棉花不同品种钾吸收效率差异的根系形态学和生理学机理

用6个棉花品种作为试验材料,通过水培试验比较其对钾的吸收能力,研究其根系形态学、生理学特征和K+吸收动力学参数。结果表明,低钾胁迫下,钾高效品种中棉所64的根干物质质量、根体积、根活跃吸收面积、根活跃比表面积最大,根系活力最强;钾高效品种中棉所35的根干物质质量较大、根长而细,根总吸收面积最大,根总比表面积都最大,根系活力也较强,且K+最大吸收速率Imax最大,最小临界浓度Cmin较小,耐低钾能力强。而钾低效品种中棉所50和中植棉2号的根系形态学等指标都较差,根系活力较弱,且Imax也较小。该研究不仅有助于阐明棉花耐低钾胁迫的机理,而且能评价不同品种对低钾的适应能力。     

缺钾对棉花幼苗根系生长的影响及其生理机制

缺钾及因缺钾而导致的早衰已成为当前我国棉花生产的主要限制因素, 而根系的生长发育与钾素营养互相影响、关系密切。本试验在生长室内营养液培养条件下,调查缺钾对棉花幼苗根系性状指标的影响, 测定根系游离吲哚乙酸(IAA)和乙烯释放量。结果显示, 与适钾处理(0.50 mmol L^-1)相比, 缺钾处理(0.05 mmol L^-1)显著抑制了根系伸长和侧根发生, 而且侧根的减少主要由侧根发生区的缩短所致, 侧根发生密度并无变化, 似乎缺钾减慢了侧根发育的进程, 但不改变可以发育为侧根的中柱鞘细胞的发育状况。此外, 细根(0.05~0.20 mm)生长受缺钾的影响最大, 绝对根长、根表面积、根体积及其占总根系的比例均显著降低;中等根(0.25~0.45 mm)受到影响最小, 粗根(>0.45 mm)居中。由于细根的吸收活性强于中等根和粗根, 因而缺钾幼苗的钾营养状况较根系生长更为恶化, 处理4 d和10 d的整株钾积累量仅分别为适钾处理的25%左右和16%左右, 而其总根长和根系总表面积分别相当于适钾处理的35.7%~38.0%(处理4 d)和47.7%~50.6%(处理10 d)。与适钾条件相比,缺钾使根系的游离吲哚乙酸(IAA)含量降低约50%, 而乙烯释放量提高将近6倍, 这可能是缺钾抑制棉花幼苗根系生长的重要原因之一。     

棉花品种间苗期钾吸收效率的差异研究

在水培条件下研究了转基因抗虫棉中棉所41和常规棉中棉所36、中棉所35三个品种苗期钾吸收效率的差异及其机制.结果表明,在营养液中钾浓度为0.5 mmol·L-1,可使棉花幼苗生长速率达到最高生长速率80%左右的条件下,中棉所35和中棉所41在6～7叶期的生物量和体内钾吸收量显著高于中棉所36.中棉所35的吸钾量多主要与其根系活跃吸收表面积大有关;中棉所41的吸钾量多可能是相对较大的根系活跃吸收表面积和相对较高的Imax综合作用的结果.中棉所36的Imax虽然显著高于其它两个品种,但体内钾累积量却比较低,这与其较小的根系活跃吸收表面积有关,该品种体内较高的钾浓度也可能对吸收产生反馈抑制作用.在本试验条件下,转基因抗虫棉中棉所41的苗期钾吸收能力与常规棉相比并不低.     

