高等植物氮素转运蛋白研究进展

土壤中植物所利用的主要外源氮素形态是硝态氮和铵态氮,NRT,AMT转运蛋白分别介导它们在植物根系的吸收及体内的运输,氨基酸、酰脲和多肽类等有机态氮也可在相应的转运蛋白的作用下被植物吸收利用.本文概述了近年来在硝态氮、铵态氮及有机氮素转运蛋白生物学功能与调控及其与植物氮营养等方面的最新研究进展,并对今后关于氮素转运蛋白研究的方向做了展望.     

植物硝酸盐转运蛋白功能及表达调控研究进展

植物硝酸盐转运蛋白不仅能够吸收、运转硝态氮,而且在植物其他生理过程中也发挥重要作用.重点介绍了硝酸盐转运蛋白在氮素吸收运转、硝酸盐积累、侧根发育、激素运转以及逆境响应调控等方面的最新研究进展,并概括了硝酸盐转运蛋白的表达调控模式.     

槲皮黄素-3-α-阿拉伯糖苷胁迫对木麻黄小枝和根系渗透调节物质的影响

苗期是木麻黄(Casuarina equisetifolia L.)生长对化感胁迫比较敏感的时期,而渗透调节是植物适应逆境胁迫的重要生理机制之一.为明晰木麻黄应对化感胁迫的抗性机理,以"惠安1号"木麻黄水培幼苗为实验材料,在人为控制环境条件下,研究了在木麻黄化感物质槲皮黄素-3-α-阿拉伯糖苷(Q3A)0(CK),12.5,25,50,100,200,400mg/L质量浓度模拟胁迫下,木麻黄幼苗根系及小枝渗透调节物质0~72h的变化规律及其生理调节机制.研究结果表明:200和400mg/L质量浓度化感物质胁迫下,木麻黄幼苗小枝的有机渗透调节物质可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸和脯氨酸含量均呈现先上升后下降趋势;其余胁迫处理的有机渗透调节物质均呈现上升趋势,而且胁迫质量浓度越高,有机渗透调节物质含量上升幅度越大;根系与小枝表现类似,但小枝的渗透调节能力优于根系.低质量浓度(12.5和25mg/L)化感物质胁迫结束后72h,小枝和根系的有机渗透调节物质含量可以恢复到对照水平.100,200,400mg/L质量浓度化感物质胁迫造成无机离子显著下降.其他不同程度的化感物质胁迫后,小枝和根系中的无机离子K+、Mg2+、Ca2+等含量轻微下降或变化不大.上述研究结果表明:木麻黄幼苗在经受低质量浓度和短期化感物质胁迫下能够有效地进行渗透调节,而且有机渗透调节物质对化感物质胁迫的反应较无机离子更为敏感.本研究结果可为筛选抗自毒木麻黄无性系提供实验依据.     

铝胁迫下常绿杨根系有机酸和氨基酸的分泌

以常绿杨(Populus×euramericana)A-61/186树种为实验材料,探讨铝胁迫下其根系分泌物pH值及根系分泌有机酸和氨基酸的响应.结果显示,随着铝胁迫程度的加剧,常绿杨根系分泌物pH逐渐降低,铝胁迫下其根系分泌多种有机酸和氨基酸,但氨基酸含量远低于有机酸,这表明铝胁迫下常绿杨根系分泌物中氨基酸所起的生态作用可能与有机酸不同:有机酸主要通过与铝离子结合或者改变铝离子的存在形态而减轻铝毒害;而氨基酸由于含量的微量性,更多是以营养作用为主,对铝离子的解毒作用为辅.铝胁迫下常绿杨根系分泌物组成成分和分泌量的变化减弱了铝对常绿杨的毒性,这可能是常绿杨应对铝胁迫的一种自我保护机制.     

