稀土污染已成为制约农业发展的一种重要因素,为探讨外源过氧化氢(H2O2)缓解裸燕麦镧(La)胁迫伤害的光合生理机制,以‘白燕7号’裸燕麦幼苗为材料,采用砂培方法,研究了5 mmol/L H2O2喷施预处理对1.20 mmol/L La3+胁迫下裸燕麦幼苗生长、叶片叶绿素荧光参数和碳同化关键酶活性的影响.结果 表明:La胁迫下,H2O2预处理的裸燕麦幼苗根长、株高和生长量的降幅及叶片叶黄素循环脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)显著下降,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和吸收光能用于光化学反应的份额(P)显著提高,PSⅡ非光化学猝灭系数(NPQ)、调节性能量耗散Y(NPQ)、非调节性能量耗散Y(NO)、吸收光能用于天线热耗散的份额(D)、PSⅡ反应中心非光化学耗散的份额(Ex)和双光系统间激发能分配不平衡偏离系数(β/α-1)明显降低,同时1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、1,7-二磷酸景天庚酮糖酯酶(SBPase)和1,6-二磷酸果糖醛缩酶(FBAase)活性显著提高,但转酮醇酶(TKase)活性无显著变化.表明外源H2O2能够通过提高PSⅡ光化学效率和碳同化关键酶活性而非依赖叶黄素循环的热耗散来减轻La胁迫导致的光抑制,从而缓解La胁迫幼苗生长的受抑程度,增强裸燕麦对La胁迫的适应性.

该实验以烟草悬浮细胞BY-2为材料,在烟草悬浮细胞中分别加入0.05、0.10、0.15、0.20 mmol·L-1 AlCl3,以等体积去离子水处理的悬浮细胞液为对照,并依据前述实验结果选择0.15 mmol·L-1 AlCl3,分别添加5 mmol·L-1 DMTU(H2 O2抑制剂)、20μmol·L-1 CaCl2、15μmol·L-1 LaCl3(Ca2+通道抑制剂)和50μmol·L-1 ATP设计多项处理,分析胞外ATP(eATP)对铝离子(Al3+)胁迫引起的植物细胞死亡及其胞内H2O2、Ca2+的影响,以揭示Al3+胁迫下植物调节细胞死亡的可能机制,进一步扩展对eATP功能的认知.结果显示:(1)随着AlCl3胁迫浓度的提高,细胞死亡水平和胞内H2O2水平上升,而胞内Ca2+和eA T P水平则逐渐降低.(2)外援施加H2O2抑制剂DMTU(二甲基硫脲)和Ca2+能够有效缓解AlCl3诱导的细胞死亡水平的上升;而Ca2+通道抑制剂LaCl3(三氯化镧)则加剧了AlCl3胁迫下的细胞死亡.(3)在AlCl3胁迫下对细胞添加外源ATP,能够缓解AlCl3胁迫下胞内H2O2水平上升和Ca2+水平下降的同时,并显著降低AlCl3胁迫导致的细胞死亡.研究表明,Al3+以剂量依赖的模式提升细胞死亡和细胞内H2O2的水平并降低胞内Ca2+和eATP水平,AlCl3诱导的细胞死亡受到H2O2和Ca2+水平变化的调节,eATP可以通过调节H2O2与Ca2+水平缓解AlCl3诱导的细胞死亡.推测Al3+胁迫可能通过抑制钙离子通道而破坏了细胞内H2O2和Ca2+之间的协同关系,外源ATP对Al3+诱导H2O2上升的缓解作用可能是由于其提升了细胞的抗氧化能力.

为了探究LaCl3对干旱胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响,采用15％PEG6000模拟干旱胁迫,研究不同浓度LaCl3对干旱胁迫下水稻幼苗生物量、壮苗指数、根系形态、抗氧化系统、丙二醛含量等的影响.研究结果表明,喷施外源LaCl3后,干旱胁迫下水稻幼苗的各项指标呈现低促高抑的浓度效应,其中,1μmol/L的LaCl3可以显著促进植株鲜重及地上部分干重;100μmol/L的LaCl3可以显著提高地下干重和壮苗指数、叶片和根系SOD活性、叶片CAT活性,降低根系MDA含量.本研究为LaCl3调控水稻幼苗耐旱机制研究奠定了基础.

