[目的]探讨外源2,4-表油菜素内酯(2,4-EBR)缓解芸豆幼苗盐碱胁迫伤害的生理机制,为应用2,4-EBR缓解豆类植物盐碱胁迫提供依据.[方法]以盆栽'芸选2号'幼苗为材料,研究在100 mmol/L盐碱胁迫下,喷施0.1 mg/L 2,4-EBR和4.0 mg/L油菜素内酯抑制剂芸苔素唑(BRZ)对幼苗生长、光合气体交换参数、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量的影响.[结果]盐碱胁迫下芸豆叶片卷缩枯萎,株高、叶面积、主根长、光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均显著下降(P＜0.05),脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)含量和胞间 CO2浓度(Ci)显著升高.喷施2,4-EBR处理能缓解盐碱胁迫造成的叶片枯萎和卷缩,植株生长状况逐渐转好,同时有效降低幼苗叶片REC、MDA和Ci,显著提高株高、叶面积、主根长、Pro、SS、Pn、Tr、Gs及SOD、POD、CAT和APX活性,但外源2,4-EBR诱导的这些芸豆抗盐碱效应在加入BRZ后受到逆转.[结论]外源2,4-EBR处理能够提高芸豆叶片抗氧化系统酶活性和渗透调节物质含量,减轻盐碱胁迫造成的膜脂过氧化伤害及对光合作用的非气孔限制,促进幼苗生长,增强抗盐碱能力.

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4光合关键酶,有助于植物在非生物胁迫下抵御逆境.异子蓬(Suaeda aralo-caspica)是一种无须Kranz结构即可在单细胞中高效执行C4光合作用的荒漠盐生植物,在C3作物遗传改良方面具有天然优势.以转异子蓬SaPEPC2基因烟草(Nicotiana tabacum)为材料,探讨了其抗旱功能和光合性能.结果表明,过表达SaPEPC2提高了烟草叶片持水能力,可保持叶绿素稳定;积累更多的渗透调节物质,增强了抗氧化酶活性,进而降低了植株体内的活性氧水平,减轻膜损伤程度;同时还增强了烟草抗旱相关基因和内源光合基因的表达,提高了PEPC活性和净光合速率,可能是促进了烟草体内的"类C4微循环"途径所致.研究结果为进一步利用异子蓬单细胞C4途径PEPC基因培育高光效抗逆农作物品种奠定了基础.

以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp.indica cv.'Shuangkezao')获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料,在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫,探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异.结果表明,与野生型相比,弱光胁迫后,pe-1叶片黄化程度显著降低,株高和叶面积显著增加;三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同.此外,pe-1叶绿素含量增加,且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型,表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强,适应能力更强.pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型,表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强.综上,pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力,该结果有助于耐弱光水稻品种的选育.

镉(Cd)胁迫严重限制植物生长,因此鉴定与植物镉胁迫耐受性相关的基因尤为重要.课题组前期通过转录组数据筛选获得番茄UDP-糖基转移酶基因(SlUDP)响应植株镉胁迫反应.本研究克隆SlUDP基因编码区全长序列,该基因在叶片和果实中表达量较高,受镉胁迫诱导上调表达.酵母耐镉性分析表明,转入SlUDP基因提高了酵母镉胁迫的耐受性.进一步获得SIUDP过表达拟南芥株系,CdCl2胁迫下(40、60、80μmol/L),与野生型相比,过表达拟南芥株系的子叶失绿程度下降;发芽率、根长和种子存活率提高,而丙二醛含量下降,可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性增加,且金属离子转运蛋白基因ZIP1、IRT1、CSD1和COPT2的表达水平显著高于野生型.结果表明,SlUDP过表达株系通过调节抗氧化酶系统,提高植株清除活性氧能力,降低膜脂过氧化程度,提高金属离子转运等方面提高植株耐镉性.本研究为糖基转移酶基因在植物耐受镉胁迫中的作用研究提供一定的理论依据,并为园艺植物抗性分子育种提供了候选基因.