蚓粪基质育苗对田间烟草长势和代谢酶活性的影响

以‘K326’烤烟为研究对象,采用漂浮育苗的方式,研究最佳配比的蚓粪基质育苗（30%蚓粪+30%泥炭+20%珍珠岩+20%蛭石）和常规基质育苗对田间烟草幼苗期、团棵期和旺长期长势及代谢酶活性的影响,以期为蚓粪基质育苗的应用提供技术参考。结果表明,在幼苗期,蚓粪基质烟草的叶鲜重、总根长、根体积、根平均直径和根系活力均显著高于常规基质烟苗;在团棵期和旺长期,蚓粪基质烟草的根系生长情况整体优于常规基质,其中根系活力均显著高于常规基质,分别增加23.50%和24.98%。但2种烟草漂浮育苗基质处理方式对成苗团棵期和旺长期的叶片氮代谢酶活性无显著差异。综上,蚓粪基质整体上促进了烟草幼苗期、团棵期、旺长期的长势,尤其对烟草根系生长指标的影响更为明显,适合作为育苗基质应用于田间烟草育苗。     

氮钾互作对甘薯根系发育及碳氮代谢酶活性的影响

为阐明氮、钾营养及其交互作用对甘薯分根结薯期根系分化及叶片酶活性的影响,采用砂培研究方法,设氮钾正常供给(正常)、多氮(N)、多钾(K)和氮钾配施(NK)4个处理。探讨了氮、钾及其交互作用对甘薯苗期养分吸收、农艺学性状、根系发育、硝酸还原酶(NR)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和腺苷二磷酸焦磷酸化酶(ADPGPPase)的影响。结果表明,与氮钾正常供给处理相比,N处理显著提高了甘薯地上和地下部氮吸收量、SPAD值、叶片数、叶面积;N处理总根长、根表面积、根体积、平均直径和NR活性、SS活性和SPS活性分别提高了5.9%,12.1%,1.9%,3.6%,14.1%,13.6%,19.5%,而ADPGPPase活性降低了7.1%;另外N处理块根比例减少7.9%,中等根(徒耗养分的根)分化比例升高7.7%。与氮钾正常供给处理相比,K处理显著提高了地上和地下部氮吸收量,且K处理根系活力、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、SS活性、SPS活性、ADPGPPase活性分别提高了16.2%,28.2%,10.1%,39.3%,12.6%,14.9%,20.1%,14.5%;氮钾配施(NK)处理须根和块根分化比例升高0.2%和12.4%,中等根(徒耗养分的根)分化比例降低12.6%。与N和K处理相比,氮钾配施(NK)处理能够调控甘薯苗期地上和地下部生物量比例(T/R值),同时提高须根和块根分化比例,显著促进了薯块的膨大。双因素分析表明,氮钾配施(NK)对地上和地下部氮钾含量、根系活力、根平均直径、NR活性、SPS活性、ADPGPPase活性均存在显著的正交互效应。从地下部根系形态和地上部酶学变化两方面揭示氮钾交互机制,为甘薯高产优质栽培提供理论依据。     

不同棉花基因型钾效率特征及其根系形态的差异

以水培方法研究钾对两种棉花基因型钾效率特征及其根系形态上的差异。结果表明,高效基因型103钾利用效率在低钾与适钾时分别为160.2 g g^-1和47.5 g g^-1,而低效基因型122为133.8 g g^-1和37.9 g g^-1;在低钾和适钾处理时,103叶片钾积累量占全株钾积累量的84.6%和62.6%,122分别是63.4%和56.0%。在不同钾处理下103根系各参数均高于122,低钾时103总根长和根总表面积分别增加46.2%和13.9%,122根系各参数则均下降。缺钾抑制了粗根的生长,103在低钾时粗根的总根长、根表面积和根体积分别降低了54.0%、62.8%和75.2%;122粗根各参数也有所降低。但低钾时103细根的总根长、根表面积和根体积增加了69.0%、77.0%和80.4%,分别是122的1.9、2.3和2.6倍。     

水稻耐碱突变体ACR78在苏打盐碱胁迫下的离子吸收特性

利用盆栽方法,比较研究了盐碱胁迫下水稻耐碱突变体(ACR78)及其野生型植株体内K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+和Zn2+含量的变化.结果表明,盐碱胁迫下,ACR78全株Na+总含量比野生型减少2.9%,显著低于野生型.同时,其K+、Zn2+和Mg2+含量比野生型分别增加18.3%,89.7%和4.9%(P<0.05),全株K+/Na+比值(0.16)显著高于野生型(0.13).从器官水平看,ACR78茎中+>/Na+比值极显著高于野生型,约为野生型的1.4倍.ACR78根和茎中Na+含量显著低于野生型(14.0%和5.9%),其茎中K+含量比野生型增加32.3%,根和叶中无显著性差异.ACR78根和茎中Zn2+含量分别比野生型增加44.2%和202.7%,Mg2+含量在器官中的分配规律与Na+相反.说明ACR78可显著抑制Na+的吸收,并对K+、Zn2+和Mg2+具有较强的选择性吸收能力.     

