大豆耐铝毒候选基因GmSTOP1的克隆与表达分析

酸性土壤中的铝毒害是限制作物生长和产量的主要因素之一。拟南芥中的At STOP1(Arabidopsis thaliana sensitive to proton rhizotoxicity 1)是一个调控多种铝毒耐受机制相关基因表达的转录因子,在拟南芥耐铝毒中发挥重要作用。为研究大豆中STOP1-like基因的表达特性,本研究利用RT-PCR从耐铝毒大豆品种科丰1号中克隆了一个位于第16染色体的STOP1-like基因,命名为Gm STOP1。该基因的编码区(coding DNA sequence,CDS)序列长度为1566 bp,编码521个氨基酸。在Gm STOP1起始密码子上游1500 bp的核苷酸序列区间预测到多种顺式作用元件,包括与激素、热、逆境响应等相关的应答元件,如ABRE、HSE、TC-rich重复序列等。蛋白质结构预测表明Gm STOP1不具有跨膜结构和信号肽,含有4个保守的Cys-2-His-2锌指蛋白结构域。系统进化分析显示Gm STOP1与菜豆(Phaseolus vulgaris)中的STOP1-like蛋白亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示Gm STOP1定位于细胞核,说明Gm STOP1蛋白可能在细胞核中发挥其功能。Gm STOP1基因在种子中的相对表达量最高,在根、茎尖分生组织、茎、叶、花、荚等多种组织中也均有表达。用25μmol L–1 Al Cl3溶液处理大豆幼苗,Gm STOP1基因在根中上调表达,24 h达到最高相对表达量,约为对照(0μmol L–1 Al Cl3)的9.2倍,表明该基因的表达受铝离子的诱导。此外,ABA、Na Cl和PEG等胁迫也能诱导大豆根和叶中Gm STOP1基因的上调表达。由此推测Gm STOP1基因可能参与大豆对铝毒、高盐和渗透等非生物胁迫的应答过程。     

铝对小麦根细胞质膜ATP酶活性和膜脂组成的影响

 铝胁迫下 ,耐铝性不同的两个小麦品种 ( Altas66,耐铝 ;Scout66,铝敏感 )根细胞质膜 H+ - ATP酶或 Ca2 + -ATP酶活性变化趋势相似。 2 0 μmol/ L 和 10 0 μmol/ L 铝处理 5 d,质膜 Ca2 + - ATP酶活性明显下降 ;H+ - ATP酶活性在 2 0 μmol/ L 铝处理时上升 ,10 0 μmol/ L 铝时下降。质膜磷脂含量下降 ,糖脂含量上升 ,但铝敏感的 Scout66磷脂 /糖脂比值下降较耐铝的 Altas66显著。 2 0和 10 0 μm ol/ L 铝处理后 ,Scout66的亚麻酸含量和脂肪酸不饱和指数明显下降 ,Altas66的脂肪酸不饱和指数则稍有上升     

