我国人口占世界人口 17％,耕地面积约占世界耕地面积的 7.8％.根据国家统计局 2021 年数据,全国 19.18 亿亩耕地面积中旱地占 50.33％,水浇地占 25.12％,水田占 24.55％;其中约 10％的耕地已受到土壤盐渍化的影响.2020 年 12 月,习近平总书记在中央经济工作会议上深刻指出:"我国耕地总量少,质量总体不高,后备资源不足,我对这个问题一直高度重视、反复强调".干旱、盐害、低温、酸碱、重金属等非生物逆境严重影响作物产量和品质,是影响我国粮食安全的主要自然因素.另一方面,微生物在食品、农业、工业和能源生产中有着越来越多的应用,也是合成生物学改造的重要底盘.微生物生长也需要克服多种不利环境,包括高浓度底物产生的高渗透压、高浓度产物的毒性、高温、低pH和重金属等,胁迫耐受性提高的微生物可以在多种逆境条件下更好的生长和代谢.因此,解析生物对环境胁迫的响应机理,具有重要的基础研究意义,选育抗逆菌株和作物品系,具有广泛的应用价值.

盐碱土壤环境是限制猴樟引种推广的主要因素,脯氨酸是植物适应盐碱胁迫过程中主要的渗透调节物质,筛选并鉴定出调控脯氨酸合成的转录因子对于猴樟耐盐碱分子机理研究具有重要意义.以猴樟实生苗为材料,在水培培养基础上,采用0 mmol/L和 10 mmol/L的Na2CO3 溶液分别进行处理,选取处理 6 h、48 h的根系组织,提取总RNA,构建盐碱胁迫诱导的猴樟根系酵母cDNA文库;以猴樟根系总DNA为模板,克隆CbP5CS启动子序列,采用Y1H酵母单杂交技术筛选出与CbP5CS启动子存在互作的蛋白,并通过高通量测序技术鉴定出调控猴樟脯氨酸合成的转录因子.结果表明,所构建的cDNA文库库容为 4.88×107 CFU/mL,总克隆数为 9.76×107 CFU,文库插入片段平均长度在 1 000 bp左右,cDNA片段重组率为 100%,符合酵母杂交试验的要求.克隆出的CbP5CS启动子序列长 2 012 bp,成功构建出诱饵质粒pHIS2-CbP5CS,利用共转化方法从文库中筛选到 31 个与CbP5CS互作的EST序列.经酵母回转验证,31个EST序列均与CbP5CS存在互作.经NGS测序和BLAST比对搜索,获得6个转录因子基因,分别为锌指CCCH结构域蛋白 25 异构体 x1、AtbHLH104、转录因子 TFIIIC、RING/FYVE/PHD锌指超家族蛋白、GATA型锌指转录因子家族蛋白、AtbHLH96.以上结果为进一步研究植物脯氨酸代谢响应盐碱胁迫的分子机制奠定基础.

目的:阐明黄连解毒汤有效活性成分对炎症级联反应信号传导通路TLR4/NF-κB的阻断作用.方法:利用脂质体转染试剂Li-pofectin 2000⑧将含有hTLR4(human toll-like receptor4)基因和NF-κB-Luc报告基因的质粒转染入人胚肾细胞(HEK293细胞),加入不同浓度和配伍组成的药物刺激后再检测细胞荧光素酶表达水平,筛选出能够有效阻断TLR4/NF-κB信号传导通路的黄连解毒汤有效组分;进一步选择Caco-2细胞单层模型研究转运蛋白对黄连解毒汤有效活性成分的吸收和转运机理.结果:黄连解毒汤中小檗碱和黄芩苷活性单体能阻断TLR4介导的信号通路的传导,显著抑制NF-κB因子的生成;摄取实验中,黄芩苷和小檗碱配伍组能够显著提高小檗碱活性单体在Caco-2细胞中摄取量[(1.23±0.03) ng/μg],加入多药耐药相关蛋白(multidrug resistance-as-sociated protein 2,MRP2)抑制剂MK-571之后,小檗碱的摄取量有显著提高[(1.05 ±0.09) ng/μg],但是在加入P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)抑制剂维拉帕米后,虽然有黄芩苷存在,小檗碱的摄取量未见提高[(0.53 ±0.05) ng/μg].结论:通过TLR4受体介导NF-κB通路抑制剂筛选模型,筛选出黄连解毒汤内小檗碱能够有效阻断TLR4/NF-κB信号通路的传导,在小檗碱的跨膜转运的过程中不存在肠道转运蛋白P-gp的作用,但存在MRP2的外排作用,这可能是因为黄连解毒汤中配伍黄芩苷可抑制MRP2蛋白活性,从而使Caco-2细胞中小檗碱被外排的量减少,增加小檗碱的吸收量.

