重金属胁迫下白骨壤数字基因表达谱分析

[目的]从转录组水平研究重金属污水胁迫处理下白骨壤的基因表达变化,以揭示白骨壤响应重金属污染胁迫的机制。[方法]采用基于高通量测序的数字基因表达谱(DGE)技术对重金属污水胁迫处理组和对照组白骨壤材料进行转录组测序分析。[结果]与对照组相比,重金属处理下白骨壤共有10 459个差异表达基因,其中,8 685个表达量上升,1 774个表达量下降。Me V聚类表明:大部分基因在重金属处理样本中的表达量受到极大的诱导。GO功能注释发现,差异表达基因主要定位于叶绿体以及细胞内各种膜结构,参与"细胞代谢"、"细胞组分的组合和生物合成"、"对刺激的响应"等过程。KEGG代谢通路分析显示,差异表达基因分布于126条Pathways,涉及"核糖体"、"光合作用"、"乙醛酸盐代谢"、"丙酮酸代谢"等途径。重金属胁迫还促进萜类、黄酮类化合物生物合成的关键酶基因(牻牛儿基焦磷酸合酶(0009238)、黄酮醇合成酶(0001833))的表达,进而促进白骨壤有效成分的积累;显著诱导细胞分裂素水解酶编码基因CKX7(0057124)、油菜素内脂信号转导组分基因BSK(0043741)等的表达,进而提高白骨壤对重金属胁迫的适应能力。此外,转录因子分析发现,b HLH、NAC、MYB-related和WRKY在重金属胁迫中发挥重要作用。实验选取8个与环境刺激响应密切相关的基因,通过qRT-PCR验证了它们在重金属污水胁迫处理下的表达差异,结果与数字基因表达谱分析的结果较一致,证实了差异表达基因数据的有效性。[结论]重金属处理影响了白骨壤大量的新陈代谢、光合作用、小分子酸合成、激素合成与信号转导及次生代谢产物合成相关基因的表达。     

百合MDHAR基因的克隆与表达分析

抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)作为植物细胞内重要的自由基清除剂,是通过参与一系列的氧化还原反应而发挥抗氧化剂的功能.单脱氢抗坏血酸还原酶(monodehydroascorbate reductase,MDHAR)在抗坏血酸-谷胱甘肽循环中,可以将氧化型抗坏血酸(MDHA)还原为还原型抗坏血酸(AsA),在维持植物体内抗坏血酸的正常代谢和植物体氧化还原平衡方面起着重要作用(Chen et al.,2003;2005).     

磁化处理对镉胁迫下欧美杨I-107AsA-GSH循环和内源激素水平的影响

【目的】以欧美杨I-107为试材,探讨磁化处理后镉毒害作用的生理机制以及磁化作用缓解镉毒害的作用方式。【方法】通过施入外源Cd(NO_3)_2,共形成4个处理,并对AsA-GSH循环中的非酶抗氧化物质和关键酶活性、H_2O_2、MDA以及内源激素水平进行了测定。【结果】1) 100μmol·L~(-1) Cd(NO_3)_2添加后,磁化作用诱导根系大量富集Cd,且随S/R的提高,Cd被转运到地上部分器官(叶片),并刺激产生大量的H_2O_2和MDA。磁化作用刺激ATPase酶总活性的提高,这有利于维持细胞膜的完整性以减轻膜脂过氧化。2)镉胁迫后,磁化作用提高了AsA-GSH抗氧化系统对过氧化物的清除效率,且GSH在AsA-GSH循环中起主要作用。3)镉胁迫下,磁化作用诱导IAA、GA_3、ABA和ZR 4种内源激素水平在叶片中降低而于根系中升高,且根系中激素水平的表达在杨树抗氧化系统调控中占主导地位;另外,磁化作用有效调节了内源激素的比值。由此可见,Cd胁迫下,经磁化处理后杨树体内AsA大量消耗,GSH和GSSG在AsA-GSH抗氧化循环系统中发挥着重要作用,根系则通过调控不同种类抗氧化酶活性和内源激素含量及其比值在清除H_2O_2和MDA等过程中占主导地位;磁化作用通过维持根系较高的ATPase活性,可在一定程度上可减轻Cd毒害造成的膜脂过氧化程度。【结论】磁化作用下AsA-GSH循环能力的提高增强了杨树对镉胁迫环境的适应能力,缓解了镉离子浓度的升高对叶片和根系组织造成的伤害,以此维持植株正常生长和代谢。     

