植物抗逆性研究进展
V A 菌根真菌对植物吸收能力及抗逆性的影响研究进展
接种菌根真菌是一种提高农作物产量和质量的比较经济有效的新方法。V A 菌根侵染能扩大寄主植物根系的吸收面积; 能够改善水分运输, 抵抗水分胁迫, 提高植物抗旱性能; 能够增强植物对矿物元素和水分的吸收能力, 改变菌根根际土壤环境, 并在根际生态系统中起重要作用。V A 菌根真菌也可通过植物根系获得碳水化合物及其他营养物质, 从而形成营养上的共生关系为植物提供生长所必需的氮等矿物营养; 增强寄主植物光合作用及水分循环运转; 提高植物对各种病虫害的抗性。可见,V A 菌根真菌对植物的生长具有极其重要的生态价值和经济价值。
电场处理对毛乌素沙地沙生植物抗逆性影响的研究进展
自2002年以来, 将电场技术应用于毛乌素沙地沙生植物抗逆性研究中, 结果表明, 恰当的电场处理更有利于种子的萌发及苗的生长, 增强了其抗旱抗寒能力。
多胺与植物抗逆性关系研究进展
在逆境条件下, 植物会改变生长和发育类型以适应环境。许多研究表明, 在各种逆境协迫下, 植物体中多胺水平及其合成酶活力会大量增加, 以调节植物生长、发育和提高其抗逆能力, 这种反应对逆境条件下的植物可能有意义。就目前的资料来看, 多胺之所以能提高植物的抗逆性其机制可能是:①通过气孔调节和部分渗透调节控制逆境条件下水分的丢失。Liu 等的研究表明, 多胺以保卫细胞中向内的K+-通道作为靶点, 调节气孔的运动[10]。多胺还可作为渗透调节剂, 其积累可增加细胞间渗透, 部分调节水分丢失。②调节膜的物理化学性质。多胺可与膜上带负电荷的磷脂分子头部及其他带负电的基团结合, 影响了膜的流动性, 同时也间接地调节膜结合酶的活性。③多胺可影响核酸酶和蛋白质酶特别是与植物抗逆性有关的保护酶活性, 保护质膜和原生质不受伤害。④清除体内活性氧自由基和降低膜脂过氧化。⑤调节复制、转录、翻译过程。
尽管多胺对植物抗逆性起积极作用, 但植物的各种抗性性状是由多个基因控制的数量性状, 很难用转基因的方法将如此众多的外源基因同时转入一种植物中并进行表达调控, 更何况还有很多与抗性有关的基因尚未发现, 这说明植物抗性机制是复杂的。迄今, 多胺合成代谢中的3个关键酶ADC 、ODC 、SAMDC 已在许多植物中得到了纯化和鉴定, 它们的基因也从多种植物中克隆, 并采用转基因技术获得了一些认为多胺可提高植物抗性的证据, 但多胺在植物中的载体是什么, 植物对多胺的信号感受和传递途径怎样, 多胺通过怎样的信号转导通路作用于植物的抗性基因, 作用于哪些抗性基因, 进而在转录和翻译水平上调控这些基因的表达, 控制胁迫蛋白的水平, 都还不清楚。因此, 采用各种手段, 特别是分子生物学的方法研究多胺对植物作用的多样性和提高植物抗胁迫的分子机制、多胺作用的信号转导是值得考虑的
多效唑提高植物抗逆性的研究进展
多效唑是英国ICI 有限公司在20世纪70年代末推出的一种高效低毒的植物生长延缓剂和广谱性的杀菌剂[1],因此它对多种植物都有调节生长的效应。多效唑还能引起植物体内一系列的代谢和结构变化, 增强植物的抗逆性[2],并兼有杀菌作用。本文仅就多效唑提高植物的抗逆性方面作一简要综述, 以期为该领域的研究提供借鉴。
钙与植物抗逆性研究进展