[目的]旨在探究纳米硒(SeNPs)对铅(Pb)胁迫烟草幼苗的生长、抗逆性、铅吸收和转运的影响,以揭示SeNPs的促生效应、富硒和阻滞铅吸收及转运的机制.[方法]以普通烟草(Nicotiana tabacum)为研究对象,通过盆栽实验设置不同处理,包括低剂量(100 mg/L)和高剂量(200 mg/L)Pb胁迫,无机硒(Na2SeO3)、SeNPs处理和空白对照组.测定各处理组烟草幼苗的生物量、光合生理参数、抗氧化酶活性、脂质过氧化产物含量以及相关基因表达水平,分析铅和硒在植物体内的含量和分布.[结果]与对照组相比,硒处理显著促进了烟草幼苗的生长和光合作用,SeNPs促生效应更显著.硒处理还增强了烟草幼苗的抗氧化酶(SOD、POD和APX等)活性和抗氧化物质(抗坏血酸和谷胱甘肽等)的含量,降低了脂质过氧化产物(H2O2 和MDA)的积累.在铅胁迫条件下,硒处理可显著提高烟草幼苗中硒的含量,同时降低铅的吸收和转运率.[结论]纳米硒能显著提高植物生物量,保护光合系统,激活抗氧化系统,阻滞铅吸收和转运,促进植物硒富集和改善植物对铅胁迫的抗性.

[目的]探讨不同嫁接方式缓解甜瓜幼苗低温伤害的生理机制,为选取适宜嫁接方式以提高甜瓜低温抗性提供理论依据.[方法]以2个厚皮甜瓜品种和1个薄皮甜瓜品种为接穗,'白籽南瓜'为砧木,并以甜瓜自根苗为对照,考察3类嫁接苗(双根嫁接、靠接、贴接)在15 ℃/10 ℃低温处理前、中、后期(复温)叶片的光合色素含量、光合气体交换参数、细胞膜透性及抗氧化酶活性变化特征.[结果](1)各甜瓜品种各类嫁接苗叶片的光合色素含量、光合气体交换参数在低温处理下均显著降低,在复温后均比低温处理有所上升,并以贴接苗下降幅度最小,上升幅度最大;(2)各甜瓜品种各类嫁接苗叶片相对电导率、丙二醛含量、过氧化氢含量及超氧阴离子产生速率在低温处理下均显著升高,在复温处理后均比低温处理有所下降,并以贴接苗上升幅度最小,下降幅度最大;(3)各甜瓜品种各类嫁接苗叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性在低温处理下均显著提高,在复温处理后均比低温处理显著升高,并均以贴接苗上升幅度最为显著.[结论]3种嫁接方式均可显著增强低温胁迫和复温后甜瓜幼苗抗氧化酶活性,有效降低活性氧积累,维持光合能力,提高低温耐受性,并均以贴接方式表现最佳.

植物生长调节剂5-羟色胺(5-HT,5-hydroxy-tryptamine)已应用于农业生产,以提升作物抗旱性,然而其转录水平的分子机制尚不清楚.本研究通过转录组测序、内源激素水平和抗氧化酶活性的综合评价,探讨模拟干旱胁迫下蜡杨梅幼苗响应外源5-羟色胺的生理和分子影响机制.结果表明,50μmol/L的5-HT处理显著提高了蜡杨梅根系中脱落酸和茉莉酸含量,而100 μmol/L的5-HT处理的结果则刚好相反.50 μmol/L的5-HT处理诱导丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性显著升高,而过氧化氢含量则显著降低.基于上述两种浓度水平的5-羟色胺处理基因集富集分析结果表明,差异表达基因集主要包括抗氧化酶活性、氧化还原酶活性、生长素和赤霉素介导信号传导、细胞壁生物合成、木聚糖生物合成、果胶代谢、次生代谢物生物合成、苯丙烷和半乳糖醛酸代谢等.与抗氧化酶活性及激素代谢相关的差异表达基因主要为PER、LAC、DHAR和PIN等.通过加权基因共表达网络分析发现8个共表达基因模块与5-羟色胺及干旱胁迫显著相关,其中枢纽基因KAB1218346.1(LOX3)、KAB1219593.1(WRKY53)和KAB1217691.1(CZF1)主要参与激素代谢和转录调控,上述关键基因及其分子调控机制将是今后研究的重要对象.

