3类抗性种子萌发过程中糖代谢对酸雨胁迫的响应

为揭示酸雨影响种子萌发机理,以pH 2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0的模拟酸雨处理水稻(O.sativa)、小麦(T.aestivum)、油菜(B.chinensis var.oleifera)3种不同抗性种子,研究种子萌发糖代谢对酸雨胁迫的响应.结果表明,水稻、小麦和油菜α-淀粉酶活性、可溶性糖和还原糖含量随胁迫强度增加(pH 5.0～2.0)而降低,均低于对照.3个指标响应酸雨胁迫强度的规律(伤害阈值/变幅)是:水稻(pH 3.5～4.0/53.88%～77.7%)＜小麦(pH 3.5～4.5/58.60%～89.41%)＜油菜(pH 4.0～5.0/60.14%～100%).胁迫强度一定时,水稻α-淀粉酶活性、可溶性糖和还原糖含量随时间延长而上升,小麦和油菜3个指标先升后降.胁迫时间一定时(3～7 d),3种种子处理组的旺α-淀粉酶活性、可溶性糖和还原糖含量均低于对照,且随胁迫强度增加而降低.3个指标达到最大伤害的胁迫时间为水稻(7 d;7 d,7 d)＞小麦(7 d,6 d,5 d)＞油菜(3 d,7 d,5 d).3个指标对酸雨胁迫强度与胁迫时间的响应规律显示,水稻糖代谢抗酸雨能力＞小麦＞油菜,这是酸雨胁迫下3类种子萌发指标趋异的又一内在原因.     

酸雨胁迫对大豆种子萌发过程中能量代谢的影响

为探索酸雨胁迫对大豆种子萌发过程中能量代谢的影响,采用pH2.0,2.5,4.0模拟酸雨处理大豆(台湾292)种子,研究不同强度酸雨胁迫对大豆种子呼吸速率,CAT活性,线粒体蛋白与ATP含量及能荷的影响.结果表明,随着酸雨胁迫强度增加(pH≤2.5),上述指标均呈下降趋势.高强度酸雨(pH为2.0)对大豆种子萌发时能量代谢的影响是最大的.     

酸雨对水稻、小麦和油菜种子萌发的影响

采用pH2.0、2.5、3.0、3.5、4.0与5.0模拟酸雨处理水稻、小麦和油菜种子的实验结果表明,3者在pH 2.0时不发芽,在pH 2.5时只有水稻和小麦异状发芽,pH≥3.0时,水稻、小麦和油菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数都与pH值显著正相关,水稻和小麦的异状发芽率则随pH值上升而降低.部分生理指标的实验结果表明,水稻、小麦和油菜的吸水值、呼吸速率和贮藏物质运转效率也与pH值显著正相关,水稻与小麦贮藏物质消耗率与pH值显著正相关,而油菜与pH值显著负相关;水稻、小麦和油菜的芽、根长抑制指数都与pH值显著负相关.酸雨胁迫下,种子各项指标变幅为水稻＜小麦＜油菜,这表明抗酸雨胁迫能力为水稻＞小麦＞油菜.     

壳寡糖缓解小麦镉毒害的某些生理特性研究

利用不同浓度壳寡糖溶液对小麦种子浸种,种子萌发后,对小麦幼苗进行Cd胁迫,研究了不同浓度的壳寡糖对小麦幼苗生长、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性的影响。结果表明:不同浓度壳寡糖浸种,对镉胁迫下小麦幼苗生长有促进作用,幼苗高度、根长、生物量均有增加;幼苗叶片中叶绿素含量增高;SOD、POD和CAT活性增加。随着镉胁迫时间的延长,SOD和CAT活性降低,但降低幅度小于对照;POD活性却表现增加,增加的幅度大于对照。壳寡糖不同浓度之间比较,低浓度壳寡糖对镉毒害的缓解效果优于高浓度。说明壳寡糖预处理对镉胁迫有缓解作用。     

Ca2+浸种对酸雨伤害玉米幼苗的影响

通过砂培实验,研究了钙浸种对酸雨伤害玉米幼苗的防护效应.结果表明,酸雨胁迫下,玉米幼苗叶绿素含量减少,叶绿素a/b比值下降,叶片汁液的pH值降低,SOD(超氧化物歧化酶)活性先升高,而在pH值2.5的酸雨胁迫下转而下降,CAT(过氧化氢酶)活性水平下降,POD(过氧化物酶)活性明显增加,脂质过氧化加剧；而在同一强度酸雨胁迫下,经CaCl     

