根系对土壤环境胁迫响应的研究进展

根系是土壤和植物的动态界面,植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。近年来,随着研究方法的改进和现代根系定量分析技术的发展,对根系的研究日益受到重视和关注。因而,根系的研究在多个新的研究方向上展开。本文简要介绍了国内外近年来在根系对土壤环境胁迫响应的研究进展,以供根系研究参考。     

硼胁迫下植物生理调控机制的研究进展

硼是植物的必需营养元素,它对植物的许多生理过程有着重要的作用,特别是在低硼或高硼胁迫情况时会影响植物正常的生理代谢。本文将对最近几年有关硼胁迫下植物生理调节机制的研究成果进行综述,着重阐述低硼胁迫下诱发植物产生硼高效吸收、转运、分配和再利用的机理,以及在高硼胁迫下植物自身可能存在的调控机制。     

植物钾营养胁迫研究进展

品质元素“钾”是植物生长过程中不可缺少的大量营养元素之一,环境中的钾含量过高或过低都会影响植物的正常生长,轻则致使植株的产量和品质有所下降,重则可能会导致植株的死亡。为了解决土壤缺钾和植物受钾胁迫的问题,归纳了钾营养胁迫概况、钾营养胁迫的形态学特征、钾营养胁迫对植物的影响、钾营养胁迫的生理生化变化以及钾营养胁迫在分子水平上的研究五个方面内容,从钾、钾营养胁迫、钾营养胁迫的表现症状总结了钾营养胁迫概况。从生长和形态学变化、光合作用、养分吸收、渗透调节和活性氧平衡、产量品质分析了钾营养胁迫对植物的影响。得到“植物钾营养胁迫的研究主要集中在生理生化和作用机制这两大方面,而对分子水平上的研究相对较少”的结论。强调了钾营养胁迫在分子水平上的相关研究进展,明确了钾营养胁迫研究的重要性和意义,并提出今后探究的侧重点应对植物钾营养胁迫的分子理化性质方面探究、适宜施肥方法和方式的研究（因地制宜、因植物制宜）、施肥工具的研发等三个方面的观点。     

干旱胁迫对冬小麦根系生长及营养代谢的影响

研究了不同程度土壤持续干旱对冬小麦根系生长及营养代谢的影响。结果表明,干旱胁迫使小麦次生根发育迟缓,数量减少,根系发硬,根尖萎缩,拔节至扬花阶段对发根潜能的影响最大。根系干物质积累量减少,峰值延后;根系中氮、磷积累量下降,分配比例在生殖胁迫有较多的氮、磷损失;根系中的含量下降,Ｃ／Ｎ失调。维持根系对氮、磷良好吸收、分配、运转和Ｃ／Ｎ协调的土壤含水量不能低于６０％。     

