1 湖南省微生物研究院, 长沙 410009
2 湖南省勘测设计院有限公司, 长沙 410014
盐胁迫影响植物生长发育, 制约农作物安全生产。细胞内钠离子毒害是导致盐胁迫的主要因素之一, 细胞内积累过多的钠离子会抑制光合作用及蛋白合成等一系列生理生化活动。因此, 植物细胞内钠离子动态平衡对于维持植物正常生长发育至关重要。本文从盐胁迫对植物的危害、钠离子转运、信号传导等方面来阐述植物应答高盐胁迫的研究进展, 以推动对植物盐胁迫响应机制的研究。
盐胁迫 植物 钠离子转运 信号传导 分子机制 salt stress plant sodium ion transport signal transduction molecular mechanism
吉林大学生物与农业工程学院, 吉林 长春 130022
小麦是我国的主要粮食作物, 在国民经济发展中具有举足轻重的地位。 然而, 盐与物理损伤等非生物胁迫, 逐渐成为制约小麦产量和品质的重要因素。 研究表明, 细胞壁是植物细胞直接抵御逆境胁迫的重要防线。 盐胁迫下, 细胞渗透压增大, 质膜的透性会受到一定程度的影响。 为了维持细胞的形态和结构, 植物细胞壁中的果胶等多糖物质会发生不同程度的转化和改变。 物理损伤, 会加深植物细胞膜脂过氧化的程度, 使膜通透性增大, 导致营养物质的流失和降解。 受到损伤的部位及其周边细胞还会发生栓化以阻塞病菌的侵入。 构成植物细胞壁主要成分且能够反映细胞壁以及膜系统完整性和透过性的果胶, 可以作为研究胁迫下植物内部物质响应规律的重要指标。 目前, 质量法、 比色法、 液相色谱法等常用的果胶检测方法操作繁琐、 实时性不强且对样本损耗较大。 亟需一种操作简便、 检测速度快、 无损的检测方法。 将烟农0428小麦作为研究对象, 采用水培方式, 以向培养液中施加氯化钠(NaCl)溶液和对小麦第一片叶主脉两侧针刺分别模拟盐胁迫和昆虫叮咬造成的物理损伤, 并完成小麦叶片果胶及高光谱信息的采集与处理。 利用相关分析法筛选光谱敏感波段, 将主成分回归(PCR)、 偏最小二乘法(PLS)、 逐步多元线性回归(SMLR)三种建模方法分别与多元散射校正(MSC)、 标准正态变换(SNV)、 一阶导数(FD)、 卷积平滑(S-G)、 Norris导数滤波(NDF)等预处理技术相结合, 建立果胶含量反演模型。 最终, 选定PLS+SNV+FD+NDF方法建立的模型为最优模型, 并对其性能进行了测试。 结果表明: 果胶含量的预测值与实测值一致性较高, 拟合系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.997 6和0.35; 预测值重复性较好, 相对标准偏差(RSD)为1.2%。 该研究以新方法实现小麦果胶的高精度、 快速、 无损检测, 有助于小麦响应逆境胁迫机理的深入探索, 并为大田作物胁迫程度预测及种植环境的精准管控提供参考。
小麦 高光谱技术 果胶 盐胁迫 物理损伤 模型预测 Wheat Hyperspectral technique Pectin Salt stress Physical damage Model prediction 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2935
为鉴定可用于大豆(Glycine max)遗传改良的优异基因源, 从大豆基因组中鉴定获得一个大豆GmWIN1-6转录因子, 应用生物信息学工具和实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术系统分析GmWIN1-6转录因子的理化性质、蛋白结构、时空表达谱及盐胁迫响应。结果表明: 从大豆花组织中克隆到GmWIN1-6基因的开放阅读框(ORF), 其编码蛋白由176个氨基酸组成, 在N端具有一个保守的AP2结构域, 属于亲水性蛋白; GmWIN1-6蛋白的二级结构中, 无规则卷曲占比例最大; 三级结构与拟南芥(Arabidopsis thaniana)AtWIN1相似; 系统进化分析显示GmWIN1-6与AtWIN1亲缘关系最近; GmWIN1-6转录因子在大豆各组织中的表达差异明显, 其中在花组织中表达量最高, 其次为种子发育中后期, 且与种子油脂积累时期基本吻合; 在大豆幼苗盐胁迫条件下, GmWIN1-6基因上调表达。这些试验发现预示着GmWIN1-6转录因子可能参与大豆种子发育和油脂富集以及幼苗胁迫响应的调控, 为大豆遗传改良和分子育种提供理论依据。
大豆 WIN1转录因子 油脂积累 盐胁迫 表达分析 soybean WIN1 transcription factor oil accumulation salt stress expression analysis
