Na+(K+)/H+转运蛋白NHX基因的研究进展

Na+(K+)/H+转运蛋白是液泡膜中的一种离子反向运输体,是生物界普遍存在的负责Na+(K+)/H+交换的一种跨膜运输蛋白.Na+(K+)/H+逆向转运蛋白由NHX家族基因调控表达.过表达NHX家族基因能提高植物中Na+(K+)/H+逆向转运蛋白的活性.从而调节细胞质内pH值、维持Na+(K+)浓度、K+/Na+比、...     

木榄质膜型Na+/H+逆向转运蛋白的基因克隆与序列分析

根据已发表的胡杨、毛白杨、蓖麻、番杏、番茄、盐角草等逆向转运蛋白基因的保守区设计兼并引物,通过RT-PCR和RACE技术,从木榄(Bruguiera gymnorrhiza)中克隆出Na+/H+逆转运蛋白的cDNA全长序列,长度为3 703 bp,其中,开放阅读框3 462 bp,编码1 154个氨基酸,含12个跨膜区。序列同源性分析表明,该氨基酸序列与毛果杨、蓖麻、胡杨、葡萄等Na+/H+逆向转运蛋白氨基酸序列具有很高的同源性(70%以上),表明该序列确属Na+/H+质膜型逆向转运蛋白的家族基因。     

过表达GmNHX1基因提高大豆根系的耐盐性

Na+/H+反向转运蛋白可调控细胞质pH值、钠离子浓度和细胞体积,从而减轻盐胁迫对植物的伤害.利用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)介导法,向大豆根系导入由CaMV35S启动子调控的Na+/H+反向转运蛋白编码基因GmNHX1的cDNA序列,通过该基因的过量表达,提高大豆的耐盐性.通过潮霉素...     

一个新的水稻液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的克隆及表达特征

通过RT PCR技术从水稻幼苗组织中克隆了一个新的Na+/H+逆向转运蛋白基因OsNHX2,它编码一条长544氨基酸的多肽。OsNHX2与水稻和拟南芥的液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白OsNHX1、AtNHX1氨基酸序列一致性分别为78%和77%。基因结构分析表明OsNHX2与OsNHX1具有类似的外显子和内含子构成,但不同于拟南芥AtNHX1,表明OsNHX2与OsNHX1可能起源于单双子叶植物分化后的水稻染色体复制。半定量RT PCR方法检测了OsNHX2与OsNHX1在水稻耐盐品种韭菜青与盐敏感品种IR28的地上部与根部的表达。结果表明：耐盐品种韭菜青的OsNHX2与OsNHX1基因在盐胁迫下表达持续增强,而在盐敏感品种IR28的地上部,OsNHX2基因在盐胁迫处理后1 h表达增强后立即减弱,根部的表达则基本不变,而IR28地上部与根部OsNHX1则在盐胁迫处理初期表达增强,随后即减弱。研究结果表明水稻两个液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因OsNHX2、OsNHX1在盐敏感程度不同的水稻品种中表达有所不同,液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的转录调控可能是决定水稻耐盐能力的一个重要因素。     

AMP对铝胁迫诱导丹波黑大豆柠檬酸分泌及其铝耐受性的影响

为了考察AMP(Adenosine 5’-monophosphate)对铝耐受型丹波黑大豆(RB)柠檬酸的分泌及铝抗性的影响,在50 mmol·L-1铝溶液中添加100 mmol·L-1AMP共处理RB,结果表明RB根的相对生长率显著小于单独用50 mmol·L-1铝胁迫处理的植株。免疫共沉淀分析显示铝胁迫下AMP的存在降低RB根中14-3-3蛋白与磷酸化质膜H+-ATP酶的相互作用,使根尖质膜H+-ATP酶活性降低约1倍,氢泵活性和H+分泌能力显著降低,根柠檬酸的分泌量减少约1倍。说明铝胁迫下AMP通过抑制14-3-3蛋白和质膜H+-ATP酶的互作来减少RB根尖的氢泵活性和柠檬酸分泌作用,从而降低RB根的相对生长率及其对铝胁迫的耐受性。     

