采用控制条件下的水培试验方法,研究了不同氮源条件下,外源供铁水平对粳稻品种中花11和籼稻品种扬稻6号的苗期生长特征、铵含量和铁、钾离子含量的影响。结果表明:外源铁浓度水平升高会显著缓解铵抑制的粳稻中花11的根系长度,但不缓解铵抑制的籼稻品种扬稻6号根长。外源铁浓度升高处理会显著增加两水稻品种根部铁离子含量,而显著降低两水稻品种铵态氮条件下水稻根部铵离子含量,且两品种间变化趋势相似。高量铵/铁共胁迫条件下,两水稻品种根部钾离子含量均显著降低,且两品种间变化趋势相似。粳稻中花11根系生长明显更耐铁毒害胁迫;硝态氮条件下,籼稻品种扬稻6号根部钾离子变化对铁毒害胁迫更敏感。上述结果显示外源铁浓度水平对根系铵毒害的缓解效果在不同水稻生态型之间存在差异,且这种差异可能与铁胁迫抗性之间存在关联。     

不同浓度硫处理下硒镉交互胁迫对水稻幼苗的生理特性影响

以淮稻6号为试验材料,采用水培的方法,研究了不同硫（S）浓度下（9、720mg·L-1）硒（Se）（5mg·L-1）和镉（Cd）（1、10mg·L-1）交互胁迫对水稻幼苗一些生理特性的影响,主要研究指标包括生物量、巯基物质含量和硒、镉含量。结果表明：（1）Cd对水稻幼苗各部分生长状况抑制能力大小不同,其对根长的抑制作用明显大于对茎长的抑制;（2）在无Se条件下,随着Cd浓度的增加,Cd对水稻幼苗生长的毒性不断增大,在加入一定浓度的Se后,Cd的毒性作用得到缓解;（3）在不同浓度S处理和Se、Cd交互胁迫下,随着S浓度增大,Cd对水稻幼苗毒性作用减轻;但高浓度的S处理反而对Cd与Se交互实验中Cd的毒性产生协同作用;（4）高浓度的S处理可以抑制水稻幼苗对Se的吸收;（5）巯基物质含量随着胁迫时间的增加呈先上升后下降的趋势。在Se、Cd交互实验中,低浓度S处理可以提高水稻幼苗中GSH和PCs的含量,从而促进植株体内重金属和PC的络合作用,缓减Cd对水稻幼苗的毒害。     

SO2诱导拟南芥气孔保卫细胞致死效应研究

以拟南芥叶片下表皮为材料,研究了SO2体内衍生物——亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液（3：1,mmol·L^-1／mmol·L^-1）对气孔保卫细胞的致死作用。结果表明,浓度0．5～4．5mmol·L^-1的SO2衍生物处理表皮3h可引起保卫细胞死亡,细胞死亡率呈浓度依赖性增高。抗坏血酸（AsA）或过氧化氢酶（CAT）与SO2衍生物共同作用时,保卫细胞死亡率显著降低。Ca^2＋合剂乙二醇双四乙酸（EGTA）或Ca^2＋通道抑制剂LaCl3与SO2衍生物共同作用时,保卫细胞死亡率亦显著降低。研究发现,一定浓度的SO2可诱导拟南芥保卫细胞死亡,胁迫可能通过诱导活性氧、激活质膜钙通道,造成胞外Ca^2＋内流,引发细胞死亡。     

外源NO对镉胁迫下长春花质膜过氧化ATP酶活性及光合特性的影响

为了解镉胁迫下外源NO对地被植物生理响应的调控机制,采用盆栽试验研究了外源NO（SNP）对镉胁迫下长春花幼苗生长、活性氧代谢、质膜ATP酶活性及光合特性的影响。结果表明,外施100μmol·L^-1SNP能缓解25mg·kg一镉胁迫对长春花幼苗生长的抑制,增加叶长、叶宽、株高、基径和生物量。与镉胁迫相比,施用SNP能够降低叶片和根系中丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）含量和过氧根离子自由基（O2^-·）产生速率,提高过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性及还原型谷胱甘肽（GSH）含量。SNP能显著缓解镉胁迫对叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）和总叶绿素的抑制,提高叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和气孔限制值（Ls）,降低胞间CO2浓度（G）和瞬时光能利用效率（LUE）。同时,外源NO能诱导叶片和根系中质膜H＋-ATPase和Ca2＋-ATPase活性提升到正常水平（对照）。但外施100μmol·L-1 NO分解产物NaNOx或SNP相似物Na3Fe（CN）6对镉胁迫则无明显缓解作用。因此,外源NO可通过提高活性氧清除能力,增加叶绿素含量,增强质膜ATP酶活性,从而提高叶肉细胞光合能力,加强离子跨膜运输和信号转导,缓解镉胁迫对细胞质膜的损伤。     