1 北京林业大学草坪研究所, 北京 100083
2 长江大学园艺园林学院, 湖北 荆州 434025
3 华中农业大学经济管理学院, 湖北 武汉 430070
4 滁州学院地理信息与旅游学院, 安徽 滁州 239000
叶片电解质渗透率是反映植物细胞渗透性的一个重要指标, 对草坪草遭受盐胁迫的研究有重要意义。 针对叶片电解质渗透率传统检测方法, 耗时长, 损伤叶片, 无法大面积监测等弊端, 探讨了用高光谱快速无损检测叶片电解质渗透率的方法。 以匍匐翦股颖（Agrostis stolonifera）为对象, 在温室中水培两周后进行浓度分别为0(对照), 100和200 mmol·L-1的盐处理, 7 d后按间隔7 d取样3次, 共72个样。 每次取样时先测量样品的光谱值, 然后采用电导率法测定叶片电解质渗透率。 分析匍匐翦股颖三种盐处理与光谱反射率之间的关系和差异, 对三种盐处理的光谱反射率计算归一化植被指数和差值植被指数, 采用差分法计算光谱反射率的一阶微分, 同时计算出蓝、 绿和红光的三边参数, 分析叶片电解质渗透率与光谱反射率、 归一化植被指数、 差值植被指数和三边参数的相关性。 利用叶片电解质渗透率和各光谱数据相关程度高的数据, 对校正集采用一元线性回归、 多元线性回归和偏最小二乘回归法构建叶片电解质渗透率反演模型, 用预测集检验反演模型。 结果表明: 盐胁迫与叶片高光谱在450～700 nm波段呈正相关; 叶片电解质渗透率与450～732 nm波段反射率在0.01水平上显著相关; 三边参数中绿边幅值和绿边面积与叶片电解质渗透率显著相关; 采用偏最小二乘回归法建立的反演模型精度最好, 建模和反演预测的决定系数分别达到了0.681和0.758, 均方根误差分别为7.124和7.079。 偏最小二乘法构建的反演模型实现了盐胁迫下匍匐翦股颖叶片电解质渗透率的快速无损检测, 也为采用高光谱实时监测盐胁迫对匍匐翦股颖及其同类植物的伤害提供了依据和理论参考。
高光谱 盐胁迫 草坪草 匍匐翦股颖 电解质渗透率 反演模型 Hyperspectral Salt stress Turfgrass Creeping bentgrass Electrolyte leakage Inversion model 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3630
为减轻盐胁迫对植物造成的伤害, 本研究采用He-Ne激光对盐胁迫下的水稻进行辐照处理, 选用水稻9311作为对照、耐盐海稻86作为研究对象, 以0.5％的氯化钠进行盐胁迫, He-Ne激光（辐照计量5 mW·mm-2, 波长632.8 nm）进行照射。设置了对照组（CK）, 盐胁迫组、盐胁迫和激光复合处理组（分别为L、BL组）, 进行了水稻抗氧化活性方面的研究。结果表明: 与对照组（CK）比较, He-Ne激光对水稻的盐胁迫有一定的缓解作用, 其中对水稻9311的作用最明显, 表现为激光处理提高了水稻幼苗中过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶（CAT）的活性和减缓了丙二醛(MDA)含量的增速; 同时也说明新选育的海稻86耐盐性高于水稻9311。因此, 一定剂量的He-Ne激光可以提高了水稻的耐盐性, 这为抗盐胁迫及耐盐植物的育种提供了途径和理论依据。
He-Ne激光 水稻 盐胁迫 抗氧化活性 He-Ne laser irradiation rice salt stress antioxidant activity
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所、暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
盐胁迫严重限制着植物的生长发育,造成农业产量下降.植物遭受盐胁迫时,细胞代谢受到抑制,体内会积累较多活性氧(ROS)进而对植物造成氧化胁迫,诱导自噬现象的产生.本文主要研究了植物对于盐胁迫诱导的自噬及其反应的调控机制.研究中发现,在高盐浓度处理的拟南芥幼苗中自噬现象迅速产生,伴随着NADPH氧化酶活性的明显上升.此外,通过用荧光探针LysoTracker Red (LTR)定位自噬小体,激光共聚焦观察发现AtTOR不仅可以在正常生理环境下抑制自噬小体的生成,而且可以在高盐浓度胁迫环境下抑制自噬.进而我们发现在高盐浓度处理的同时添加NADPH氧化酶抑制剂DPI后,处理过后的WT株系拟南芥根细胞自噬现象受到明显抑制,而AtTOR突变体中并未有明显的变化.因此NADPH氧化酶很有可能参与AtTOR对盐胁迫诱导自噬的信号通路的调控.该研究结果为进一步分析植物耐受性机理和自噬的信号通路提供理论依据.