[背景]中国盐碱地面积大、分布广、类型丰富,主要分布在东北、西北、华北及滨海地区,近年来的研究表明通过生物治理方式接种植物根际促生菌可提高植物对盐胁迫的抗性,从而加速盐碱地治理.[目的]初步揭示肠杆菌(Enterobacter sp.) FYP1101对盐胁迫下小麦幼苗的促生效应和机理,以期为该菌株的田间应用提供理论依据.[方法]基于涂布划线技术,以植酸磷培养基进行分离纯化,分别以Ashby培养基、无机磷培养基进行具有固氮、解无机磷能力细菌的初筛,之后对纯化所得细菌进行固氮、解植酸磷、解无机磷、产铁载体、产1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶、产吲哚乙酸(IAA)能力的分析;基于16S rRNA基因序列对FYP1101做初步分类鉴定;设置3种处理(施加含FYP1101的颗粒菌肥,FP;施加不含菌的空载体颗粒,NK;颗粒菌肥和空载体颗粒都不施加的空白处理,CK),采用盆栽试验分析不同处理下的盐胁迫小麦生长性状及其根际土理化性质变化.[结果]共分离得到96株菌,其中一株编号为FYP1101的菌株耐盐性达8％,且具有较强的固氮能力[固氮酶活性为2.59 nmol C2H4/(h·mg蛋白)]、解植酸磷能力(2.70 μg/mL)、解无机磷能力(4.29 μg/mL)、产铁载体能力(D/d为2.88)、ACC脱氨酶活性[7.32 μtmol 6c-丁酮酸/(h·mg蛋白)]、产IAA能力(24.93 mg/L);基于16S rRNA基因序列,将FYP1101鉴定为Enterobacter属的菌株;FP相比NK和CK处理,显著提高了盐胁迫下小麦的叶绿素含量及地上和地下的生物量(提高约19％-54％),显著增加了根长(增幅约46％);根际土有机质和速效氮含量也显著提高,提高约52％-98％,根际土pH略降低(0.12和0.17),盐度升高约40％.[结论]Enterobacter sp.FYP1101具有多种植物促生特性,可显著影响盐胁迫下小麦幼苗根形态的建成,提高根际土营养、降低小麦对盐的吸收,促进小麦幼苗生长,在促进植物适应逆境胁迫方面具有良好的应用潜力.

多倍化是高等植物进化最重要的动力之一,多倍体植物由于基因组组成以及基因表达方面的变化,通常会表现出不同的生理现象,多倍体的抗性优于其同源二倍体祖先.土壤盐碱化和次生盐渍化是影响农作物生产的重要因素,严重制约着我国农业的可持续发展.同源多倍体植物耐盐能力较强,是作物遗传改良的重要种质资源,了解其耐盐机理对培育耐盐品种具有重要意义.本文从与盐胁迫相关的耐盐性进化、生理生化水平、细胞结构和分子层面等多角度总结了植物同源多倍体盐胁迫研究进展,并以作者所在研究团队培育出的多倍体西瓜为例讨论了多倍体抗逆性研究存在的问题及未来的发展方向,以期为多倍体抗逆优势机理研究提供参考.