盐胁迫对植物的影响及植物耐盐机理研究进展

盐分是影响植物生长发育的一个重要环境因素,盐胁迫对植物的整个生命进程产生影响,盐分通过渗透胁迫、离子毒害,使植物细胞膜透性改变,造成氧化胁迫、代谢紊乱及蛋白质合成受阻等现象,植物的耐盐性主要体现在离子的选择性吸收和区域化作用、渗透调节、光合作用途径的改变以及活性氧清除机制。     

低氮胁迫下栽培大豆和野大豆幼苗适应性转录组学比较研究

以栽培大豆和野大豆幼苗为实验材料，人工模拟低氮胁迫，采用转录组测序技术(RNA-seq)测试分析了胁迫处理下栽培大豆和野大豆幼苗在转录水平发生的变化，揭示了野大豆抵御低氮胁迫的分子机制.结果表明：野大豆能够通过促进根系生长维持较高的根冠比、增大根系与营养物质的接触面积吸收更多的氮抵御低氮胁迫.低氮胁迫下野大豆和栽培大豆幼苗叶片中分别有182个和733个差异表达基因，根系中分别有807个和621个差异表达基因.野大豆通过调控NRT1、NRT2和AMT蛋白家族相关基因的表达来抵御低氮胁迫.叶片中AP2/ERF-ERF、C2H2、C3H、GRAS、MYB、NAC、TIFY和WRKY转录因子，根系中C2H2、GRAS、MYB、NAC、TIFY和WRKY转录因子在野大豆抵御低氮胁迫的过程中起调控作用.野大豆抵御低氮胁迫的关键是增强叶片中的半胱氨酸、蛋氨酸代谢和谷胱甘肽代谢，增强根系中的半胱氨酸、蛋氨酸、氰基氨酸代谢，N-聚糖生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢及糖酵解.     

硅对盐胁迫下枣树根尖离子微域分布的影响

运用X射线电子探针研究了硅对盐胁迫下金丝小枣(Ziziphus jujubacv.Jinsixiaozao)根系中离子微域分布的影响。结果表明:盐胁迫(NaCl质量分数为0.3%)处理使得枣苗根系表皮、皮层和中柱细胞中Na 、Cl-的X射线峰较高,而K 峰较低;而盐胁迫处理加入0.4 g/kg硅后,根系表皮、皮层和中柱细胞中Na 、Cl-的X射线峰显著降低,而K 峰则大幅度提高,并且使Na 、Cl-在根系各部分呈均匀分布。表明盐胁迫下给土壤施硅可改变金丝小枣体内养分离子的吸收和离子的微域分布,从而缓解盐分离子对金丝小枣的毒害作用。     

异源表达大豆GmNRT1-like提高拟南芥对低氮的耐受性

氮素是植物生长发育所需的重要元素,提高作物对氮素的利用效率可以减少化肥施用量并减轻对环境的污染,因此挖掘新的氮高效(NUE)基因成为了分子育种中的一项重要任务.在大豆中克隆到一个低氮上调表达的硝酸盐运输载体(NRT)家族成员Gm NRT1-like,进行了双元表达载体的构建并转化模式植物拟南芥,并在转基因拟南芥中对该基因功能进行了研究.研究结果表明,在低氮胁迫条件下,转基因植株产生更多的侧根,即其根系更发达.证明异源表达大豆Gm NRT1-like基因提高了拟南芥对低氮的耐受性.     

ASI基因家族结构及表达分析

为研究编码α-淀粉酶/枯草杆菌蛋白酶抑制剂（α-amylase/subtilisin inhibitor, ASI）的基因结构特征及功能,本研究利用NCBI、Phytozome等平台工具鉴定到来源于23种植物的33个ASI基因家族成员,分析其进化特点及其编码蛋白的理化性质和保守基序等信息.同时结合RT-qPCR技术分析水稻ASI在干旱和盐胁迫条件下的表达模式.结果表明,ASI基因家族具有较高的保守性,但其编码蛋白上下游区域的保守性强弱不一,同时顺式作用元件预测结果提示ASI基因可能参与植物生长发育调控、响应生物及非生物胁迫等生理过程. RT-qPCR分析发现,较未胁迫条件下,幼苗期水稻的根、叶鞘和叶片等组织中RASI基因发生了不同的表达变化,提示ASI基因可能具有多样性的生物学功能.     

