我国北方春季土温回升慢,常使苹果根系遭受亚低温胁迫.糖在根系响应低温胁迫过程中充当着营养成分和信号分子的双重功能.为探究不同外源糖对根区亚低温下山定子生长和养分吸收的影响,本试验设置对照(CK)、根区亚低温(L)、根区亚低温+蔗糖(LS)、根区亚低温+果糖(LF)和根区亚低温+葡萄糖(LG)5个处理,分析了山定子幼苗生长参数、叶片光合特性和不同组织矿质元素含量.结果表明:与CK相比,L处理后山定子株高、根系生长参数、地上部生物量、叶片光合和荧光参数及叶绿素含量均显著降低;除根系钙(Ca)含量显著升高外,山定子幼苗中的氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)含量均显著降低.与L处理相比,外源蔗糖、果糖和葡萄糖处理后,山定子叶片光合和荧光参数、叶绿素含量、生长参数均不同程度升高;根中N和P含量显著增加;茎中N、P和K含量显著增加,茎中Ca含量只在蔗糖处理后显著增加;叶中N、P、K、Ca和Mg含量均显著增加.综上,根区亚低温下外源糖处理可提高山定子叶片光合效率,促进矿质元素吸收,进而缓解根区亚低温对植株生长发育的抑制,且蔗糖处理效果好于果糖和葡萄糖处理.

作物水分胁迫指数(CWSI)模型中的下限温度指水分充足时的冠层温度(Tc)或冠气温差(dT),对模型量化植被水分状况精度有较大影响.目前,基于数据驱动方法直接估算下限温度已在大田作物中取得成功,但尚未见其在森林生态系统中的适用性报道.本研究以太行山南麓栓皮栎人工林为研究对象,连续同步观测Tc和气象数据,评估使用多元线性回归模型和BP神经网络模型估算下限温度的可行性,以及CWSI指示人工林水分状况的精度.结果表明:在不具备灌溉条件的森林生态系统中,将以土壤含水量、风速、净辐射、饱和水汽压差、气温作为输入参数的多元线性回归模型与BP神经网络模型中的土壤水分条件设为饱和,即可获得下限温度;将下限温度与理论公式确定的上限温度结合,对实测Tc或dT进行归一化获得CW-SI,可实现对栓皮栎人工林水分状况的无损、快速、自动诊断.其中,基于BP神经网络模型确定的水分充足条件下的dT作为下限温度,并与上限温度结合获得CWSI,最适合精准量化人工林水分状况,与实测水分状况之间的决定系数、均方根误差和一致性指数分别为0.81、0.08和0.90.本研究结果可为森林生态系统水分状况的高效、精准监测提供参考方法.

植物有效吸附和移除空气中的颗粒物的同时也遭受着由颗粒物带来的不利影响,探明植物与大气颗粒物的互作效应是深入理解生态平衡、微环境气候及改善环境质量的关键.目前系统阐述植物对大气颗粒物的吸附作用及响应机制的综述性文献较少.基于此,本文梳理和归纳了大气颗粒物的成因和组成,以及植物对大气颗粒物的吸附方式和影响因素,并阐述了植物响应大气颗粒物胁迫的表型特征、生理特性和分子机制.最后,针对现存问题展望了未来研究方向:1)选择适应能力强、滞尘量大的植物物种,综合考虑植物群落结构、街道形态、栽种空间等因素,提出普适性强的绿化滞尘方案;2)未来应该将研究范围从城市延伸到农牧区的多种复层植物群落结构,系统分析不同植物配置群落的综合滞尘能力;3)应将植物滞尘量与其自身抗性有效结合,探索植物响应大气颗粒物胁迫的生理、分子机制,建立完善的评价体系和评判标准;4)利用原位标记检测技术从细胞水平上灵敏地示踪、量化大气颗粒物在植物有机体内的动态过程.