利用盆栽控制试验研究了盐碱胁迫下AM真菌对羊草生长及生理代谢的影响.结果表明,盐碱胁迫显著降低了AM真菌的侵染率与侵染强度,且具有高pH的碱胁迫的抑制效应更强.接种AM真菌一定程度上提高了胁迫下羊草幼苗的生物量及光合色素(Chl a,Chl b和Car)含量.随着盐碱胁迫浓度的增加,羊草幼苗积累了大量的Na+,并抑制了其对K+的吸收,接种AM真菌一定程度上降低了Na+的积累,并缓解了胁迫下K+含量的降低,提高NO3-含量从而改善羊草幼苗的离子平衡.在碱胁迫下,柠檬酸、苹果酸含量均显著提高,在盐胁迫下,仅苹果酸含量显著提高,而接种AM真菌使盐碱胁迫下有机酸含量一定程度降低.在盐碱胁迫条件下,接种AM使羊草体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性明显提高,增强宿主植物体内氧自由基的清除能力.接种AM真菌明显提高羊草幼苗抗盐碱能力,因胁迫类型不同,抗逆机理有所差异.研究结果为利用羊草进行生物改良退化盐碱草地以及菌肥的应用提供了科学依据,也为探求羊草-丛枝菌根共生体对盐碱胁迫的响应和反馈提供了数据支持.

该文总结了罗布麻属(Apocynum) 植物对干旱、温度及盐碱非生物逆境和病虫、杂草生物逆境的响应,并归纳了其适应逆境的机理.罗布麻及罗布麻种子具有广泛的温度、水分和盐分适应范围,在10～ 35 ℃,土壤含水量0. 4％或土壤持水量最小为25％的中重度干旱胁迫下,地下水盐含量36. 59 ～ 93. 48 mmol/L 或土壤Na+ 的含量为0. 0083～ 0. 7551 g/kg、NaCl 浓度在0～ 400 mmol/L 的盐胁迫条件下均能够正常生长和萌发,其机理包括罗布麻通过调节自身的渗透调节物质含量和保护酶活性提高对逆境的适应; 罗布麻根部积累高浓度K+ 离子来提高其茎、叶中K+离子及K+/Na+比抵抗盐胁迫; 也可能是K+ 通道蛋白基因AvAKT1 在罗布麻响应盐和干旱逆境中发挥着有效作用,维持K+、Na+吸收或转运; 还有可能是罗布麻本身携带的抗盐碱基因AvDH1 起到一定的作用.严重危害罗布麻的病害主要是栅锈菌Melampsora apocyni 引致的锈病和壳针孢Septoria apocyni 引致的斑枯病,均引起罗布麻叶片凋落,植株死亡.随着罗布麻产业化和市场化的推进,应加强罗布麻对生物逆境响应及其机制的深入研究.

[目的]从内蒙古种植葵花的盐碱地中筛选高效溶磷真菌,为盐碱地增产节肥开发生物肥料提供溶磷菌种资源.[方法]利用ITS rDNA序列鉴定菌株、固体培养基测定耐盐性,液体摇床培养与盆栽试验结合分析菌株溶磷能力,盆栽和田间试验明确菌株M1促进作物生长和增产作用;LC-MS技术测定菌株M1在液体培养基中分泌有机酸和植物激素含量,明确菌株M1的溶磷和促生机理.[结果]溶磷菌株M1鉴定为日本曲霉(Aspergillus japonicus).液体培养基接种菌株M1培养6 d,以Ca3(PO4)2为磷源时上清液有效磷达1020.89 mg/L,溶解率为63.30％;以AlPO4为磷源时有效磷达995.69 mg/L,溶解率为48.59％;以贵州开阳磷矿粉、江苏锦屏磷矿粉、云南晋宁磷矿粉、河北钒山磷矿粉和云南昆阳磷矿粉为磷源接种菌株M1,从晋宁磷矿粉释放的有效磷浓度最高,达到363.64 mg/L.菌株M1可耐受10％ NaCl.将M1制备的菌剂分别接种于施用Ca3(PO4)2、AlPO4和开阳磷矿粉3种磷源的4种盆栽试验土壤包括北京石灰性潮土、安徽黏性潮土、安徽水稻土和山东沿海盐潮土.结果显示,菌株M1对玉米植株促生效果显著,玉米植株鲜重比对照提高2.14％–90.91％、干重增加22.15％–268.28％;土壤有效磷提高21.81–24.27 mg/kg.菌株M1与4种土壤的适配性均高于对照菌株DSM 821.田间小区花生产量结果显示,接种溶磷菌剂M1增产效果最好,花生果实产量达4.46 t/hm2,比不接种菌剂的对照处理增加0.81 t/hm2,增产22.19％.菌株M1在含有磷酸三钙、磷酸铝和开阳磷矿粉3种难溶磷培养液中经过6 d培养,均产生7种有机酸,其中草酸和柠檬酸含量最高,分别为616.16 mg/L和413.69 mg/L;培养液均能检测到吲哚乙酸(IAA)和玉米素,IAA含量为15.45–77.58 mg/L,玉米素浓度为0.06–0.11 mg/L.[结论]获得了一株高效溶解多种难溶磷的日本曲霉菌M1,它能显著增加土壤有效磷、促进玉米生长和花生增产,与4种典型土壤适配性好,具有良好的农业应用前景.