过量表达Trxs对铝胁迫下转基因大麦幼苗根系抗氧化酶系的影响

为了解硫氧还蛋白的过量表达对提高植物抗铝毒能力的作用,以过量表达硫氧还蛋白S基因(Trxs)的转基因大麦为材料,采用水培法研究0.05 mmol/L AlCl3胁迫条件下转基因大麦株系(LSY-11-1-1)幼苗根系谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性的变化,以及蛋白质和膜脂氧化损伤程度.结果表明,(1)在0.05 mmol/L AlCl3处理下,大麦幼苗根中蛋白质羰基含量和丙二醛含量显著高于非胁迫处理样品,但是转基因大麦的蛋白质羰基含量和丙二醛含量显著低于非转基因对照,如在铝胁迫处理的6、24、48、72和96 h时转基因大麦幼苗根中蛋白羰基含量分别只有对照的68.13%、52.39%、56.18%、58.02%和60.48%,MDA含量分别是对照的71.26%、74.47%、83.05%、73.65%与75.31%.(2)胁迫处理下大麦根系GSH-PX、CAT和APX等抗氧化酶活性出现不同程度的增加;与非转基因对照相比,转基因大麦幼苗根系抗氧化酶系的活性普遍高于对照,如GSH-PX活性在处理的3、24、48、72和96 h时分别是对照的1.1、1.2、1.8、1.6和1.6倍;APX在活性高峰时分别是对照的121%(3h)和119%(96 h);CAT活性在胁迫处理的3、12、24、48和72 h分别比对照提高了62%、11%、7%、34%和17%,而且转基因幼苗根系CAT活性高峰(处理3 h)比对照提前出现21 h(处理24 h)出现.这些结果表明过量表达Trxs可以有效地提高上述抗氧化酶类的活性,缓解铝毒对大麦根系蛋白质和膜脂的氧化损伤,从而提高转基因大麦幼苗对铝胁迫的抗性.     

植物铝毒及其耐铝机制研究进展

铝毒是酸性土壤上作物生产的主要限制因子,目前有关作物铝毒害及耐铝的机理尚不十分清楚,限制了相关育种和栽培工作的开展.近几年来,世界各国针对作物的铝毒害及其耐铝机制进行了大量的研究,并取得了较大进展.作者综述了目前有关铝对植物的毒害及其耐铝机理的研究成果,并简要讨论了今后的研究方向.     

铝胁迫对蚕豆幼苗生理的影响

[目的]探讨铝胁迫对蚕豆幼苗生理的影响,为揭示铝毒害植物机理提供依据。[方法]用10、50、100、250、500、1000 mg/L浓度的铝溶液处理蚕豆种子,研究铝胁迫对蚕豆种子萌发及幼苗生理的影响。[结果]低浓度铝处理对蚕豆种子萌发、幼苗生长、根系生长均有一定的促进作用,株高和鲜重增加,根系活力增强,可溶性蛋白含量增加;高浓度铝胁迫对蚕豆生长的抑制作用较为明显。低浓度铝处理丙二醛含量变化很小,其他处理丙二醛含量逐渐升高。叶绿素含量随铝浓度的增加而直线下降。高浓度铝胁迫过氧化物酶含量比对照增加较多,1000mg/L铝处理是对照的2.3倍。[结论]铝胁迫对蚕豆生长的影响有两面性,低浓度时起促进作用,高浓度时有较明显的抑制作用。     

Effects of Aluminum on ATPase Activity and Lipid Composition of Plasma Membranes from Wheat Roots

The effects of aluminum on ATPase activity and lipid composition of the plasma membranes isolated from root tips of Al-tolerant (Altas 66) or Al-sensitive (Scout 66) cultivar of Triticum aestivum L.was assayed. The results showed that both cultivars had similar changes in H+ -ATPase and Ca2+ -ATPase activities after aluminum treatment. Exposure of both cultivars to 20 and 100 (mol/L aluminum for 5 d significantly decreased the activities of Ca2+ -ATPase of plasma membranes. The activities of H+-ATPasc in plasma membrane increased under 20 μmol/L aluminum and decreased at 100 μmol/L aluminum. With aluminum treatment, the PL content of plasma membrane decreased, but GL content increased. The ratio of PL to GL decreased more distinctly in Scout 66 than that in Altas 66. Treated with 20 and 100 μmol/L aluminum, linolenic acid content and the index of unsaturated fatty acids decreaced greatly in Scout 66, but the index of unsaturated fatty acids in Altas 66 increased slightly.     

