盐胁迫下植物质膜和液泡膜H+-ATPase活性的研究进展

综述了植物质膜和液泡膜H+-ATPase的结构特征、生理功能和活性变化的研究进展。     

IAA和ABA对黄瓜根切段质膜ATPase活性和质子分泌的影响

IAA(5×10~(-7)～5×10~(-4)mol/L)可明显活化黄瓜根质膜ATP酶,其最适浓度为5×10~(-5)mol/L,用这种浓度可使黄瓜根切段的质子分泌速率比对照增加110.4％。ABA(5×10~(-7)～5×10~(-3)3mol/L)对IAA预处理或同时处理的黄瓜根质膜ATP酶活性均有显著的抑制效应,并且,其抑制程度随ABA浓度的增加而变大。用5×10~(-5)mol/L ABA可使根切段的质子分泌速率比对照减少56.3％,显示IAA/ABA,质子泵ATPase的活性与质子的分泌速率三者之间存在着某种函数关系。 vanadate(100～500μmol/L)或cobalt(5×10~(-7)～5×10~(-3)mol/L)对IAA预处理和未经IAA预处理的黄瓜根质膜ATPase的活性均有较强的抑制作用。用5×10~(-5)mol/L的vanadate或cobalt分别使质子分泌减少73.3％与44.5％。从抑制剂的角度反映黄瓜根的质子分泌速率与质膜ATPase活性的强弱有关。     

腐殖质生理活性及其与化学组成关系的研究进展

腐殖质（HS）是生物体外具备生物学活性的最稳定有机物形式之一。本文综述了HS的化学组成、结构特征和生理活性,依据HS化学组成、结构特征和生理活性的相互关系探讨了HS具有生理活性的内在机制。HS化学组成具有不确定性,超分子结构假设目前被普遍接受。HS通过促进根毛形成和侧根发育、激活质膜H⁺-ATP酶产生有利的电化学梯度以及自身酸性官能团的螯合作用等促进植物对矿质元素的吸收利用; HS具有类激素活性,植物根际促生细菌（PGPR）分泌物或HS自体组分吲哚-3-乙酸（IAA）能够激活细胞质膜H⁺-ATPase,HS还能够增加内源植物激素水平,促进植物生长发育; HS通过介导信使NO激活细胞质膜H⁺-ATPase,清除HS与细胞作用产生的活性氧（ROS）,HS通过NO和抗氧化酶调节细胞内ROS稳态,介导根系发育和形态结构。本文还着重探讨了HS生理活性与化学组成的相关性,其中官能团—COOH和—OH活性位点的作用、醌基的电子传递,以及HS亲水疏水平衡与HS生理活性密切相关。未来HS研究工作的重点在于深入研究HS分子结构、明确具备生理活性的“共性结构原件”、阐明HS诱导胞内信号传导通路之间的交叉反馈机制、揭示HS对细胞内物质和能量代谢相关基因表达的调节机制。     

过表达截形苜蓿液泡膜H~+-PPase基因促进拟南芥的生长和根围酸化

在前期研究工作中,中国科学研究院西北高原生物研究所分子实验室已从豆科模式植物截形苜蓿(Medicago truncatula)中克隆到一种液泡膜焦磷酸酶(V-H~+-PPase)基因Mt VP1,并进行了序列分析。在前期工作的基础上,构建植物表达载体pBI121-Mt VP1,把Mt VP1基因转入到拟南芥中,观察转基因拟南芥的表型变化。结果表明,过表达Mt VP1能使转基因株系的根系更发达,主根数增多1~2条,地上部生物量增大,并且促进了转基因株系的根围酸化能力;但幼苗耐盐性试验表明,转基因株系与对照没有明显差异。     

中度盐碱地蓖麻生长和地上部干物质积累特性的研究

以淄蓖5号和云蓖泰国202为试验品种,研究沿海滩涂中度盐碱地上种植密度和施氮量对蓖麻生长特性和地上部干物质积累的影响.结果表明:淄蓖5号和云蓖泰国202适宜的种植密度分别为13000、16 000株·hm-2;2个品种适宜的施氮量均为120kg·hm-2;氮肥在苗期和蕾期各施用50%时株高、真叶数和地上部干物重较为适宜,籽粒产量较高.灌浆成熟期地上部干物重和产量之间呈显著或极显著的正相关关系,开花期地上部干物质积累量与籽粒产量存在开口向下的一元二次方程关系,开花后的地上部干物质积累量与籽粒产量存在显著或极显著的正相关关系,表明提高开花后蓖麻植株的光合生产是提高蓖麻产量的关键.     