植物钾的吸收及其调控机制研究进展

钾是植物生长发育所必需的矿质元素之一。钾吸收调控在生理学及分子生物学方面已取得了很多研究成果,综述了近年来钾素的吸收、影响因素及其调控三个方面的研究进展。     

低硼及高硼胁迫对棉花幼苗生长与脯氨酸代谢的影响

以‘鄂抗10号’棉花品种为材料,采用营养液培养,设置不加硼(B0, 0 mg L~(-1))、低硼(B0.002, 0.002 mg L~(-1))、适硼(CK, B0.2, 0.20 mg L~(-1))、高硼(B50, 50 mg L~(-1)) 4个硼(Boron, B)水平,探究低硼和高硼胁迫处理下棉花幼苗生长及脯氨酸代谢的响应。结果表明, B0、B0.002及B50处理较CK显著抑制植株生长,表现出较低的植株鲜重和干重,根系伸长受到抑制。在供硼处理下,随着硼浓度的升高,棉花幼苗根、茎和叶中硼含量均呈梯度性上升,其中,B0.2和B50处理下叶片中硼含量均高于根和茎;而在B0和B0.002处理下,根中的硼含量高于叶和茎。低硼和高硼处理下叶片中脯氨酸含量明显增加,而根中脯氨酸含量显著减少。进一步分析叶片和根中脯氨酸合成代谢相关酶活性发现, B0.002和B50处理较CK增加棉花幼苗叶片Δ~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ~1-pyrroline-5-carboxylatesynthetase,P5CS)和鸟氨酸转氨酶(Ornithine-δ-aminotransferase,OAT)活性而降低脯氨酸脱氢酶(Prolinedehydrogenase,ProDH)的活性;叶片中Δ~1-吡咯啉-5-羧酸还原酶(Δ~1-pyrroline-5-carboxylate reductase, P5CR)活性在B50处理下显著高于CK,而B0.002处理下该酶活性变化差异不显著。另外, B50处理较CK显著降低棉花幼苗根中OAT和P5CR酶活性,而B0.002处理显著增加根中P5CS和ProDH的活性。表明低硼和高硼胁迫均抑制棉花幼苗的生长。硼胁迫条件下,脯氨酸主要积累在棉花幼苗叶片中,根中脯氨酸含量显著降低。缺硼和硼毒害时,棉花幼苗叶片中脯氨酸的积累主要是通过调节脯氨酸Glu和Orn途径中的关键酶(OAT、P5CS合成酶和ProDH分解酶)活性,使得脯氨酸的合成速度高于其降解。而在根中,缺硼胁迫下主要是促进脯氨酸的降解导致根中脯氨酸含量降低,高硼胁迫下主要是通过降低OAT和P5CS合成酶以及ProDH分解酶活性来抑制脯氨酸的合成及其分解,但是对脯氨酸合成的抑制作用远大于其降解,最终导致根系脯氨酸含量降低。     

杂交稻幼苗期对低温胁迫的生理反应

研究了常规低温敏感型杂交稻汕优63和超高产杂交稻两优培九幼苗期对低温胁迫的抗性，处理低温为10℃，以常温25℃处理为对照。结果表明，随低温处理时间的延长，水稻幼苗叶片叶绿素含量逐渐下降、类囊体膜PSⅠ、PSⅡ活性明显下降，类囊体膜的室温吸收光谱、发射光谱也明显下降。低温使两优培九的O₂^．- 产生速率和MDA含量下降，而汕优63却出现相反的结果；同时，SOD的活性与对照相比两品种都有所提高，而CAT活性则是两优培九高于对照，汕优63低于对照。这些指标的变化幅度都是汕优63较明显。低温处理后，两品种的可溶性蛋白含量都上升，但两优培九增幅较汕优63高。SDS-PAGE表明低温处理后，可溶性蛋白条带增多，但类囊体膜蛋白条带没有明显的增加。对照组中，除了PSⅠ和PSⅡ活性外，其余各项指标都是汕优63较两优培九高，意味着幼苗期的两优培九光合功能虽不如汕优63高，但其对低温的抗性较汕优63强。     

低钾胁迫对不同钾效率苎麻基因型根系发育 及纤维产量品质的影响

以2个钾营养高效基因型苎麻和2个低效基因型为试验材料，研究了低钾胁迫对不同基因型苎麻根系生长、纤维产量和品质的影响。结果表明，低钾胁迫下，苎麻生物量减少，植株显著矮化，根系生长受抑，根系吸收面积和阳离子交换量减小。但高效基因型苎麻低钾胁迫下仍具有较强的生长势（相对根系干重、相对细根干重、相对根系总吸收面积、相对根系活跃吸收面积较大），其纤维产量所受影响程度小于低效基因型（相对产量较高），有效降低了低钾胁迫对纤维品质所引致的负面影响。     

盐碱胁迫对水稻的影响及其相关机制的研究进展

土壤盐碱是影响水稻生长发育、产量和品质的重要环境因子,深入研究盐碱胁迫的相关问题有利于从多角度、多层面了解水稻相关耐盐机制,从而为栽培生产提供高效方法。本研究概述了盐碱胁迫对水稻生长发育、产量及稻米品质的影响,基于当前国内外研究,从光合作用、渗透调节及分子调控等方面阐述了耐盐碱生理机制,对未来全面深入开展水稻盐碱逆境的研究提出了建议。     