实验旨在探究饲料添加精氨酸(Arg)对虹鳟(Oncorhynchus mykiss)海水驯化前后渗透调节、抗氧化和免疫力的影响.选择初始体质量(67.04±6.93)g的虹鳟480尾,随机分为4组,分别投喂Arg含量为1.46%(A-1.46)、2.50%(A-2.50)、3.45%(A-3.45)和4.62%(A-4.62)的4种实验饲料.在淡水养殖5周后,对上述每组虹鳟分别进行为期2d(SA-2)和4d(SA-4)的海水驯化,SA-2为首日从盐度0升至15,次日升至本地海水盐度27;SA-4首日升盐同SA-2,随后每天以4/d的升盐速度至盐度27.在淡水养殖结束和入海后的1d、7d和21d采样并测定虹鳟渗透调节、抗氧化和免疫等指标.结果显示,在淡水养殖结束后,A-4.62组虹鳟末体重、增重率显著低于其他组,表明饲料Arg含量过高会使虹鳟生长受到抑制.在两种驯化方式下,随着入海时间推移,A-3.45和A-4.62组虹鳟血清K+含量先升高后恢复,表明两组虹鳟离子转运能力较好;在入海后21d时,各组虹鳟肝脏总抗氧化能力(T-AOC)显著高于其相应淡水值,而A-3.45组虹鳟的综合生物标志物响应(IBR)最小,表明A-3.45组可能所受盐度胁迫较小.相比于SA-2方式,SA-4方式下各组虹鳟渗透压较平稳,表明SA-4方式更有利于虹鳟维持其渗透平衡.此外,在SA-2方式入海1d时,A-3.45组虹鳟将体内多余Na+排出体外,使其更好适应海水环境;随着入海时间推移,A-3.45组虹鳟血清溶菌酶(LZM)含量显著升高,表明入海后A-3.45组的体液免疫力显著提高.在SA-4方式入海21d时,A-3.45组虹鳟降低鳃NKA活力来减少Cl-流入,从而更好维持离子平衡.综上,在两种驯化方式下,饲料Arg含量为3.45%时,虹鳟的生长好,适应能力更强.

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程.尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变.研究生态系统突变对寒旱区生态系统管理具有重要意义.本文综述了生态系统突变的内涵演变及预警研究的进展,分析了寒旱区常见的土地沙漠化和草地退化的问题,阐明了系统状态对不同胁迫的多种响应方式,提出了针对干旱荒漠区雨养人工固沙系统和高寒草甸演变过程及突变特点的研究框架.最后指出,未来需要甄别生态系统突变不同阶段的关键驱动因素,并确定相应阈值;重视极端气候事件诱发的水分限制型突变的发生机制和预警;推动突变研究成果在寒旱区生态系统管理中的应用.

在植物生长发育过程中,开花和应激反应是至关重要的事件.VOZ(vascular plant one-zinc finger)转录因子是存在于维管植物及苔藓植物中的一类植物转录因子.它于2004年在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中被鉴定出来,并已被证明在成花和逆境胁迫响应中发挥着重要作用.本文在介绍VOZ转录因子的结构特征及VOZ基因成员在不同物种中的分布情况的基础上,总结了VOZ基因在不同物种中的表达模式及其在植物生长发育过程中发挥的功能,包括促进植物成花诱导和果实发育、提高植物对生物胁迫的耐受力、降低植物对非生物胁迫的抵抗能力以及调控种子萌发等方面,并阐述了VOZ转录因子在不同调控途径中与相关蛋白发生相互作用,从而发挥功能的分子机制.本文总结了VOZ转录因子发挥不同功能时的分子机制,旨在为植物开花和逆境胁迫领域的研究人员提供帮助,为进一步研究奠定理论基础.

塑料产量的增加和塑料废物管理不善极大地增加了环境中微塑料(MPs)的数量.MPs指粒径小于5 mm的塑料碎片和颗粒.已有许多研究探讨了 MPs对环境和生物的影响及其潜在机制.人类和其他生物可以通过多种途径摄入或携带MPs,这些MPs可能对新陈代谢、功能和健康产生一系列负面影响.此外,由于它们具有较大的表面积,MPs能够吸附各种污染物,包括重金属和持久性有机污染物,并严重影响动物和人类的健康.基于近年来对MPs进行的研究,本文综述了当前MPs来源与分布情况,并探讨了植物、动物和人体暴露途径、毒性作用与毒理机制,展望了未来MPs研究方向,为进一步评估MPs健康风险提供参考.