超表达OsPup1基因可提高烟草低磷胁迫及减轻铝毒性

磷是植物生长的必需元素之一,对植物生长发育、生理代谢、产量与品质形成起着十分重要作用。研究耐低磷植物,有助于提高作物产量,降低化肥用量,提高化肥利用率。本研究通过在不同供磷条件下对转OsPup1基因植株的形态进行研究,阐明该基因在不同供磷水平对植株生长特性的影响。通过农杆菌介导法将OsPup1基因遗传转化烟草,经抗性筛选和PCR鉴定获得转基因植株。对不同转基因烟草株系,设置4个磷水平处理进行耐磷性及铝毒性分析。结果显示,转OsPup1基因烟草以0.25 mmol/L KH2PO4作为低磷处理较适合,与野生型植株相比,转基因株系植株根系数量增多,主侧根增加。在低磷胁迫及三氯化铝(Al Cl3)处理条件下转OsPup1基因烟草的生长情况明显优于野生型植株。说明转OsPup1基因对环境中的低磷胁迫逆境能产生明显应答,初步推断OsPup1基因的表达,具有增加植株根系,改善植株生长状态和延缓铝毒的生物学功能。本研究表明,OsPup1基因在介导植株不同供磷水平下的根叶形态建成发挥着重要作用。     

低钾下不同耐性玉米苗期根形态及钾效率的差异

以耐低钾的玉米自交系90-21-3、91-2和不耐低钾玉米自交系丹937、农大40为试验材料进行盆栽试验,研究低钾胁迫对不同耐性玉米自交系苗期根系形态和钾效率的影响.结果表明:低钾条件下,90-21-3和91-2的根较长,根表面积、根体积、干物质量大,植株的钾含量高;90-21-3、91-2的钾吸收效率显著高于丹937、农大40,而钾利用效率差异不显著.相对于不耐低钾自交系丹937和农大40,耐低钾自交系90-21-3和91-2对缺钾的耐性主要表现在低钾条件下,根系具有较强的钾吸收能力.     

甲霜灵与镉复合污染对烟草根系发育的影响

为明确在农药和重金属复合污染条件下烟草根系发育的响应,利用室内盆栽试验,系统研究了烟草根系发育及其生理生化指标对杀菌剂甲霜灵和重金属镉在单一及复合污染胁迫的响应。研究结果表明:添加20 mg/kg甲霜灵对烟草主根长、根体积和根系活力均有显著促进作用,而对根干物质重产生抑制作用;添加20 mg/kg镉对烟草主根长和根干物质重产生显著抑制作用,对根体积有刺激作用,对根系活力则有先促进后抑制作用;甲霜灵与镉复合污染对烟草主根长和根干物质重有显著抑制作用,主根长和根干物质重与CK相比分别减少23.20%和31.57%,其对根体积有刺激作用,对根系活力则有先促进后抑制作用,而且重金属镉的添加抑制了烟草根系对于甲霜灵的吸收与转运。烟草根系发育对甲霜灵与镉单一及复合污染的响应将为今后植烟土壤中农药与重金属复合污染风险评估提供重要依据,同时也对复合污染的修复及改良具有重要意义。     