硼胁迫对不同类型西瓜活性氧代谢与抗氧化系统的影响

【目的】为了研究硼对不同类型西瓜活性氧代谢与抗氧化系统的影响。【方法】以籽瓜、“黑美人”西瓜和野生西瓜为材料,设0.00,0.05,0.20,0.60 mmol/L 四个硼浓度,测定三种类型西瓜O2.?、H2O2和MDA含量及SOD、POD和CAT活性。【结果】结果表明：三种类型西瓜的O2和H2O2产生速率在硼胁迫下均显著提高,且高硼胁迫的西瓜O2.?和H2O2产生速率都大于缺硼胁迫,并导致MDA的积累。硼胁迫使三种类型西瓜的POD活性上升,CAT活性下降。籽瓜和“黑美人”的SOD活性下降,野生西瓜SOD活性上升。【结论】硼胁迫引起西瓜的活性氧爆发,并启动了西瓜的抗氧化系统,但仍然无法完全抵御硼胁迫带来的活性氧伤害,野生西瓜对硼胁迫的抗逆最强。     

Effects of Exogenous Proline on the Growth,Physiological Characteristics,and Proline Metabolism of Cotton Seedlings under Boron Deficiency Stress

[Objective] This study investigates the effects of exogenous proline on the growth, physiological responses, and proline metabolism of cotton (Ekang No.8) seedlings treated with varying boron (B) concentrations. [Method] We conducted a randomized experiment with six treatments using the hydroponic method in a greenhouse at Huazhong Agricultural University. We applied three different concentrations of boron, including 0.02 μmol·L^－1 (low-concentration B), 2.5 μmol·L^－1 (medium-concentration B), and 100 μmol·L^－1 (sufficient-concentration B). The first two are boron-deficient treatments. We also applied an exogenous proline treatment at 20 μmol·L^－1(0 μmol·L^－1 as control). When any significant difference among the treatments were observed, the related indicator was measured. [Result] The results showed that exogenous proline inhibited the growth of cotton seedlings under sufficient-concentration B treatment while promoting the absorption of B by roots under low-concentration B treatment. The application of exogenous proline to the seedlings under low-concentration B treatment reduced the contents of proline and H₂O₂ in leaves but increased the accumulation of MDA and H₂O₂ in roots. The activities of SOD and antioxidant enzymes (APX) in the roots and leaves were dramatically enhanced. Conversely, POD activity reduced significantly and there was no significant change in CAT activity relative to low-concentration B treatment. More importantly, we found that the application of exogenous proline under B deficiency increased the activities of P5CS, P5CR, OAT (synthetase), and PRODH (degrading enzyme) in proline metabolic pathways. [Conclusion] Applying exogenous proline under sufficient-B concentration inhibits growth. The application of proline to seedlings under low-B concentration promotes the absorption of B by roots, increases the activity of APX, and decreases the membrane lipid peroxidation in leaves. A B deficiency leads to proline accumulation in plants. The addition of proline under low-B concentration can reduce the proline content in leaves, which is caused by affecting the critical synthetase and catabolic enzyme activities in the proline metabolism pathway (Glu and Orn pathway). The main reason for this occurrence is the significant increase of proline dehydrogenase (PRODH) activity.     

