有毒金属离子在植物组织中的分布和亚细胞水平的定位与植物对金属离子的耐受性密切相关.为探究铝进入马尾松体内后在亚细胞水平下的分布情况,该研究分别设置0、0.5、1.0、2.0 mmol·L-14个铝浓度,通过盆栽试验研究不同铝浓度下马尾松的生长状况及亚细胞水平下铝的分配特征.结果表明:(1)低浓度铝(0.5 mmol·L-1)显著促进马尾松的生长(P＜0.05),随铝浓度的升高(≥1.0 mmol·L-1),马尾松根系生长和根尖细胞活力均受到抑制.(2)相较于茎叶,进入马尾松体内的铝主要沉积在根系中(P＜0.05),但随着铝浓度的增加,茎叶中的铝含量也开始增加.(3)亚细胞水平下,不同铝浓度影响了铝在细胞壁和液泡中的分配比例.当铝浓度为1.0 mmol·L-1及以下时,铝在根系和茎叶的细胞壁和液泡中的比例均较高,两者间铝含量差异不显著;而高铝浓度下(2.0 mmol·L-1),铝则主要沉积在细胞壁上,根系、茎叶的细胞壁铝含量分别占比55％和70％.相较而言,各铝浓度处理下细胞器和细胞质中的铝含量均维持在较低水平,这降低了铝对细胞功能的影响.综上认为,马尾松可以通过调整体内铝的分配来适应铝胁迫,这为后续从细胞及分子层面进一步阐明马尾松对铝环境的适应机制奠定了理论基础.

三峡水库消落带是由于周期性水位涨落在长江干支流形成的大面积"冬水夏陆"区域,周期性的水淹胁迫导致消落带植被群落发生剧烈变化,对三峡大坝的正常运行和库区生态安全造成严重影响.研究三峡库区消落带植物适应水淹的机制,对库区消落带植被群落恢复和保护具有重要意义.文章通过对比蓄水前后消落带的植被群落变化,总结了库区一年生和多年生植物耐水淹机制.一年生草本植物主要依靠种子休眠的方式来度过漫长的水淹期,而多年生草本植物则可能采取"静止"策略,减缓能量消耗,待水退后迅速恢复生长.此外,对于高高程区域的多年生木本植物,在不完全水淹的情况下,可能通过产生大量不定根缓解根部缺氧胁迫,降低水淹胁迫的伤害.最后,文章总结了消落带植被恢复的现状,并针对现有的问题探讨了重建消落带植被群落的可能途径,以期为三峡水库消落带植被生态修复提供参考.

磷脂酶(phospholipase)是一类在植物生长发育和胁迫应答中起重要调控作用的磷脂水解酶,也是一类重要的信号转导酶.而磷脂酶Al(PLA1)在植物应答生物胁迫和非生物胁迫中的功能研究鲜见报道.研究从桑树(Morus alba L.)中克隆了磷脂酶PLA 1的1个亚型MaPLA1-2D基因,对其进行了序列分析、组织表达、胁迫诱导表达和蛋白亚细胞定位分析.结果表明,桑树PLA1-2D亚型基因包括4个成员,命名为MaPLA1-2D.1～MaP-LA1-2D.4.4个基因在桑树根和叶中高水平表达,蛋白亚细胞定位在叶绿体.序列和进化分析表明MaPLA1-2D基因4个成员与拟南芥AtDAD1基因的保守结构域序列具有较高相似度且进化关系紧密.MaPLA1-2D基因4个成员的启动子含有多种胁迫应答顺式元件和激素响应元件;胁迫诱导表达模式分析表明MaPLA1-2D基因表达受干旱和脱落酸处理显著诱导.以上结果说明,MaPLA1-2D基因与拟南芥DAD同源,可能在桑树非生物胁迫应答中发挥重要功能.