S-烯丙基-L-半胱氨酸缓解水稻种子幼根和幼芽镉胁迫机制

土壤Cd污染对水稻种子萌发和植株生长发育都具有毒害作用,最终可能导致稻谷产量下降及Cd含量超标.本文采用种子萌发试验研究了来源于大蒜提取物的天然含硫有机化合物S-烯丙基-L-半胱氨酸（SAC）缓解水稻种子幼根和幼芽Cd²⁺胁迫的潜在机制.本试验过程中选用我国南方稻区主栽水稻品种"中早35"种子作为试验材料,首先研究了SAC对水稻种子幼根和幼芽Cd²⁺胁迫的缓解效应;在此基础上,通过研究SAC对种子幼根和幼芽生理生化系统及Cd含量影响,探索了SAC缓解水稻种子幼根和幼芽Cd²⁺胁迫的生理机制;利用实时荧光定量PCR技术研究了SAC对水稻Cd转运蛋白编码基因表达水平的影响,探讨了SAC缓解Cd²⁺胁迫的分子机制.结果表明,当Cd²⁺胁迫浓度达到50 μmol·L^-1时水稻种子幼根和幼芽发育会受到显著抑制;当SAC添加浓度达到200 μmol·L^-1时,幼根的总根长、根表面积和根体积与50 μmol·L^-1Cd²⁺胁迫处理组相比分别增加173.5%、65.52%和37.04%;幼根和幼芽中CAT、SOD活性分别增加212.42%、110.76%和31.41%、47.31%;幼根和幼芽中MDA、GSH含量分别降低43.09%、34.12%和33.97%、35.74%;幼根和幼芽中Cd含量分别降低35.91%、28.86%.实时荧光定量PCR分析结果表明,添加SAC处理后Cd转运蛋白编码基因OsNramp5和OsHMA2的相对表达量与Cd²⁺胁迫处理组相比分别显著降低了33.38%和34.99%,OsHMA3的相对表达量与Cd²⁺胁迫处理组相比显著升高了33.96%.由以上试验结果可见,SAC降低水稻幼根和幼芽Cd²⁺胁迫的主要机制是SAC调控了Cd转运蛋白编码基因的表达水平,降低了Cd向幼根和幼芽中的转运,同时增加了Cd向液泡中的转运.     

磷对不同辣椒品种镉积累、化学形态及生理特性的影响

采用盆栽试验研究了重金属Cd (10 mg·kg^-1)污染下,叶面喷施不同磷浓度(0、 0.3%、 0.5%)对不同品种辣椒生长、抗氧化酶活性及辣椒体内Cd形态和积累量的影响.结果表明,喷磷后,辣椒果实、根和叶干重和植株总干重、Cd含量及积累量在2个品种之间的差异均达到了显著水平.适量喷施磷增加了世纪朝天椒果实及植株总干重,但降低了艳椒425的果实及植株总干重.喷磷使2个品种辣椒叶CAT活性先增加,然后下降,随磷水平增加,艳椒425叶SOD和POD活性呈上升趋势,世纪朝天椒叶SOD和POD活性则呈下降趋势.辣椒果实中Cd的形态以F_NaCl> F_HAC> F_E> F_r> F_HC> F_W.喷磷明显降低了艳椒425中乙醇提取态、盐酸提取态和残渣态及Cd提取总量,但增加了世纪朝天椒中离子水提取态、醋酸盐提取态、残渣态及Cd提取总量.辣椒中Cd积累量以根>茎>叶>果实.喷施0.3%和0.5%磷使艳椒425果实Cd积累量和植株的Cd积累总量分别较对照降低了47.7%、 58.5%和5.5%、 13.1%,喷施0.5%的磷使朝天椒果实Cd的积累量也降低了23.6%.     