细胞膜质子泵基因超表达促进水稻种子萌发

 构建了质子泵基因OsA8（AJ440219）超表达的水稻株系（OE1）,以其T2代种子为材料,研究细胞膜质子泵基因超表达对种子萌发的影响。结果表明,质子泵超表达的种子不仅发芽速度快,而且初生根生长也比野生型快。鉴定了OsA8及其他质子泵基因在转录水平上的表达差异,并通过两相分离法纯化了初生根系质膜的H+ ATPase,检测其活性。通过蛋白质免疫杂交技术分析比较超表达的水稻株系与野生型水稻根系H+ ATPase酶蛋白浓度的差异。结果显示,超表达材料根系OsA8基因的表达量高于野生型,其单位膜蛋白中质膜H+ ATPase蛋白的浓度也显著高于野生型,因而其根系质膜H+ ATPase活性高于野生型。超表达材料OE1的种子萌发速率和初生根的生长速率均快于野生型的主要原因很可能就是质子泵基因OsA8在OE1水稻种子中超量表达所引起的下游生理效应。     

外源钙对镍胁迫下水稻幼苗抗氧化酶活性及膜脂过氧化的影响

研究了外源钙（Ca2+）对镍胁迫下水稻叶片组织超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性、H2O2和丙二醛（MDA）含量以及质膜电解质渗透的影响,以探讨钙缓解植物镍毒性的生理机制。0.1 mmol/L镍（Ni2+）胁迫下水稻叶片组织SOD、CAT和APX活性明显下降,POD活性明显上升,H2O2和MDA含量、电解质渗漏率显著增大,说明镍诱导了细胞发生明显的氧化损伤和膜脂过氧化;钙提高了镍胁迫下叶片组织中SOD、CAT、POD和APX活性,显著降低了H2O2、MDA含量和电解质渗漏率,且10 mmol/L Ca2+处理的抗氧化酶活性上升的程度和H2O2、MDA含量和电解质渗漏率下降的程度比5 mmol/L Ca2+处理的大。提示钙通过促进镍胁迫下水稻叶片组织抗氧化酶活性,增强活性氧清除能力,维持细胞膜结构的稳定,是钙减轻镍对水稻毒性的生理机制之一。     

NaCl胁迫对水稻苗期生长及离子吸收和转运的影响

通过室内水培试验,探讨了NaCl胁迫对水稻苗期生长及离子吸收与转运的影响。结果表明,NaCl胁迫促使株高下降和生物量积累减少,且随着NaCl浓度增加,株高和生物量积累降幅增大,但长白9号降幅均较小。较低浓度NaCl胁迫下,各材料叶片中Na+浓度增幅显著小于根和茎部,但随浓度增加,越光叶片Na+浓度增幅大于根和茎部。长白9号叶片和根部K+/Na+显著高于越光。NaCl胁迫降低了各器官Ca2+吸收量,且随浓度增大,Ca2+吸收量降低。生长叶对NaCl胁迫响应最敏感,下降幅度最大,成熟叶次之。根的Ca2+的降幅最小。从材料上看,长白9号各器官降幅均低于越光。     

外源钙对高温胁迫下花生幼苗叶绿体Ca2+ -ATPase、Mg2+ -ATPase活性及Ca2+分布的影响

以10mmol/L CaCl2溶液处理花生幼苗叶片后,置于培养箱42℃高温培养,定时测定幼苗叶叶绿体Ca2 -ATPase,Mg2 -ATPase活性,并观察幼叶细胞内Ca2 分布的变化.试验结果表明,外源Ca2 处理相应提高和保护了Ca2 -ATPase,Mg2 -ATPase的活性;外源Ca2 预处理能够明显增加细胞间隙、细胞壁、质膜和叶绿体上Ca2 颗粒密度;高温胁迫后,Ca2 具有从胞外转运到胞质内和叶绿体中的趋势;Ca2 能够稳定高温胁迫下叶肉细胞膜和叶绿体的超微结构.     