该研究在转录组数据基础上,以独行菜(Lepidium apetalum Willd.)种子耐受和不能耐受低温萌发的2组样本为材料,对其bHLH转录因子家族成员进行分析,并对该家族成员表达差异极显著的 laICE1基因进行克隆、序列分析、结构预测,以探讨独行菜幼苗中 laICE1基因表达对低温胁迫的响应特征.结果表明:(1)萌发中的独行菜种子,至少有83个bHL H转录因子序列表达,相对于低温萌发停滞组,在低温萌发耐受组的独行菜种子中,有10个下调、13个上调、60个表达差异不显著.其中表达量极显著下调的序列c20009_g1具有1503 bp开放阅读框,GO注释到 ICE1基因,该基因命名为 laICE1.(2)laICE1基因编码500 aa,蛋白分子量为54635.19 kD,理论等电点为5.45,分子式为C2364H3742N688O758S22;该蛋白具有保守结构域bHLH.(3)定量分析表明,laICE1基因在非低温胁迫的独行菜种子中的表达量显著低于一直处于低温胁迫中不能进行萌发的独行菜种子,这与转录组数据库中该序列表达情况一致;而 laICE1基因在独行菜幼苗期经低温处理后,其表达量显著上调,表明 laICE1基因可能在独行菜幼苗耐受低温生长中具有一定的作用.

以酿酒葡萄品种'霞多丽'为试验材料,采用石蜡切片与CFDA荧光染色观察日灼果皮细胞结构与细胞活性变化,同时测定日灼发生后葡萄果实品质及相关生理指标变化,以揭示日灼对果实品质与细胞结构的影响.结果表明:(1)随着葡萄日灼病加重,果实表皮颜色由浅黄色逐渐加深,后期甚至出现细胞坏死.(2)果实发生日灼后,果实硬度与含水量下降,细胞壁含量增加,果皮从外向内第1~3层细胞明显变小,细胞壁增厚.(3)随着日灼病加重,果皮细胞破裂,且破裂数量增加,细胞活性也随之下降,果皮保护功能逐渐丧失,果肉细胞逐渐失水导致了果实皱缩;重度日灼果实周缘维管束木质部导管受到果皮细胞失水断裂的影响,出现断裂变形.(4)在葡萄果实日灼发生过程中,受到高温与强光照胁迫影响,同时伴随着水分散失增加,果实可溶性固形物含量和总糖含量增加,但有机酸含量降低,糖酸比随之增加;以上各品质指标值的大小与果实水分含量密切相关.研究发现,日灼引起了葡萄果实结构变化与生理代谢的紊乱,随着日灼程度加重,果皮细胞逐渐死亡,果实内水分大量散失,果实糖含量增加,严重影响了葡萄果实的外观和内在品质.

选用2个品质类型和成熟期不同的新疆主栽小麦品种'新春11号'和'新春39号',分别进行花后灌浆早期高温(花后5~8 d,32 ℃,T1)和中期高温(花后15~18 d,38 ℃,T2)处理,分析花后高温对小麦籽粒发育及淀粉晶体的影响.结果显示:(1)T1处理明显降低了两品种籽粒长度和粒重,而 T2处理显著影响籽粒宽度和厚度;高温处理虽然降低了籽粒灌浆速率,但两品种灌浆最大峰值出现时间均在花后18 d.(2)T1处理对小麦籽粒A型淀粉粒形态的影响较大,中熟品种'新春11号'的A型淀粉粒表面在花后10 d时可观察到微孔,在花后15~20 d时其粒径明显小于同期对照,在花后20~25 d时淀粉粒表面压痕增多且A、B型淀粉粒表面出现明显缢缩;而早熟品种'新春39号'淀粉粒形态和粒径大小受花后高温的影响相对较小.(3)两品种在不同高温处理下,其淀粉粒晶体特性衍射峰出现的位置相同,但淀粉粒的尖峰强度不同,表明高温胁迫不影响淀粉粒的晶体类型,但可能改变了淀粉粒内部的层状结构.研究表明,花后早期高温不仅对小麦籽粒外部形态有较大的影响,同时也影响到籽粒内部淀粉粒的形态和晶体的特性.