菌根真菌对有机氮吸收利用的研究进展

综述了菌根真菌对有机氮的吸收利用在植物生理学、分子水平及实验装置方面国内外近年来取得的一些研究成果.菌根真菌吸收有机氮后能向宿主植物转运,其中丛枝菌根真菌吸收氨基氮后在根外菌丝中合成载体———精氨酸(Arg),它既能在根外菌丝(ERM)和根内菌丝(IRM)间双向运转,又能在根内菌丝中经尿素循环分解成NH4+,作为氮源整合入根内菌丝中的其他氨基酸或通过NH4+-转运蛋白转运给宿主植物.已经从菌根真菌中克隆出或检测到表达一些与氮代谢相关的基因.与研究需求相适应的实验装置也在不断发展.     

植物糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白LORELEI家族研究进展

植物LORELEI （LRE）蛋白家族是植物糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白（GPI-AP）亚家族的一种,在拟南芥中有4个成员,分别为LRE,LRE-like GPI-AP 1（LLG1）,LLG2和LLG3。这些成员在植物体内的表达位置和功能不同。LRE主要在雌配子体的助细胞、卵细胞和中央细胞表达,在助细胞中表达量最高,另外在受精卵与胚乳中也有部分表达。LRE主要参与高等植物的双受精作用,介导花粉管接受并调控胚胎的早期发育。LLG1在植物各组织器官中都有表达,在营养器官（根和叶）中表达水平最高,主要调控植物生长发育（如根与根毛生长）、盐逆境应答,以及免疫应答过程。LLG2和LLG3主要在成熟花粉粒和花粉管中表达,调控花粉管生长与爆裂,释放精子完成双受精作用。该文综述了植物LRE家族成员组成、蛋白质特征,及其在植物生长发育与逆境应答过程中的作用。     

植物在盐害下的渗透调节

植物遭受盐胁迫时的重要反应就是体内产生大量的渗透调节物质：无机盐离子和可溶性有机化合物．大量研究证明，有机物是植物在盐境下最重要的渗透调节剂，它无毒，且对稳定细胞的结构和功能有重要的作用。对有关渗透调节剂的基因调控机制的最新进展作了综合论述．     

高等植物铝胁迫研究新进展

简单概述了近几年对植物铝毒及耐铝机制的研究进展。Al^3＋通过与细胞骨架的作用、引发细胞壁反应、诱导细胞死亡机制对植物产生毒害作用。植物可以改变细胞电位影响Al^3＋吸收、改善质膜透性和活性氧代谢、加强根系对铝吸收及向上运输的排斥来抵御铝毒害。     

植物根际促生菌作用机制及在辣椒栽培中的应用

植物根际促生菌（PGPR）是一类可以显著提高植物生理指标和防治植物病害的天然土壤细菌.PGPR可通过固氮、溶磷、分泌铁载体、产生植物激素、分泌抗菌物质和诱导系统抗性等,来发挥直接作用机理和间接作用机理.PGPR菌剂在很大程度上可以替代有机肥的使用,在辣椒栽培中施用PGPR可显著提高辣椒植株体内的氮、磷、钾含量,从而提高辣椒植株的株高、根长、干重和鲜重.利用PGPR菌剂对辣椒进行灌根处理可有效防治辣椒病害和提高辣椒产量.该文论述了植物根际促生菌的作用机制及其在辣椒田间栽培中的应用,并探讨了PGPR作为生物菌剂防治植物病害的应用潜能,可为生态农业的发展提供新思路.     

木本植物响应干旱胁迫的研究现状

为深入了解木本植物响应干旱胁迫的分子机理，本文系统的从木本植物对干旱信号的感知、信号转导到转录调控、生理生化反应以及表型变化等方面总结了木本植物对干旱胁迫可能的响应过程.认为木本植物由于其固着根生的特点，不得不进化出相应的机制来应对不断变化的环境.当遭受干旱胁迫时，木本植物根系细胞膜上的感受器首先感知到土壤水分状态的变化，细胞内的蛋白质和激素调控系统触发相应的干旱适应反应.干旱信号通过细胞间的信号传导路径传递到植物体内的各个部位，主要的信号传导途径包括Ca²⁺信号、激素信号和转录因子调控等.一些关键基因和信号通路，如脱落酸(ABA)信号通路、DREB蛋白家族等也参与调控植物的干旱适应性.木本植物也会发生形态和解剖上的变化来减少水分蒸发和增强根系的吸水能力.本文可为抗旱型木本植物选育提供见解.     