H2O2预处理对不同水稻品种Cd耐性的影响

 以耐性不同的两个水稻品种N07 63和N07 6为材料,采用水培法研究了镉（Cd）胁迫下过氧化氢（H2O2）预处理对水稻Cd耐性和吸收转运的影响及品种间差异。比较了两个品种不同处理下丙二醛（MDA）、还原型谷胱甘肽（GSH）、非蛋白巯基（NPT）、植物络合素（PCs）含量以及谷胱甘肽硫转移酶（GST）活性的变化。结果表明,50 μmol/L Cd处理显著抑制水稻生长,提高GSH、NPT、PCs、MDA含量和GST活性,且品种间差异显著。从Cd在水稻植株中的分布上看,N07 6向地上部转运的Cd比N07 63多。H2O2预处理后,两个品种Cd毒害效应减轻,GSH、NPT、PCs含量和根部GST活性得到进一步提高,且N07 63的增幅高于N07 6,其耐性也提高更多。H2O2预处理降低了两个品种的Cd向地上部转运,但对根部Cd含量存在不同的影响。从上述结果可以推测,两个品种在Cd解毒机制和对H2O2的响应上存在明显差异。     

高浓度CO2条件下水稻叶片氮含量下降与氮代谢关键酶活性的关系

利用FACE（Free Air Carbon Dioxide Enrichment）平台技术,研究了低氮（125 kg/hm2,以纯N计）和常氮（250 kg/hm2）水平下,高浓度CO2（周围大气CO2浓度+200 μmol/mol）对水稻不同生育期功能叶N代谢关键酶活性的影响。结果表明,高浓度CO2提高了叶片硝酸还原酶和蛋白水解酶的活性,两者在常N下的响应程度大于在低N下的响应程度;高浓度CO2降低了低N下叶片谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶（NADH GDH）活性,常N水平下酶活性的下降趋势得到改变或缓解。由此可见,高浓度CO2条件下NO3-转化为NH4+加速,而NH4+进一步同化为有机N却受阻,而且,由于后期蛋白水解加速,将进一步加剧叶片N含量的下降。这是水稻叶片N含量下降的内在因素。而增施N肥,有利于同化酶的表达,降低叶片蛋白水解酶活力,从而缓解叶片N含量的下降。     

籼粳杂交后代幼苗NH4＋吸收、同化的效率

 以籼稻广陆矮4号为母本与粳稻黄金光、笹锦为父本的杂交后代作试验材料。试验结果表明，籼粳杂交后代幼苗的生长大干它的亲本。杂交后代和它的亲本在NH4吸收速率上的差异为：母本（籼）>杂交后代>父本(粳)。杂交后代和母本在NH₄吸收速率上的差异小于和父本的差异．可能母本对杂交后代在NH₄吸收速率上的影响大于父本。NH₄吸收的Km杂交后代<父本<母本。Im是母本>杂交后代>父本，但母本与杂交后代之间的差异较小。杂交后代NH₄的吸收具有偏低的Km，偏高的Im，有较高的NH₄吸收效率。NH₄同化效率，杂交后代有杂种优势，比亲本高10%上下。     

褐飞虱若虫发育与存活的模拟

 通过实验种群资料,用悬链线方程拟合了褐飞虱若虫期的发育速率与温度的关系;用抛物线方程拟合了若虫不同龄期的死亡率与年龄的关系。结果表明,模拟效果良好,这两个方程基本能够描述褐飞虱若虫期的发育和死亡过程。     

Physiological and Proteomic Analyses Reveal Effects of Putrescine-Alleviated Aluminum Toxicity in Rice Roots

