植物抗寒性的生理生态学机制研究进展

综述植物在冷驯化过程中发生的一系列生理生化变化.环境对植物抗寒性的影响主要与光诱导、温湿度以及气候的变化有关.植物表面形成冰层会引起植物的无氧呼吸,导致植物受害;光抑制诱导活性氧的产生,从而导致植物光合系统的退化,抗寒能力下降,而短日照诱导植物休眠,有利于植物抗寒.光敏色素则被认为是启动冷驯化的光受体;植物通过冷驯化增加碳水化合物的积累及病原体相关蛋白的合成,以增强对低温病原体的抵抗能力;气候的变化使植物遭受了更大的冷伤害风险.微管最初遇冷时部分的解体可以有效诱导植物抗寒性;抗氧化酶活性增强,植物体内糖、脯氨酸、多胺等内含物含量上升.植物休眠状态中的生理变化(种子的休眠、芽的休眠)与ABA敏感性的差异有关.对植物抗寒性分子机制的研究表明:COR基因的表达对于植物抗寒性和冷驯化是十分关键的;与气候梯度有关的基因梯度的分布说明寒冷地区的树种更为抗寒;多表型性状的数量性状分析,为重要的农艺性状标记辅助选择(MAS)提供基础.对植物抗寒过程中的信号转导进行研究发现,Ca2 是低温下参与调节冷驯化应答机制中信号转导途径的重要的第二信使.未来植物抗寒领域的研究热点为信号转导和基因调节,低温抗性的遗传学和遗传应用及代谢组学,气候变化对于植物抗寒的影响等方面.     

DREB/CBF基因响应植物抗冷途径的研究进展

低温环境信号通过细胞膜的转导,激活以DREB/CBF途径为主的抗冷信号网络,调控下游大量抗冷功能基因的表达,继而增强植物的抗冷能力。本文重点介绍了国内外近年来有关CBF基因结构特点、CBF转录因子在植物抗逆基因工程中的作用,CBF信号途径的研究包括Ca2+与低温信号转导、CBF转录因子在植物抗冷过程中的表达调控、生物节律调控CBF转录因子的表达等方面,旨在为植物抗逆育种提供理论依据。     

巨桉EgrDREB2A基因结构及表达特性分析

【目的】从低温条件下巨桉mRNA抑制消减杂交(SSH)文库中筛选得到一个受低温诱导的基因Egr DREB2A(Eucgr.G03094),通过对其蛋白序列特征、亚细胞定位特点以及低温、ABA和盐胁迫逆境处理条件下基因表达方式的分析,讨论Egr DREB2A在巨桉非生物逆境响应中所发挥的作用。【方法】使用SMART,Mat Inspector和MEGA等生物信息学软件,分析Egr DREB2A的序列和编码蛋白特征,搜寻启动子上的重要顺式作用元件并构建其蛋白序列进化树;亚细胞定位采用基因枪轰击洋葱表皮的方法;Egr DREB2A组织表达特异性及低温、ABA和盐胁迫条件下的基因表达分析分别采用半定量和定量RT-PCR方法进行;在4℃低温下随处理时间(0.5,2,6,12,24,48 h)的基因数字表达谱基础上,用WGCNA和Cytoscape软件对Egr DREB2A进行基因共表达分析。【结果】Egr DREB2A编码的蛋白序列含有1个典型的AP2结构域,且结构域内部包含YRG和RAYD 2个保守区,属于DREB2类基因,进化树构建结果表明该基因属于DREB2类基因的亚型Ⅰ。Egr DREB2A启动子序列上含有多个与植物逆境响应相关的顺式作用元件。该基因有明显的核定位区,亚细胞定位结果也表明其编码蛋白主要在核中表达。正常条件下,根、茎和叶中Egr DREB2A都有表达,但叶片中表达水平相对较高。在不同低温(0,2,4,6,8℃)下Egr DREB2A被强烈诱导,4℃低温下随处理时间(0.5,2,6,12,24,48 h)的延长,其表达量呈上升趋势,不同时间处理下与Egr DREB2A具有共表达关系的基因多属于参与植物对逆境响应的基因。ABA(100μmol·L-1)对Egr DREB2A的表达表现为先促进而后抑制,而Na Cl(200 mmol·L-1)的处理则表现为先抑制后促进。昼夜节律同样影响Egr DREB2A的表达,光照下基因表达升高,黑暗条件下基因表达降低。【结论】巨桉Egr DREB2A属于DREB2类基因,其表达受低温诱导,同时受ABA、盐和昼夜节律的影响。该基因启动子序列上启动子元件及与其共表达基因大多与植物逆境响应有关。这些结果表明Egr DREB2A可能在巨桉抵抗非生物逆境因子的过程中发挥比较重要的作用。     