Cytosolic pH regulates root water transport during anoxic stress through gating of aquaporins

Flooding of soils results in acute oxygen deprivation (anoxia) of plant roots during winter in temperate latitudes, or after irrigation, and is a major problem for agriculture. One early response of plants to anoxia and other environmental stresses is downregulation of water uptake due to inhibition of the water permeability (hydraulic conductivity) of roots (Lp(r)). Root water uptake is mediated largely by water channel proteins (aquaporins) of the plasma membrane intrinsic protein (PIP) subgroup. These aquaporins may mediate stress-induced inhibition of Lp(r) but the mechanisms involved are unknown. Here we delineate the whole-root and cell bases for inhibition of water uptake by anoxia and link them to cytosol acidosis. We also uncover a molecular mechanism for aquaporin gating by cytosolic pH. Because it is conserved in all PIPs, this mechanism provides a basis for explaining the inhibition of Lp(r) by anoxia and possibly other stresses. More generally, our work opens new routes to explore pH-dependent cell signalling processes leading to regulation of water transport in plant tissues or in animal epithelia.     

基于稳定同位素的SPAC系统水分转化研究进展

大气-土壤-植被连续体(soil-plant-atmosphere continuum, SPAC)系统水分转化过程是生态水文学重要的研究内容。稳定同位素作为天然的示踪剂能有效示踪、整合和指示SPAC系统中的水分输入、输出以及转化过程。笔者在简述稳定同位素应用原理的基础上，以垂直方向上SPAC系统水分运移的视角，阐释基于稳定同位素技术的土壤-根系界面水分运移、植物传输水分中存在的分馏和植物冠层-大气界面水分交换的研究进展，探讨了SPAC系统水分转化研究中稳定同位素技术在分馏机制、时间分辨率与空间异质性方面的局限性。认为未来基于稳定同位素的SPAC水分转化研究还需着重在以下3个方面进行：(1)借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种同位素水池同位素组成进行原位观测；(2)结合多种同位素分析水体同位素组成来分析土壤-根系界面水分运移过程，进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善稳定同位素应用模型；(3)利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间；(4)结合控制性同位素标记实验并利用离心技术提取木质部导管中的汁液水，对比分...     

林木根际微生态过程与细根寿命调控机制研究进展

细根在森林生态系统中具有重要的生物学和生态学地位。细根寿命取决于树种本身,也受控于环境条件。根际作为植物、土壤与微生物三者交互作用的区域,其中的微生态过程对细根寿命的调控具有决定意义。笔者基于当前国内外细根寿命调控的主要因素,分别从根际碳沉积与根际微生态过程、根系对根际微生物群落构建的影响、根际微生物对细根寿命调控的可能机制3个方面对根际微生物与根系的互作效应,及其对细根寿命调控机制的相关研究进展进行综述。在此基础上,提出了:①酚酸介导的植物-微生物化学对话机制是未来根土互作研究的重要领域;②根系与微生物互作主要以光合产物碳作为枢纽,根际碳沉积促进了土壤微生物在根际的定殖,进而导致根际的微生物群落在组成和结构上与非根际土壤的呈现显著差异;③根土互作过程中由根系和根际微生物产生的信号物质可能对根系的生长发育产生显著影响;④作为细菌的主要群感信号分子,酰化高丝氨酸内脂(AHLs)可参与调控根系细胞的凋亡;真菌侵染根系后也可能导致根内活性氧(ROS)累积,进而调控根系细胞凋亡。目前未见根际微生物参与根系寿命调控的研究报道。建议进一步构建细菌群落演变-群感信号表达-细根寿命关系模型,以及真菌侵染-活性氧信号内稳态调控-细根寿命关系模型,这些对深入揭示林木细根衰老和凋亡的微生态调控机制具有重要理论意义。     

Responses of plant rhizosphere to atmospheric CO2 enrichment

Plant root growth is generally stimulated under elevated CO2. This will bring more carbon to the below-ground through root death and exudate. This potential increase in below-ground carbon sink may lead to changes in long-term soil sequestration and relationship between host plants and symbions. On the other hand, changes in litter components due to the changes in plant chemical composition may also affect soil processes, such as litter decomposition, soil organic matter sequestration and hetero-nutritional bacteria activities. These issues are discussed.