钙是植物必需的营养元素, 具有极其重要的生理功能。植物在缺钙条件下, 出现与缺钙有关的生理性病害, 如苹果果实缺钙可导致苦痘病、水心病和痘斑病等在采前或贮藏期间的生理病害[1]。早在19世纪, 钙就被列为植物必需营养元素, 并与氮、磷、钾一起称为“肥料的四要素”。钙有“植物细胞代谢的总调节者”之称, 它的重要性主要体现在钙能与作为胞内信使的钙调蛋白结合, 调节植物体的许多生理代谢过程[2,3],尤其在环境胁迫下, 钙和钙调素参与胁迫信号的感受、传递、响应与表达, 提高植物的抗逆性[4]。近十几年来, 有关钙素营养生理及钙提高植物抗逆性的研究已取得许多进展, 现综述如下。
目前, 国内外对钙生理及抗逆性研究已经取得了很大进展, 但是前人的工作主要侧重于外源钙对植物的影响, 对细胞内钙的作用的细节研究得不够深入细致。以下几个方面的问题亟待深入研究:(1)植物是如何感受到逆境信号以及这些信号是如何由激素传导的;(2)激素是如何把逆境信号通过细胞膜传递给钙信使系统的；(3)钙信使系统如何一步步激活靶酶将逆境信号转变为植物体内的生理生化反应从而使植物适应环境胁迫的;(4)钙信使系统与其它胞内信使是如何一起协调调节植物激素的生理反应的。相信随着植物生理学和分子生物学的发展及研究的一步步深入, 人们对以上这些问题一定会有日益透彻的认识。这些问题的解决, 将使钙生理及抗逆性的研究更加深入, 使钙素营养的研究和应用走向新的辉煌
硅与植物抗逆性研究进展
果聚糖对植物抗逆性的影响及相应基因工程研究进展
果聚糖是一类重要的可溶性碳水化合物, 其在植物中的积累可提高植物的抗逆性。本文除了介绍果聚糖的有关知识外, 重点综述了果聚糖对植物抗逆性的影响, 并从果聚糖对渗透的调节, 对膜的保护, 在低温、干旱条件下果聚糖相关酶活性变化方面阐述了果聚糖抗旱、抗寒机制。此外, 综述了提高果聚糖积累方面的基因工程研究进展及存在的相关问题。
海藻糖在提高植物抗逆性方面的研究进展
3 从海藻糖理化特性看植物抗逆性基因工程的前景
3.1 高等植物中海藻糖的发现 高等植物体海藻糖最初是从S.lepidophylla 中分离得到的, 它在干旱时休眠, 而重新给予水分后又复活。为在植物中找到产海藻糖的DNA 序列, 科研人员将大肠杆菌和酵母菌的海藻糖合成酶基因序列同植物基因数据库进行比较, 他们发现, 拟南芥和水稻中的某些克隆同大肠杆菌和酵母有高度同源的序列表达标签(EST)[5]。1998年,V ogel[6]等用拟南芥的cDNA 文库在酵母的tps2突变体中表达, 结果这个对温度及其敏感的突变体在38.6℃的高温下存活。在拟南芥中, 他发现了两种基因, 即AtTPPA 和AtTPPB, 二者均能编码6-磷酸海藻糖磷酸酯酶而与酵母tps2突变体进行功能互补。以上实验结果证明某些植物中也具有合成海藻糖的能力。这就为把海藻糖合成酶基因导入植物并使其在植物中表达提供了一定的科学前提。
3.2 外源海藻糖对植物的保护作用 外源海藻糖对生物体的保护作用多以微生物为试验材料, 以植物为对象研究在逆境条件下海藻糖对其保护作用的报道很少。斐炎等在对绿豆幼苗所做的试验中发现, 经海藻糖处理的绿豆幼苗质膜上的Mg2+,K+-ATPase活性显著提高。王三根等发现, 将用不同浓度的海藻糖预处理的小麦放在NaCl 溶液中生长, 其细胞电解质渗透率和脯氨酸含量显著降低, 而叶绿素的含量、根系活力、物质积累和生长速度则均有提高。由此可见, 海藻糖在植物幼苗遭受低温、盐害而脱水时, 可以提高作物幼苗对低温和高盐的抗逆能力。