锌污染对五节芒的膜脂过氧化水平及抗氧化能力的影响

对Zn胁迫下五节芒叶部和根部内过氧化产物丙二醛(MDA)的含量以及多酚氧化酶(PPO)、超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性进行了研究。结果表明:叶部和根内MDA活性伴随着Zn胁迫强度的增大而升高,膜脂过氧化水平上升。作为植物抗氧化系统中的关键酶,随着Zn浓度的增加,SOD活性呈现出先上升后下降的两阶段反应,从而说明了Zn的污染超出了植物所能承受的防护阈值,使得其防御能力相应减弱,甚至死亡。PPO活性的下降说明在重金属的伤害下五节芒的抗逆性减弱。而POD活性高于对照说明在重金属胁迫下五节芒植株体内的抗氧化能力增强。由此可见在Zn污染下导致植物被伤害的主要原因是细胞内O2浓度的升高带来的膜脂过氧化水平的增强,而植物体内的保护酶系统SOD、POD和PPO活性的变化则可能是五节芒抗过氧化的机理之一。     

谷胱甘肽合成酶基因StGCS-GS的表达提高大肠杆菌对重金属的抗性

本文将来源于嗜热链球菌（S.thermophilus）的谷胱甘肽双功能合成酶基因（StGCS-GS）通过载体pETG-A10转入大肠杆菌中。在IPTG诱导后,表达产物通过凝胶电泳（SDS-PAGE）检测,重组后的融合蛋白His-GCS-GS用His-镍蛋白纯化柱纯化,SDS-PAGE和western blot检测纯化效果,鉴定表达产物。检测结果与预期一致。为了研究StGCS-GS基因的表达对大肠杆菌在重金属胁迫下的抗性作用,实验对转化大肠杆菌进行不同浓度Cd2＋、Ni2＋、Cu2＋胁迫的耐受性测试。结果发现,在1mM CdCl2、2mM NiSO4胁迫条件下,转化大肠杆菌的生长状态明显优于对照,但在Cu2＋胁迫条件下,两者没有明显区别。表明StGCS-GS基因的表达能够提高大肠杆菌对Cd2＋、Ni2＋的抗性,在其逆境胁迫下的生长发挥重要作用。     

植物耐热性研究进展

综述了高温胁迫对植物解剖结构和细胞微观结构的影响,以及高温胁迫下植物体内光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、细胞膜热稳定性、渗透调节物质、抗氧化系统、热激蛋白一系列生理生化代谢的变化.总结了提高植物耐热性的一系列措施,并提出了今后植物耐热性研究的重点及应重视的研究对象.     

砷对植物生长的影响及抗氧化系统响应机制研究进展

砷污染越来越受人们的关注,已成为迫切需要解决的环境污染问题之一.本文分析了砷对植物生理活动低促高抑的影响及植物在不同砷价态下的生理响应;阐述了As（Ⅲ）、As（V）在植物体内的吸收、转运和外排机理,着重探讨植物体内抗氧化酶类、植物螯合肽（PC）、谷胱甘肽（GSH）等对砷的响应机制,为植物修复砷污染土壤的研究提供参考.     

耐盐碱植物研究概述

1　盐碱胁迫对植物的危害盐碱胁迫对植物造成的主要伤害表现在以下两个方面 :一是细胞质中金属离子 (主要是 Na+ )的大量积累 ,它会破坏细胞内离子平衡并抑制细胞内生理生化代谢过程 ,使植物光合作用能力下降 ,最终因碳饥饿而死亡 ;二是盐碱土壤是一个高渗环境 ,它能阻止植物根系吸收水分 ,从而使植物因“干旱”而死亡。同时盐碱土壤 p H值较高 ,这使得植物体与外界环境酸碱失衡 ,进而破坏细胞膜的结构 ,造成细胞内溶物外渗而使植物死亡。因而 ,受盐碱胁迫的植物一方面要降低细胞质中离子积累 ,另一方面还通过积累过程产生某些特殊的产物 ,…     

外源一氧化氮对核桃幼苗抗旱性的影响

水分胁迫是影响植物生产力最普遍的环境因素之一.在水分胁迫下植物将发生一系列生理反应,其中细胞保护酶活性、膜透性、脯氨酸含量等生理参数可作为评价植物抗旱性强弱的指标(彭立新等,2002;曹慧等,2001;王伟,1998).超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、细胞色素C氧化酶(COX)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化物酶(POD)是植物细胞内清除活性氧的重要保护酶,当胁迫强度和胁迫时间不超过植物活性氧调控限度时,保护酶可降低活性氧自由基对植物的伤害(赵丽英等,2005).植物遭受干旱胁迫时,膜脂发生相变,膜透性增加,溶质向胞外渗透,代谢失调,导致植物的死亡.所以,细胞质膜相对透性可反映水分胁迫下植物细胞膜受伤害的程度(王伟,1998;马向丽等,2005).脯氨酸为细胞渗透调节物质,植物体内脯氨酸的含量在一定程度上反映了植物的抗逆性,其含量的多少与植物抗性呈正相关(马向丽等,2005).     