硫化氢(Hydrogen sulfide,H2S)是植物新型气体信号分子,钙离子(Calcium,Ca2)为重要的第二信使,两者在植物逆境响应中分别发挥着重要作用.为明确胞质Ca2+在外源H2S促进盐碱胁迫下作物种子萌发中的作用,以裸燕麦(Avena nude)为材料,采用培养皿培养,以混合盐碱(NaC1、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3的摩尔比为12∶8∶1∶9)模拟甘肃裸燕麦种植地盐碱环境,蒸馏水为对照,测定了胞外Ca2+螫合剂乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)、质膜Ca2+通道阻断剂氯化镧(LaC13)、液泡Ca2+释放抑制剂钌红(RR)和内质网钙泵阻断剂毒胡萝卜素(Thaps)分别与H2S供体硫氢化钠(NaHS)共处理下种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、平均发芽速率、胚根长和胚芽长7个发芽指标,利用隶属函数分析方法综合评价胞质Ca2+对H2S缓解盐碱胁迫抑制种子萌发的影响.结果 表明,随着盐碱胁迫浓度增大,裸燕麦种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、平均发芽速率、胚根长和胚芽长显著下降.与对照相比,15～75mmol· L-1盐碱胁迫导致裸燕麦种子萌发的隶属函数综合评价值(D)显著降低,30 mmol·L-1盐碱胁迫下D值下降了73.1％;100～1 000 μmol·L-1 NarHS不同程度提高了裸燕麦种子萌发的D值,且100 μmol·L-1 NarHS缓解30 mmol·L-1盐碱胁迫下D值下降的作用最大;EGTA、LaC13和RR均显著逆转了100μmol·L-1 NarHS对30 mmol·L-1盐碱胁迫下D值下降的缓解作用,而Thaps对NarHS的作用无显著影响.表明胞质Ca2参与外源H2S促进盐碱胁迫下裸燕麦种子萌发的信号传导过程,且胞质Ca2主要来源于胞外Ca2+的内流和液泡中Ca2的释放.

探究稀土镧对铜胁迫下水稻转录组的影响,鉴定镧在调控水稻铜胁迫应答中的关键基因和功能.利用抗氧化酶活性筛选最适铜胁迫及镧处理浓度,进行转录组测序和差异表达分析,并用qRT-PCR验证差异表达水平.对测序数据进行差异表达分析发现3222个基因显著上调,3798个显著下调,qRT-PCR验证了4个细胞壁防御相关基因CHIT13、Laccase、Expansin和GH3.4.功能和通路分析获得95组GO条目和112条KEGG通路,富集于激酶和氧分子结合等分子功能、细胞壁及质膜等细胞组分、次级代谢和脂质代谢等生物学过程以及苯丙烷生物合成和植物激素信号转导通路.镧通过调节细胞壁形成和组分提高水稻铜胁迫耐受性.

为了探索钙信号在酸枣(Ziziphus jujuba var.spinosa)幼苗耐盐中的作用,本试验以水培酸枣幼苗为试验材料,研究NaCl胁迫下外源Ca2+以及乙二醇四乙酸(EGTA)、三氟拉嗪(TFP)、氯化镧(LaC13)3种钙效应剂处理后酸枣幼苗抗氧化系统相关指标与渗透调节物质含量的变化.结果 表明,与Na处理对比,添加外源Ca2+处理后酸枣幼苗质膜透性及丙二醛(MDA)含量显著降低,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性增强,可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量增加.与Na+Ca处理对比,钙效应剂处理显著提高了酸枣幼苗根系和叶片中质膜透性以及MDA含量;除Na+EGTA处理6 d后POD活性与可溶性蛋白含量显著上升外,其余各个处理时间点根系和叶片中抗氧化酶活性以及可溶性蛋白与可溶性糖含量均显著下降,3种钙效应剂对脯氨酸的调控存在差异且在不同组织中存在特异性.研究表明,钙信使系统可能通过调节抗氧化酶活性以及渗透调节物质含量参与酸枣幼苗在NaCl胁迫下的逆境信号传递.

