紫花苜蓿MsSOS1基因的克隆与表达分析

Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因SOS1（salt overly sensitive 1）是植物在抵御盐胁迫过程中一个重要的必需基因之一。本研究在紫花苜蓿（Medicago sativa）叶片中克隆得到一个MsSOS1基因,编码859个氨基酸,具有一个CAP-ED superfamily结构域、一个Crp superfamily结构域和一个Na⁺/H⁺ Exchanger superfamily结构域。与鹰嘴豆、大豆、羽扇豆、花生和葡萄的一致性分别是91%,87%,85%,84%和77%。实时荧光定量PCR分析表明,MsSOS1基因在根、茎、叶和花中均有表达,其中在根中的表达量最高,花中最低。此外,MsSOS1基因在4℃、PEG和ABA的胁迫中的表达均受到调控,推测该基因的表达与紫花苜蓿的抗逆性有关。     

燕麦K+,Na+积累与AsSOS1基因表达对盐胁迫的响应

为了解盐胁迫对燕麦(Avena sativa L.)K⁺,Na⁺积累和质膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因(AsSOS1)表达的影响,本研究以耐盐的‘青永久195’和敏盐的‘709’为材料,分别用0,30,60,90,120,150 mmol·L^-1NaCl和0,0.5,1,2,4,8 mmol·L^-1 KCl处理24 h,并用30,150 mmol·L^-1 NaCl和0.5,8 mmol·L^-1 KCl互作处理0,12,36,72 h,分析燕麦根和叶中K⁺,Na⁺积累、离子平衡及AsSOS1基因的表达情况。结果表明：K⁺含量和K⁺/Na⁺随盐浓度的增加和处理时间的延长有所下降,‘青永久195’的K⁺含量和K⁺/Na⁺高于‘709’;叶片中的K...     

盐胁迫对芨芨草种子萌发苗Na+,K+含量与质膜H+-ATPase活性的影响

以芨芨草(Achnatherumsplendens)种子萌发苗为试验材料,分别以不同浓度NaCl和Na₂SO₄进行胁迫,通过对芨芨草叶片和根系中Na⁺,K⁺含量以及质膜H⁺-ATPase活性进行测定,以探讨盐胁迫对芨芨草中Na⁺,K⁺分布以及质膜H⁺-ATPase活性的影响。结果表明:随着NaCl和Na₂SO₄浓度的增加,芨芨草根系和叶片的Na⁺含量增加,K⁺含量下降,K⁺/Na⁺比值下降,根系中质膜H⁺-ATPase活性增加;在NaCl和Na₂SO₄胁迫下,芨芨草叶片中Na⁺含量显著低于根系,K⁺含量显著高于根系,叶片的K⁺/Na⁺比值均大于1并明显高于根系,根系的质膜H⁺-ATPase活性显著高于叶片;与NaCl相比,Na₂SO₄胁迫下,芨芨草根系向叶片的离子选择性运输系数(TS_K,Na)较高,叶片和根系的质膜H⁺-ATPase活性明显高于相同浓度的NaCl胁迫组。与NaCl胁迫相比,芨芨草对Na₂SO₄胁迫的适应性更强。     

小花碱茅HKT2;1基因全长cDNA的克隆与生物信息学分析

Na⁺是盐渍化土壤中主要的毒害离子,对植物生长发育和农业生产构成严重威胁。高亲和性K⁺转运蛋白HKT2;1在控制高等植物Na⁺吸收,增强K⁺的选择性,进而提高耐盐性方面发挥着重要作用。本研究以拒盐型牧草小花碱茅为材料,采用RT-PCR和RACE(rapid amplification of cDNA ends)方法克隆到HKT2;1基因,并命名为PutHKT2;1。该基因全长1 919 bp,包含1个长1 638 bp的开放阅读框(ORF),编码546个氨基酸,推测分子量为60.5 kDa,等电点PI为9.07。与其他植物HKT2;1氨基酸序列同源性多在66%以上,核苷酸序列同源性都在75%以上。PutHKT2;1可能跨膜11次,二级结构分析表明,PutHKT2;1蛋白含有47.99% α-螺旋、5.13% β-转角、31.87%无规则卷曲和15.01%延伸链。PutHKT2;1基因全长cDNA的克隆及其生物信息学分析为进一步揭示小花碱茅拒盐的分子机制奠定了基础。     

