华中地区两种典型菜地土壤中氮素的矿化特征研究

以华中地区两种典型的菜地土壤——黄棕壤和潮土为研究对象,利用室内连续培养试验研究了菜地土壤氮素的矿化规律和矿化特征。结果表明,黄棕壤和潮土氮素的矿化以硝态氮量较多,铵态氮较少。两种土壤的矿化速率随培养时间的延长而降低,培养13周以后黄棕壤的矿化速率为N 0.13 mg/(kg.d),潮土为N 0.32 mg/(kg.d)。随着培养时间的延长,黄棕壤和潮土的累计氮矿化量缓慢增长。培养结束时黄棕壤矿化量为N 68.65 mg/kg,潮土矿化量为N 109.37 mg/kg,分别占土壤全氮量的24.52%和21.45%。黄棕壤和潮土氮素的矿化势分别为N 74.63 mg/kg和123.45 mg/kg,分别占土壤全氮量的26.65%和24.21%。

植物磷转运子PHT1家族研究进展

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素。植物PHT1磷转运蛋白家族在植物磷吸收、运转及再利用等过程中发挥了重要作用。迄今已在多种高等植物中相继分离出大量PHT1家族基因。本文综述了国内外关于植物PHT1家族的主要研究进展,详细阐述了植物PHT1家族的表达模式、功能及可能的调控途径。【主要进展】植物PHT1家族属于MFS(major facilitator superfamily)超家族,不同物种PHT1家族蛋白的结构非常保守,通常具有12个亲脂跨膜结构域,形成"6螺旋–亲水大环–6螺旋"式的结构镶嵌于质膜当中。同时,该家族具有H_2PO_4~–/nH^+共运子、糖转运子和MFS通用转运子等特征结构域和一段保守的氨基酸特征序列GGDYPLSATIMSE。一般情况,植物PHT1家族基因吸收转运1个无机磷需要2~4个质子协同进入质膜,并伴随膜电位的变化。植物PHT1家族的磷转运特性差异较大,其动力学参数Km值差别较大。高等植物PHT1家族成员众多。在拟南芥、水稻、大豆、茄科植物及其他物种中的研究发现,PHT1家族各成员间的时空表达模式存在差异,多数成员受低磷信号调控且主要在根部表达,少部分成员在除根以外的其他器官中表达,并行使相应的磷转运功能。已有研究表明,植物PHT1家族基因的转录水平受到多因素的调控,例如外界环境中的无机磷浓度,转录因子如MYB家族、WRKY家族以及ZAT6等基因能与PHT1家族基因启动子区的特殊调控元件如MYCS元件、P1BS元件及W-box元件等结合,调控基因的转录。此外,部分PHT1家族基因的转录水平受丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)的调控。除了转录水平的调控,关于植物PHT1家族转录后水平的调控途径同样取得了较大进展。PHF1基因、含SPX结构域的蛋白家族、MicroRNA、蛋白磷酸化与去磷酸化、染色质修饰及其他等一系列调控途径均参与到PHT1家族基因的转录后调控及信号转导。植物激素如生长素、乙烯和细胞分裂素等也参与这一调控过程。【建议与展望】植物对磷吸收利用的分子调控机理及信号转导途径十分复杂,因此,培育磷高效利用基因型作物任重而道远。关于植物PHT1家族基因的研究已从模式植物向作物及其他高等植物中扩展,然而对该家族蛋白的生化及结构生物学等研究还待进一步深入。同时,对于一些基因组较复杂的多倍体物种如甘蓝型油菜、小麦、大麦及棉花等,仍有待开展进一步研究。

植物硼钙效应及其在细胞壁中互作机制的研究

植物营养元素之间存在着相互作用,其作用机理一直是相关学者研究的重点。硼是植物必需的营养元素,近年来,有关硼与其它元素之间的相关性研究已取得了一系列成果。本文综述了国内外关于植物在不同硼、钙条件下的形态发育、代谢组学、细胞壁果胶网络中的交联机制等方面的研究进展,并对如何充分利用代谢组学手段探究硼钙之间相互作用的机制以及硼钙互作对植物生长发育的调控作用,尤其是两者在细胞壁的互作机制方面的研究进行了展望。

外源脯氨酸对缺硼下棉花幼苗生长、生理特性以及脯氨酸代谢的影响

【目的】研究外源脯氨酸对不同硼浓度处理下棉花幼苗生长及生理特性和脯氨酸代谢的影响。【方法】采用水培方法,以鄂抗8号棉花品种为试验材料,设置0.02μmol·L^-1(低硼)、2.5μmol·L^-1(中硼)、100μmol·L^-1(适硼)3个硼(Boron,B)浓度梯度以及0和20μmol·L^-12个脯氨酸(Proline,Pro)浓度,共计6个处理,完全随机,其中低硼和中硼均属于缺硼处理,植株生长出现明显差异后收获并测定相关指标。【结果】添加外源脯氨酸在适硼(100μmol·L^-1)浓度下抑制了棉花的生长,而在低硼(0.02μmol·L^-1)处理时促进了根系对硼的吸收。与低硼处理相比,添加脯氨酸降低了叶片中脯氨酸、过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)含量,而促进根中丙二醛(Malondialdehyde,MDA)和H2O2的积累;同时,根和叶片中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)活性显著上升,过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性显著下降,而过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性无明显变化。另外,缺硼时(0.02μmol·L^-1和2.5μmol·L^-1)添加脯氨酸可明显增加其代谢途径中Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)、Δ1-吡咯啉-5-羧酸还原酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductase,P5CR)、鸟氨酸转氨酶(Ornithine-aminotransferase,OAT)等合成酶及脯氨酸脱氢酶(Proline dehydrogenase,PRODH)的活性。【结论】在适硼下施用脯氨酸抑制了棉花的生长。低硼下添加脯氨酸促进根系对硼的吸收,提高叶片抗氧化酶APX活性而降低叶片中膜脂过氧化物质。低硼导致植株体内脯氨酸的积累,而低硼处理下添加外源脯氨酸会降低叶片中脯氨酸含量,其诱因是影响了脯氨酸代谢途径(谷氨酸和鸟氨酸途径)中关键的合成酶和分解酶活性,主要是由于促进分解代谢的脯氨酸脱氢酶活性显著增加所致。

外源L-天冬氨酸纳米钙抑制棉花生长的效应及潜在机制

为探究L-天冬氨酸纳米钙颗粒[Ca(L-asp)-NPs]进入环境后对棉花生长的影响,以鄂抗8号棉花为试验材料,设置0(对照)、25、50、75、100 mg·L^-1共计5个Ca(L-asp)-NPs处理浓度,于华中农业大学盆栽场进行试验,测定干鲜质量、根系形态、钙含量、叶绿素、抗氧化酶、MDA、电导率等指标。结果表明:与对照相比,Ca(L-asp)-NPs处理显著降低了棉花的干鲜质量并抑制根系伸长。根、茎、叶钙含量最大值为7905、13 144、38 117 mg·kg^-1,比对照增加了102%、61%、51%,但钙的转移因子在施入Ca(Lasp)-NPs后显著降低。外源Ca(L-asp)-NPs也显著降低了叶片叶绿素含量以及根系抗氧化酶活性和电导率,除25 mg·L^-1处理外,MDA含量也显著下降。研究表明,Ca(L-asp)-NPs进入环境后会抑制棉花的生理生长,对棉花生长产生抑制作用,同时棉花本身会提升根冠比来适应此胁迫。