不同pH条件下CdCl2对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应

采用培养皿滤纸萌发试验,研究在3种pH(4.0、6.0和8.0)条件下,不同质量浓度(0、5、10、20、40和80mgL)的CdCl₂溶液对紫花苜蓿种子萌发的胁迫效应. 结果表明,低质量浓度的CdCl₂(≤20mgL)显著提高了紫花苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,ρ(CdCl₂)为20mgL、pH为6.0时活力指数与对照组相比明显增加,达到177.52±16.61;随着ρ(CdCl₂)的提高,CdCl₂对苜蓿幼苗生长的促进效应不断增强,ρ(CdCl₂)为20mgL时,3种pH条件下的芽鲜质量分别为(6.60±0.11)、(6.68±0.20)和(9.51±0.16)mg,根鲜质量分别为(6.71±0.10)、(7.09±0.08)和(9.10±0.08)mg,达到最大; 当ρ(CdCl₂)达到40和80mgL时,紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长则受到显著抑制,ρ(CdCl₂)为80mgL时发芽率和活力指数分别仅为对照组的14.8%和46.5%;ρ(CdCl₂)为80mgL时芽鲜质量最低,3种pH条件下分别为(3.48±0.15)、(4.03±0.19)和(7.00±0.22)mg. 研究还发现,紫花苜蓿种子发芽率和活力指数随pH降低而降低,弱碱(pH=8.0)条件下紫花苜蓿在ρ(CdCl₂)为80mgL时的发芽率为66.40%±3.19%,大于酸性条件(pH=4.0、6.0)下的发芽率(11.20%±3.61%、9.20%±4.22%),而活力指数(93.90±10.71)也高于酸性条件(pH=4.0、6.0)下的活力指数(49.77±3.25、56.67±3.48),表明pH由酸性到碱性的变化过程能够缓解CdCl₂对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长的毒性.     

外源亚精胺对As5+胁迫下水稻种子萌发和As吸收积累的影响

农田As污染对农作物生长有毒害作用,导致农作物产量降低、品质下降.研究了外源添加亚精胺(Spd)对As~(5+)胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,外源添加Spd能够促进As~(5+)胁迫下水稻种子的萌发过程,提高种子的发芽势和发芽率,促进幼苗根系生长.添加Spd可以不同程度地提高As~(5+)胁迫下水稻幼苗和根系中的抗氧化酶系统过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性,降低水稻幼芽和根系中的丙二醛(MDA)含量.当As~(5+)浓度为25μmol·L~(-1)时,添加500μmol·L~(-1)和1 000μmol·L~(-1) Spd使水稻根系中的MDA含量比对照处理分别降低12.3%和31.3%,水稻幼芽CAT活性分别提高105.1%和101.4%,水稻根系CAT活性分别提高29.9%和57.1%.添加Spd也影响水稻对As的吸收积累.当As~(5+)浓度为25μmol·L~(-1)时,添加500μmol·L~(-1)和1 000μmol·L~(-1) Spd导致水稻幼芽As含量与对照相比分别降低69.4%和75.1%,水稻根系As含量分别降低7.6%和24.4%.Spd可以有效地缓解As~(5+)对水稻的毒害作用.     

模拟酸雨对水稻叶片质膜H+-ATPase活性与胞内Ca2+浓度的影响

在水培条件下研究了模拟酸雨(pH=2.5～5.5)对水稻叶片胞内Ca2+浓度和质膜H+-ATPase活性的影响.结果表明:与对照组(CK)相比,酸雨处理5 d(胁迫期)后,pH=5.5和5.0处理组的水稻叶片胞内H+浓度、质膜H+-ATPase活性、胞内Ca2+浓度、质膜Ca2+-ATPase活性无显著变化;pH=4.0和3.5处理组各指标显著升高,且H+-ATPase活性随Ca2+浓度升高而上升;pH=3.0和2.5处理组各指标显著降低,此时胞内Ca2+缺失,对H+-ATPase活性的调节作用受到限制.经正常条件培养5 d(恢复期)后,pH=4.0和3.5处理组各指标均恢复至CK的处理水平,表明H+-ATPase活性受到Ca2+调控已恢复到正常;pH=3.0和2.5处理组的Ca2+浓度高于CK及胁迫期,H+-ATPase活性低于CK但高于胁迫期,表明H+-ATPase活性受Ca2+调控得到部分恢复.因此,酸雨胁迫下胞内Ca2+对质膜H+-ATPase活性有一定调节作用,且受酸雨强度的制约.     