过表达长穗偃麦草EeHKT1；4基因增强拟南芥抗旱耐盐性分析

植物高亲和性K⁺转运蛋白基因（HKT）编码K⁺、Na⁺转运或K⁺-Na⁺共转运质膜通道蛋白,在植物抗逆过程中发挥重要作用。为了研究长穗偃麦草EeHKT1;4（GenBank： KF956112.1）的功能作用,构建了EeHKT1;4过表达植物表达载体转化拟南芥,进行拟南芥转基因植株的抗旱耐盐性评价分析。结果显示,正常生长条件下野生型（WT）与转基因株系的主根长度无差异,NaCl与甘露醇处理下WT和转基因株系根的生长受到抑制,转基因株系根长度均大于同等胁迫条件下（WT）的根长;正常生长条件下WT与转基因株系表型无显著差异,但在NaCl与甘露醇处理下WT表现出叶片萎缩和植株枯黄,转基因株系仅部分植株表现出叶片萎缩,同一胁迫条件下转基因株系的植株存活率皆高于WT。硝基氮蓝四唑（NBT）与二氨基联苯胺（DAB）染色结果显示,正常生长条件下WT与转基因株系叶片染色相对较浅,随着NaCl与甘露醇浓度提高,所有叶片染色程度逐渐加深且同等胁迫下WT染色程度高于转基因株系。以正常生长条件下基因的表达量为对照,随着NaCl浓度的增加,AtSOS1基因在WT和转基因植株中逐渐上调且在转基因中的表达量高于WT;AtNHX1基因在NaCl处理下上调表达且转基因植株中表达量低于WT,除转基因株系L5外并未检测到WT和转基因株系自身因NaCl浓度的提高AtNHX1基因表达量发生改变;在甘露醇处理下,AtRD29B和AtP5CS1基因均上调表达且转基因植株中表达量高于WT。综上所述,EeHKT1;4过表达降低了逆境胁迫下拟南芥中超氧阴离子和H₂O₂的积累,诱导抗逆基因上调表达,增强拟南芥抗旱耐盐性。     

蒺藜苜蓿cation/H+ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

CPA（cation proton antiporter）超家族通过转运质子和一价金属离子调节细胞内离子和pH稳定。阳离子质子转运体（cation/H⁺ exchanger,CHX）基因家族属于CPA2（cation proton antiporter 2）超家族,其N端有一个Na⁺/H⁺ exchanger结构域,对植物维持细胞离子平衡、花器官发育起着至关重要的作用。通过生物信息学手段,系统地分析了蒺藜苜蓿CHX家族基因,通过全基因组筛选共鉴定出47个MtCHXs;染色体定位分析表明蒺藜苜蓿CHX基因分布在8条不同的染色体上;同源性分析显示蒺藜苜蓿和拟南芥亲缘关系近,而与水稻亲缘关系远;进一步进化关系分析将47个MtCHXs基因分为5组,并且各组内成员在基因结构和基序上比较保守;顺式作用元件分析发现MtCHXs基因启动子包含大量光响应元件、激素响应元件以及干旱、低温、创伤响应元件;表达特性分析发现MtCHXs在生殖器官中高表达,并且响应干旱、低温等非生物胁迫。     

盐生植物小花碱茅K+通道PtAKT1基因片段的克隆及序列分析

为研究小花碱茅(Puainellia tenuiflora)K⁺/Na⁺选择吸收分子机制,根据已报道的其他植物AKT1基因的保守序列设计一对简并性引物,以小花碱茅根部总RNA为模板,采用RT-PCR方法克隆出AKT1基因,以期为小花碱茅AKT1全长基因的克隆、表达调控及其作物改良的研究奠定基础。序列分析结果表明:该基因长度大约为1019 bp,编码339个氨基酸;所得序列与GenBank中注册的高等植物AKT1基因序列的同源性均在85%以上,与其他AKT1的氨基酸序列同源性达73%以上。     