花生(Arachis hypogaea)种子萌发期根系发育更易受到非生物胁迫的影响,无法正常生长甚至导致植株死亡,钙离子(Ca2+)与内源激素能够减轻非生物胁迫对植物造成的伤害.本试验以花生品种'花育22'萌发期根系为试验材料,通过盐胁迫处理及外源施加乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)、氯丙嗪(CPZ)、氯化镧(LaCl3)等Ca2+信号抑制剂(处理分别以NE、NC、NL表示)探讨盐胁迫下Ca2+信号通路对花生根系发育的影响,以及对相关激素的调控作用.试验结果表明,外源施加Ca2+信号抑制剂严重抑制根系的生长发育,NE、NC、NL处理后主根长度与盐胁迫处理相比明显缩短,分别缩短了73.17％、69.51％和58.54％,根系中抗氧化酶活性降低,其中SOD的活性变化最为明显,第五天时分别下降到86.68％、81.15％和77.43％,活性氧(ROS)过度积累,其中NL处理后第五天H2O2含量是盐胁迫处理的1.5倍,而根系活力在胁迫处理第一天分别下降了 98.88％、96.98％和97.32％;相比盐胁迫,NE、NC、NL处理后花生Ca2+信号通路相关基因以及内源激素相关基因的表达显著受到抑制,相应地,植物内源激素等合成受阻,其中胁迫响应激素ABA含量下降最显著,分别是盐胁迫处理的8.32％、23.62％和27.67％,表明Ca2+信号通路可能通过影响内源激素的合成参与盐胁迫响应.

[目的]研究不同浓度氯化钙(calcium chloride,CaCl2)浸种处理对水稻防御酶活性和抗褐飞虱Nilaparvata lugens的影响.[方法]分别用10,20,30,40和50 mmol/L CaCl2溶液浸泡水稻种子48 h,以蒸馏水浸种为对照,待水稻长至分蘖期时,检测褐飞虱3龄若虫取食胁迫下各浓度CaCl2浸种处理水稻植株叶鞘苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase,PAL)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)和β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3 glucanase,β-1,3-GA)活性,以及褐飞虱2龄若虫取食不同浓度CaCl2浸种处理水稻植株以及1 mmol/L钙离子螯合剂乙二醇四乙酸(ethylene glycol tetraacetic acid,EGTA)和离子通道抑制剂氯化镧(lanthanum chloride,LaCl3)分别与20 mmol/L CaCl2同时浸种处理植株7d后的存活率.[结果]没有褐飞虱取食的情况下,各浓度CaCl2浸种处理的水稻其叶鞘PAL,POD,PPO和β-1,3-GA酶活性与对照相比无显著差异;褐飞虱3龄若虫取食胁迫下,CaCl2浸种处理的水稻植株以及对照植株叶鞘中以上4种防御酶的活性都显著升高,其中CaCl2浸种处理水稻中的升高幅度大于对照水稻中的升高幅度,褐飞虱取食时不同浓度CaCl2浸种对水稻植株叶鞘中各防御酶活性的影响不同,其中30 mmol/L CaCl2浸种处理中PAL,POD和PPO酶活性分别比对照高104.88％,94.32％和61.84％;10和20 mmol/L CaCl2浸种处理中β-1,3-GA活性分别比对照高27.75％和33.04％.褐飞虱2龄若虫取食10,20和30 mmol/L CaCl2浸种处理的植株7d后,存活率比取食对照植株的分别低32.68％,22.54％和30.28％,但取食40和50 mmol/L CaCl2浸种处理植株的褐飞虱若虫,其存活率与取食对照植株的相比无显著差异.此外,1 mmol/L钙离子螯合剂EGTA和离子通道抑制剂LaCl3分别与20 mmol/L CaCl2同时浸种处理水稻显著抑制20 mmol/L CaCl2诱导的水稻对褐飞虱抗性的影响,取食EGTA+CaCl2和LaCl3+CaCl2浸种处理水稻的褐飞虱若虫,其存活率分别比取食CaCl2浸种处理的高25.80％和22.12％.[结论]通过浸种方式对水稻进行外源钙处理,可以使水稻植株进入防御警备状态,当其遭受褐飞虱取食为害时,会产生更高的防御酶活性,增强水稻对褐飞虱的抗性.