3.3 利用海藻糖合成酶基因培育抗逆性植物 为更好的利用海藻糖的保护特性, 利用海藻糖基因构建具有抗逆性的转基因植物则是更重要的手段。近年来, 随着对海藻糖合成代谢途径的深入研究, 许多微生物中各种海藻糖合成酶基因已相继被克隆, 如大肠杆菌的otsA 、otsB 基因, 酿酒酵母中的tps1、tps2、tsl1基因, 担子菌灰树花中的Tsase 基因等。已报道, 美国科罗拉多医科大学已把酵母菌的tps1基因转入烟草并获得具抗旱型的转基因植株。我国的赵恢武等、戴秀玉等也已相继分别将tps 基因和ost 基因转入烟草, 使其耐旱性增强。荷兰植物生物技术公司把OstBA 导入甜菜、马铃薯中, 在获得廉价海藻糖的同时, 增强了植物的抗旱性和抗寒性。
以上这些研究结果均表明海藻糖的确在提高植物抗逆性方面有一定作用, 但同时应看到, 这些转基因植物在提高抗逆性的同时, 其表型也发生了变化, 如转基因烟草的形态发生了多种改变, 包括变矮、茎变细等[7]。这说明海藻糖在转基因植物中的表达及相关代谢产物的积累在一定程度上影响了植物体的生长发育。为尽量减少这些不利影响, 使海藻糖在在植物体内诱导表达是一个前提。小麦、水稻是我国大面积种植的重要的粮食作物, 在将海藻糖合成酶基因导入其以提高其抗逆性方面的研究也还是空白, 目前多国科学家已开始了这方面的研究。
基因工程在提高植物抗逆性上的研究进展
四、基因工程在提高植物抗逆性的展望
利用基因工程将外源抗逆基因导入植物细胞或植物体, 从而提高其抗逆性, 具有广阔的发展前景。我国是转基因农产品研究开发的大国, 目前转基因植物的种植量位居全球第四。[33]但通过基因工程提高植物抗逆性的研究仍有许多问题亟待解决。植物的抗逆性往往不是由单个基因决定的, 而是由多基因控制的数量性状[34],因而对提高植物的抗逆性, 尤其对一些属数量性状的, 仅仅靠一个外源基因的导入来提高植物抗逆性有一定难度, 利用基因组工程转入一系列基因, 可综合提高植物的抗逆性, 具有广阔前景。[35]更多地筛选具有抗逆性状的目的基因、提高外源基因的转化率、转基因细胞的植株再生、有效解决基因沉默现象、转化植株后代的遗传稳定性、转基因植物的安全等问题, 都是基因工程研究所必须解决的
几种物理技术在提高植物抗逆性中的研究进展
提高植物自身对外界不良环境的抵抗能力一直是植物研究人员关注的热点, 物理方法在这一领域中正得到日益广泛的应用. 本文综合论述了近年来电场、磁场、电离辐射、激光等物理技术处理植物的种子或幼苗在提高植物抗冻、旱以及病害等逆境的能力, 促进农作物增产中的应用成果及其可能的生理生化机制, 并对未来的发展方向作了展望.
赖草属植物的抗逆性研究进展与应用前景
赖草属是多年生禾本科植物, 在中国的分布地域较为广泛。该属内植物对逆境具有较强的抗性, 尤其是对于干旱、盐碱、高寒和病虫害等有较强的抵抗能力。综述了近年来赖草属植物抗逆性方面的研究进展, 从赖草的耐旱性、耐盐性、耐寒性以及抗病虫害等方面对赖草属植物的抗逆性机理进行了探讨, 并对其未来应用做出了展望。关键字:赖草属; 抗逆性; 耐受机制; 生理变化
甜菜碱与植物抗逆性关系的研究进展
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质, 能够提高细胞的渗透调节能力, 降低因渗透失水造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害, 在调节植物对环境胁迫的适应性, 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生理作用. 根据近年来植物内源甜菜碱的积累与作用机理, 外源甜菜碱的作用以及甜菜碱合成途径相关基因工程等研究进展进行了综述, 甜菜碱在提高植物的抗逆性研究方面具有广阔的应用前景.