AtNHX1基因对菊苣的转化和耐盐性研究

用农杆菌介导法将AtNHX1基因导入菊苣中,共获得42株卡那霉素(Kan)抗性再生植株。经过PCR检测、Southern杂交和RT-PCR检测表明,AtNHX1基因已成功整合到菊苣基因组中,并且能够正常转录。野生型和转基因植株诱发的愈伤组织进行耐盐生长试验,结果显示,相同盐胁迫条件下,转基因愈伤组织的相对生长率显著高于野生型愈伤组织。施加梯度NaCl胁迫后,植株叶片K⁺和Na⁺含量测定结果显示,转基因植株叶片比野生型积累更多的Na⁺和K⁺,维持较高的K⁺/Na⁺;叶片相对电导率测定结果表明,转基因株系叶片相对电导率显著低于野生型。上述结果表明,AtNHX1基因的导入和表达在提高菊苣耐盐性的同时减轻了盐胁迫对植物细胞膜的伤害。     

模拟干旱和氮沉降对唐古特白刺根系生长特征的影响

为深入了解氮沉降和干旱胁迫对植物生长特征的影响,本试验选择荒漠植物唐古特白刺（Nitraria tangutorum）,设置对照（田间最大持水量）与干旱（田间最大持水量的20%~40%）两个水分梯度以及0,6,36,60 mmol·L^-1 4个氮素浓度处理,研究模拟干旱和氮沉降对其根系生长特征的影响。结果表明：正常水分条件下唐古特白刺根系生长状况均优于干旱条件（P<0.05）;根直径和根尖数随着氮素浓度的增加而增加（P<0.05）;当氮素浓度为36 mmol·L^-1时,唐古特白刺的各项生长指标均表现为最佳状态。白刺各根系生长指标间相关分析表明,白刺总根长、根系平均直径、总表面积和总体积之间在水分和氮素交互作用下互相呈极显著正相关关系（P<0.01）。因此,本试验得出干旱胁迫抑制了氮素对根系生长的促进作用,而氮素的增加在一定程度上可缓减干旱对唐古特白刺的影响;在乌兰布和沙漠,干旱条件下氮沉降可能对唐古特白刺存在一定的补偿作用。     

盐生植物盐地碱蓬质膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因片段的克隆及其序列分析

为研究盐地碱蓬(Suaeda salsa)Na+长距离运输的分子机制,根据其他植物质膜Na+/H+逆向转运蛋白SOS1基因的保守序列设计一对简并引物,以盐地碱蓬根系总RNA为模板,采用RT PCR方法克隆出SOS1基因片段,以期为盐地碱蓬SOS1全长基因的克隆、表达调控等研究奠定基础。序列分析结果表明,该基因片段长度为736 bp,编码244个氨基酸;该序列与其他高等植物SOS1核苷酸序列的同源性在74%以上,氨基酸序列同源性则在61%以上。     

钠硅互作提高白刺抗旱性的研究

采用盆栽试验,研究了单施NaCl和钠硅互作施用(NaCl和Na₂SiO₃)对白刺生长及抗旱性的影响。结果表明,1.2 g/kg NaCl和0.3 g/kg NaCl+0.72 g/kg Na₂SiO₃互作施用均能显著促进白刺的生长并提高其抗旱性。单施NaCl时,1.2 g/kg NaCl处理培育的白刺株高、根长和干重与对照相比分别增加了47%,25%和236%。钠硅互作施用时,0.3 g/kg NaCl+0.72 g/kg Na₂SiO₃互作处理对促进白刺生长并提高其抗旱性的效果要比单独施用0.3 g/kg NaCl效果更为显著;与单施0.3 g/kg NaCl处理相比,0.3 g/kg NaCl+0.72 g/kg Na₂SiO₃互作处理白刺株高、根长和干重分别增加了81%,43%和193%。这表明适量水平的NaCl和 Na₂SiO₃互作施用要比单独施用NaCl更有效地促进白刺生长并提高其抗旱性。     