不同种类蔬菜苗期对镉的敏感性研究

产地环境中镉（Cd）对蔬菜的影响主要表现为蔬菜可食部分超标,高浓度时影响其生长发育,基于评述蔬菜幼苗对Cd的敏感性是按其对Cd的吸收累积量来排序,累积Cd量越高定义为该蔬菜幼苗对Cd越敏感,采用水培方法,探讨了Cd对小白菜（叶菜）、黄瓜、豇豆（果菜）和萝卜（根菜）幼苗吸收累积量及生长发育的影响。结果表明,蔬菜幼苗根和茎叶中累积Cd量均随Cd处理浓度的增加而显著增加（P〈0．05）。同一处理浓度下根中Cd含量远高于茎叶中Cd含量,根和茎叶对Cd的累积强弱顺序也即蔬菜苗期对Cd的敏感性排序为小白菜〉萝卜〉黄瓜〉豇豆;随Cd浓度增加,叶片中叶绿素含量降低,过氧化氢酶（CAT）含量升高;蔬菜出苗率、幼苗根长、植株鲜重显著降低。     

Cr^6＋对高丹草幼苗生理特性与根尖细胞有丝分裂的影响

采用室内培养的方法,研究了不同浓度（0、0．5、1．0、1．8mmol·L^-1）K2CrO4处理高丹草幼苗后对其生长、相关生理特性及细胞分裂的影响。结果表明,随着Cr^6＋处理浓度增加,高丹草幼苗生长受到抑制,质膜透性、丙二醛（MDA）含量持续升高;叶片中可溶性糖、脯氨酸（Pro）含量呈现升高趋势,1．0mmol·L^-1处理下增加幅度最为显著;可溶性蛋白和叶绿素含量逐渐降低。此外,不同浓度（0、50、100、150mmol·L^-1）Cr^6＋处理影响高丹草幼苗根尖分生区细胞有丝分裂,统计分析结果显示：有丝分裂指数、染色体畸变率、微核率与处理浓度间有很好的线性关系,处理浓度与有丝分裂指数显著负相关（P〈0．05）,与染色体畸变率、微核率呈显著正相关（P〈0．05）。高丹草幼苗生长生理变化规律、根尖有丝分裂指数、染色体畸变率及微核率可以作为监测环境中Cr^6＋含量的参考指标。     

海带硫酸多糖对镉毒害甜瓜幼苗的保护作用

以＂二叶一心＂期甜瓜（Cucumis melo L.）为材料,研究了沙培条件下不同浓度（0、0.1、0.25、0.35、0.7、1.1、2.2 g.L^-1）的海带硫酸多糖对150 mg.kg^-1氯化镉（CdCl2.2.5H2O）毒害下甜瓜幼苗的保护作用。结果表明,甜瓜幼苗的镉积累量、叶绿素含量、生物量、蛋白质含量、丙二醛（MDA）含量、膜透性以及抗氧化酶活性均与海带硫酸多糖浓度的变化具有相关性。随灌施海带硫酸多糖浓度的升高,甜瓜叶片和根系中镉积累量和渗透势持续下降,0.25 g.L^-1和0.35 g.L^-1的海带硫酸多糖水平下无显著差异,与其他浓度水平差异显著（P〈0.05）;叶绿素含量、生物量、蛋白质含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶活性呈先上升后下降趋势,0.35 g.L^-1海带硫酸多糖水平下含量最高;MDA和膜透性则表现为先下降后上升趋势,且0.35 g.L^-1海带硫酸多糖水平下含量最低。综合来看,当海带硫酸多糖的浓度低于0.35 g.L^-1时,对镉毒害下的甜瓜幼苗有一定保护作用,高于0.35 g.L^-1时,不仅没有缓解镉毒害的作用,反而加重对甜瓜幼苗的伤害。     