Response of peroxidase and catalase to acid rain stress during seed germination of rice, wheat, and rape

Seed germination of plants with various acid-resistance display different responses to acid rain. To understand the reason why such differences occur, the effects of simulated acid rain (pH 2.5–5.0) on the activities of peroxidase (POD) and catalase (CAT) during seed germination of rice (O. sativa), wheat (T. aestivum), and rape (B. chinensis var. oleifera) were investigated. Results indicated that the maximum change in activities of CAT and POD by acid rain treatment with different acidity and time in relation to the referent treatment without acid rain, was in the order: rice (28.8%, 31.7%) < wheat (34.7%, 48.3%) < rape (79.3%, 50.0%). The pH level for which the treatment with acid rain did not cause significant difference (p < 0.05) was in the order: rice (3.5).wheat (4.0).rape (5.0). Moreover, the change in activity of POD was higher than that of CAT, which showed that POD was more sensitive to acid rain stress than CAT. The difference in the ability of POD and CAT in removing free radicals was one reason why the germination indexes of these three species behaved differently. __________ Translated from Environmental Science, 2005, 26(6): 123–125 [译自: 环境科学]     

模拟酸雨对亚热带三个树种凋落叶分解速率及分解酶活性的影响

利用凋落物袋法研究了模拟酸雨对中国亚热带地区3个典型树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、香樟(Cinnamomum camphora)、银杏(Ginkgo biloba)凋落叶分解速率及酶活性的影响.酸雨分别设置为重度酸雨(pH=2.5)、中度酸雨(pH=4.0)、对照处理(pH =5.6)3个梯度.试验结果表明:酸雨胁迫会抑制凋落叶的分解,且随着酸雨强度的增强,抑制作用更明显.杉木、香樟、银杏3个树种对照处理下周转期分别比中度酸雨短33％、43％、14％,比重度酸雨短44％、52％、17％.3种分解酶对酸雨胁迫的表现不同,脲酶和纤维素酶表现为一定的抑制作用,基本呈现为对照处理(pH=5.6)＞中度酸雨(pH=4.0)＞重度酸雨(pH=2.5),与凋落物的分解速率排列情况一致,蔗糖酶在酸雨胁迫下反而有激活的趋势,表现为重度酸雨(pH=2.5)＞中度酸雨(pH =4.0)＞对照处理(pH=5.6).不同树种对酸雨胁迫的影响有一定的差异性,针叶树种杉木受影响最大,阔叶树种香樟和银杏受影响较小,银杏的抗酸性较强,且针叶树种的分解速率比阔叶树种慢.脲酶和纤维素酶对凋落叶的分解贡献较大,而蔗糖酶的影响相对较小.酶活性与季节有较大的关系,夏季活性相对偏高,冬季活性相对偏低.     

模拟酸雨对福州平原水稻田土壤化学结合态有机碳含量的影响

为阐明酸雨对水稻田土壤化学结合态有机碳含量的影响,以福州平原水稻田为研究对象,在早稻和晚稻生长期中,设置对照(CK)、模拟pH=2.5、pH=3.5、pH=4.5酸雨处理,对酸雨影响下福州平原水稻田土壤化学结合态有机碳含量进行了测定与分析.结果表明,酸雨作用下早、晚稻土壤有机碳(SOC)含量介于13.40～20.17 g·kg~(-1),与土壤全氮(TN)含量显著正相关(p0.01);各处理下早稻田SOC含量均低于晚稻田,且早稻田土壤各处理间SOC含量差异不显著(p0.05),其中,晚稻CK、pH=2.5和pH=3.5处理的SOC含量与早稻差异显著(p0.05),酸雨处理均高于CK(p0.05).早、晚稻土壤Ca-SOC含量介于0.31～0.42 g·kg~(-1),早稻期间pH=2.5处理中Ca-SOC含量与其他处理差异明显(p0.05).早、晚稻土壤Fe(Al)-SOC含量介于2.90～4.64 g·kg~(-1),早稻各处理间差异不显著(p0.05),而晚稻各处理间差异显著(p0.05).相比之下,晚稻残渣态-SOC含量显著高于早稻(p0.05),酸雨处理显著高于CK(p0.05),且pH=2.5处理含量最高,均值为(15.21±0.37) g·kg~(-1),而早稻各处理残渣态-SOC含量差异不显著(p0.05).此外,早、晚稻SOC与Fe(Al)-SOC、残渣态-SOC之间均具有显著正相关关系(p0.01),早稻残渣态-SOC、晚稻Fe(Al)-SOC与土壤TN显著正相关(p0.01).综上所述,酸雨通过提高晚稻SOC和Fe(Al)-SOC含量,进而增强土壤碳库稳定性,促进有机碳的积累.     

