茉莉酸甲酯(MeJA)对水稻幼苗的抗旱生理效应

茉莉酸类物质(Jas)是植物体内广泛存在的生长调节物质,它作为内源信号分子参与植物在机械伤害、病虫害、干旱、盐胁迫、低温等条件下的抗逆反应。选用抗旱性存在明显差异的两个水稻(Oryza sativa L.)品种中二欧六和丰华占作为实验材料,通过设置对照、干旱、干旱 茉莉酸甲酯(MeJA)三种处理研究了茉莉酸甲酯对水稻幼苗的抗旱生理效应。研究结果表明,干旱胁迫后两个水稻品种幼苗叶片水势均显著降低,而干旱后喷施茉莉酸甲酯能明显增加叶片的水势,改善叶片的水分状况,抗旱性强的品种水势增加幅度较大。干旱胁迫后水稻叶片的抗氧化酶活性,包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)和有机渗透调节物质,包括可溶性糖、脯氨酸及游离氨基酸含量均大幅度上升,而干旱 茉莉酸甲酯处理则能降低了这些物质的含量,两个水稻品种的变化趋势表现一致。研究结果表明外施茉莉酸甲酯在一定程度上能减缓干旱胁迫对水稻幼苗造成的伤害,有效地提高抗旱性,但这这种增强效应在不同水稻品种间存在一定差异。     

茉莉酸甲酯(MeJA)对干旱胁迫下水稻幼苗光合作用特性的影响

茉莉酸(JA)及茉莉酸甲酯(MeJA)是广泛存在于植物体内的与抗性关系密切的生长物质,能显著增强植物在机械伤害、低温、盐害、干旱等非生物环境胁迫和病虫害等生物胁迫中的抗性.以水稻品种中二欧6为实验材料,通过设置对照、干旱、干旱+MeJA、干旱+MeJA+水杨苷异羟肟酸(SHAM)四种处理,研究了干旱胁迫下施用MeJA及其代谢抑制剂SHAM对水稻幼苗的叶绿素荧光和光合作用特性的影响.研究结果表明,干旱胁迫下外源MeJA(0.25 μmol·L~(-1))处理可显著提高水稻幼苗的叶片水势、叶绿素含量、叶绿素荧光参数Fv/F_0和Fv/Fm值、蒸腾速率、叶片气孔导度、胞间CO_2浓度,降低ABA含量,从而提高水稻幼苗的抗旱性.然而,加入茉莉酸信号途径的抑制剂水杨苷异羟肟酸(SHAM)后MeJA诱导的水稻抗旱效应受到逆转,表现在水稻幼苗叶片水势、叶绿素荧光和光合作用参数等显著下降,ABA含量显著上升.     

香蕉含VQ基序蛋白基因MaVQ1的克隆与表达

克隆香蕉含VQ基序蛋白基因MaVQ1,研究其序列特征及其在不同激素处理和逆境胁迫下的表达模式.采用RTPCR技术从‘天宝蕉’中克隆了该基因,对其进行生物信息学分析,并利用实时定量PCR技术(qRT-PCR)研究它在不同组织部位和不同激素、不同逆境胁迫处理下的表达情况.结果显示:MaVQ1编码序列(CDS)长为459 bp,可编码一个分子式为C_(732)H_(1164)N_(210)O_(207)S_3、分子量为16 314.76、等电点为10.19的不稳定亲水性蛋白.MaVQ1含有保守的VQ结构域,不含跨膜结构和信号肽,与小果野蕉VQ亲缘关系最近.亚细胞定位预测结果显示MaVQ1主要定位在细胞核.蛋白互作预测结果显示MaVQ1与其他香蕉VQ蛋白以及WRKY互作系数最高.启动子顺式作用元件预测结果显示MaVQ1启动子包含多种光响应元件、激素响应元件和逆境胁迫相关作用元件.转录因子结合位点分析结果显示其启动子上存在大量的ERF结合位点.qRT-PCR结果显示:MaVQ1在不同组织部位中的表达无显著差异,其表达受茉莉酸、脱落酸和低温显著诱导,受高温和干旱抑制.本研究表明,与其他植物VQ类似,MaVQ1的表达受多种激素和逆境影响,暗示其可能在香蕉抗逆防御反应过程中发挥着重要调节作用.(图6表2参33)     

