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.

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.

本研究旨在探究不同浓度镉(Cd)对川芎苓种萌发和幼苗生长的影响.采用以石英砂为基质的水培试验,施加不同浓度CdCl2-2.5 H2O(0、0.1、0.25、0.5、1、2 mmol/L)溶液处理川芎苓种,研究Cd胁迫对川芎苓种萌发、幼苗生长、生理代谢及Cd含量的影响.结果显示,随着Cd浓度的增加,株高抑制率、根长抑制率上升;根、叶及节盘Cd含量显著升高;株高、根长、叶鲜重、根鲜重下降;抗氧化酶(过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶)活性、非酶系统物质(可溶性蛋白、谷胱甘肽、脯氨酸)含量以及丙二醛含量先升高后降低.研究表明,0.1～2.0 mmol/L Cd对川芎苓种萌发和早期幼苗生长均有明显的毒害作用,随着Cd胁迫浓度的升高毒害作用增强,其中川芎幼苗根对Cd胁迫最敏感.Cd胁迫下川芎幼苗生理生化指标整体上呈现低促高抑的Hormesis效应.川芎幼苗通过提高抗氧化酶活性和非酶系统物质积累,减少膜系统损伤、活性氧蓄积,缓解Cd毒害作用,提高耐受性.

目的 选取3种海洋赤潮甲藻为研究对象,从广西涠洲岛海域来源细菌中筛选出高效溶藻的菌株,研究菌株的溶藻效果和初步作用机制,为开展赤潮的防治工作奠定基础.方法 采用细菌发酵液与甲藻共培养来测定菌株的溶藻活性,检测藻细胞中丙二醛和抗氧化相关酶系统的响应规律,分析甲藻胞外溶解性有机物组成,并通过KEGG和CAZy数据库预测目标菌株合成溶藻物质的能力.结果 从24株细菌中筛选到15株对至少一种甲藻表现出溶藻活性的菌株,总阳性率为62.5％,菌株M026对3种甲藻均表现出显著的溶藻效果.添加10％的M026发酵无菌滤液,共培养3d后,3种甲藻细胞死亡率均高达95.0％.生理生化响应表明,在M026发酵无菌滤液胁迫下,甲藻细胞膜脂过氧化损伤严重,3种抗氧化相关酶(SOD、CAT和APX)活性先增加后下降,且三维荧光光谱检测到藻细胞内溶产物为类富里酸和类蛋白类物质.通过全基因组分析,菌株M026含有溶藻活性的次级代谢产物生物合成基因,及多种降解植物细胞壁的酶.结论 菌株M026可作为微生物溶藻菌剂的候选菌株.

以丝状产油微藻段殖黄线藻(Xanthonema hormidioides)作为实验材料,经过低温(5℃)预处理后的藻种与常温(25℃)条件下的藻种进行对比实验,研究段殖黄线藻在不同温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃)和高、低氮浓度(18和3 mmol/L)条件下的生长和油脂积累及低温(5℃)对这两种状态下的藻种光合活性和抗氧化酶系统的影响.结果显示:低温预处理后的段殖黄线藻在各温度下积累的生物量要高于常温条件下的段殖黄线藻,在15℃时可达到最高生物量为10.1 g/L,20℃条件下可获得最高油脂和脂肪酸绝对含量,分别占干重的64.20％和49.05％(3 mmol/L),蛋白质含量在15℃时达到最高为43.5％(18 mmol/L),总碳水化合物则基本维持在10％-25％.5℃下段殖黄线藻对光的利用率(a)及最大电子传递速率(ETRmax)均受到明显抑制,低温预处理后的段殖黄线藻叶绿素a含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均在第9天后超过常温实验组,最高分别可达9.98 mg/g、2.99和0.75(3 mmol/L).与常温实验组相反,低温预处理后段殖黄线藻在5℃下ETRmax和对强光的耐受能力(IK)均有所升高.此外,低温预处理后段殖黄线藻超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的最大活性可达65.6和0.56 U/mg protein,均显著高于常温段殖黄线藻(P＜0.05).综上,低温预处理后的段殖黄线藻生长和代谢产物的积累更具优势,并且在低温适应性、光合效率及抗氧化应激方面的能力也得到显著提升.