当植物遭受昆虫取食、极端天气及人为因素等导致的机械性损伤胁迫后,会迅速在转录及代谢水平上启动一系列的应答机制,引起植物内源激素及次生代谢物含量的变化.该研究以药用模式植物丹参为例,评估机械损伤对药用植物代谢的作用.运用qRT-PCR 及 LC-MS检测叶片损伤刺激下,胁迫响应的茉莉酸类物质(jasmonates,JAs)和丹参酮类成分生物合成基因以及含量的变化情况,得出处理后不同时序叶片与根部在转录和代谢水平上的相关规律,从而探讨丹参对机械损伤胁迫的响应机制.结果显示,机械损伤诱导能够瞬时提高JAs生物合成基因的表达,其中AOC与JAR在诱导后开始上升,在2 h达到最高,AOS与OPR3则在4 h达到最高,与之相应的OPDA、JA及JA-Ile的含量均在2 h达到最高.丹参酮生物合成中二萜合酶基因CPS1与KSL1均在2 h上升至最高,而后修饰CYP450s基因则均在4 h上升至最高,4种丹参酮的含量则均在8 h内呈现持续上升的趋势.该研究为揭示机械损伤对次生代谢积累的研究提供参考,为进一步了解机械损伤胁迫下JAs在增强植物抗性、促进活性成分积累和提高药材品质方面的作用奠定基础.

AP2转录因子属于AP2/ERF超家族,参与调节植物生长发育的各种生物学过程,以及对生物和非生物胁迫的响应.然而,关于紫苏(Perilla frutescens)AP2转录因子家族的研究未见报道.在本研究中,从紫苏基因组中鉴定到18个AP2家族成员,使用生物信息学方法分析了基因结构、保守基序和顺式作用元件.WRINKLED 1(WRI1)是许多植物物种中脂质生物合成的关键调节因子,在油脂合成过程中发挥重要调控作用.通过序列比对发现其中1个成员与AtWRI1序列高度同源,含有2个保守的AP2结构域,命名为PfWRI1.结合转录物组数据分析了 PfAP2家族基因在紫苏不同组织和种子发育不同阶段的表达水平,结果表明,PfWRI1仅在紫苏种子中高表达,暗示Pf-WRI1 可能与种子的发育过程有关.进而构建植物过表达载体pCAMBIA1303-PfWRI1,通过农杆菌侵染技术转化野生型(Col)以及突变体(wri1-1)拟南芥,分别获得过表达和回补株系.结果表明,相比于Col,PfWRI1的表达导致拟南芥种子含油率提高了 8.90％～13.57％,并促进转基因拟南芥种子中油酸(C18:1)和亚油酸(18:2)的积累,减少棕榈酸(C16:0)、花生酸(C20:0)和花生一烯酸(C20:1)的积累.此外,外源PfWRI1基因的表达增加了糖酵解和脂肪酸生物合成相关基因At-PKP-α、AtPKP-β1、AtBCCP2、AtSUS2和AtLIP1的表达.综上所述,PfWRI1可能通过与上述基因互作,增加不饱和脂肪酸含量来促进油脂积累.

线粒体自噬是普遍存在于哺乳动物中的一种由多种信号通路参与的复杂的生理过程.当机体受到缺氧、去极化等应激因素胁迫时,可诱发线粒体自噬机制.肾间质纤维化(RIF)是肾脏疾病发展至终末期的必经病理过程,研究发现,线粒体自噬与RIF病程进展密切相关,且线粒体自噬靶向治疗RIF已成为防治RIF研究的前沿方向,因此,有必要进一步阐述线粒体自噬与RIF的关系.该文就线粒体自噬的调控机制、线粒体自噬对RIF的作用以及RIF的线粒体自噬调控通路的研究进行了梳理与总结,以期为线粒体自噬靶向治疗RIF以及新药物的研发提供参考依据.