以从新疆富蕴县金属矿区土壤筛选出的抗重金属微藻F1为材料,测定在不同浓度(0、0.5、1.0、1.5和2.0mmol/L)Cu2+胁迫下F1微藻叶绿素a、可溶性蛋白、MDA和谷胱甘肽(GSH)含量,以及谷胱甘肽硫转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-PX)和谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCL)的活性,同时用红外光谱仪检测细胞壁上参与重金属螯合的官能团,用扫描电镜分析细胞壁上的离子交换情况,探讨F1土壤微藻对CR2胁迫的耐受生理机制,为利用微藻生态修复技术去除污染区土壤重金属奠定基础.结果显示:(1)F1土壤微藻对Cu2+具有较强的耐抗性.(2)F1土壤微藻细胞中参与吸附Cu2的基团分别为-OH、-CH2、-RCONH2和C-OH等.(3)F1土壤微藻在吸附Cu2+的过程中,Cu2 +与细胞壁上的Al3+、Fe2+、Mg2+、Ca2 +、K+、Na+和Zn2+发生了交换.(4)藻细胞中的GSH和GSH-PX在F1土壤微藻耐受Cu2+胁迫时起主要作用.研究认为,F1微藻种对Cu2+的耐受性首先与其细胞壁外表细微结构及其离子交换特性有关,并且细胞壁上-OH、-CH2、-RCONH2和C-OH等化学基团起着重要作用,其次细胞内的谷胱甘肽以及谷胱甘肽相关酶类能够有效清除活性氧的过量积累,最终保护细胞免受重金属胁迫损伤.

1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶能够降解乙烯前体,从而有助于植物生长.具有ACC 脱氨酶活性细菌在旱胁迫下具有植物促生作用.本研究从贵州地区选取典型喀斯特地貌区域159 份土壤样品中分离并鉴定出具有ACC 脱氨酶活性的细菌188 株.利用16S rDNA 测序分析将这些菌株归为14 属63 种,优势菌属为假单胞菌属和伯克氏菌属,分别有ACC 脱氨酶活性的细菌18 种和17 种.对63 种菌株的ACC 脱氨酶活性定量检测,酶活最高的菌株是AL30ADF120 (Cupriavidus oxalaticus),为3.639 U/mg.据我们所知,这是第一个有关喀斯特地区土壤中的具有ACC 脱氨酶活性细菌名录,为将来研究ACC 脱氨酶活性细菌的植物促生作用奠定了基础.

以多花黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)为材料,采用盆栽实验法,对其进行不同浓度铝(Al)的胁迫处理(0、100、200、300、400、500 mg/kg),并测定植株胁迫后的各项生长和生理指标.结果显示,Al胁迫会抑制多花黑麦草的生长和生物量的积累,Al3+含量越高,其抑制作用越强.其中,土壤Al3+含量为500 mg/kg时对植物株高和地上部的干重产生显著抑制作用;而当Al3+含量为100 mg/kg时对植物根长和根干重产生显著抑制作用.叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均随Al3+含量的升高而降低,其中Al3+含量为500 mg/kg时,叶绿素a、叶绿素b分别比对照下降了56.81％和46.57％.地上部和根系中的可溶性糖、游离脯氨酸、MDA含量和SOD活性均随Al3+含量的升高而升高,且上述地上部4个指标均高于根系.

水稻胁迫相关蛋白激酶(OsSAPKs,stress-activated protein kinase genes in rice)在调控水稻非生物胁迫信号传导中起着重要作用.本研究对OsSAPK9在水稻耐铝(Al)胁迫中的功能进行了初步研究.结果表明10 mmol/L Al处理12 h以上,OsSAPK9过表达转基因水稻植株根部Al的吸收量显著低于野生型植株;Al胁迫处理20 d,OsSAPI过表达转基因植株株高降低百分比显著低于野生型植株.进一步分析发现OsSAPK9过表达转基因水稻植株根部超氧化歧化酶(SOD,Superoxide Dismutase)和过氧化物酶(POD,Peroxidase)的活性高于野生型,而根上部的SOD、POD和过氧化氢酶(CAT,Catalase)的活性则低于野生型植株.上述结果为改良水稻的耐铝性以及进一步揭示OsSAPK9调控水稻耐铝胁迫反应的分子机制提供了信息.