在逆境胁迫下, 植物体内通过诱导甜菜碱及游离脯氨酸等小分子有机物质的积累, 提高细胞的渗透调节能力, 降低因渗透失水
造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害, 从而增强植物的抗逆性. 甘氨酸甜菜碱作为植物细胞的重要渗透调节物质, 在外源施用时, 无论采用叶面喷施抑或根部浸渍处理, 都易于植物吸收利用, 并能提高植物的抗逆境能力, 有利植物生长发育, 因而在农业生产上具有比较大的应用价值. 另一方面, 将来源于细菌的甜菜碱合成酶基因导入非甜菜碱积累种植物, 可提高转基因植物体内的甜菜碱积累及其抗性. 对于甜菜碱积累种而言, 导入甜菜碱合成酶基因或者增加外源基因的大量表达, 同样具有增强植物抗逆性的作用, 因而通过甜菜碱合成酶基因工程技术有望培育出农艺性状优良而抗逆性强的作物新品种.
甜菜碱与植物抗逆性关系之研究进展
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质, 在调节植物对环境胁迫的适应性, 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生理作用。本文综述了近几年来甜菜碱与植物抗逆境( 水分、盐、温度、离子等) 胁迫的关系和甜菜碱合成酶基因的转化在植物抗逆性中的作用等方面的最新研究进展, 并指出了存在的问题和发展趋势。
甜菜碱与植物抗逆性机理的研究进展
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质, 在调节植物对环境胁迫的适应性, 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生物学功能。综述了近年来甜菜碱在植物抗逆性中的生理机制, 对转基因植物繁殖器官的保护及诱导特殊基因表达等方面的最新研究进展, 并指出了以后发展的趋势
脱落酸对植物抗逆性影响的研究进展
脱落酸（ABA ）是一种重要的植物激素，受到生物胁迫和非生物胁迫的调控，在植物对胁迫环境抗逆性中发挥重要作用。综述了近些年来国内外有关 ABA 生理功能抗逆性研究的一些最新进展，重点介绍 ABA 在植物干旱、高盐、低温、病虫害等逆境胁迫反应中起重要作用，在植物保护和农林业生产中的应用有重要意义
脱 落 酸 （Abscisic Acid，ABA ）是 20 世 纪 60 年代发现和鉴定出的一种植物激素，最初认为它是一种生长抑制物质，对种子（果实）的发育、成熟，植物和种子休眠，器官脱落等起重要作用。 随着研究的不断深入，发现 ABA 在植物干旱、高盐、低温和病虫害等逆境胁迫反应中起重要作用。 逆境下，植物启动脱落酸合成系统，合成大量的脱落酸，促进气孔关闭，抑制气孔开放。促进水分吸收，并减少水分运输的途径，增加共质体途径水流。降低 LER （叶片伸展率），诱导抗旱特异性蛋白质合成，调整保卫细胞离子通道， 诱导 ABA 反应基因改变相关基因的表达，增强植株抵抗逆境的能力[1]。
稀土与植物抗逆性关系的研究进展
稀土元素是指原子序数在57~71的镧系元素以及与其性质相似的钪和钇, 共有17个元素。综述了稀土与植物的紫外辐射胁迫、盐胁迫、酸胁迫、重金属胁迫等逆境胁迫关系的研究进展, 并对其研究前景进行了展望