杨树对镉胁迫的响应及抗性机制研究进展

重金属镉（Cd）污染已经成为严峻的环境问题之一,近年来将杨树作为重金属Cd植物修复物种的研究越来越多。文中从杨树生长、光合作用、抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量和分子水平上的变化等方面综述了杨树受到Cd胁迫后的生理生化响应;阐述了杨树对土壤Cd的吸收及污染土壤中Cd在杨树体内的分布规律和杨树对Cd的抗性机制;指出杨树对土壤中重金属Cd具有较强的抗性,且这种抗性与杨树品种、树龄、土壤类型、土壤中Cd质量分数等有关;展望了对杨树Cd胁迫的深入研究方向,以期为未来关于杨树修复土壤Cd污染提供更多的理论参考。     

重金属胁迫下植物代谢组学研究进展

指出了植物代谢组是植物体内所有小分子代谢物的总和,主要包括氨基酸代谢、有机酸代谢、糖代谢以及能力代谢等。主要分析了重金属胁迫对植物代谢组的影响;然后综述了这4种植物代谢对抗重金属胁迫的机理。     

仙客来耐热性的生理研究——酶性和非酶性活性氧清除能力与耐热性

温度是影响植物生理过程的重要生态因子之一.植物体在生长发育过程中,经常会遭受到高温的胁迫,造成植物萎蔫甚至死亡,这与高温引起植物生理代谢的紊乱和细胞结构破坏有关.随着全球环境的恶化,植物对高温的反应日益受到人们的关注.植物在高温条件下,细胞内会产生过量的自由基,能引发膜脂过氧化作用,造成膜系统的伤害.超氧物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等为防御膜脂过氧化的主要保护酶系统,抗坏血酸(AsA)是植物体内有效的抗氧化剂.它们通过不同的作用方式清除植物体内产生的活性氧,减弱氧化伤害.本研究以两个品种的仙客来为试验材料,比较研究两者在高温胁迫下其清除系统活性和含量的变化,从活性氧代谢来探讨仙客来耐热性的机理.     

不同强度干旱胁迫对巨龙竹光合作用及叶绿素荧光特性影响

植物可以通过减少色素和捕光色素复合体Ⅱ的含量来降低叶片对光能的捕获。土壤水分胁迫会影响叶绿素的生物合成,促进已合成的叶绿素分解,使其含量降低,这可能是土壤水分胁迫下植物体内产生的多种活性氧使光合色素发生降解所致。为研究持续干旱对巨龙竹叶绿素荧光动力学参数的影响,以巨龙竹幼苗为试验材料,采用盆栽方式模拟自然持续干旱,测定叶绿素荧光参数及叶绿素含量,并对其抗旱性进行综合分析。结果表明:干旱胁迫下,巨龙竹叶片叶绿素含量、最大荧光(Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、可变荧光与最大荧光比(Fv/Fm)均降低;初始荧光(Fo),说明干旱胁迫伤害了光系统Ⅱ(PSⅡ),使得PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)降低,光合电子传递、光合原初反应过程受到抑制,起光保护作用的热耗散提高。     

生长素信号转导途径对林木根系的影响

植物体内信号分子———植物激素在调节植物各种生长发育进程中具有重要作用。生长素是调控植物根系发育唯一具有极性运输特性的激素,调控过程包括生长素生物合成、极性运输和信号转导。文中从生长素合成、代谢、运输、信号转导的主要途径和影响林木根系形成的相关基因及激素互作等方面进行了系统论述,提出了林木生长素信号转导途径研究的新思路,展望了林木根系形成机理研究及其对林木根系调控的应用前景。     