富钾基因型烤烟的钾积累及根系生理特性

采用室内营养液培养(钾浓度为3 mmol L^-1)的方法, 以富钾基因型烤烟农大202与2个一般型品种净叶黄、NC89为材料, 研究富钾基因型烤烟钾积累及根系生理特性。结果表明, 3个烤烟品种根和茎中钾积累量无显著差异, 但农大202的叶片钾积累量、根系活力和根系总活力、根系H⁺分泌量、根系阳离子交换量(CEC)、根系可溶性蛋白含量和ATPase活性均极显著高于另两个品种。净叶黄、NC89间除根系活力和根系H⁺分泌量差异达显著水平外, 其他根系生理特性差异均不显著。根系钾吸收动力学参数结果显示,农大202苗期钾离子最大吸收速率(V_max)较高而米氏常数(K_m)和钾离子吸收临界浓度(C_min)较低, 而旺长期的V_max、K_m及C_min均较高, 说明其根系具有较高的钾吸收速率, 但旺长期后耐低钾能力较差。     

利用子房滴注法获得转高亲和性钾离子转运蛋白基因(AlHAK1)棉花植株

棉花植株再生困难、基因型依赖性强和转化周期长等因素一直制约着棉花遗传转化的发展。本研究利用1种不依赖组织培养的转化方法 ,即子房滴注转化方法将獐茅高亲和性钾离子转运蛋白基因(Al HAK1)导入棉花基因组中。结果表明在1006株转化幼苗中有44株为卡那抗性植株,其中35株经PCR检测为阳性(T0代),转化率为3.5%。Southern与Northern杂交结果进一步表明外源基因已整合至棉花基因组中并在转录水平上表达。在提供外源0.05 mmol·L-1 K+水平下,T1转基因棉花叶片中K+含量约为对照植株的2倍,在根中约为野生型植株的1.5倍;而在2.5 mmol·L-1 K+的正常水平下,转基因棉花与野生型植株K+含量差异不明显。在50~200 mmol·L-1 Na Cl胁迫条件下,转基因棉花的种子发芽率明显高于野生型植株,尤其是在150mmol·L-1Na Cl胁迫条件下,转基因植株种子的发芽率是野生型的2.8倍左右。本研究为子房滴注转化体系在生产实践中的广泛应用提供了理论依据,并为培育适应土壤钾素匮乏及盐渍化环境下生长的棉花新品种提供了新的种质资源。     

拟南芥H~+_-焦磷酸化酶AVP1互作小GTP结合蛋白AtRAB的特性鉴定与功能分析

以拟南芥AVP1为诱饵,采用膜蛋白酵母双杂交系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与AVP1互作的小GTP结合蛋白AtRAB。酵母互作试验表明,AVP1和AtRAB存在互作;双分子荧光互补实验(BiFC)证明,AVP1和AtRAB能在质膜和细胞核上发生相互作用。野生型拟南芥(WT)、AtRAB和AVP1的拟南芥突变体rab和avp1在高盐胁迫条件下,随着NaCl浓度的加大,突变体rab和avp1的表型变化相似,相对于WT都表现为根长缩短,侧根数减少;在低磷处理条件下,随着磷浓度的逐渐降低,2个突变体的表型相似,相对于WT同样表现为根长缩短,总根面积减少,侧根数减少;在相同磷浓度条件下,突变体rab对胁迫的反应比avp1强;在低钾处理条件下,随着钾浓度的降低,2个突变体的表型与在低磷胁迫处理条件下的表型相似。结果说明,AVP1和AtRAB可以在细胞膜和细胞核上相互作用,AtRAB能够影响植物对离子的吸收,AVP1和AtRAB的突变体在高盐、低磷和低钾等胁迫条件下表型变化相似,证明了2个基因都正向调控植物对高盐、低磷和低钾胁迫的反应,它们属于同一信号途径。     