为探明玉米的耐盐碱机制,推动耐盐碱玉米品种的选育,以"郑单958"和"ZN451"为试验材料,用25 mmol·L-1 Na2CO3和100 mmol·L-1 NaCl对幼苗进行盐碱复合胁迫处理,探究盐碱复合胁迫对玉米幼苗生长及生理指标的影响.结果表明:处理组"郑单958"的株高、地上干重、单株总干重均极显著低于其对照组,根冠比高于对照组但差异不显著;脯氨酸含量显著高于对照组,可溶性蛋白含量比对照组低但降幅不显著;MDA含量显著高于对照组,SOD活性极显著高于对照组,POD活性显著低于对照组;SPAD值显著低于对照组,Gs、Ci、Pn、Fv/Fm、PI值均极显著低于对照组;ABA、JA含量均极显著高于对照组;处理组"ZN451"的株高、地上干重均显著低于其对照组,单株总干重低于对照组但降幅不显著,根冠比极显著高于对照组;脯氨酸、可溶性蛋白含量均显著高于对照组;MDA含量显著高于对照组但差异不显著,SOD活性极显著高于对照组,POD活性显著高于对照组;SPAD值、Pn、Fv/Fm、PI值均低于对照组但差异不显著,Gs、Ci值均显著低于对照组;ABAJA含量均极显著高于对照组.本研究表明,玉米品种"ZN451"在盐碱复合胁迫中可能有较强的生物量分配的调控机制,高活性的抗氧化酶系统保证了细胞膜的完整性,提高了细胞渗透压的调控能力,进而对酶活性和光合系统有了较好的保护;尽管盐碱逆境中"ZN451"的气孔导度下降,但相关系统的结构和功能并未受到损伤 因此具有较高的盐碱抗逆能力.

为揭示亚热带地区杉木(Cunninghamia lanceolata)对干旱的响应机制,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站,对隔离降水环境下杉木幼树细根生理特征进行研究.结果表明,隔离降水处理的土壤湿度显著下降(P<0.05),但杉木细根超氧阴离子自由基、丙二醛含量变化不显著(P>0.05),表明其细根保持着低水平的膜脂氧化损伤;脯氨酸和谷胱甘肽含量较对照显著增加(P<0.05),并且过氧化氢含量也显著增加(P<0.05),意味着杉木受到一定程度的干旱胁迫并且进行自我调节;长期降水隔离导致的过氧化氢积累一定程度上促使谷胱甘肽显著提高,二者呈极显著正相关(P<0.01);内源激素中细胞分裂素、吲哚乙酸含量显著下降,与杉木生长调控未表现出明显相关性;超氧化物歧化酶活性较对照显著下降21.5%,过氧化物酶活性较对照显著提高16.7%,但抗氧化酶系统对杉木细根的水分缺失适应调控无显著影响.因此,50%降水减少条件下杉木能通过其细根的渗透物质和内源激素等非酶促物质进行综合调节,以有效适应土壤湿度的显著降低.