The effects of putrescine on improving rice growth under aluminum(Al) toxicity conditions have been previously demonstrated, however, the underlying mechanism remains unclear. In this study, treatment with 50 μmol/L Al significantly decreased rice root growth and whole rice dry weight, inhibited Ca~(2+) uptake, decreased ATP synthesis, and increased Al, H_2O_2 and malondialdehyde(MDA) contents, whereas the application of putrescine mitigated these negative effects. Putrescine increased root growth and total dry weight of rice, reduced total Al content, decreased H_2O_2 and MDA contents by increasing antioxidant enzyme(superoxide dismutase, peroxidase, catalase and glutathione S-transferase) activities, increased Ca~(2+) uptake and energy production. Proteomic analyses using data-independent acquisition successfully identified 7 934 proteins, and 59 representative proteins exhibiting fold-change values higher than 1.5 were randomly selected. From the results of the proteomic and biochemical analyses, we found that putrescine significantly inhibited ethylene biosynthesis and phosphorus uptake in rice roots, increased pectin methylation, decreased pectin content and apoplastic Al deposition in rice roots. Putrescine also alleviated Al toxicity by repairing damaged DNA and increasing the proteins involved in maintaining plasma membrane integrity and normal cell proliferation. These findings improve our understanding of how putrescine affects the rice response to Al toxicity, which will facilitate further studies on environmental protection, crop safety, innovations in rice performance and real-world production.     

水分胁迫和供氮形态耦合作用下分蘖期水稻的光合速率、水分与氮素利用

采用室内营养液培养及PEG模拟水分胁迫的方法,在3种供氮形态\[NH4+、NO3-、NH4+/NO3-(质量比)为50∶50\]下,主要研究分蘖期水稻在非水分胁迫及水分胁迫条件下的氮素利用效率及对不同形态氮素的消耗。在非水分胁迫条件下,分蘖期水稻在NH4+/NO3-为50∶50时生物量增量最大;而在水分胁迫条件下,单一供NH4+ N营养的水稻生物量增量最大。在两种水分条件下,当NH4+/NO3-为50∶50时,分蘖期水稻对营养液中NO3- N的消耗量明显大于NH4+ N;此外,在两种水分条件下,均以单一供NH4+ N营养水稻的光合速率、氮素利用率和水分利用率最高。     

培养基组分对四倍体水稻试管速繁中不定芽丛增殖的影响

以 MS 培养基为基础,研究了诱导四倍体水稻体细胞试管苗形成及其繁殖的几个因素。(1)诱导四倍体水稻试管苗(芽)大量形成不定芽的必要条件是 KT≥11.57mg/l(KT/NAA≥1000),获得最大不定芽丛生速率的 KT 水平为23.20mg/l(KT/NAA=2000)。(2)氮、磷水平对不定芽的诱导及增殖速率均有明显的影响,它们的最佳水平分别为10100mg/l KNO_3+1320mg/l(NH_4)_2SO_4(纯总氮量120mmol/l。NO_3~--N/NH_4~+-N=5)和1190mg/l KH_2 PO_4。(3)继代培养第十天添加 CLNⅡ补充营养液(23.20mg/l KT.0.01mg/l NAA,MS 有机附加物及铁盐.800mg/l水解乳)能够显著地提高不定芽的丛生速率。(4)蔗糖利用率和激素水平密切相关,其在23.20mg/l KT+0.01mg/l NAA 条件下达到最大值(85.5%)。     

低温强光下水稻类囊体膜脂不饱和度和叶黄素循环组分的变化

为了阐明籼稻、粳稻对低温强光敏感性的差异,着重研究了低温强光下水稻类囊体膜脂不饱和度与紫黄质脱环氧化酶（VDE）活性的变化。随着低温强光处理时间的延长,类囊体膜脂不饱和脂肪酸含量降低、饱和脂肪酸含量增加,因而膜脂不饱和指数(IUFA)下降。同时,叶黄素循环的关键酶——VDE活性降低,叶黄素循环组分中紫黄质（V）含量增加,而单环氧玉米黄质（A）和玉米黄质（Z）的含量减少,表现为(A+Z)/(A+Z+V)比值下降。Arrhenius分析证明,VDE对低温和膜脂不饱和度都敏感。相关分析表明,类囊体IUFA分别与VDE活性、(A+Z)/(A+Z+V)和D1蛋白量呈显著的正相关。与粳稻9516相比,籼稻汕优63类囊体膜的IUFA较低,低温下类囊体膜脂流动性和稳定性较差, VDE活性和(A+Z)/(A+Z+V)比值较低。     