干旱胁迫下一氧化氮对小麦离体根尖离子吸收的影响

为阐明干旱胁迫下一氧化氮(NO)对植物的保护机制,利用干旱敏感性不同的3个小麦(Triticum aestivum L.)品种的离体根尖,比较了NO对干旱胁迫的响应及其对离子吸收的影响。在干旱胁迫下, 耐旱品种陇春8139根尖中大量产生NO, K⁺和Ca²⁺被大量吸收, 而Cl^-1被排出体外, 质膜H⁺-ATPase活性升高; 而干旱敏感品种甘麦8和定西24的根尖中NO、离子含量和质膜H⁺-ATPase活性的变化呈相反趋势。NO供体硝普纳(SNP)处理使3个品种根尖中的K⁺和Ca²⁺含量增加,Cl^-1含量下降,并能提高质膜H⁺-ATPase活力;NOS抑制剂N^ω-nitro-L-arginine(LNNA)和NO清除剂2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl- 3-oxide(PTIO)能够逆转这一效果。Na⁺含量在所有处理下都没有明显变化。试验结果证明,NO能够通过调节质膜H⁺-ATPase活力影响植物对离子的选择吸收,从而提高耐旱性。     

干旱胁迫下一氧化氮对小麦离体根尖离子吸收的影响

为阐明干旱胁迫下一氧化氮(NO)对植物的保护机制,利用干旱敏感性不同的3个小麦(Triticum aestivum L.)品种的离体根尖,比较了NO对干旱胁迫的响应及其对离子吸收的影响。在干旱胁迫下, 耐旱品种陇春8139根尖中大量产生NO, K⁺和Ca²⁺被大量吸收, 而Cl^-1被排出体外, 质膜H⁺-ATPase活性升高; 而干旱敏感品种甘麦8和定西24的根尖中NO、离子含量和质膜H⁺-ATPase活性的变化呈相反趋势。NO供体硝普纳(SNP)处理使3个品种根尖中的K⁺和Ca²⁺含量增加,Cl^-1含量下降,并能提高质膜H⁺-ATPase活力;NOS抑制剂N^ω-nitro-L-arginine(LNNA)和NO清除剂2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl- 3-oxide(PTIO)能够逆转这一效果。Na⁺含量在所有处理下都没有明显变化。试验结果证明,NO能够通过调节质膜H⁺-ATPase活力影响植物对离子的选择吸收,从而提高耐旱性。     

Pear (Pyrus communis) and quince (Cydonia oblonga) roots exhibit different ability to prevent sodium and chloride uptake when irrigated with saline water

Soil salinity is a major constraint to the cultivation of horticultural crops. In the present study, potted trees of the pear variety Abbé Fetel, either with their own roots or grafted on different rootstocks, received irrigation water at two levels of salinity to: (i) evaluate the effect of the rootstock genotype on the vegetative growth; (ii) assess their differential ability to take up and partition sodium (Na⁺) and chloride (Cl⁻); (iii) verify the effect of salinity on the uptake of major cations (potassium, calcium and magnesium). Irrigation water at 5.0 dS m⁻¹ only slightly reduced vegetative growth regardless the genotype used as rootstock, suggesting a relative degree tolerance of pear (Pyrus communis) to soil salinity, at least in the short term. Quince (Cydonia oblonga) and pear rootstock genotypes had a contrasting effect on the uptake of chloride and sodium and differed regarding their ability to exclude these ions from the foliage. Quinces significantly increased their uptake of sodium and chloride when irrigated with saline water, while pear roots adopted an ion exclusion strategy to avoid accumulation of Na⁺ and Cl⁻. Trees grafted on quinces accumulated a significant amount of Cl⁻ in the leaves, but were able to store most absorbed Na⁺ in their roots, a mechanism that prevented xylem loading and transport to the leaves. No effect of salinity on the uptake of potassium (K⁺), calcium (Ca²⁺) and magnesium (Mg²⁺) was recorded; however, leaf potassium concentration was markedly lower when roots belonged to quince than to pear. The ability of pear genotypes to take up K⁺ occurred in control trees and was unaffected by saline treatment and might be related to the strategy adopted by pears to exclude Na⁺ due to a high selectivity K⁺/Na⁺.     