稀土农用是我国科学家首创、居世界领先水平并享有自主知识产权的一项成果。自1972年我国首次将稀土应用于农业以来, 稀土农用已给中国带来了丰厚的回报[1-2]。稀土不是生命必需元素, 但由于其在低剂量条件下对生物生长具有一定的促进作用而在农业、畜牧业和养殖业中作为一项增产措施广泛应用[2-3]。外施适量浓度的稀土元素(La、Ce 、Nd 、Sm 等) 及其配合物(Ln-Gly、Ln-Gly-VB6) 可增强植物的抗逆性, 减轻逆境胁迫对植物的伤害[4-10]。进入21世纪以来, 随着分子生物学、细胞生物学和生物化学等学科的发展及各学科之间的交叉渗透, 人们对稀土增强植物抗逆性的特殊生理功能的认识也在不断深入, 并取得了一系列突破性研究成果。为此, 笔者就稀土与植物逆境胁迫关系的研究进展进行了综述, 并对其研究前景进行了展望, 以期为其进一步应用奠定基础。
目前对稀土诱导植物抗逆方面的研究已取得相当大的进展, 但有不少问题亟待解决。稀土作为适应逆境条件的一种新型物质, 可能通过多种途径调节植物一系列生理生化过程。要完全阐明稀土诱导植物抗逆的机制并非易事, 但日益成熟的分子生物学、细胞生物学、生物化学等手段使得解析整个诱导机理成为可能。研究者可以利用各种分子生物技术, 研究稀土诱导的基因表达方式, 对其表达的蛋白质进行序列分析, 建立cDNA 文库, 并在此基础上, 深入研究基因表达的调控和基因水平上的信号传递。总之, 稀土所具有的高效、低成本、低毒等特点使之在农业生产中显示出广阔的应用前景。如果将筛选出的稀土诱导的相关基因导入植物中, 将有可能培育出遗传上稳定的、对多种非生物胁迫和病原微生物均具抗性的转基因品种, 给社会带来巨大的效益
新型植物激素与蔬菜作物抗逆性关系研究进展
综述了近年来水杨酸、茉莉酸类化合物、油菜素内酯、多胺和5-氨基乙酰丙酸等新型植物激素与蔬菜作物抗逆性关系的研究进展, 从盐胁迫、低温胁迫、高温胁迫、低氧胁迫、病害胁迫、虫害胁迫等方面阐述和分析了新型植物激素与蔬菜作物抗逆性的相关性, 并指出相关研究的有待深入之处
植物激素作为植物体内的痕量信号分子, 对于调节植物的生长发育过程和对环境的应答具有十分重要的意义。植物激素及一大批人工合成的生长调节剂的应用直接为作物和果蔬生产的化学控制作出了重要贡献〔1〕。近年来, 植物生长调节剂在蔬菜上的应用范围不断扩大, 如打破种子休眠, 防止茄果类蔬菜落花、落果, 改善蔬菜品质, 增强蔬菜作物的抗逆性等。除传统的生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯等五大(类) 植物激素继续广泛深入研究之外, 水杨酸、茉莉酸类化合物、油菜素内酯、
多胺和5-氨基乙酰丙酸等新型植物激素的研究也逐渐成为研究的热点, 尤其是这些新型植物激素与蔬菜作物逆境抗性的关系, 对蔬菜作物逆境伤害的缓解效应, 以及研制开发相应的植物生长调节剂等相关研究已被广大研究者和生产者所关注, 并成为焦点研究课题。因此, 本文就近年来水杨酸、茉莉酸类化合物、油菜素内酯、多胺和5-氨基乙酰丙酸研究所取得的成果进行简要概述, 旨在进一步推动相关研究的深入进行, 促进新型植物激素在蔬菜生产上的应用, 提高蔬菜作物的逆境抗性, 进而保证蔬菜产品的产量、品质和生产效益〔2〕。
油菜素内酯提高植物抗逆性的研究进展
近二十多年来, 油菜素内酯类(BRs)在农林业上的应用逐渐增加, 并不断有新的研究成果报导。但对BRs 提高植物的抗逆性研究报道较少。介绍了油菜素内酯类(BRs)物质对提高植物的抗逆性(抗旱性、抗冷抗寒性、抗热性、抗盐性、抗药性、抗毒性) 的作用以及对植物衰老的调节作用, 并从含水量、细胞保护酶活性、脯氨酸累积、光合作用、丙二醛和细胞膜透性等抗逆性指标方面对BRs 提高植物抵抗环境胁迫的机理研究进展进行了综评。