镉胁迫对龙葵叶绿素荧光和光合生化特性的影响

超积累植物是重金属污染土壤植物提取修复技术的核心问题,研究镉(Cd)胁迫对超积累植物龙葵光合生化特性的影响,为超积累植物Cd污染生理机制的阐释和Cd污染土壤的生物修复提供理论基础。通过室内水培试验,研究Cd胁迫对龙葵叶片SPAD值、叶绿素荧光参数和光合生化参数的影响,分析Cd胁迫下龙葵光合作用的主要限制因子。结果显示:1)Cd胁迫下龙葵叶片SPAD值、初始荧光(Fo)和PSII最大光化学效率(Fv/Fm)均显著小于对照(CK),但Cd胁迫对叶片光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)没有显著影响;Cd胁迫下龙葵叶片最大净光合速率(A_(max))与CK相比减小了24.9%,而光下暗呼吸速率(R_d)显著大于CK;Cd胁迫对表观量子效率(AQY)和光补偿点(LCP)没有显著影响。2)Cd胁迫下,龙葵叶片净光合速率(A)、CO_2气孔导度(gsc)、胞间CO_2浓度(C_i)、Rubisco酶最大羧化速率(V_(c_(max)))和最大电子传递速率(J_(max))均不同程度小于CK,减小程度在4.6%～51.2%之间,而Rubico酶活性限制阶段与RuBP再生速率限制阶段的临界胞间CO2浓度(Ci_CJ)显著高于CK;Cd胁迫对光合作用的限制主要来源于非气孔限制(82.14%)。3)Cd胁迫下龙葵单株生物量、地上部分生物量和根系生物量与CK相比分别减小了46.8%、33.3%和49%,而且龙葵单株生物量与SPAD值、A_(max)、A、V_(cmax)、J_(max)等光合参数呈显著相关。因此,Cd胁迫对龙葵光合作用有限制作用,而且该限制主要来源于非气孔原因。     

非生物逆境对植物抗坏血酸过氧化物酶作用的影响研究进展

指出了植物抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)含有高度保守的氨基酸残基,分为叶绿体型同工酶和非光合器官型同工酶,以各自特异方式调控细胞内过氧化氢(H2O2)浓度。APX基因编码区同源性较高,表达具有组织特异性,响应H2O2、热激转录因子(Heat shock factors,HSFs)等信号因子调节,可调控胁迫相关蛋白和转录因子的表达。非生物逆境胁迫下,过量表达APX,可有效清除物体内活性氧(reactive oxygen species,ROS),减轻过氧化损伤,提高植物抵御逆境的能力。     

树木叶片含硫量监测评价成都市大气SO_2污染的探讨

硫是植物体内必需的元素.植物在生长发育过程中,根部从土壤吸收硫酸盐,经转化利用形成蛋白质,氨基酸和辅酶A.不同植物种的叶片中总流量都是恒定的,这反映出植物在长期历史演变中形成的一种生理特性.而通过叶片气体交换进入植物体内的气态SO_2,只有很少部分再转化利用,98%转换成硫酸盐累积于植物叶细胞内,因此,分析植物叶内的硫含量,并找出其与大气SO_2浓度的相关系数及叶片硫的累积规律,就可用于大气SO_2污染监测和评价工作,这方面的研究国内外已有不少报导,本文拟以成都市主要行道树二球悬铃木(Platnus acerifolia)叶片含硫量的测定,对成都市大气So_2污染现状进行监测评价.     

西藏八角莲活性成分合成基因调控机理的研究

西藏八角莲含有木脂素、鬼臼毒素等物质,是名贵药材。药用植物活性成分基因调控的研究,是次生代谢产物生物合成途径研究领域新的发展趋势。本文初步探讨了利用活性成分生物合成基因调控技术获得次生代谢产物含量相对较高的西藏八角莲的作用机理和获得途径,以期为野生药用植物的开发利用、生物工程制药提供理论指导,有望从根本上揭示植物次生代谢产物生物合成调控的规律,研究道地药材品质形成的分子机理,达到人工调控道地药材品质的目的。     

重金属胁迫对2种地被竹抗氧化酶与脂质过氧化的影响

采用盆栽法对4种重金属(Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+)胁迫下的菲黄竹与菲白竹叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及脂质过氧化产物(MDA)进行了研究。结果表明,菲黄竹的SOD、POD、及CAT活性随着重金属浓度的增加总体趋势是先增大,之后降低,最后又增大;而菲白竹则是先升高,后降低;过氧化产物(MDA)则于酶活性的变化趋势相反。表明重金属胁迫下,2种地被竹体内的抗氧化酶活性被诱导,且菲白竹比菲黄竹有更强的耐重金属胁迫性。     

镉胁迫对小叶榕幼苗叶片生理特性的影响

选择原生长状况基本相同的小叶榕一年生实生幼苗为研究材料,对其进行了镉溶液人工浇灌处理,共设3个处理:分别为对照组(CK),Cd~(2+)处理Cd1组(2mmol/L CdCl_2溶液),Cd~(2+)处理Cd2组(4mmol/L CdCl_2溶液),研究了其对不同程度镉胁迫的部分生理生化响应。主要研究结果为:镉处理对其造成一定的胁迫作用,其中过氧化产物丙二醛(MDA)含量急剧增加、过氧化氢酶(CAT)及可溶性蛋白含量均显著增加,且高浓度处理组的增量较低浓度处理组更为明显,说明小叶榕可以通过抗氧化酶系统及渗透调节系统来积极应对镉胁迫;Cd~(2+)对幼苗的伤害较大。