松科植物对干旱胁迫的反应

水分亏缺是制约树木生长的重要环境因子，植物通过形态、生理以及分子水平来适应水分亏缺．渗透调节使植物在低水势下维持正常生理活动，是植物忍耐水分亏缺的重要生理机制．干旱胁迫下，植物形态结构变化有利于水分吸收和传导，从而提高水分利用效率；同时，生物量向根部的分配增加，叶面积/边材面积比发生变化，这种生物量分配转移提高了根和茎向叶片输水能力，从而防止气穴现象；干旱胁迫容易引起光能过剩，过剩的光能会对光合器官产生潜在的危害．依赖于叶黄素循环的热耗散是光保护的主要途径；同时酶促及非酶促系统也是防止光合器官破坏的重要途径；脱落酸作为一种激素逆境信号，活化了与抗旱诱导有关的基因．本文从形态变化、渗透调节、气穴现象、光合作用、水分利用效率、脱落酸以及分子机理等方面阐述了松科植物对干旱胁迫的响应，并对耐旱指标的筛选进行了讨论，干旱胁迫下，各耐旱机理相互制约，需要联合各个方面的因素来考虑整个植物对干旱的反应．参99。     

GCC盒和JERE盒介导的信号途径在水稻应答逆境中的作用

植物应答逆境的防御反应在很大程度是在基因转录水平调节的,其中转录因子与目标基因启动子上顺式作用元件的识别和结合起着关键的调节作用.本研究将从双子叶植物中发现的GCC盒(应答乙烯)和JERE盒(应答JA和激发子)与CaMV35S核心启动子融合构建成诱导型启动子,利用GUS报告基因构建其表达载体并进行农杆菌介导的水稻遗传转化.利用T1代株系分析了GCC盒和JERE盒水稻植株对不同逆境胁迫和激素处理的应答.结果表明在转基因植株中它们都具有很低的本底表达.稻瘟病侵染、稻纵卷叶螟取食和机械损伤处理可不同程度提高GUS基因的表达.另外,脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)也能提高GUS的表达.实验结果暗示JERE和GCC盒介导的信号途径在单子叶和双子叶之间有一定的保守性.图5参15     

茶树RING-finger型E3泛素连接酶基因CsSDIR的克隆与表达

蛋白质泛素化修饰广泛参与植物的生长发育及逆境胁迫响应,其中RING-finger型E3泛素连接酶基因salt and drought induced ring finger1(SDIR1)在植物抗逆中具有重要的作用.为了解茶树SDIR1(CsSDIR1)在抗逆应答中的作用机制,采用RT-PCR技术从茶树中克隆CsSDIR1的全长cDNA序列及启动子序列,对其生物信息学特征进行分析,并采用qRT-PCR技术检测该基因的组织表达特异性及在不同逆境胁迫下的表达模式.结果显示,CsSDIR1基因的开放阅读框(ORF)长831 bp,编码276个氨基酸,蛋白质分子量(Mr)为30.085×103,理论等电点为6.54;氨基酸序列分析表明,CsSDIR1属于疏水性蛋白、定位在胞内膜上,与其他植物中的SDIR1相似性较高,在其N-端和C-端分别含有2个保守的跨膜结构域和C3H2C3 RING finger功能域;CsSDIR1与猕猴桃关系最近. CsSDIR1上游启动子含多个与干旱胁迫和盐胁迫响应相关的元件.表达分析显示,CsSDIR1在茎中的表达量显著高于根、叶和花;ABA、干旱和高盐诱导其表达,低温抑制CsSDIR1的表达.根据上述结果推测CsSDIR1基因可能参与了茶树的抗逆响应.     