模拟酸雨对毛竹入侵阔叶林缓冲区土壤细菌群落多样性的影响

为了分析酸雨对毛竹入侵阔叶林缓冲区土壤细菌群落多样性的影响,以浙江省天目山国家级自然保护区毛竹扩张形成的竹阔混交林为研究对象,选取T₁（pH=4.0）、T₂（pH=2.5）两个模拟酸雨梯度,并以pH=5.5为对照（CK）,应用Illumina MiSeq高通量测试技术分析不同强度酸雨胁迫下土壤细菌群落组成和多样性变化及其关键影响因素.结果表明:①随着酸雨强度增加,竹阔混交林土壤w（TN）（TN为总氮）、w（OC）（OC为有机碳）、C/N和w（AN）（AN为碱解氮）显著升高,而pH、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（MBC）（MBC微生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物量氮）显著下降（P < 0.05）.②与CK相比,模拟酸雨处理（T₁、T₂）显著降低了细菌群落的OTUs数量、Chao1指数和Ace指数（P < 0.05）.③竹阔混交林土壤细菌包括34门96纲247目401科698属,其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线菌门为3种处理下共有的优势菌门（相对丰度>1%）.变形菌门和放线菌门相对丰度在CK处理下最高,酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度在T₂处理下最高.与CK相比,Arthrobacter属和Elsterales属相对丰度变化显著,可作为酸雨胁迫下土壤细菌群落结构变化的指示种.主坐标（PCoA）分析和相似性检验结果显示,模拟酸雨改变了土壤细菌群落结构.④冗余分析（RDA）和相关性分析表明,不同酸雨处理的竹阔混交林土壤细菌多样性与土壤pH、w（TN）密切相关（P < 0.05）.研究显示,不同模拟酸雨处理下土壤细菌群落结构和多样性有明显差异,主要可能受到土壤pH、w（TN）的影响.      

模拟酸雨对油菜大田土壤酸化及K，Na，Ca，Mg溶出的影响

在油菜大田栽培的自然生态环境条件下,通过喷淋和土柱淋溶试验,研究不同pH模拟酸雨对油菜大田土壤K,Na,Ca和Mg等盐基离子溶出的影响.结果表明:酸雨喷淋和淋溶后油菜大田土壤和淋滤液的pH明显高于酸雨pH;酸雨pH＜3.5时,土壤pH主要受酸雨酸度控制,酸雨胁迫起主要作用;酸雨pH＞3.5时,土壤pH主要由土壤盐基量制约,缓冲起主要作用;随着喷淋次数和淋溶量的增加,通过缓冲作用可使油菜大田土壤生态环境有所恢复并趋向一致.K,Na,ca和Mg的溶出量随酸雨pH,淋溶量和淋溶时间的增加而减小,随油菜群体生长量的增大而增大;4种元素中,Ca溶出量最大且变化最明显,相比之下酸雨对油菜大田中K,Na,Mg的释放影响较微弱.     

模拟酸雨对水稻叶片质膜H~+-ATPase活性与矿质元素含量的影响

采用水培法研究模拟酸雨(p H=5.0、3.5、2.5)对水稻叶片质膜H+-ATPase活性与矿质元素含量的影响.结果显示:与对照(CK)相比,酸雨处理5 d(胁迫期)后,p H=5.0组质膜H+-ATPase活性与活化能、K+、Ca2+、Mg2+含量均无显著变化,仅细胞渗透势下降.p H=3.5酸雨导致细胞渗透势、K+含量下降,质膜H+-ATPase活性、H+-ATPase活化能、Ca2+含量明显上升,Mg2+含量无显著变化.p H=2.5组H+-ATPase活性、细胞渗透势和K+、Mg2+含量明显下降,H+-ATPase活化能和Ca2+含量上升,表明矿质元素含量不仅受H+-ATPase活性的调控,还与酸雨强度和离子价态有关.经5 d恢复(恢复期)后,p H=5.0组各指标均恢复到CK水平,p H=3.5组除细胞渗透势外均恢复至CK水平,p H=2.5处理组各指标虽未达到CK水平,但较胁迫期有所恢复.表明K+、Ca2+、Mg2+含量受H+-ATPase活性的调节,且恢复效果受酸雨强度影响.