硼胁迫对不同基因型西瓜部分生理指标的影响

为了研究硼胁迫对不同基因型西瓜细胞壁、细胞膜以及碳氮代谢的影响,以籽瓜、‘黑美人’西瓜和野生西瓜为材料,设4个硼浓度,测定3种类型西瓜细胞膜透性、游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量及PAL和PPO活性。结果表明：3种类型西瓜在硼胁迫下的PPO活性上升,细胞膜透性与游离脯氨酸含量上升,可溶性糖和可溶性蛋白含量有所减少。PAL活性在缺硼胁迫时下降,在高硼胁迫时应激上升。硼胁迫破坏了3种类型西瓜细胞壁结构,产生醌等大量次生产物损伤细胞膜,使细胞膜透性增强,细胞内离子浓度失衡脱水。进而阻碍了细胞正常功能运转,间接削弱西瓜碳代谢系统与氮代谢系统,减少了可溶性糖与可溶性蛋白质等代谢产物的生成。     

香蕉幼苗对PEG模拟水分胁迫下氮钾营养的生理响应

为了探索香蕉作物抗旱生理对适宜的水、氮、钾组合互作效应的响应特征,水培试验中利用PEG模拟水分胁迫,研究香蕉幼苗在不同浓度的氮钾肥交互效应下,叶片相对含水量、根系活力、脯氨酸酶含量、过氧化物活性的变化,进行多重比较分析最佳抗旱效果的氮钾浓度组合。结果表明,水分胁迫对香蕉幼苗叶片POD酶活性和Pro含量的影响来说,均表现为PEG 30%>PEG 20%>PEG 10%>CK (0%)。对试验因子间的交互作用进行分析表明：（1）叶片含水量的大小顺序：PEG 5%与N 50 mg/L>PEG 15%与N 150 mg/L≈PEG 10%与N 100 mg/L;K 150 mg/L>K 200 mg/L>K 100 mg/L,且相互之间差异达到极显著。（2）香蕉幼苗根系活力大小顺序为：处理6(PEG 10%、N 150 mg/L、K 150 mg/L)>处理5(PEG 10%、N 100 mg/L、K 100 mg/L)>处理7(PEG 15%、N 50 mg/L、K150 mg/L),此3个处理的根系活力显著高于其他处理的根系活力,但三者之间差异不显著;（3）香蕉幼苗脯氨酸含量表现为处理9(PEG 15%、N 150 mg/L、K 100 mg/L)比处理1（PEG 5%、N 50 mg/L、K 100 mg/L）的脯氨酸含量高出2.16倍。处理9极显著高于其他处理的脯氨酸含量;（4）香蕉幼苗过氧化物酶活性表现为：处理9(PEG 15%、N 150 mg/L、K 100 mg/L)比处理1(PEG 5%、N 50 mg/L、K 100 mg/L)的过氧化物酶活性高出1.46倍。处理9极显著高于其他处理的过氧化物酶活性。适当的氮、钾浓度可提高香蕉幼苗叶片相对含水量、根系活力、脯氨酸含量和过氧化物酶活性,从而减轻水分胁迫的不利影响。本试验中处理6(PEG 10%、N 150 mg/L、K 150 mg/L)为最佳的水、氮、钾的处理。     

棉花不同钾效率基因型对水分和低钾胁迫的响应研究

为探明不同钾效率棉花基因型在水分和低钾胁迫条件下的差异,采用盆栽试验,对2种基因型棉花一些生理生化指标及生物学产量的差异性进行研究。结果表明,棉花在逆境胁迫条件下,其生长状况及生理生化过程中发生一系列适应性改变,不同基因型、不同生育时期,其抗逆性也不同。表现为：不同处理条件下,棉花钾高效基因型(103)叶绿素含量指数高于棉花钾低效基因型(122),生物学产量也较高。同时103叶片丙二醛(MDA)含量低于122,表明103抗逆性较强。2种基因型间可溶性糖与脯氨酸(Pro)含量以及过氧化物酶(POD)活性变化一致,差异不显著。     