干旱胁迫对润楠幼苗生长和生理生化指标的影响

以2年生润楠(Machilus pingii)幼苗为试验材料,采用盆栽和持续停水的干旱处理方法,模拟研究不同干旱胁迫时段对润楠幼苗生长及抗性生理的影响,旨在为润楠幼苗的栽培和水分管理提供理论依据及技术参考.结果显示:(1)随着干旱胁迫时间延长和胁迫程度增加,土壤体积含水量(SWC)、叶片组织中相对含水量(LRWC)、苗高和地径生长量均下降,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素Car以及叶绿素a/b均呈先增加后降低的趋势;(2)主要渗透调节物质可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量随着干旱时间延长表现为先升后降,脯氨酸(Pro)含量逐渐升高;(3)丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)含量在轻度(SWC为10%-15%)和中度(SWC为6%-10%)胁迫下缓慢增加,重度胁迫(SWC<6%)下大幅度增加,说明膜脂过氧化作用加剧,膜透性增加;(4)在整个干旱过程中,超氧化物歧化酶(SOD)活性、抗坏血酸(As A)逐渐下降,而过氧化物酶(POD)活性在轻度和中度干旱过程中逐渐加强,重度胁迫下急剧下降,但胁迫结束时仍高于对照25.5%.本研究表明,在轻度和中度干旱条件下(SWC>7.6%),润楠幼苗能通过调节自身的抗氧化系统和渗透调节物质含量来减轻干旱伤害,维持植物体的生长及正常生理代谢,从而表现出一定的耐旱抗旱潜力;但在土壤水分亏缺较严重的条件下,润楠幼苗会受到严重伤害.     

香蕉MaMPK1基因的克隆与表达模式

为研究香蕉MAPK1的序列特征及其在不同激素处理、逆境胁迫下的表达趋势,以‘天宝蕉’为材料,采用RTPCR技术克隆MaMPK1并对其进行生物信息学分析和不同处理下的表达模式分析.结果显示该基因编码区长为1182bp,可编码393个氨基酸.其编码蛋白具有STKc_TEY_MAPK结构域,属于MAPK基因家族TEY亚型A亚家族,是不稳定的脂溶性亲水酸性蛋白,无信号肽和跨膜结构,有多个磷酸化位点.亚细胞定位预测结果显示MaMPK1主要定位于细胞核.蛋白互作预测结果显示该蛋白与HSFA4A存在互作,暗示其可能在香蕉抗热反应过程中发挥作用.启动子顺式作用元件预测结果显示MaMPK1启动子包含多种激素和逆境胁迫相关作用元件.定量分析结果显示MaMPK1的表达受SA、45℃、低温和盐胁迫抑制,受茉莉酸甲酯(MeJA)和枯萎病菌侵染诱导上调,在脱落酸(ABA)处理后期极显著上调表达.本研究表明MaMPK1广泛参与香蕉逆境胁迫应答.(图9表1参35)     

臭氧污染胁迫下植物的抗氧化系统调节机制

工业和农业的快速发展导致近地层O3浓度不断提高,这对陆地生态系统的动物、植物、微生物和人类健康造成伤害。O3对植物的影响尤其是对农作物的影响将关系到世界粮食的安全生产。O3污染胁迫可诱导植物产生活性氧物质,破坏植物的膜系统,影响植物的光合作用等正常生理功能。植物在自然适应过程中,可形成一套抗氧化机制来缓解O3胁迫伤害。综述了国内外近年来有关O3胁迫下植物抗氧化系统调节机制的研究进展,包括植物通过调节体内的抗氧化酶活性和非酶类物质含量来缓解O3对植物伤害的机制。O3污染胁迫下植物可调节其叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)等抗氧化酶的活性。抗坏血酸(AsA)、类胡萝卜素(Car)和谷胱甘肽(GSH)等非酶类物质在清除O3胁迫产生活性氧方面具有重要的作用。另外,根据目前的研究进展,提出了一些需要继续深入探讨的问题。     