外源钙对盐胁迫下盐地碱蓬生长影响的初步探讨

以不同浓度的Ca2+(0、20 mmol/L)及不同浓度的NaCl(0、100、400 mmol/L)处理盐地碱蓬(Suaeda salsa)幼苗,探索盐渍条件下Ca2+对该植物在生理和分子水平上的影响。结果表明,外源Ca2+处理使盐地碱蓬幼苗鲜质量明显高于对照,Ca2+、K+浓度也高于对照;叶片液泡膜Ca2+-AT-Pase活性升高。Ca2+/H+逆向转运体(Ca2+/H+antiporter)基因的表达量不仅随外源Ca2+处理而升高,而且NaCl处理后也明显升高。以上结果说明,盐对盐地碱蓬生长的促进是依赖Ca2+的,维持盐胁迫下胞质Ca2+浓度稳态的运输体主要是液泡膜Ca2+/H+逆向转运体。     

金属离子在铁(氢)氧化物与腐殖质微界面上的吸附机理和模型研究进展

铁（氢）氧化物和腐殖质是广泛分布在土壤中的重要天然活性物质,因其具有较大的比表面积并且铁（氢）氧化物表面的-OH 与腐殖质表面的-COOH、-OH 等活性官能团可通过静电作用、配体交换等多种机制对重金属离子产生较强吸附,从而影响重金属离子在环境中的迁移、转化和生物效应。深入了解重金属离子在铁（氢）氧化物-腐殖质复合体微界面相互作用的分子机理,对于阐明重金属离子在环境中的迁移、转化过程具有重要意义。本文综述了金属离子在铁（氢）氧化物与腐殖质上吸附机理和模型的研究进展,为重金属污染土壤的风险评估和控制提供理论依据。     

水稻栽后前期根系与地上部增重模型及相互关系

以"冈优22"、"Ⅱ优162"和"K优047"为材料,通过裂区试验设置不同种植方式研究了水稻秧苗移栽后根系与地上部增重模型及其相互关系。结果表明:秧苗移栽至拔节期,根系增重和地上部干物质积累均呈指数模型增加,根系模型的相关指数在0.98以上,地上部模型的相关指数在0.94以上。地上部干重与根重间存在极显著的线性相关关系。根冠比在移栽后开始上升,至栽后10~15 d时达到最大值,然后下降,呈单峰曲线。3种种植方式中,免耕高留茬抛秧地上部和根系干重均最低,移栽后前期生长最慢,但根冠比要高于常耕插秧处理。3个品种中,"冈优22"根系和地上部干物质积累量最高,"Ⅱ优162"的根冠比最大。     

植物液泡膜H+-ATPase和H+-PPase研究进展

植物液泡膜 ATP 酶（H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（H+-PPase）是液泡膜上两个含量丰富的蛋白,其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 水解底物释放能量,同时产生大量 H+由胞质泵入液泡内,形成细胞质与液泡间的 H+ 电化学势梯度,为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力,维持细胞内的离子稳态和渗透平衡,为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外,液泡作为植物细胞离子养分的储存库,其膜上 H+-ATPase 和 H+-PPase 能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例,进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下,提高液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的活性有利于提高植株对逆境的适应能力,从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能,并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述,为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。     

腐殖酸基质对烟苗生长及根系形态特征的影响

为探索腐殖酸在烟草育苗中的应用效果,采用托盘育苗的方法,研究基质不同腐殖酸添加量(0、0.5、1.0、1.5、2.0 g/株)对烟苗生长及根系形态特征的影响。结果表明,随着基质中腐殖酸用量的增加,烟苗成苗率、壮苗指数、生物量、株高、茎粗、叶长及叶宽呈先增加再降低的趋势,在1.0～1.5 g/株达到最大值,其中烟苗成苗率达到92.3%,较对照增加了3.6个百分点;壮苗指数达到1.05,较对照增加16.7%。适量腐殖酸提高了烟苗根系表面积、平均直径、根系体积及各级根系总长。综合比较,育苗基质中添加腐殖酸能有效改善根系形态特征、提高烟苗的整体素质,最适宜的腐殖酸添加量为1.0～1.5 g/株(基质腐殖酸总含量为28.8%～34.4%)。     

玉米根冠对不同土壤水分响应机制研究

使用分段研究方法对夏玉米根、冠在苗期不同程度水分亏缺及拔节期复水后形态、生理响应机制进行了分析。研究表明,玉米根、冠形态和生理在不同土壤水分状况下均存在着协同响应机制。形态协同响应机制主要体现在总根长、根表面积、根体积与株高、茎粗、叶面积在不同土壤水分条件下的同步生长趋势以及相关关系。生理协同响应机制主要体现在根系活力与光合速率、气孔导度以及叶片水分利用效率之间在不同土壤水分条件下的动态响应趋势。研究还表明根冠比作为根冠功能平衡状态的重要指标,在不同土壤水分条件下与根系活力、光合速率及叶片水分利用效率之间存在着动态响应机制。采用不低于玉米各生育期轻度水分亏缺阈值下限的有限水分亏缺技术,可以有效提高水分利用效率。     