春季低温通常发生在冬小麦孕穗期,导致小麦大幅减产.本研究选用低温反应敏感型小麦品种'皖麦52'和低温反应迟钝型小麦品种'烟农19'作为试验材料,在孕穗期将小麦盆栽置于人工气候室内进行低温处理(-2和0℃),低温处理结束后分别喷施浓度为10、20、30 mg·L-1的6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)溶液,以喷施等量蒸馏水作为对照,探讨孕穗期低温胁迫后喷施6-BA对小麦旗叶部分生理特性、产量和品质的影响.结果表明:与对照相比,外源喷施6-BA处理的小麦幼穗形态较为饱满,小花形态得到改善,穗下节间维管束数目增加;6-BA促进了小麦旗叶可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的积累;过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性提高,丙二醛含量降低.外源喷施6-BA后小麦退化穗数减少,穗粒数和千粒重提高,籽粒蛋白质、湿面筋含量和沉降值增加.综上,外源喷施6-BA可以有效缓解低温胁迫对小麦旗叶和产量造成的影响.在本试验条件下,喷施6-BA溶液对烟农19的缓解效果要高于皖麦52,其中以喷施20 mg·L-1的6-BA溶液对低温胁迫的缓解效果最好.

为了揭示硒(Se)对膜荚黄芪(Astragalus membranaceus)镉(Cd)胁迫的缓解机制,以传统药用植物膜荚黄芪为材料,利用水培技术综合研究了离子拮抗作用、抗氧化酶系统、重金属螯合物以及异黄酮在Se缓解Cd胁迫中的作用.结果表明:10 μmol·L-1 Se显著改善了 50 μmol·L-1 Cd胁迫下膜荚黄芪幼苗生长状况并减轻了植株的活性氧积累水平以及膜脂过氧化水平.Cd处理下Se添加显著降低了膜荚黄芪各部位Cd含量,同时Cd添加也显著降低了各部位Se含量,说明膜荚黄芪在Se与Cd的吸收上具有明显的拮抗作用.抗氧化酶活性测定结果显示,Se添加降低了 Cd胁迫下膜荚黄芪各部位过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性,通过相关性分析发现多种抗氧化酶活性与O2·-含量具有显著正相关关系,暗示抗氧化酶活性的变化更多的是与植物体内活性氧水平相适应的结果.此外,Se添加也降低了 Cd处理下膜荚黄芪各部位非蛋白巯基和金属硫蛋白含量,且两者在各部位的含量与对应Cd含量呈现出良好的正相关,表明重金属螯合物含量是由各部位Cd含量所调节的.与抗氧化酶和金属硫蛋白不同,Se添加显著提高了 Cd胁迫下膜荚黄芪幼苗根系中3种异黄酮成分的含量.进一步对异黄酮合成途径关键酶基因CHS、IFS、I3'H、IOMT和UCGT表达水平进行研究,发现Se明显上调了 Cd处理下所有酶基因的表达水平.综上,Se通过吸收过程中与Cd的拮抗作用降低了 Cd处理下膜荚黄芪幼苗中的Cd含量,降低了植物受胁迫程度,同时通过上调异黄酮等次生代谢物质合成,提高了植物对Cd胁迫的耐性.

[目的]考察密旋链霉菌Act12发酵液对石油胁迫下紫花苜蓿幼苗生长及生理特性的影响,探讨其缓解石油胁迫的作用机制.[方法]以'中苜3号'紫花苜蓿为供试植物,采用盆栽试验,考察质量分数3％(W/W)石油胁迫和不同浓度(0、1％、10％和100％)Act12发酵液处理下紫花苜蓿幼苗生长、根系构型、光合特性、渗透调节物质含量和抗氧化能力等指标的变化.[结果]相较于对照组(CK),3％石油胁迫显著抑制了幼苗的光合作用和生物量,同时增加了丙二醛(MDA)的积累,降低了可溶性糖和可溶性蛋白含量,改变了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性.中低浓度(1％和10％)的发酵液处理可以有效缓解石油胁迫对紫花苜蓿幼苗的毒害,并以10％的Act12发酵液效果最佳;与不施用Act12发酵液处理相比,10％Act12发酵液处理幼苗的株高、地上部干质量、地下部干质量、茎耐受指数、根耐受指数、总根长、根表面积、根体积和根尖数均显著增加,地上部分和地下部分MDA含量分别降低了 42.49％和56.45％,可溶性糖含量分别增加了 79.25％和89.83％,可溶性蛋白含量分别增加了 167.63％和256.15％,根系SOD和POD活性分别提升了 35.81％和57.33％.[结论]中低浓度密旋链霉菌Act12发酵液能有效增强石油胁迫下紫花苜蓿幼苗的抗氧化酶活性和渗透调节能力,降低MDA含量,提高光合作用能力,增加生物量,有效缓解石油胁迫对幼苗生长的抑制.