随着气候变化,全球土壤盐碱化严重威胁着农牧业生产和生态环境的建设.土壤盐化与碱化常常伴随发生,目前多数研究侧重于盐胁迫,忽略了碱胁迫的存在.实际上,碱性盐除了盐度外还伴随着高pH.由此,试图探讨混合盐碱胁迫下接种丛枝菌根真菌(AMF)和根瘤菌对紫花苜蓿生长的影响及其作用机理.根据中国盐碱地的特点,将4种盐(NaCl 、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3)按一定比例混合模拟出16种混合盐碱(盐浓度25-150 mmol/L,pH 7.67-10.52)胁迫浓度,按照L16(161 ×22)混合正交设计,采用盆栽法研究了混合盐碱胁迫下接种AMF摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)和根瘤菌(Sinorhizobium meliloti对紫花苜蓿生长及生理的影响.结果表明:对紫花苜蓿株高的影响程度依次是AMF+根瘤菌＞pH＞AMF＞盐碱类型＞根瘤菌;对地上生物量、地下生物量、茎高净增长量、丙二醛(MDA)及脯氨酸影响程度依次是pH＞AMF+根瘤菌＞盐碱类型＞AMF＞根瘤菌;对超氧化物歧化酶(SOD)的影响程度依次是pH＞AMF+根瘤菌＞盐碱类型＞AMF＞根瘤菌;对过氧化物酶(POD)影响程度依次是pH＞AMF+根瘤菌＞根瘤菌＞AMF＞盐碱类型;对蛋白质的影响程度依次是pH＞盐碱类型＞根瘤菌＞AMF+根瘤菌=AMF.株高、地下生物量、POD均在双接种的处理下出现最大值.本研究证明:盐碱混合胁迫会严重抑制植物的生长发育;而接种AMF和/或根瘤菌均可有效缓解盐碱胁迫对植物造成的伤害,提高植物对盐碱的耐受能力;且同时接种AMF及根瘤菌效果最好,其次是单独接种AMF,单独接种根瘤菌作用相对最小.

有关醉马草(Achnatherum inebrians)内生真菌(Epichlo(e) gansuensis,E inebrians)共生体的研究,代表了我国禾草内生真菌研究领域的重要方向,使中国的醉马草-内生真菌与美国的苇状羊茅(Festuca arundinacea)-内生真菌(E.coenophiana)和新西兰的多年生黑麦草(Lolium perenne)-内生真菌(E.festucae var.lolii)成为禾草内生真菌国际三大研究分支.该文综述了近30年来对醉马草内生真菌共生体的系统研究,包括:内生真菌的分布、带菌率、检测方法、多样性,内生真菌提高宿主的抗旱、耐寒、耐盐碱、耐重金属、抗虫、抗病等抗逆性及其机理,共生体产生的生物碱等次生代谢物,对草食动物的毒性,及其在草地生态系统中的作用等.研究者实验证实了醉马草本身无毒,只有当内生真菌与醉马草共生并产生麦角新碱和麦角酰胺等麦角类生物碱后才能导致采食醉马草家畜中毒.文章展望了醉马草内生真菌基因组学和功能分析,利用杀菌剂杀死内生真菌进行醉马草脱毒,利用无毒内生真菌菌株进行饲用醉马草新品种选育,利用有毒醉马草内生真菌共生体进行抗虫防鸟的机场绿化新品种选育及生物源农药与医药开发等.