富钾基因型烤烟的钾积累及根系生理特性

采用室内营养液培养(钾浓度为3 mmol L^-1)的方法, 以富钾基因型烤烟农大202与2个一般型品种净叶黄、NC89为材料, 研究富钾基因型烤烟钾积累及根系生理特性。结果表明, 3个烤烟品种根和茎中钾积累量无显著差异, 但农大202的叶片钾积累量、根系活力和根系总活力、根系H⁺分泌量、根系阳离子交换量(CEC)、根系可溶性蛋白含量和ATPase活性均极显著高于另两个品种。净叶黄、NC89间除根系活力和根系H⁺分泌量差异达显著水平外, 其他根系生理特性差异均不显著。根系钾吸收动力学参数结果显示,农大202苗期钾离子最大吸收速率(V_max)较高而米氏常数(K_m)和钾离子吸收临界浓度(C_min)较低, 而旺长期的V_max、K_m及C_min均较高, 说明其根系具有较高的钾吸收速率, 但旺长期后耐低钾能力较差。     

NaCl胁迫下钾对马铃薯的调控作用

以克新一号品种为试验材料,采用组织培养方法,研究了钾对NaCl胁迫下马铃薯脱毒苗脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量、相对电导率和根系活力的影响。结果表明:NaCl胁迫下,不同浓度钾处理对马铃薯脱毒苗脯氨酸含量、相对电导率和根系活力影响显著,但对可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响不显著。在25mmol/L和50mmol/LNaCl胁迫下,培养基中添加8mmol/L K2SO4,脯氨酸含量最高,根系活力最大,相对电导率最低。但在75mmol/L NaCl胁迫下,4mmol/L K2SO4处理,缓解效果最好。综合分析表明:钾具有缓解NaCl胁迫对马铃薯脱毒苗伤害的作用,但钾的添加量并非越多     

羽毛生物降解液对盐胁迫下小白菜生长的生理调控作用

为研究羽毛生物降解液(FBL)在缓解盐胁迫作用上应用,以小白菜为实验材料,采用盐土盆栽法,分析含不同游离氨基酸浓度(0、0.1、0.2、0.4、0.8 g/L)的FBL对盐胁迫(0.4%NaCl)下小白菜生长和生理指标的影响。结果表明,盐处理下,与不浇施FBL处理相比,浇施FBL后小白菜地上部鲜重显著提高,与无盐处理差异不显著,游离氨基酸浓度为0.4 g/L时生长指标最佳。施加FBL显著降低了叶片丙二醛(MDA)含量,过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著提高;脯氨酸(Pro)浓度随着FBL中游离氨基酸浓度增加显著升高。施加FBL后叶片可溶性蛋白含量显著升高。综上,外源施加FBL可以提高叶片抗氧化酶活性,增加渗透调节物质含量,缓解盐胁迫对小白菜的伤害,最适宜的游离氨基酸浓度为0.4 g/L。实验结果可为次生盐渍化的土壤和盐碱地小白菜生产和种植提供一定的理论依据。     

拟南芥高亲和性钾转运体AtHAK5参与植物根对盐胁迫及ABA的反应

为研究在不同逆境,如低钾、低钙、NaCl及ABA胁迫下,对拟南芥高亲和性钾转运体基因AtHAK5表达的影响,在对含有promoter AtHAK5：GUS融合基因的拟南芥转基因植株进行组织化学染色基础上进行Real time RT-PCR检测。结果表明,这些逆境条件可以引起拟南芥AtHAK5基因表达量的上调。同时在对拟南芥Col-0和AtHAK5缺失突变体athak5表型对比分析,发现AtHAK5参与植物根对盐胁迫及ABA的反应。     

土壤渍水对冬小麦根系活性氧代谢及生理活性的影响

本文对小麦不同生育时期、不同渍水时间根系的生理变化进行了系统的研究。结果表明，土壤渍水使根系质膜相对透性增大，膜脂过氧化产物－ＭＤＡ含量增加，呼吸速率及根系活力下降；渍水过程中根系ＳＯＤ及ＰＯＤ活性的变化是先增强而后下降，但ＳＯＤ活性下降早（渍水３ｄ左右），ＰＯＤ活性下降较晚（渍水１０ｄ以后才由峰值下降）。根系ＳＯＤ、ＰＯＤ的变化与其膜脂过氧化变化，随着ＳＯＤ活性的下降，膜脂过氧化加剧，质膜透性明