温度、水分和盐度对转基因耐草甘膦大豆种子萌发和幼苗生长的影响

为了探明转CP4-EPSPS(5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶)基因是否会对大豆种子及幼苗的抗逆性产生影响,进而为转基因耐草甘膦大豆的环境安全评价提供科学依据,通过室内试验研究了温度、水分和盐度对转基因耐草甘膦大豆ARG、受体大豆n-ARG及我国传统栽培大豆苏豆3号种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明:在种子萌发阶段,ARG对高温胁迫和水分胁迫的抗性显著低于n-ARG和苏豆3号;ARG对盐分胁迫的抗性与n-ARG没有显著差异,但抗性明显弱于苏豆3号。幼苗生长阶段,在温度胁迫(高温40℃,低温15℃)和水分胁迫(渍水和干旱)条件下,ARG在株高增长量和生物量方面都没有表现出优势,相反,在某些方面反而抗性更弱。例如,在轻度干旱胁迫(相对含水量55%)条件下,ARG地上部干重明显小于n-ARG。ARG对盐分胁迫的抗性也弱于n-ARG及我国传统栽培大豆苏豆3号。总之,与非转基因受体大豆n-ARG和我国传统栽培大豆苏豆3号相比,转基因耐草甘膦大豆ARG在温度、水分和盐度逆境条件下的竞争性和入侵性不强。     

促进植物生长根圈细菌(PGPR)的研究现状

有机农业提倡与自然共存不破坏平衡,而自然界的土壤中存在许多可促进植物生长的植物根圈微生物(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR),此类微生物可分泌促进植物生长的物质,并可诱导植物产生抗性基因,增强植物抗病.PGPR可产生有机物质促进植物生长,改善土壤肥力,增加可溶性磷及铁,诱发植物抗病、克服逆境、增强营养吸收,固氮或防治病害等,在有机农业上有助于植物增产,改善农业对化学肥料的依赖,生产出健康的作物.参25.     

镉胁迫对豆科作物生理生态效应研究进展

镉(Cd)污染对豆科作物的生理生态可产生较大影响.低浓度的Cd胁迫对豆科作物的生物量与株高、根长的增长具有一定的刺激效应,但高浓度的Cd胁迫对豆科作物生长有抑制效应;Cd在豆科作物各器官的富集和分布,存在根>茎>叶>籽粒的规律;Cd胁迫可导致豆科作物的细胞亚微结构发生变化,并可使DNA发生变化,诱导细胞衰老;在超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等保护性酶的调节下,可以在一定程度上缓解Cd胁迫对豆科作物膜脂的过氧化伤害作用,但这种保护作用有一定限度.在总结国内外相关研究基础上,就Cd胁迫豆科作物的试验研究方法及其对豆科作物的生理生态效应进行了简要综述,并指出了存在的问题与发展前景.     

林木根系衰老研究方法与机制

根系衰老研究方法主要有根窗直接观测和挖根取样间接观测。在整株水平上,树木同化碳的能力,碳在不同器官间的分配,尤其是在地上部分和地下部分间的分配比例,对根的萌生和衰老起着重要作用;地上部分的生长过程和健康状况也对根系的生长和寿命有很大影响;当树木的生长环境受到某种胁迫时,树木的抵抗力下降,容易招致病原菌的危害,造成根系衰老和死亡。在生态系统水平上,干旱洪涝、干扰等胁迫和树木一土壤间的养分循环都会引起树木生长环境的改变,对根系的衰老过程发生作用;季节变化使树木的地上部分和地下部分的生理活动处于不同的旺盛期,从而使碳的分配方式有些改变,影响到根系的生长;土壤中养分的存在形式,某些离子的浓度也直接影响到根的寿命;病原菌对根系的危害与土壤中养分含量变化有关。所以,衰老过程受环境条件的影响,伴随着代谢,RNA和蛋白质合成速率的下降和(或)膜与细胞器结构的改变。     

Why do plants ‘talk’?

Summary Plant defence can be induced by herbivory. This is true for both direct and indirect plant defence. Induced direct defence has been the most studied of the two. However, in most cases induced direct defence does not appear to be a water-tight defence option. In contrast, induced indirect defence through the production of herbivore-induced carnivore attractants can be a decisive factor in the extermination of herbivore populations. In this paper the main characteristics of induced attraction of carnivores by plants are reviewed. This includes the similarities and dissimilarities among tritrophic systems. There are two main patterns of induced carnivore attraction. (1) Through the emission of the same bouquet as that emitted by mechanically damaged plants, but in larger quantities and for a longer period of time after damage. (2) Through emission of large amounts of new volatiles that are synthesizedde novo in response to herbivore feeding andnot in response to mechanical wounding.Herbivore populations may be decimated by carnivores. Therefore it should be realized that herbivoreinduced carnivore attractants are essential in an important step in carnivore foraging,i.e. long-distance herbivore location. Once herbivores have started feeding on a plant and direct defence is not effective, induced indirect defence may be decisive for plant survival. Therefore, it is concluded that indirect defence is an essential aspect of induced plant defence directed at herbivorous arthropods.     