盐胁迫下磷素对沟叶结缕草生长及Na+和K+含量的影响

采用水培法研究了盐胁迫(300 mmol/L NaCl)下不同浓度磷素(0,1,5,20 mmol/L)对沟叶结缕草生物量以及钠钾离子调控方面的影响。结果表明,缺磷和盐胁迫均抑制了沟叶结缕草的生长。在磷和盐的双重胁迫下,并没有表现出叠加效应。在缺磷环境下,缺磷对植物生长的抑制比盐胁迫的影响更大。不管有无盐胁迫,随培养液中磷素浓度增加,沟叶结缕草的生长受到促进,但在20 mmol/L 磷浓度处理时植株的生长反而受到一定的抑制。适量磷素促进了沟叶结缕草的根系生长,有提高叶片Na⁺分泌量,抑制Na⁺从根系往叶片的运输,减低叶片Na⁺的积累,提高K⁺的吸收和选择性运输,增加叶片K⁺积累的趋势,但相关指标并不显著。同时提高了叶片K⁺/Na⁺,促进了植物的生长。     

盐胁迫对彩叶草生长和渗透调节物质积累的影响

用NaCl浓度为0(对照),10,50,100,150,200 mmol/L处理盆栽彩叶草,研究盐胁迫对彩叶草生长、水分状况和渗透调节物质积累的影响。结果显示,与对照相比,随着NaCl浓度增加,彩叶草鲜重、干重、含水量、水势均呈下降趋势,Na⁺、脯氨酸、可溶性糖含量呈上升趋势,K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NO₃^-含量呈先上升后下降趋势,游离氨基酸含量呈先下降后上升趋势。高效液相色谱结果显示8种有机酸含量的变化幅度也各不相同。综合分析表明,NaCl胁迫对彩叶草生长有抑制作用,且随着盐浓度的增加,其生长受抑制和水分胁迫程度加重;低浓度盐胁迫下,彩叶草通过积累Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NO₃^-等无机离子和脯氨酸、可溶性糖、乙醇酸、丙二酸、α-酮戊二酸和柠檬酸等有机渗透调节物质进行调节的;而高浓度盐胁迫下,通过积累Na⁺、脯氨酸、可溶性糖、游离氨基酸、苹果酸、丁二酸、草酸、乙醇酸和丙二酸等渗透调节物质进行调节。因此,在不同浓度盐胁迫下,彩叶草通过改变渗透调节物质种类或积累量适应渗透胁迫。     

氮磷添加对唐古特白刺叶绿素含量和光合活性的影响

本文采用叶绿素荧光成像和叶绿素荧光动力学相结合的方法研究外源氮（nitrogen，N）、磷（phosphorus，P）对荒漠植物唐古特白刺（Nitraria tangutorum）叶绿素含量、叶绿素荧光参数、荧光比R_fd的影响。结果表明：在添加P为3 gP·m^-2下，添加N为5 gN·m^-2，10 gN·m^-2和15 gN·m^-2时白刺的叶绿素含量显著下降（P < 0.05）；随着P的添加，叶绿素含量呈先增加后减小趋势，P3时（3 gN·m^-2+6 gP·m^-2）最大；外源N、P对白刺的F_m，F_v，F_v/F_m和R_fd的影响不显著，说明外源N、P未损害PSⅡ反应中心；单施P时，白刺的R_fd最大，荧光强度最强，而P3时的光化学效率较好，叶柄以上至中部的荧光较强。因此，本研究得出外源N、P对白刺叶绿素含量和荧光活性的影响具有耦合效应，N添加为3 gN·m^-2下配施6 gP·m^-2能够改善白刺的叶绿素含量和荧光活性；叶绿素荧光成像技术可直观地看出白刺的叶绿素荧光分布特征，为及时发现荒漠植物的胁迫症状提供了方法。     

罗勒对海水胁迫的生理响应

采用网室盆栽实验,研究了不同浓度海水(0,5%,10%,20%,30%和40%)处理下罗勒生长及生理特性的响应特征。结果表明,海水胁迫显著降低罗勒植株生长速率及地上部干物质积累量,而根系在30%海水处理下基本不受影响。高盐(30% 和40%)处理显著促进罗勒植株可溶性糖和脯氨酸的积累、提高其叶片水分利用效率,但光合作用受到不同程度的抑制,光合速率的降低主要是由气孔因素所引起。海水胁迫下植株大量吸收Na⁺的同时伴随根系或茎部K⁺和Ca²⁺含量的显著降低,而叶片K⁺、Ca²⁺ 含量维持不变或显著增加。盐胁迫植株体内57.1%～64.6%的Na⁺ 积累在根系,而超过50%的K⁺ 和Ca²⁺分布在叶片中。海水胁迫明显降低罗勒植株K⁺/Na⁺ 和Ca²⁺/Na⁺,但所有盐处理的植株均维持较高的叶片K⁺/Na⁺ 和Ca²⁺/Na⁺,40%海水处理的叶片K⁺/Na⁺ 值仍高于3。研究结果表明,罗勒通过将Na⁺主要区隔于根系并维持叶片K⁺/Na⁺ 或Ca²⁺/Na⁺的稳定,以及在高盐环境下积累可溶性糖和脯氨酸进行渗透调节来适应不同浓度的海水胁迫。     