油菜素内酯(BR)是一种新型植物激素, 在植物体内含量极低, 但生理活性却极高, 植物经极低浓度处理便能表现出明显的生理效应。许多研究证明,BR 具有改善植物生理代谢, 提高品质和产量的作用, 并能调节植物生长发育的许多过程[2～5],在农林业生产中有着极为广泛的应用[6]。近年来对油菜素内酯的应用报道很多[7],但对植物抵抗环境胁迫的能力, 特别是提高植物抗逆性的研究报道较少。本文主要介绍近年来BRs 提高植物抗逆性的研究进展, 为其在生产实践中广泛应用提供理论依据。 多年来, 经过各国科学家的不懈努力, 发现了油菜素内酯类(BRs)物质提高植物抗旱、抗寒、耐高温、抗盐、抗药、抗病性作用以及调节植物衰老等生理功能, 但对其机理还有待于进一步深化, 需要用生化、分子生物学手段进一步证明BRs 如何参与植物的代谢生理, 如何调控植物增强对逆境的抵抗力等问题。相信随着研究的不断深入,BRs 必将具有更为广泛的应用前景。
油菜素内酯提高植物抗逆性研究进展
油菜素内酯类（BRs ）在农、林业生产上被广泛应用，近十多年来，有大量关于 BRs 提高植物抗逆性的研究报道。 对油菜素内酯类（BRs ）物质提高植物的抗旱性、抗湿性、抗寒性、抗热性、抗盐性、抗药性和抗病性等抗逆性作用以及对植物衰老的调节作用的研究进展进行了综述。
油菜素内酯（BR ）是甾醇类植物激素，是迄今为止国际上公认的活性最高、 最广谱的植物生长激素，植物经极低浓度处理便能表现出显著的生理效应。 目前， 在各种作物中已经发现 40 多种油菜素内酯化合物，它们合称为油菜素内酯类化合物（简称 BRs ）。 BRs 除了具有促进植物生长的作用外，还能改善植物生理代谢，提高植物抵抗逆境的能力，因此在农、林业生产中被大量应用[1]。本文主要介绍了我国近年来关于 BRs 提高植物抗逆性的研究进展，以期为该类化合物在生产实践中的广泛应用提供理论依据。
有机物质与植物抗逆性关系研究进展
综述了有机物质腐殖酸、氨基酸、VC 等与植物抗逆性( 抗旱、抗盐、抗高温或低温、抗病虫等) 的关系, 不仅为有机营养肥料和杀菌、杀虫剂的生产提供了依据, 而且为生产栽培管理以及培育高抗逆性作物奠定了理论基础。随着人们对可持续农业发展的重视, 以及植物有机营养研究的不断深入, 有机物质腐殖酸、氨基酸等在生态农业和绿色食品生产中将发挥重要的作用。
有机物质( 腐殖酸、氨基酸、Vc 等) 能够不同程度的影响植物抵抗逆境的能力, 目前的研究主要是通过测定植物体内的保护酶以及膜脂过氧化程度来实现的, 更深层次的研究还需继续进行。在这些有机物质中, 一些腐殖酸和氨基酸对人、畜无害, 也不会污染环境, 不仅为有机营养肥料和杀菌、杀虫剂的生产提供了依据, 而且为生产栽培管理提供了思路, 通过采用合理的管理措施调节植物体内的碳、氮比, 提高植株自身的抗逆性, 也为培育高抗逆性作物奠定理论基础。可以预料, 随着人们对可持续农业发展的重视, 以及植物有机营养尤其是氨基酸营养研究的不断深入, 它们在生态农业和绿色食品生产中也将发挥重要的作用。
珍稀濒危植物沙冬青生物学特性及抗逆性研究进展
沙冬青是我国西北荒漠地区唯一的超旱生常绿灌木树种, 生境严酷, 抗逆性极强, 是一种优良的种质资源, 现已被列为珍稀濒危植物. 本文综述了沙冬青的生物学特性、生态生理特征、珍稀濒危的原因及扩大快繁的组织培养研究进展, 从形态解剖特点、超微组织生理代谢调控角度, 从抗旱、抗寒、抗盐碱3个方面分析了沙冬青能在逆境中得以生存的原因及其适应残酷生境的机理, 阐述了沙冬青的多种价值及开发应用前景