巨桉EgrCBF1和EgrCBF2基因的克隆和胁迫响应表达分析

从低温诱导的巨桉幼苗中克隆到2条CBF的全长cDNA序列,命名为EgrCBF1和EgrCBF2,全长分别为1 062 bp和1 203 bp,编码220个氨基酸和196个氨基酸,命名为EgrCBF1和EgrCBF2(GenBank登录号分别为:JQ068827; JQ068828),都包含1个AP2结构域.2个基因编码的蛋白都与冈尼桉中CBF蛋白(DQ241820)具有很高的同源性,与EguCBF1a的同源性分别达到了91％和80％.RT-PCR分析表明,EgrCBF1主要在叶和根中表达,而EgrCBF2在叶、茎和根中都有表达.对不同低温条件(0,2,4,6,8℃)和4℃2,4,8,24,48 h处理下EgrCBF1和EgrCBF2的qRT-PCR分析表明:2个基因都受低温诱导,并在2℃时诱导水平达到最高;4℃下随低温时间的延长,它们的诱导表达特性都呈先升后降的趋势.在100 μmol·L-1 ABA,200 mmol·L-NaCl和干旱处理下,EgrCBF1受ABA和干旱诱导,EgrCBF2则受干旱和高盐胁迫诱导.     

耐冷菌的适冷分子机制及在污水处理中的应用

指出了低温是影响冬季寒冷地区生活污水处理效果的一个主要原因,在低温环境下,活性污泥中大多数中温菌的生长活性受到抑制,只有少数的耐冷菌可以存活下来并保持一定的活性。简要介绍了低温微生物的概念及分类,从细胞膜结构、低温酶、蛋白质合成以及冷休克蛋白等方面对耐冷菌的适冷机制进行分析,最后对耐冷菌在污水处理中的应用现状与发展方向进行了展望。     

经济植物的抗寒性研究进展

综述了植物抗寒研究的新进展。植物在低温下的抗寒生长过程中，其形态结构及其超显微结构发生变化．膜脂的成分及蛋白质数量和种类也发生改变；植物的抗寒生理生化的变化是通过低温改变基因表达而引发的，在抗寒中起作用的基因已经识别出来，并且已经了解这些基因的作用方式．ABA和PP333等外源激素和钙离子能诱导植物体内的ABA水平提高，从而增强植物的抗寒能力。但诱导机理仍待研究。     

抗冻诱导因子CBF基因及其在木本植物的抗寒应用

温度是植物生长发育的必要条件,低温是影响植物生长发育的重要逆境因子,因此抗冻诱导因子CBF基因作为重要的抗逆系列基因成为目前研究的热点之一。系统介绍了CBF基因家族、结构与特性、表达、调节因子、生理生化功能、抗逆条件下的交叉适应现象,及其在木本植物上的应用前景及原理。     