盐胁迫对砂蓝刺头不同器官中离子分布的影响

砂蓝刺头为广泛分布于北方沙漠的一年生草本植物。本研究以砂蓝刺头幼苗为试材,采用营养液培养法研究了不同浓度NaCl 胁迫下(盐浓度分别为0, 100, 200, 300, 400 mmol/L)砂蓝刺头幼苗胁迫6 d后植株含水量变化,测定不同器官中Na⁺、Cl^-、Si⁴⁺、K⁺、Ca²⁺的含量,并分析了K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、Si⁴⁺/Na⁺值的变化。研究结果表明,盐胁迫下,砂蓝刺头幼苗含水量在盐处理浓度为100,200,300,400 mmol/L时分别比对照升高了9.86%,1.41%,4.23%,8.45%,说明盐胁迫下植株提高了组织含水量,这将在一定程度上稀释了体内盐离子,减弱盐胁迫造成的生理干旱。盐胁迫下砂蓝刺头根部的Na⁺和Cl^-含量高于叶片,这有利于渗透调节,同时减弱了盐胁迫对地上部的毒害;根系Si⁴⁺、K⁺、Ca²⁺的含量及K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、Si⁴⁺/Na⁺值比对照显著性下降,叶部Si⁴⁺、K⁺的含量和K⁺/Na⁺,Ca²⁺/Na⁺,Si⁴⁺/Na⁺值比对照有所增加或差异不显著,这有利于维持地上部分离子稳定。分析离子选择性吸收的S_Na⁺,K⁺数据发现,盐胁迫下砂蓝刺头根部拦截了部分Na⁺减缓了对地上部分的伤害,叶片对K⁺吸收具有很好的选择性, 对于维持地上部分离子平衡和正常的光合作用具有重要意义。     

羊草苗期对盐碱胁迫的生长适应及Na+、K+代谢响应

通过盆栽实验,混合2种中性盐(NaCl∶Na₂SO₄=9∶1)和2种碱性盐(NaHCO₃∶Na₂CO₃=9∶1)分别模拟不同强度的盐碱条件,处理35 d的羊草幼苗,研究2种胁迫对羊草各营养器官生长和盐离子分布的影响及其适应机制。结果表明,随着盐和碱胁迫浓度的增加,羊草营养器官生物量、克隆生长性状(根茎子株、分蘖子株等)、光合作用、K⁺含量等均显著降低,Na⁺含量和Na⁺/K⁺均显著增加。在高胁迫强度下(200 mmol/L)碱胁迫引起的各项指标增减均显著高于盐胁迫。在2种胁迫下,根茎生物量的降低幅度最大,根茎子株的降低量高于分蘖子株。在盐胁迫和低浓度碱胁迫下,根和根茎内Na⁺、K⁺含量和Na⁺/K⁺的增减均高于茎叶,在高浓度碱胁迫下(200 mmol/L)茎和叶内Na⁺含量显著增加。这表明在相同强度胁迫下,尤其在高浓度胁迫下,羊草耐盐而不耐碱,在盐胁迫和低浓度的碱胁迫下,羊草具有相似的生长适应策略及Na⁺、K⁺代谢响应,主要表现在减少向根茎的能量输出及子株产生,维持羊草的原位生长策略,同时将Na⁺向根茎和根区划,避免茎叶生长受损。但在高碱胁迫下,pH造成的胁迫超出羊草根与根茎的承载力,使其失去拦截Na⁺的功能而导致大量Na⁺涌入茎叶,进而影响其光合作用,使其生长严重受损。无论在生长适应或者Na⁺、K⁺代谢中,根茎的存在均起到一定的保护作用,缓解了盐碱胁迫对其他器官生长的伤害。