铝诱导蚕豆气孔保卫细胞凋亡研究

植物叶表面的气孔保卫细胞是研究信号转导的模式实验系统,对环境变化反应灵敏而准确,采用蚕豆叶面气孔保卫细胞,研究了铝（AlCl3）对细胞的毒性效应。结果表明,在1～10 mmol.L^-1范围内,AlCl3可使气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,且随着浓度的增高细胞死亡率增高;死细胞呈现核固缩、核降解、凋亡小体等典型凋亡特征。凋亡抑制剂Z-Asp-CH2-DCB或TLCK与AlCl3共同作用时,保卫细胞死亡率显著降低;一定浓度的抗坏血酸（AsA）或过氧化氢酶（CAT）以及Ca2＋螯合剂乙二醇四乙酸酯（EGTA）或Ca2＋通道抑制剂LaCl3与AlCl3共同作用时,细胞死亡率降低。研究结果表明,铝诱导的蚕豆保卫细胞死亡可能是一种细胞凋亡过程,由胁迫诱发的活性氧介导,通过激活质膜钙通道,引起胞内Ca2＋水平改变,进而介导细胞凋亡。     

谷子对黑粉菌侵染的生物学响应

研究采用大田试验筛选出黑穗病高抗品种冀谷20(J20)和高感品种长农35(C35),采用室内盆栽试验检测2个品种对黑粉菌的响应。结果表明,谷种拌菌组植株中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)活性升高,且J20的PAL和PPO活性显著高于C35;J20拌菌组的总酚、类黄酮和木质素含量及几丁质酶活性显著高于未拌菌对照组,β-1,3-葡聚糖酶活性升高不明显;C35拌菌组中木质素含量与几丁质酶活性高于未拌菌对照组,类黄酮含量与β-1,3-葡聚糖酶活性无明显改变,总酚含量显著下降;拌菌组中J20的β-1,3-葡聚糖酶活性显著高于C35;J20拌菌组中抗病相关基因(4CL、CCR、CHIB和WRKY22)和受体蛋白FLS2上调表达。谷子对黑粉菌的抗性涉及植株基因转录应答、次生代谢调控、抗病防御应答等生物学过程,不同品种的遗传基础差异导致植株自身结构、防御应答不同,品种抗性水平表现出显著差异。     

作物轮作对谷田土壤理化性质及谷子根际土壤细菌群落的影响

采用谷子连作(Si-Si-Si)、马铃薯-玉米-谷子轮作(St-Zm-Si)、玉米-大豆-谷子轮作(Zm-Gm-Si)和大豆-马铃薯-谷子轮作(Gm-St-Si)四种种植模式进行定位试验,研究轮作对土壤理化性质、土壤酶活性、谷子产量和根际细菌群落结构的影响。结果显示,与连作相比,Gm-St-Si轮作模式下土壤的pH值升高,碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量增加,土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、纤维素酶和蔗糖酶活性提高,谷子产量显著增加;利用Illumina MiSeq测序技术对谷子根际土壤细菌群落结构进行分析,发现三个轮作处理的OTU数目和多样性指数均高于连作,轮作与连作的细菌群落结构与组成存在明显差异,其中Gm-St-Si处理含有丰富的疣微菌门、酸杆菌门和浮霉菌门,高丰度菌包括Planctomyces、Gemmata、Flavisolibacter、Luteolibacter等。综上表明,大豆-马铃薯-谷子轮作能改善谷田生态环境,提高土壤肥力,促进土壤微生物多样性,使谷子产量增加。     

SO_2对小白菜含硫抗氧化物水平的影响

以小白菜为材料,研究二氧化硫(SO_2)暴露对幼苗的影响及植株含硫抗氧化物的响应特征。结果表明,30 mg/m~3的SO_2暴露6~48 h期间,小白菜叶片中过氧化氢含量显著增加;暴露6~36 h期间,叶组织中谷胱甘肽含量增加,谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性提高;SO_2暴露48 h时,叶片中GST,GPX活性呈下降趋势,丙二醛含量显著增加。研究表明,采用的SO_2暴露条件对小白菜幼苗产生了氧化胁迫,能够诱导叶组织中含硫抗氧化物质水平提高,增强细胞还原能力;SO_2暴露时间延长使组织中活性氧积累,使抗氧化酶活性降低,膜脂过氧化产物水平升高,产生氧化损伤。     

二氧化硫暴露对拟南芥叶片形态和生理生化指标的影响

采用室内培养及密闭箱静态熏气方法,研究了不同浓度SO2:暴露对拟南芥(Arabidopsis thdiana)叶片形态和生理生化指标的影响.结果显示,拟南芥暴露于SO214d后,叶面气孔开度变小.浓度10mg·m-3组促进植株生长发育,SOD和CAT活性无明显改变,30mg·m-3SO2组3种酶活性呈诱导性增高,其中POD增幅最大,SO2浓度90 mg·m-3时,CAT活性被抑制,丙二醛(MDA)含量增加,株高、叶片数和叶片面积显著降低,可溶性蛋白含量减少,叶片出现明显可见伤害.研究结果表明,在低浓度条件下,拟南芥能够通过调节气孔开放、细胞抗氧化酶活性等使植株适应SO2胁迫,但是高浓度SO2暴露会引起细胞氧化损伤,影响植物生长发育.     

