巧用加压法验证“植物对水分的吸收和运输途径”

水分是生物体生存所必需的物质,水分主要由根系吸收,再由体内导管运输到体内需要的地方。涉及水分的传统探究实验,至少需要1 d的准备时间。以教材实验“水分在植物体内的运输途径”为原型,在原有实验的基础上使用加压法进行大胆设计,并采用逆向思维当场快速验证植物体内的导管是水分和无机盐运输的途径,得出叶片的气孔是植物与外界进行气体交换和散失水分的“门户”,达成在实验中培养学生创新思维能力的目标。

混合盐碱胁迫对燕麦幼苗矿质离子吸收和光合特性的影响

为探讨燕麦新品种定莜6号在低、高浓度盐碱胁迫下的生理响应机制,采用盆栽试验研究了25 mmol·L-1和75 mmol·L-1混合盐碱胁迫对幼苗生长、矿质离子吸收和光合特性的影响。结果表明,25 mmol·L-1混合盐碱胁迫10 d并未引起燕麦幼苗干重的明显改变,但75 mmol·L-1混合盐碱胁迫显著降低了幼苗干重。25 mmol·L-1混合盐碱胁迫下,燕麦根系和地上部K+/Na+、Ca2+/Na+和Mg2+/Na+显著降低,根系选择吸收K+、Ca2+、Mg2+及由根系向地上部运输K+、Ca2+的能力明显增强,但由根系向地上部运输Mg2+的能力下降,从而使地上部K+/Na+、Ca2+/Na+高于根系,而Mg2+/Na+低于根系;75 mmol·L-1混合盐碱胁迫下的上述变化大于25 mmol·L-1。25 mmol·L-1混合盐碱胁迫使燕麦幼苗叶片总叶绿素含量下降,叶绿素a/b和类胡萝卜素含量提高,而净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔限制值(Ls)变化不大;与25 mmol·L-1混合盐碱胁迫相比,75 mmol·L-1混合盐碱胁迫下燕麦叶片总叶绿素和类胡萝卜素含量、Pn、Gs、Tr、Ls明显下降,Ci显著提高,而叶绿素a/b无明显差异。25 mmol·L-1混合盐碱胁迫下,燕麦幼苗叶片最大光化学效率(Fv/Fm)和非光化学猝灭系数(NPQ)明显下降,保护性热耗散(ΦNPQ)显著提高,而初始荧光(Fo)、实际光化学效率(ΦPSII)、光化学猝灭系数(q L)、非调节性能量耗散(ΦNO)、光系统I和光系统II之间激发能分配的不平衡性(β/α-1)和叶绿体Hill反应活性无显著变化;与25 mmol·L-1混合盐碱胁迫相比,75 mmol·L-1混合盐碱胁迫下Fo、ΦNO、β/α-1显著提高,Fv/Fm、ΦPSII、q L、NPQ、ΦNPQ和叶绿体Hill反应活性明显下降。上述结果表明调控矿质离子吸收和运输以保持地上部K+/Na+、Ca2+/Na+高于根系是燕麦适应盐碱的重要机制,高浓度盐碱胁迫造成PSⅡ反应中心受损是燕麦Pn降低的主要因素,而过剩光能耗散是保护光合机构的重要途径。

盐碱胁迫对喜树幼苗生长及体内离子选择性运输的影响

研究了Na+等质量分数下中性盐(Na Cl和Na2SO4)与碱性盐(Na HCO3和Na2CO3)对喜树幼苗生物量、体内离子选择性运输效应。结果表明:盐碱胁迫抑制了喜树根、茎生物量的积累;高浓度中性盐使叶生物量增加,高浓度碱性盐使叶生物量大幅降低;碱性盐对生物量的影响大于中性盐。盐碱胁迫使喜树体内Na+质量分数显著升高,使K+上运、Ca2+下运,且随着胁迫强度增强而加剧,其中碱性盐对体内Na+、K+、Ca2+质量分数的影响较大。盐碱胁迫降低了根、茎、叶中K+质量分数/Na+质量分数、Ca2+质量分数/Na+质量分数,且随着中性盐(Na Cl和Na2SO4)与碱性盐(Na HCO3和Na2CO3)质量分数增加其K+质量分数/Na+质量分数、Ca2+质量分数/Na+质量分数降低幅度增加,其影响程度由小到大的顺序为Na2SO4、Na Cl、Na HCO3、Na2CO3。盐碱胁迫降低了K+、Ca2+由根向茎中选择性运输的能力,增加了叶对K+、Ca2+的选择性吸收。中性盐对K+、Ca2+由根向茎选择性运输能力的影响低于碱性盐,但对由茎向叶中选择运输K+、Ca2+的能力的影响与之相反。总之,喜树在低强度盐碱胁迫下通过牺牲根、茎生物量积累维持叶的生长来稀释叶中迅速累积的Na+,同时通过吸收Na+降低渗透势维持对水分和矿质元素的吸收,另外,通过提高向叶中运输K+部分消除叶中的Na+毒害,又通过向根中运输Ca2+部分消除根中的Na+毒害,表现出一定的主动适应性。