田间条件下棉花叶片缺钾症状及钾含量的时空动态研究

为了探究棉花中上部叶片首先出现缺钾症状的生理机制,以中棉所41为供试材料,于2013—2014年在中国农业大学上庄实验站缺钾(K)土壤上(速效K含量64.0~70.9 mg kg–1)进行试验,设置低钾(225 kg K2O hm–2)和高钾(375 kg K2O hm–2)2个钾处理,以不施钾为对照,观察蕾期至花铃后期主茎叶缺K症状的发展动态,并测定了叶片的K+含量。结果表明,棉花叶片缺K症状并不是简单的自下部老叶逐步向上发展,而是从第10节位左右向上推移,并且这种推移呈跳跃式,植株中部某些叶位的叶片一直未出现缺K症状或症状很轻微。棉花这种缺K症状模式与叶片K+含量无必然联系。叶片K+含量基本遵循随叶位上升而增加的规律,符合缺K条件下的一般特征,但这种自下而上增加的幅度及增幅较大的部位在不同生育时期和不同年份存在差异。大部分叶片的K+含量随叶龄增长呈或快或慢的下降趋势,但在蕾期至盛花期某些幼叶和功能叶的K+含量会出现上升现象,如2013年的第7~第14叶、2014年的第13~第16叶。要揭示棉花缺K症状的生理机制,还需要从不同叶片对K+的敏感性、K+在整株水平的再分配等方面深入研究。     

转PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应

为探索普通菜豆脯氨酸合成酶基因P5CS1在植物渗透胁迫中的作用,本研究应用农杆菌介导法,将PvP5CS1基因转入拟南芥,获得6株阳性转基因株系;通过检测转基因植株与野生型植株在干旱和盐胁迫下种子发芽率,幼苗脯氨酸含量、株系电导率、相对根长和成株死亡率,分析了PvP5CS1基因的表达对改善拟南芥抗渗透胁迫的效应。结果表明,在150 mmol L^-1 NaCl和150 mmol L^-1甘露醇渗透胁迫下,转基因植株平均相对发芽率分别是野生型的1.6倍和1.62倍;150、250 mmol L^-1甘露醇和150 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因拟南芥植株平均脯氨酸含量分别是野生型的2.68、1.30和1.30倍;平均相对电导率分别是野生型植株的85%、77%和85%;平均相对根长分别是野生型植株的1.2、1.3和1.2倍;300 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因植株的平均死亡率为42%,显著低于野生型(90%)(P<0.05);干旱胁迫下,转基因植株的平均死亡率为56%,显著低于野生型(70%)(P<0.05),说明PvP5CS1基因在拟南芥中的表达明显改善了转基因植株的抗旱性和耐盐性。     

Root Nitrogen Remobilization and Ion Status of Two Alfalfa (Medicago sativa L.) Cultivars in Response to Salinity Stress

In a pot experiment the responses of two alfalfa cultivars differing in salt tolerance were evaluated in terms of root nitrogen remobilization rates (RNRR) and their relationship with the ionic status of the plants. A split‐plot design with factorial treatments in three replications was used. Three levels of salinity stress with electrical conductivities (EC_s) of 1.2, 7 and 12 ds m^?1 were established in irrigation water by using tap water with and without NaCl. The average data taken from plant materials at three defoliations were used for statistical analysis. Each time, plant materials were harvested at the 10 % flowering stage and then 10 days later. From the results observed, it was found that alfalfa shoot growth is highly dependent on RNRR under salinity stress. However, the total N reserves within the roots do not appear to be a limiting factor. The high positive correlation coefficient between shoot K⁺/Na⁺ and RNRR (r = 0.77; P = 0.01) indicates that lower demands for N because of diminished metabolic activities within the shoot sink may have reduced the rates of root N utilization. Unlike in some other species, the shoot K⁺ concentration and contents of alfalfa plants were significantly reduced by increasing salt stress. However, a relatively suitable K⁺/Na⁺ ratio of 7.1 is maintained in the shoots at the second level of salinity, as lowering the rates of salt induced an increase in Na⁺ uptake (Na exclusion). The salt tolerance recognized in the Bami cultivar may be attributed to the 339 % increase in its selectivity rates of K⁺ over Na⁺ in ion transport from the soil to the shoots, as the shoot Na⁺ content did not increase with increasing salt levels.