二氧化硫胁迫诱导拟南芥NIT2基因DNA甲基化修饰

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰形式。利用亚硫酸氢盐修饰后测序法和甲基化敏感性限制性内切酶-PCR（MSRE-PCR）法,研究SO2胁迫对拟南芥腈水解酶（NIT2）基因序列中胞嘧啶甲基化状态的影响,分析甲基化特征改变在植物胁迫应答过程中的作用。研究发现,30 mg.m-3的SO2连续熏气3 d后,拟南芥植株地上组织细胞中NIT2基因启动子区域CG和CHH（H为C,A或T）位点甲基化水平下降,总甲基化水平降低,但未检出编码区5′端目的片段中CCGG位点甲基化状态的改变。RT-PCR分析表明,SO2胁迫组拟南芥植株地上组织细胞中NIT2基因的转录水平高于对照组。研究结果表明,SO2胁迫导致拟南芥NIT2基因启动子区甲基化水平降低,NIT2基因转录上调,说明SO2胁迫能诱发拟南芥基因胞嘧啶甲基化水平改变,启动子区甲基化水平的降低可能与防御基因的诱导表达有关,胞嘧啶甲基化修饰参与了植物的抗逆生理过程。     

SO2诱导拟南芥气孔保卫细胞致死效应研究

以拟南芥叶片下表皮为材料,研究了SO2体内衍生物--亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液(3:1,mmol·L-1/mmol·L-1)对气孔保卫细胞的致死作用.结果表明,浓度0.5～4.5 mmol·L-1的SO2衍生物处理表皮3 h可引起保卫细胞死亡,细胞死亡率呈浓度依赖性增高.抗坏血酸(AsA)或过氧化氢酶(CAT)与SO2衍生物共同作用时,保卫细胞死亡率显著降低.Ca2+螯合剂乙二醇双四乙酸(EGTA)或Ca2+通道抑制剂LaCl3与SO2衍生物共同作用时,保卫细胞死亡率亦显著降低.研究发现,一定浓度的SO2可诱导拟南芥保卫细胞死亡,胁迫可能通过诱导活性氧、激活质膜钙通道,造成胞外Ca2+内流,引发细胞死亡.     

铝诱导蚕豆气孔保卫细胞凋亡研究

植物叶表面的气孔保卫细胞是研究信号转导的模式实验系统,对环境变化反应灵敏而准确,采用蚕豆叶面气孔保卫细胞,研究了铝(AlCl3)对细胞的毒性效应.结果表明,在1～10mmol·L-1范围内,AlCl3可使气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,且随着浓度的增高细胞死亡率增高;死细胞呈现核固缩、核降解、凋亡小体等典型凋亡特征.凋亡抑制剂z-Asp-CH2-DCB或TLCK与AlCl3共同作用时,保卫细胞死亡率显著降低;一定浓度的抗坏血酸(AsA)或过氧化氢酶(CAT)以及Ca2+螫合剂乙二醇四乙酸酯(EGTA)或Ca2+通道抑制剂LaCl3与AlCl2共同作用时,细胞死亡率降低.研究结果表明,铝诱导的蚕豆保卫细胞死亡可能是一种细咆凋亡过程,由胁迫诱发的活性氧介导,通过激活质膜钙通道,引起胞内Ca2+水平改变,进而介导细胞凋亡.     

SO2对谷子幼苗根系镉胁迫的缓解作用

以谷子幼苗为材料,采用SO_2衍生物(SO_3~(2-)∶HSO_3~-,3∶1,mmol·L~(-1)/mmol·L~(-1))预处理方式,研究外源SO_2对镉(Cd)致根系毒性的影响。研究发现:250、500μmol·L~(-1)Cd胁迫下,谷子幼苗根生长受到明显抑制,根组织中活性氧(ROS)大量产生,膜脂过氧化增加;与Cd单独处理组相比,用500μmol·L~(-1)SO_2衍生物预处理后,Cd对根系生长的抑制作用减弱,根组织中ROS水平降低,膜脂氧化损伤减轻,谷胱甘肽(GSH)含量提高,过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)等酶活性明显增加。结果表明:一定浓度的SO_2衍生物能够通过上调抗氧化酶系统POD和GPX的活性来有效缓解Cd胁迫造成的谷子根系氧化损伤,并很可能通过维持较高的GSH水平和提高GST活性来增强谷子根系的Cd解毒能力。     

镉对谷子幼苗的毒性作用

为研究镉对谷子幼苗的毒性作用,以谷子长农44号为材料,采用50,200μmol/L Cd溶液水培幼苗,8 d后检测植株生长状况及氧化/抗氧化指标。结果表明,Cd胁迫后谷子幼苗根长和地上部分鲜质量显著降低,植株叶缘发黄,叶尖干枯;地上组织中O2-·生成速率提高,H2O2和MDA含量显著升高,过氧化物酶活性显著升高,过氧化氢酶活性略有升高,谷胱甘肽和半胱氨酸含量显著增加,超氧化物歧化酶、谷胱甘肽硫转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性无明显改变。一定浓度的Cd胁迫可诱导谷子幼苗中活性氧水平升高,抑制植株生长发育,诱导植物抗氧化系统应答,即抗氧化分子合成增加、抗氧化酶系统激活,以提高谷子幼苗的Cd耐受性。