GA3对Cu胁迫下菠菜幼苗矿质元素吸收、细胞超微结构的调控效应及其耐Cu机理研究

为探究菠菜幼苗的耐Cu机理及赤霉素(GA3)对Cu胁迫下菠菜幼苗耐Cu机理的调控效应,比较了正常生长、Cu胁迫以及Cu与GA3复合作用(700mg·kg^-1Cu+0、3、5、10、20、40、60、80mg·L^-1GA3)3种条件下,菠菜幼苗生长量、氧化应激反应、脯氨酸和可溶性蛋白含量、Cu^2+积累、矿质元素吸收以及细胞超微结构等指标的变化。结果显示,与正常生长相比(C1),700mg·kg^-1Cu胁迫下(C2处理),幼苗叶部、根部的Cu含量显著增加(P<0.05),总鲜重和总干重分别下降了31.9%、40.9%,丙二醛(MDA)、O2^-和H2O2含量增至对照的0.12、1.48、0.69倍,Ca、Mg含量减少,细胞器肿胀,核膜、核仁消失,而脯氨酸和可溶性蛋白含量分别增加了55.4%、17.3%,N、P、K、Fe、Zn含量也有增加趋势,表明该植物具有较强的耐Cu性。与Cu胁迫相比(C2处理),喷施低于5mg·L^-1的GA3时(T1、T2处理),幼苗的叶部Cu含量显著下降(P<0.05),根部Cu含量显著增加(P<0.05),O2^-和H2O2含量显著减少(P<0.05),可溶性蛋白含量和植物生长量也显著增加(P<0.05);叶部N、K、Ca、Mg的含量平均增加了3.4%、84.4%、90.7%和130%,Zn含量平均减少了23.8%,根部P、K、Ca、Mg、Zn含量平均增加了46.4%、92.3%、17.8%、98.2%和39.9%,Fe含量平均减少了19.5%;叶部细胞内叶绿体肿胀现象基本消失,基粒片层堆叠紧密,均匀分布在叶绿体内部,液泡面积缩小,线粒体清晰可见。继续增加GA3浓度时,菠菜幼苗叶部Cu含量降幅减少、根部Cu含量增幅减少,氧化应激反应加剧,可溶性蛋白和矿质元素含量减少,生物量降低,叶肉细胞内叶绿体、线粒体、细胞核数量减少,结构模糊不清。综上所述,低于5mg·L^-1 GA3能有效缓解Cu胁迫对菠菜幼苗的毒害作用,超过此浓度会导致Cu胁迫伤害加重。研究结果可为Cu污染地区蔬菜栽培管理和重金属耐性品种筛选提供试验依据。

高盐胁迫对罗布麻生长及离子平衡的影响

采用网室盆栽试验,研究了不同浓度NaCl(100～400mmol.L-1)胁迫30d对罗布麻植株生物量积累、生长速率、根系活力、盐分和矿质离子吸收、分布等的影响.结果表明:100mmol.L-1NaCl处理30d,罗布麻植株鲜质量和生长速率显著下降,但对其干质量没有影响;随着盐度的增加,罗布麻植株干质量、鲜质量和生长速率均显著降低.100～200mmol.L-1NaCl胁迫下,罗布麻根系活力明显高于对照;300～400mmol.L-1NaCl盐胁迫下,其活力显著降低.随着盐浓度的增加,罗布麻根、茎和叶片Na+含量逐渐增加、K+含量缓慢降低;叶片Ca2+、Mg2+含量明显降低,茎部Ca2+和根部Mg2+含量有不同程度的增加.盐胁迫明显降低了罗布麻根、茎和叶片K+/Na+、Ca2+/Na+和Mg2+/Na+的比率,植株选择性吸收和运输K+、Ca2+的能力显著提高.罗布麻植株很强的拒盐能力,以及对K+、Ca2+的选择性吸收和运输是其具有高盐适应性的主要原因.