浙江省慈溪市面粉类早点中铝含量研究分析

[目的]了解浙江省慈溪市在售面粉类早点中铝残留状况。[方法]于2014、2015年在慈溪市20个乡镇街道的早餐店、快餐店、食品超市及流动早餐车中抽取281份包子馒头和油条样品;同时,在各乡镇粮油店、超市共抽取30份小麦粉样品。按照GB/T 5009.182-2003《面食制品中铝的测定》方法检测,结果采用SPSS统计学软件分析。[结果]78批油条样品中,铝残留检出率为71.8%,超过100mg/kg的样品为33.3%,铝残留中位数为28.0 mg/kg,最高检出值为290.0 mg/kg,两年度间不存在显著差异。203份包子馒头样品中,铝残留检出率为33.0%,铝残留中位数为0 mg/kg,最高检出值为293.0 mg/kg,两年间存在显著差异。30份小麦粉样品铝残留均未检出。[结论]面粉类早点加工过程中使用含铝膨化剂导致食品中铝残留。     

Aluminum contents of the edible portions of the winged bean,Psophocarpus tetragonolobus (L.) DC. (Fabaceae): Field study and caveat

The winged bean,Psophocarpus tetragonolobus (L.) DC has been widely recognised as a potentially useful source of protein for tropical regions of the world. A neglected aspect of the plants nutritional quality has been the reporting of the accumulation of aluminum (Al) in the edible parts of the plant; the leaves, pods, seeds and tubers. The accumulation of Al in the plant on acidic tropical soils and the implication of Al to human health problems further justified the inclusion of Al in nutritional analysis. Field experiments on two varieties of the winged bean, the USDA-releaseHi-Flyer and an unnamed variety from the Phillipines, showed that all edible portions of the plant accumulate Al from high to very high levels when compared to an average of usually less than 300 ppm in other crop plants. Aluminum accumulation is generally highest in the youngest tissues particularly in the young roots with levels recorded as high as 25,000 ppm and these contents are as high as levels for recognised Al accumulators such as the leaves ofPinus and tea. Future improvement breeding programs for the winged bean will necessarily require identifying and taking advantage of possible variation in Al accumulation between varieties.     

大麦耐铝毒机理及遗传改良研究进展

综述了大麦酸铝毒害及其遗传改良研究进展。大麦铝毒害的首要症状是根系的生长发育受阻 ,根系微观结构改变 ,其机制可能包括 :铝引起细胞死亡、缺乏细胞壁合成底物、铝影响DNA合成以及矿质元素吸收等几个方面。大麦可以通过增加根际分泌物如有机酸、多肽等螯合根际铝 ,也可提高根际 pH使铝沉淀 ,减弱铝毒性 ,对进入细胞内的铝也可通过与铝形成无毒的复合物 ,或将铝主动运入液泡中 ,解除内部铝毒。对大麦的遗传研究表明 ,大麦耐铝性是由单基因控制 ,耐铝性不同的品种分别是由多基因座控制。利用苏木精染色等方法已鉴定出一些耐铝材料 ,通过突变体筛选已获得了一些抗铝的大麦品种。运用分子生物学技术 ,有望将小麦耐铝基因导入大麦 ,显著提高大麦耐铝毒的能力     

铝胁迫对龙眼叶和根细胞超微结构的影响

用扫描电镜、透射电镜、荧光显微镜研究铝胁迫对龙眼叶、根超微结构的影响。结果表明 ,铝胁迫造成龙眼叶片超微结构的破坏。其中最明显的变化是叶绿体的破坏 ,表现为叶绿体膜系统受损加重 ,基粒片层扭曲紊乱 ;其次是细胞壁的降解 ,细胞之间间隙变小 ,部分液泡膜破裂 ,液泡消失 ;线粒体膜系统受到破坏 ,嵴数量明显减少甚至消失。铝胁迫下龙眼根端膨大 ,根尖变粗变短 ,从外表皮到中柱出现不同程度的龟裂 ,且随铝浓度的提高 ,这种伤害程度不断加重 ;根伸长区细胞细胞壁发生降解 ,细胞间距变小 ;膜系统遭到破坏 ,核膜、线粒体膜破裂 ;细胞中淀粉粒明显减少 ,甚至消失 ;根尖分生组织细胞核变形 ,细胞核数量大大减少。