拟南芥 自噬 盐胁迫 NADPH氧化酶 Arabidopsis thaliana autophagy salt stress AtTOR TOR NADPH oxidase
1 黑龙江八一农垦大学, 黑龙江 大庆 163319
2 黑龙江省农业科学院大庆分院, 黑龙江 大庆 163319
3 大庆市农业委员会, 黑龙江 大庆 163319
植物核苷二磷酸激酶(NDPKs), 属于蛋白激酶家族, 参与植物的多种生理生化过程, 在植物响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。NDPK2基因转化紫花苜蓿, 对提高紫花苜蓿的耐逆性具有重要意义。试验以“敖汉”苜蓿下胚轴的再生系统为基础, 通过农杆菌介导法将SWPA2驱动的AtNDPK2基因转入紫花苜蓿下胚轴, 获得抗性植株。通过PCR初步检测证明该基因已经整合到“敖汉”苜蓿的基因组, 阳性植株转化率为23.3%。不同浓度NaCl胁迫测定转基因植株的SOD、POD活性及质膜相对电导率、 MDA含量, 结果发现在0.4%～1.0%NaCl胁迫下转基因植株的SOD、POD酶活性显著高于对照, 相对电导率、MDA含量显著的低于对照, 进一步说明AtNDPK2基因的转入增强了“敖汉”苜蓿的耐盐性。
转化体系 盐胁迫 NDPK2 NDPK2 transformation system salt stress
为明确激光对番茄耐盐性的影响, 用番茄(Lycopersicon esculentum Mill)种子为实验材料, 以不同剂量的He-Ne激光辐照刚萌动的种子, 用0.3 %的NaCl溶液模拟盐胁迫, 观察出苗时间、出苗率, 测定相关的生理生化指标。结果表明: 激光处理后, 番茄种子的发芽率(Gr)和发芽指数(Gi)有不同程度的降低; 番茄幼苗游离脯氨酸积累量、根系活力、超氧化物歧化酶(SOD)活性都有不同程度的升高; 丙二醛(MDA)含量降低。分析不同处理的各项指标可知, 辐照量为23.04 J/cm2是较合适的处理。说明利用一定程度的激光处理可以提高番茄的抗盐性。
He-Ne激光 番茄幼苗 盐胁迫 He-Ne laser tomato seedlings saltstress
安徽师范大学生命科学学院, 重要生物资源保护与利用研究安徽省重点实验室, 安徽 芜湖 241000
通过液培实验, 研究水稻幼苗在盐胁迫下, 镧对水稻幼苗的保护作用。结果表明: 水稻幼苗植株在≤1.5 %的盐浓度的盐胁迫下, 10 mg·L-1镧能提高幼苗植株超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性; 降低幼苗植株脂质过氧化产物丙二醛(MDA)的含量和脯氨酸(Pro)的含量; 减小质膜透性; 提高叶片叶绿素含量和叶绿素a/b的比值; 增强根系的活力, 进而促进水稻幼苗的生长。10 mg·L-1镧对盐胁迫的缓解作用与盐浓度有关, 随着盐浓度增大, 镧的缓解作用将逐渐消失。分析表明, 在≤1.0 %和≥0.5 %的盐浓度胁迫下, 镧对水稻幼苗的生长存在更有效的防御机制, 能够促进水稻幼苗的生长代谢。
盐胁迫 镧 水稻幼苗 保护效应 salt stress lanthanum rice seedling protective effect
以荷叶为实验材料，用BPCL型微弱发光测量仪，测定了不同浓度NaCl溶液处理不同时间的叶片的延迟发光，观察了延迟发光初始强度随处理时间的变化和延迟发光衰减参数随处理时间的变化。结果表明：随着胁迫时间的增加，0％，0.01％和0.10％处理的叶片，其延迟发光初始强度和衰减参数在一个小范围的上升之后一直呈下降趋势，1.00％，5.00％处理的初始延迟发光强度和衰减参数一直呈下降趋势，10.00％，20.00％处理的初始延迟发光强度和衰减参数从一开始就处于很低的水平。从整体上看，0.10％浓度处理对叶片延迟发光初始强度和衰减参数影响最小。整个实验表明，延迟发光可以规律性地反应盐胁迫对叶片的伤害程度。该结论为生物物理方法测量外界胁迫对叶片的影响具有一定的参考意义。