水分和氮素对玉米苗期生长、根系形态及分布的影响

【目的】 东北地区春旱频发严重影响玉米出苗与苗期生长,明确水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育的影响及其耦合效应,可为东北春玉米水、氮调控措施的优化提供依据。【方法】 2016—2017连续2年设置水分、氮素两因素盆栽试验,土壤相对含水量设4个水平,分别为重度干旱（W0,30%）、适度干旱（W1,50%）、水分适宜（W2,70%）和水分过量（W3,90%）;施氮量设3个水平,分别为不施氮（N0,0）、低氮（N1,0.12 g N·kg ^-1土）和高氮（N2,0.24 g N·kg ^-1土）。【结果】 水分、氮素均显著影响玉米苗期的植株生长、根系发育、氮素吸收与利用,且两因素对植株干重、根系形态、吸氮量和氮肥利用率交互作用显著。土壤水分亏缺或过量均抑制了植株生长、干物质累积、根系发育和氮素吸收。W0处理的负面影响最为严重,其地上部干重、根系干重和植株吸氮量与W2处理相比分别降低55.5%、60.1%和47.4%,氮肥利用率下降6.4个百分点,根长和根表面积分别减少58.2%和59.5%。施氮显著促进玉米苗期植株生长与氮素吸收,降低根冠比,且不同水分条件下氮肥效应及对根系发育的影响存在明显差异。水分适宜条件下施氮促进根系生长,显著增加根长、根表面积和根体积,植株干重和吸氮量增幅最高。干旱胁迫条件下施氮抑制了根系发育,显著降低根长和根表面积,氮肥效应偏低。水分过量条件下施氮改善根系生长,但施氮效应仍低于W2处理。各水分条件下,N1处理的根长和根表面积均高于N2处理,而体积接近或更小,说明低氮增加了细根的比例。水分、氮素不仅显著影响根系形态,也导致根系空间分布出现明显差异。干旱胁迫促进根系下扎,增加深层土壤的根长分布,W0和W1处理0—12 cm土层根长比例相比W2处理分别下降11.0和8.3个百分点,而24—36 cm土层分别提高9.5和6.9个百分点。与干旱胁迫相反,水分过量趋向于增加根系在表层土壤的聚集。施氮显著促进表层土壤的根系分布,N1和N2处理0—12 cm土层根长比例相比N0处理分别增加16.3和13.7个百分点,而24—36 cm土层分别下降11.5和12.5个百分点。所有水-氮处理中,W1N1处理根系的空间分布最为均衡。【结论】 水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育有显著的耦合效应,适宜的水、氮措施可优化根系形态与空间分布,增加植株干重和氮素吸收利用。春玉米生产中建议降低氮肥基施用量以发挥水氮耦合效应,促进根系下扎和细根增殖,提高植株耐旱性和氮肥利用率。     

微域环境对单枞茶新梢生长与品质的影响

在一定茶园面积上，用不同透光率的遮荫网四周建成茶园微域气候，观察在不同的4个微域气候条件下，单枞茶新梢在年周期的生长情况以及鲜叶内含物的变化规律，以探讨利于单枞茶生长及品质的最适微域气候。结果表明，微域气候特征在年周期中，与自然气候相比，季节性变化相对稳定；微域条件能降低夏季高温，强光，提高春，冬季低温，增大秋季的湿度，利于茶树生长；用80％，60％遮荫网处理的微域环境能增加新梢的生长量与生长速度，新梢持嫩性好，降低多酚类物质的含量，增加氨基酸物质，协调各种物质比例，提高单枞茶的品质。     

不同氮素营养形态对香蕉生长及其根系质子泵活性的影响

[目的]研究不同氮素营养形态(不同比例NH4+/NO3-)对香蕉生长及根系质子泵活性的影响.[方法]在温室中水培巴西种香蕉(Musa AAA Cavendish cv.Baxi),设置5个处理:100％硝态氮处理(100％N);75％硝态氮和25％铵态氮处理(75％N+25％A);50％硝态氮和50％铵态氮处理(50％N+50％A);25％硝态氮和75％铵态氮处理(25％N+75％A);100％铵态氮处理(100％A).测定香蕉的生物量和N、P、K、Ca、Mg养分含量,并分离根系细胞膜,测定质子泵活性,建立植物生长状况与质子泵活性之间的联系.[结果]铵硝混合营养比单一的铵态氮或硝态氮营养对香蕉生长具有更好的生长效果,其中以50％硝态氮+50％铵态氮处理中香蕉植株的生物量最大,植物体内养分含量也最高;香蕉根际pH值与不同比例NH4+/NO3-有关,在100％铵态氮处理时最低,随着硝态氮比例的增加,pH值逐渐上升;香蕉根系细胞膜质子泵活性在100％铵态氮处理时最高,随着硝态氮比例的增加,质子泵活性逐渐降低.[结论]质子泵活性既与营养液中的不同比例NH4/NO3有关,也受到铵态氮或硝态氮吸收后根际pH值变化的影响.质子泵活性过高与过低都是植物生长受到外界胁迫后的一种应答,或是总体生长状况不良的一种反应.相反,质子泵活性处于一个相对稳定的适中状态才说明植物处于一个最佳的生长状态.