外源Ca^(2+)对两种产脲酶细菌修复Cd-As复合污染水稻土的影响

微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术已被广泛应用于土壤重金属污染修复。为促进MICP过程,提高土壤修复效果,以Cd-As复合污染的水稻土为研究对象,利用巴氏八叠球菌(Octococcus pasteurii)和蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)两种产脲酶细菌,分析比较了外源添加氯化钙(CaCl2)对两种菌株固定土壤中Cd、As效果的影响,并对修复后土壤理化性质、酶活性及微生物多样性的变化进行了检测。结果表明:两种菌株均能固定土壤Cd、As,其中,蜡样芽孢杆菌对土壤Cd、As的固定效果更佳,与巴氏八叠球菌处理相比,蜡样芽孢杆菌处理下土壤有效态Cd、As含量分别降低了16.7%、11.1%;添加外源Ca^(2+)后,在两种细菌处理下有效态Cd、As含量均发生显著变化,分别降低了17.3%~22.2%、16.8%~26.7%,可见Ca^(2+)的添加能有效促进MICP过程,促进对Cd、As的固定。此外,与未添加Ca^(2+)处理相比,添加Ca^(2+)后,两种细菌处理下显著提高了土壤脲酶活性(52.6%~113.3%)、蔗糖酶活性(13.1%~28.9%)、碱解氮含量(3.4%~25.5%)、速效钾含量(2.1%~34.1%)以及微生物多样性,表明外源Ca^(2+)可有效提高土壤肥力及土壤生态功能。综上,基于MICP作用,可通过添加外源Ca^(2+)来增强产脲酶细菌对Cd-As复合污染土壤的修复效果,其中,蜡样芽孢杆菌修复效果更佳。

盐胁迫下外源Ca^(2+)添加对藤本月季光合及氮代谢相关酶活性的调控

以藤本月季“大游行”为试材,采用土壤喷施0、200 mmol·L^(-1)盐溶液的处理方法,探究不同浓度外源Ca^(2+)(0、5、10、20 mmol·L^(-1))对藤本月季光合以及氮代谢相关酶活性的影响,以期为外源Ca^(2+)缓解盐胁迫对藤本月季的伤害提供参考依据。结果表明:一定浓度外源Ca^(2+)能够增加藤本月季株高生长量、叶面积和地上生物量,促进光合作用,提高叶片中光合色素含量以及氮代谢相关酶活性来增强植物抗性。在200 mmol·L^(-1)盐处理下,与0 mmol·L^(-1)Ca^(2+)处理浓度相比,添加10 mmol·L^(-1)Ca^(2+)浓度处理下藤本月季的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素(a+b)以及叶黄素含量分别增加了143.9%、152.5%、151.9%和90.6%;光合参数中水分利用效率(WUE)、净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、胞间CO_(2)浓度(C_(i))和气孔导度(G_(s))分别增加96.6%、60.5%、353.3%、43.0%和80.6%,气孔限制值(Ls)降低63.8%,PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m))和PSⅡ潜在活性(F_(v)/F_(o))显著增加;此外,盐胁迫下,藤本月季叶片中硝态氮含量下降,铵态氮含量增加,一定浓度外源Ca^(2+)处理能显著增加硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)以及异柠檬酸脱氢酶(NADP-ICDH)活性,而降低谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)活性。综上可知,添加一定量的Ca^(2+)能增加藤本月季光合色素和硝态氮含量,促进氮代谢过程中相关酶活性增加,提高植物光合作用,进一步促进植物生长来抵御盐胁迫,其中以添加10 mmol·L^(-1)Ca^(2+)处理效果最好。

外源钙缓解小麦幼苗盐胁迫的作用机制

【目的】探究自噬参与调控外源钙维持盐胁迫下小麦幼苗稳态的机制,为进一步揭示植物盐胁迫应答机制提供分子证据。【方法】以小麦品种河农6425为材料,通过水培培养小麦幼苗,利用叶绿素荧光、组织原位染色、荧光定量PCR、激光共聚焦显微镜等生理及分子生物学技术开展研究。【结果】150 mmol/L NaCl胁迫显著抑制小麦幼苗生长,导致光系统II(photosystem II, PSII)受损,抗氧化能力减弱,细胞活力降低,自噬活性升高。随着NaCl处理时间的延长,小麦幼苗根和叶片中的自噬小体显著增多,细胞程序性死亡(programmed cell death, PCD)水平升高。正常条件下,外源施加Ca^(2+)对小麦幼苗根和叶片中自噬小体数量没有明显影响。而在NaCl胁迫下,外源Ca^(2+)处理能够在一定时间内维持NaCl胁迫诱导的自噬维持在促存活的水平,减少PCD。【结论】Ca^(2+)通过调控小麦幼苗根和叶片的自噬水平限制PCD的规模,缓解NaCl胁迫对小麦幼苗的损伤。

外源Ca^(2+)对西伯利亚白刺盐胁迫伤害的缓解效应

为探讨外源Ca^(2+)缓解盐胁迫对西伯利亚白刺伤害的效应,采用盆栽试验,研究300 mmol·L^(-1)NaCl胁迫下浇灌15 mmol·L^(-1)CaCl_(2)后西伯利亚白刺叶片的相对含水量、叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性、内源激素含量的变化。结果表明,遭受300 mmol·L^(-1)NaCl胁迫后,西伯利亚白刺叶片的相对含水量和叶绿素、生长素(IAA)、赤霉素(GA)含量明显下降,MDA和脱落酸(ABA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性明显增加,过氧化物酶(POD)活性无明显变化。施加15 mmol·L^(-1)CaCl_(2)可缓解300 mmol·L^(-1)NaCl对西伯利亚白刺产生的伤害,相对含水量和叶绿素含量分别增加15%、13%,MDA含量下降35%,SOD、POD、CAT活性分别提高30%、14%、25%,ABA含量下降20%,IAA和GA含量分别增加19%、24%。表明NaCl胁迫下西伯利亚白刺的生长受到抑制,施加外源CaCl_(2)可使其生长状况趋于正常,能通过调节内源激素含量和提高抗氧化酶活性来缓解NaCl胁迫对其造成的不良影响。