盐胁迫浓度和胁迫时的温度对水稻耐盐性的影响

 在水培条件下，用5种不同浓度的NaCl溶液对20个水稻品种的3~4叶期幼苗进行盐胁迫处理，10 d后考查不同品种单株盐害级别、苗高、茎叶干重和根系Na[sup]+[/sup]/K[sup]+[/sup]含量比等性状。结果表明，0.5%的NaCl胁迫下，品种间的盐害级别和根系Na[sup]+[/sup]/K[sup]+[/sup]含量比差异最大；0.8%的NaCl胁迫下，品种间的相对苗高和相对茎叶干重差异最大。其中韭菜青、农林72、80 85、洞庭晚籼和丁旭稻为强耐盐水稻品种；Pokkali、IR26、小白芒、勐旺谷、明恢63为耐盐或中度耐盐品种。进一步选择8个耐盐性不同的水稻品种，在3种温度条件下进行苗期耐盐性鉴定，发现在相对低温[昼/夜为(23±3)℃/(15±1)℃\]时，水稻生长缓慢，不同品种的盐害级别和根系Na[sup]+[/sup]/K[sup]+[/sup]含量比均较低；在温度较高[昼/夜为(36±1)℃/(26±2)℃\]时，水稻生长加快，不同品种的盐害级别和根系Na[sup]+[/sup]/K[sup]+[/sup]含量比均增高；只有在适温条件[昼/夜为(30±2)℃/(24±2)℃\]下，水稻生长较快，品种间的盐害级别和根系Na[sup]+[/sup]/K[sup]+[/sup]含量比差别最明显。提出在适温条件下，以0.5%或0.8%的NaCl浓度进行水稻品种耐盐性的筛选和耐盐特性的遗传研究比较合适。     

高CO2浓度对水稻叶片膜脂过氧化和抗氧化酶活性的影响

 以4个栽培稻品种和2种野生稻为材料,比较了长期生长在高浓度CO₂(600 μL/L)和普通空气CO₂浓度(350 μL/L)下抽穗期水稻叶片抗氧化酶活性的变化以及对甲基紫精光氧化的响应。在自然条件下其抗氧化酶(SOD、CAT和POD)活性因品种和种性的不同而存在一定的差异。与生长在普通空气CO₂浓度的水稻相比,高浓度CO₂下叶片的膜脂过氧化产物MDA含量和POD活性都有不同程度下降,SOD和CAT活性则因品种的不同而呈不同的变化趋势。光氧化条件下,生长在普通空气CO₂浓度下的水稻叶片CAT活性增加了1.7～6.5倍,高浓度CO₂下则增加了1.0～3.8倍,而SOD和POD活性在光氧化条件下都降低。光氧化导致了水稻叶片的MDA含量的增加,高浓度CO₂下生长的水稻叶片MDA含量增加的幅度小于在普通空气CO₂浓度下生长的水稻,显示高浓度CO₂对光氧化损伤具防护效应。     

低温对杂交水稻及其亲本剑叶77K荧光的影响

 以大田栽培的三套杂交水稻组合汕优63、青优早和秀优57为材料， 研究了低温(5℃)与光照(210 μmol m^-2 s^-1 PFD)对杂交水稻F₁及其亲本剑叶77K荧光的影响。结果表明：低温引起77K荧光参数F0、Fm、Fv下降，可变荧光Fv的变化能反映三套杂交水稻组合间的抗冷性的差异。F₁的抗冷性居父母本之间。同时发现，在低光照下低温处理引起Fo，Fm，Fv上升，但未改变Fv／Fm，Fv／Fo的比值。证明在低温下，低于水稻生长光强210μmol m^-2 s^-1 PFD的光照对PSⅡ的最初光能转化效率和光能传递速率影响不大， 即对光合作用的光化学过程未产生光抑制现象。由此可见，取样于田间强光照下的水稻剑叶，在5℃和210μmol m^-2 s^-1 PFD 处理下，210μmol m^-2 s^-1 PFD可能有利于水稻对低温的适应， 从而减轻叶片的光化学过程的伤害程度。