巨桉低温胁迫响应基因EgrCR的表达与功能

【目的】通过对巨桉中冷响应基因EgrCR(Eucgr.B02857)的蛋白序列特征、亚细胞定位、低温等非生物逆境条件下的表达以及拟南芥中该基因超表达株系的表型分析,探讨EgrCR基因在巨桉响应低温等非生物逆境中的作用。【方法】利用Protparam,PSIPRED,TMHMM,Mat Inspector和MEGA等生物信息学软件,预测EgrCR编码蛋白结构特征、启动子上的重要顺式作用元件,并构建其同源蛋白序列进化树;同时,采用基因枪轰击洋葱表皮方法进行基因编码蛋白亚细胞定位分析;组织特异性表达及低温等非生物逆境及昼夜节律下的表达分析,分别采用半定量和定量RT-PCR方法。通过构建35S::EgrCR超表达载体转化拟南芥,观察转基因株系在不同低温(0,4℃)处理下的表现,研究该基因对低温响应的功能特性。【结果】EgrCR编码的蛋白序列含有144个氨基酸,二级结构中包含4个α螺旋、3个β折叠,没有预测到结构域、跨膜域的存在。在进化的亲缘关系上,EgrCR与毛果杨中的同源蛋白亲缘关系最近,氨基酸序列相似度达到68%。在其启动子序列上含有多个与植物逆境响应相关的顺式作用元件。亚细胞定位结果表明其编码蛋白在核中表达。正常条件下,EgrCR主要在茎和叶中表达。不同低温(0,2,4,6,8℃)处理和4℃低温下随处理时间(2,6,12,24,48 h)的延长,EgrCR受到强烈的诱导。ABA(100μmol·L~(-1))对EgrCR表达没有明显影响,而NaCl(200 mmol·L~(-1))处理下则表现为先抑制后促进。昼夜节律也影响EgrCR的表达,光照下基因表达被诱导,黑暗条件下基因表达受抑制。拟南芥中EgrCR超表达转基因株系4℃处理条件下,花青素苷积累现象减轻;0℃处理3天再恢复生长1周后,超表达株系能快速恢复生长,表现出较强的耐低温能力。【结论】EgrCR基因参与巨桉低温胁迫响应,还可能参与巨桉的高盐胁迫响应,昼夜节律对其表达也有影响。     

冷诱导对翅荚木一些生理生化特性的影响

采用梯度降温对翅荚木幼苗进行冷诱导,研究几项与抗低温有关的生理生化指标:膜透性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化。结果表明:经过冷诱导的翅荚木幼苗的膜透性明显降低,可溶性糖和可溶性蛋白含量、SOD活性明显升高,而且湖南种源的变化幅度大于广西种源,说明湖南种源翅荚木的抗低温能力强于广西种源。     

拟南芥FLC基因抑制成花机理研究进展

控制成花的各基因在植物生长过程中具有重要的作用.FLC是拟南芥中抑制成花的基因,通过负调控FLC的转录及蛋白表达水平,促进拟南芥的某些晚花生态型和晚花突变体开花.研究发现,FLC的表达水平与植株低温处理的时间呈数量关系,低温处理时间越长,FLC的表达越弱.介绍了拟南芥FLC基因的分子特征以及基因表达被抑制的分子机理及相关内容.     

8个油橄榄品种扦插苗苗期耐寒性评价

目的 为探明油橄榄扦插苗苗期抗寒性评价方法。 方法 以中国北亚热带西秦岭南坡白龙江河谷地引种栽植的8个油橄榄品种2年生扦插苗为研究对象,人工模拟冷胁迫（16、12、8、4、0、−4 ℃）,对其渗透调节物质含量,保护酶活性,光合和叶绿素荧光参数等指标进行分析。 结果 随着冷胁迫加剧,8个供试油橄榄品种幼苗叶片相对电导率（REC）、脯氨酸(Pro)、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）含量呈上升趋势,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性在0 ℃前呈上升趋势,降至冰点后又开始逐渐降低;温度下降的过程中,各品种叶片叶绿素含量（Chl）、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率（ΦPSⅡ）均呈现下降趋势,气孔导度（ G s）在4 ℃前呈下降趋势。应用半致死温度（LT50）,渗透调节物质、保护酶活性参数隶属函数,光合和叶绿素荧光参数隶属函数3种评价体系进行了相关分析,8个油橄榄品种扦插苗半致死温度介于−16.359～−9.715 ℃之间。 结论 通过渗透调节物质、保护酶活性参数隶属函数法所得出的耐寒性综合排序与应用电导法配合Logistic方程求出半致死温度的排序基本一致,并且符合试验地区油橄榄苗期越冬表现,可以作为油橄榄苗期耐寒性评价方法。     