Physiological changes in certain test plants under automobile exhaust pollution

Plants are the only living organisms which have to suffer a lot from automobile exhaust pollution because they remain static at their habitat. But such roadside plants like Nerium indicum Mill., Boerhaavia diffusa L., Amaranthus spinosus L., Cephalandra indica Naud., and Tabemaemontana divaricata L. can easily avoid the effects of air pollution by altering their physiological pathways pertaining to photosynthesis and respiration. Stomatal closure in Boerhaavia, Amaranthus, Cephlandra and stomatal clogging in Nerium and Tabemaemontana help these plants in preventing the entry of poisonous gases. The increased activity of the enzyme Phosphoenol Pyruvate Carboxylase (PEPCase) belonging to C4 pathway helps Nerium and Boerhaavia (both C3 plants) in carbon fixation under stress condition. Photorespiration is favoured in Amaranthus, Cephalandra and Tabernaemontana to compensate for the over production of ATP in them. Owing an inefficient gaseous exchange in Boerhaavia and Tabemaemontana, the activity of Glucose 6--Phosphate Dehydrogenase (G6-PD) also increases for the preferential shift to Pentose Phosphate Pathway to produce excess NADPH+H+ which are likely to re-oxidize by metabolic reactions not linked to electron transport chain.     

Salicylic acid to decrease plant stress

Pollution and climate change degrade plant health. Plant stress can be decreased by application of salicylic acid, an hormone involved in plant signaling. Salicylic acid indeed initiates pathogenesis-related gene expression and synthesis of defensive compounds involved in local resistance and systemic acquired resistance. Salicylic acid may thus be used against pathogen virulence, heavy metal stresses, salt stress, and toxicities of other elements. Applied salicylic acid improves photosynthesis, growth, and various other physiological and biochemical characteristics in stressed plants. Salicylic acid antagonizes the oxidative damaging effect of metal toxicity directly by acting as an antioxidant to scavenge the reactive oxygen species and by activating the antioxidant systems of plants and indirectly by reducing uptake of metals from their medium of growth. We review here the use of exogenous salicylic acid in alleviating bacterial, fungal, and viral diseases, heavy metal toxicity, toxicity of essential micronutrients, and salt stress.     

Influences and mechanisms of nanofullerene on the horizontal transfer of plasmid-encoded antibiotic resistance genes between E. coli strains

• Sub-inhibitory levels of nC₆₀ promote conjugative transfer of ARGs. • nC₆₀ can induce ROS generation, oxidative stress and SOS response. • nC₆₀ can increase cell membrane permeability and alter gene expression. • Results provide evidence of nC₆₀ promoting antibiotic resistance dissemination. The spread and development of antibiotic resistance globally have led to severe public health problems. It has been shown that some non-antibiotic substances can also promote the diffusion and spread of antibiotic resistance genes (ARGs). Nanofullerene (nC₆₀) is a type of nanomaterial widely used around the world, and some studies have discovered both the biological toxicity and environmental toxicity of nC₆₀. In this study, cellular and molecular biology techniques were employed to investigate the influences of nC₆₀ at sub-minimum inhibitory concentrations (sub-MICs) on the conjugation of ARGs between the E. coli strains. Compared with the control group, nC₆₀ significantly increased the conjugation rates of ARGs by 1.32‒10.82 folds within the concentration range of 7.03‒1800 mg/L. This study further explored the mechanism of this phenomenon, finding that sub-MICs of nC₆₀ could induce the production of reactive oxygen species (ROS), trigger SOS-response and oxidative stress, affect the expression of outer membrane proteins (OMPs) genes, increase membrane permeability, and thus promote the occurrence of conjugation. This research enriches our understanding of the environmental toxicity of nC₆₀, raises our risk awareness toward nC₆₀, and may promote the more rational employment of nC₆₀ materials.     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。