镉胁迫对拟南芥幼苗形态生理和错配修复相关基因表达的影响研究

以拟南芥为供试材料,从形态指标、生理指标、分子指标3个层次研究了镉（Cd）的毒理效应,筛选Cd敏感生物标记物。分子指标的研究以18S rRNA为看家基因, 错配修复基因MutS 2 homolog（atMSH2）, atMSH3,atMSH7,细胞增殖核抗原1 和2（atPCNA1和atPCNA2）为检测目的基因,采用半定量反转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）技术研究Cd胁迫对上述错配修复相关基因表达的影响。结果表明,不同浓度（0、0.125、0.25、1.0、3.0 mg·L^-1）Cd 处理7 d后,根长随Cd胁迫强度的增加而降低; 0.125 mg·L^-1 Cd处理下,地上部可溶性蛋白含量显著增加,而在0.25、1.0和3.0 mg·L^-1 Cd时降低,但仍高于对照;幼苗叶片数、地上部鲜重、叶绿素含量变化与对照相比差异均不显著。地上部atMSH2,atPCNA1,atPCNA2基因表达量的变化与Cd胁迫浓度呈明显的倒U字型关系,分别在0.125,0.25和0.125 mg·L^-1 Cd时达到最大值。以上结果表明,地上部可溶性蛋白含量变化与上述3个错配修复相关基因表达量的改变趋势相符,且均对Cd污染胁迫较敏感,可以作为检测Cd污染及其相关生物学效应的潜在生物标记物。     

镉胁迫对玉米幼苗抗氧化酶系统及矿质元素吸收的影响

通过水培实验研究了在10-6、10-5、10-4mol·L-1浓度下,Cd2＋胁迫对玉米幼苗抗氧化酶系统、丙二醛（MDA）含量、Cd积累及矿质元素吸收的影响,同时讨论了Cd2＋毒害的作用机理。结果表明,中、低浓度（10-6、10-5mol·L-1）Cd2＋胁迫下,玉米幼苗MDA含量与对照组相比没有显著变化;高浓度（10-4mol·L-1）Cd2＋胁迫后,MDA含量显著升高（P〈0.05）。Cd2＋胁迫初期,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均升高;随着胁迫时间的延长,除叶片中SOD和CAT活性略有上升外,其他抗氧化酶活性逐渐下降,高浓度组抗氧化酶活性下降最明显。植物吸收的Cd主要积累在根部,Cd2＋胁迫能干扰玉米对Fe、Cu、Zn、Mg等养分的吸收。     

淹水还原作用对红壤镉生物有效性的影响

用添加20 mg.kg^-1镉（Cd）的红壤（pH 4.46）室温淹水培养41 d,研究淹水还原作用对Cd溶解性的影响,同时设置水稻培养试验,在红壤淹水初期（1-11 d）和后期（淹水31-41 d）植入水稻秧苗,以比较不同淹水时段红壤Cd对水稻的有效性。结果表明,红壤淹水后1-25 d水溶性Cd浓度由0.210 mg.L^-1上升到0.254 mg.L^-1,淹水28-40 d水溶性Cd浓度由0.221 mg.L^-1下降到0.092mg.L^-1,在淹水1-11 d和31-41 d水稻茎叶Cd含量分别为48.37和16.25 mg.kg^-1。说明淹水初期红壤Cd活性和生物有效性高于淹水后期。通过红壤淹水过程Fe、Cd溶解性及CEC、阳离子饱和度等的研究,表明红壤淹水后氧化铁的还原溶解作用导致pe＋pH下降和pH上升,由此控制着Cd活性和生物有效性的升降。     

pH值对水稻幼苗吸收NO3——的影响

运用微电极技术研究了改变细胞内外pH值对常规籼稻(杨稻6号)NO3-吸收的影响。结果表明:1)未经NO3-培养的水稻根表皮细胞吸收NO3-会引起细胞膜电位瞬时的去极化或超级化。当水稻根系吸收NO3-时,表皮细胞膜电位改变的程度随外界NO3-浓度的增大而增大;在浓度为0.5.mmol/L时达到最大,而后表皮细胞膜电位的变化基本维持不变。2)外界不同pH(4.4、5.5、7.0)条件下,表皮细胞膜电位对NO3-的响应随着外界pH的升高而有所降低,并且表皮细胞膜电位对NO3-的响应在pH.8.0受抑制程度不大。3)5.mmol/L丁酸钠和3.mmol/L普鲁卡因可以使细胞内pH分别降低0.16个单位和升高0.2个单位;改变细胞内pH值对水稻吸收NO3-时引起表皮细胞膜电位的变化几乎没有明显的影响。4)不同pH条件下,培养2周左右的水稻地上部干鲜重差异显著,以pH.5.5时为最高;组织中NO3-和NH4+的含量也在pH.5.5时最高。由于细胞内pH是受系统严格调控的,具有极强的缓冲能力,因此,NO3-的吸收主要受外界pH的影响。酸性可以促进NO3-的内流;而微碱性增加了NO3-的外流,降低了NO3-的净吸收。