诱导植物抗寒基因得到充分表达的条件

综述了诱导植物抗寒基因得到充分表达的各种条件，主要包括温度、当照水分、植物激素、化学药剂、物理方法等外界条件，以及植物的生长期、发育水平等内部因素。同时提出了植物抗寒性研究领域中值得深入探讨的问题。     

引进的山东杏品种抗寒性研究

通过对引进的玉杏、红丰、凯特、红太阳、大棚王等5个山东杏品种1年生枝条进行0℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃等5个梯度低温和时间交互胁迫处理,测定各品种电解质渗出率、可溶性糖含量、游离脯氨酸（Pro）含量、丙二醛（MDA）含量的变化等相关的生理指标,以研究经抗寒性锻炼之后的各品种不同胁迫时间和胁迫温度在生理方面对各品种的影响。结果表明,电解质渗出率、可溶性糖含量、丙二醛（MDA ）含量和游离脯氨酸（Pro ）含量均随温度的降低而增高;5个优质杏品种的半致死温度分别为玉杏-41．65℃、红丰-35．33℃、凯特-34．38℃、红太阳-34．06℃、大棚王-31．40℃。抗寒力强弱顺序：玉杏＞红丰＞凯特＞红太阳＞大棚王。     

广东省红树林寒害的调查

2008年2月对广东省红树林遭受严重寒害的情况开展调查,并选取较有代表性的珠海淇澳岛红树林区作为样点进行详查。调查结果表明：①粤西红树林受寒害最重,粤中次之,粤东较轻;②受寒害严重的主要红树林造林树种为海桑类;③乡土树种的抗寒能力明显强于引进树种;④由寒潮引起的长时间持续低温是造成寒害的主要原因,红树林的受害程度还与生物学因素、生境因素相关。最后就灾后的红树林恢复提出了若干建议。     

我国竹子抗寒性研究进展

对我国竹子抗寒性研究做了较全面的回顾和总结, 并结合近年来相关领域的研究方法和结果, 对今后的竹子抗寒性研究提出了设想和展望。目前竹子抗寒性研究工作主要集中在从外观形态来调查抗寒性的区域、竹子抗寒性良种选育与引种方面; 而抗寒生理机理、内部因素、抗寒性与分子水平的研究, 增强抗寒性的措施等方面还有待进一步加强, 这也是今后竹子抗寒性研究新的课题和方向。     

长春市主要绿化树种适应低温冻害能力的调查与分析

以长春市部分绿地的主要园林绿化树种为对象,对其适应低温冻害的能力进行了调查与分析,结果表明:在2009～2010年冬春季节持续低温作用下,12种外来树种中未遭受冻害的有青杄等7种,占58.3%;油松、丹东桧柏、大径级垂榆、京桃、刺槐普遍遭受冻害,都有死亡植株发生,其中大径级垂榆冻死率高达63.6%。低温累积效应是导致树木遭受冻害的主要因素,种间的遗传差异亦是因素之一。乡土野生树种无冻害相发生。     

寒地城市休闲空间设计浅析

提出了寒地休闲空间的设计特点和对策，论述了寒地休闲空间的设计观与技术观。     

桉树耐寒性选择研究综述

在概述我国桉树引种栽培的基础上，综述了国内桉树耐寒树种选育，抗寒生理指标的筛选及桉树耐寒树种测定方法，指出了桉树耐寒性选择研究的发展趋势。