外源Ca^(2+)对模拟酸雨胁迫下不同抗性水稻根系氮吸收的影响

为减轻酸雨对植物生长的不利影响,探究Ca^(2+)对植物耐酸性的调控机制,本文以五优308(抗性种)和南粳9108(敏感种)两个品种水稻为研究对象,研究外源Ca^(2+)对低强度酸雨(pH 4.5,SAR1)和高强度酸雨(pH 3.0,SAR2)胁迫下水稻幼苗根系生长、氮(NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+))含量及吸收速率、ATP含量、质膜H_(+)-ATPase活性及其磷酸化水平的影响。结果表明:SAR1处理下两个品种水稻的H_(+)-ATPase磷酸化水平和活性增加(P<0.05),促进ATP分解,增加供能,使NH_(4)^(+)吸收增加(P<0.05),但NH_(4)^(+)仅在南粳9108根中过量积累(P<0.05),引起铵毒,造成根系生长抑制,五优308中NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)含量及其生长均未受影响(P>0.05)。SAR2处理下,两个品种水稻质膜H_(+)-ATPase活性和NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)吸收速率及含量均降低,根系生长受到抑制(P<0.05),其中南粳9108降幅大于五优308。Ca^(2+)+SAR1处理组两个品种水稻根系质膜H_(+)-ATPase磷酸化水平和活性、NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)吸收和积累以及根系生长均与对照(叶喷去离子水处理)差异不显著(P>0.05)。Ca^(2+)+SAR2处理下H_(+)-ATPase活性、NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)吸收和积累以及根系生长低于对照(P<0.05),但显著高于单一SAR2处理(P<0.05)。研究表明,外源Ca^(2+)可有效保障模拟酸雨(pH 4.5、3.0)下质膜H_(+)-ATPase磷酸化水平,促进H_(+)-ATPase活性升高,缓解酸雨对NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)吸收的抑制,维持根系生长。其中,外源Ca^(2+)对相同强度模拟酸雨胁迫下五优308的调控效果优于南粳9108,说明外源Ca^(2+)对酸雨胁迫下植物氮吸收的影响不仅受酸雨强度限制,而且也会受品种影响。本实验中,外源Ca^(2+)对不同强度酸雨胁迫下不同抗性水稻氮吸收均有调控效果,合理利用外源Ca^(2+)将有助于调节酸雨区农作物的营养吸收,缓解酸雨对农业生产的危害。

外源Ca^(2+)对高盐胁迫下巴西蕉幼苗叶绿素荧光特性的影响

为了研究外源Ca^(2+)对高盐胁迫下香蕉(Musa nana Lour.)叶绿素荧光特性的影响,以中国热带亚热带主栽品种巴西蕉(M.paradisiaca)幼苗为材料,500 mmol·L^(-1) NaCl模拟高盐胁迫,5 mmol·L^(-1) CaCl_(2)模拟外源Ca^(2+),分别处理0 h、4 h、8 h、12 h和24 h,利用叶绿素荧光探测技术对叶片叶绿素荧光特性进行分析。结果表明,高盐胁迫下,巴西蕉幼苗叶片的最大光化学效率(F_(v)/F_(m))、光化学淬灭(qL)、相对电子传递速率(rETR)、快速光曲线初始斜率(α)、潜在最大相对电子传递速率(rETR_(max))、半饱和光强(I_(k))随着处理时间的延长而显著下降且非光化光淬灭(qN)显著升高。添加外源Ca^(2+)能显著提高高盐胁迫下巴西蕉幼苗叶片F_(v)/F_(m)、qL、rETR、α、rETR_(max)、I_(k)和qN,增强巴西蕉幼苗的光合活性、光保护能力、捕光能力和强光耐受能力。以上结果表明,外源Ca^(2+)能有效缓解高盐胁迫对巴西蕉幼苗光合系统产生的不利影响。

钙对盐胁迫下巴西蕉细胞生长和生理特性的影响

Ca^(2+)对植物的耐盐性具有重要作用。悬浮细胞可以提供相对简化的研究模型,适用于基础的生理机制研究。本试验采用NaCl模拟盐胁迫,外源添加CaCl_(2)、EGTA、LaCl_(3)处理巴西蕉(Musa AAA Cavendish var.Brazil)悬浮细胞,研究细胞生长量、抗氧化酶活性、脯氨酸及可溶性糖含量的变化来确定Ca^(2+)对于盐胁迫下香蕉细胞的调节作用。结果表明,在100 mmol/L NaCl胁迫24 h后,细胞生长量显著下降,下降量接近50%。MDA含量、SOD活性、POD活性和可溶性糖含量均显著升高。10 mmol/L CaCl_(2)将盐胁迫下细胞生长量提高7.95%,POD活性和Pro含量也显著升高,SOD活性降低。EGTA和LaCl_(3)处理加重了盐胁迫对细胞生长的抑制作用,导致MDA含量大幅增加,POD活性和Pro含量降低,其中LaCl_(3)处理使可溶性糖的积累显著降低。以上所示,Ca^(2+)与巴西蕉细胞的耐盐密切相关,外源Ca^(2+)可减轻盐胁迫对细胞的影响。