为了探明梭鱼草叶片细胞应对Pb2+胁迫的生理机制,研究以液培法考察了不同浓度Pb2+胁迫下梭鱼草叶片丙二醛(MDA)与叶绿素含量,以及抗氧化酶活性、抗氧化剂含量和乙二醛酶系统的变化规律.结果表明,(1)5.0 mg/L Pb2+胁迫第14天和第21天时,梭鱼草叶片叶绿素含量,过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性,抗坏血酸(AsA)、脱氢抗坏血酸(DHA)、谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基总肽(NPT)和植物螯合肽(PCs)等抗氧化剂含量没有发生明显变化;第21天时叶片细胞中甲基乙二醛(MG)含量显著增加,而MDA含量无明显增加.(2)10.0 mg/L Pb2+处理至第21天时,梭鱼草叶片MDA、MG、GSH及NPT含量及过氧化物酶(POD)活性明显增加,而脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、甲基乙二醛酶Ⅱ(Gly Ⅱ)活性呈相反变化趋势.(3)在15.0 mg/L Pb2+处理期间,梭鱼草叶片MDA含量显著增加,其GSH、NPT、PCs被诱导合成以螯合细胞中过量积累的Pb2+;同时叶片POD、SOD、APX活性和AsA含量显著增加.15.0 mg/L Pb2+处理第21天时,乙二醛酶系统已经不能缓解高浓度Pb2+胁迫诱发的羰基胁迫.可见,梭鱼草叶片对5.0 mg/L Pb2+具有良好的耐受性;在较高浓度(≥10.0mg/L)Pb2+胁迫下,梭鱼草叶片细胞膜脂过氧化作用加剧,此时其主要通过合成非蛋白巯基化合物、增加抗氧化酶活性及AsA含量来减缓氧化损伤;本试验条件下梭鱼草叶片乙二醛酶系统没有表现出明显的解毒作用.

裸果木起源于古地中海,为亚洲中部荒漠区分布的第三纪孑遗植物种,对研究旱生植物演化过程具有重要的科学价值.以一年生裸果木(Gymnocarpos przewalskii)实生苗为材料,在盆栽条件下用质量浓度为0.4％、0.8％、1.2％和1.6％的NaCl溶液进行盐胁迫处理,测定各NaCl处理下裸果木幼苗叶片的抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、叶绿素含量、相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)含量以及株高、基径,根、茎、叶、总干重,根冠比变化,探讨裸果木幼苗对盐胁迫的生理耐受性.结果显示,(1)随着盐胁迫程度的加重,裸果木幼苗株高、基径,以及根、茎、叶干重和总干重整体呈下降趋势,而根冠比呈上升趋势;裸果木幼苗株高、基径和根干重在0.4％NaCl处理下较对照变化不显著,但其茎干重、叶干重和总干重在各NaCl处理下均显著低于对照.(2)随着盐胁迫程度的加重,裸果木幼苗叶片的可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性均先升高后降低,而脯氨酸(Pro)含量、过氧化氢酶(CAT)活性、REC、MDA含量均呈持续升高趋势;在0.8％NaCl处理下,叶片SS、SP含量下降,SOD、POD活性减弱,REC、MDA含量显著升高,严重抑制了干物质的合成与积累.(3)随着盐胁迫程度的加重,裸果木幼苗叶片的叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量均明显降低.研究发现,在盐胁迫条件下,裸果木幼苗的生长受到了不同程度的抑制,其叶片可以通过提高渗透调节物质含量和增强抗氧化酶系统活性来适应盐胁迫环境,从而具备一定的耐盐能力;当NaCl浓度超过0.4％时,裸果木生长显著受抑,渗透调节和抗氧化能力有所减弱,膜系统受到明显的损伤.

为了阐明纳米二氧化钛颗粒(TiO2 NPs)对生菜(Lactuca sativa)生长的影响,采用自行设计的水培装置探究不同浓度TiO2 NPs(300～1 200 mg/L)下,生菜生长和生理生化指标的变化.结果表明,300 mg/L TiO2 NPs能促进生菜幼苗的根长、茎长、叶表面积、鲜重和干重;随着TiO2 NPs浓度增大,生菜的生长指标呈现下降趋势,但仍优于对照组.生菜体内的抗氧化酶(SOD、POD)在低TiO2 NPs浓度(300 mg/L)时,活性明显下降;随着TiO2 NPs浓度增大,这两种抗氧化酶活性逐渐增强.因此,生菜对TiO2 NPs胁迫具有浓度依赖性,表现为"低促高抑",且能够通过抗氧化酶系统来减轻TiO2 NPs伤害.