强旱生常绿荒漠化灌木沙冬青是暖温型荒漠生态系统中的物种, 属豆科沙冬青属(Ammopiptanthus),共两种. 其中矮沙冬青[A. nanus(M.Pop) Cheng.f](又称小沙冬青) 被列为国家一级保护植物[1].另一种是蒙古沙冬青[A. mongolicus(Maxim)Cheng.f],是我国北方荒漠地区唯一的强旱生常绿阔叶灌木, 也是阿拉善荒漠区特有的建群植物, 对维持当地生态平衡起着重要的作用, 已被列为国家三级保护植物[2].沙冬青是豆科中比较原始的种, 属第三代古地中海沿岸的植物, 是古地中海退缩、气候旱化过程中幸存的残遗物种之一[3],具有极强的抗逆性, 又有重要的资源价值和经济意义, 而且在研究第三纪气候特征、地理环境变迁、亚洲中部荒漠植被的起源和形成等方面有重要的科学价值. 但沙冬青分布范围狭小, 生境严酷, 又遭人类活动的破坏, 其数量正在不
断减少, 现已濒临灭绝. 由于沙冬青具有多种优良特性和生态保护作用, 多年来科学家从多个角度对其做了大量研究; 但沙冬青主要分布在我国西北和蒙古, 国外研究报道极少. 为了深入研究和开发利用这一资源, 本文对此做一系统、全面的综述.
植物对铝毒害的抗逆性研究进展
铝毒是酸性土壤中限制作物产量的一个重要障碍因子。从铝的存在形态、铝毒机制、植物耐铝毒机理及影响铝毒效应的因素等方面综述了近几年国内外对铝毒的研究进展, 提出了该领域研究中存在的问题, 为进一步开展植物对铝毒的抗逆性研究提供参考。
铝是土壤中最丰富的金属元素, 其平均含量约占地壳的 8%。有试验表明, 适量的铝能促进茶树和野牡丹的生长发育, 如铝在一定范围( ≤400μmol L-1) 增加茶树侧根数量和长度[1], 低于 50μmol L-1的铝对水稻幼苗生长有促进作用[2], 但大多数作物容易受到铝的毒害, 通常毫微摩尔浓度水平的铝在短时间内即可影响许多作物根系的生长[3], 铝是酸性土壤中限制作物生长的主要因素[4]。并且 Al 的溶解度对 pH 值十分敏感,pH 每减少 0.11 个单位, 土壤中 Al 的溶解度将增加2μmol(0.054mg L-1)[5]。随着工业化的发展, 酸雨频繁沉降, 酸性肥料投入增多, 这更加剧了土壤的酸化, 铝对植物的毒害日益严重。目前, 酸性土壤占全世界耕地土壤的 40%, 在中国, 酸性土壤的分布遍及 14 个省区, 总面积达 2030 万 km2, 约占全国耕地面积的 21%[6]。作为农业大国, 如何克服铝毒害, 并培育耐毒基因的植物品种便显得愈加重要, 从 20 世纪 60 年代国外对铝毒研究的广泛开展以来, 该领域一直成为研究热点。本文综述了近些年来国内外关于植物对铝离子的抗逆性方面的研究成果。
综上所述, 植物对铝毒害的抗逆性研究是一个十分复杂的问题。铝毒可能存在多条毒害途径, 耐铝毒植物也存在多种抗性机制[4,7,48], 不同作物的耐性机制既有共同规律可循, 又各有特点。许多问题仍需进一步探讨:
第一、在铝毒害时, 大部分植物体在非致死的情况下均能表现出酶系统 SOD 、POD 、CAT 活性的升高, 但也存在逆规律的现象, 这在目前还得不到科学的解释。
第二、根在铝胁迫下的分泌物比较多, 人们对有机酸的释放研究较多, 但某些环节及调节机制仍不清楚, 其它分泌物是否在耐铝机制中发挥作用, 也需要不断地试验和论证;
第三、类黄酮在植物体中发挥着重要的生物学功能, 并有一定的抗铝毒作用, 但针对性研究不多;
第四、CEC 与铝耐性之间是否具有相关性, 目前仍存在争议。
第五、由于复杂的根际环境, 硅对铝毒的深层次抗性机理并不明朗, 需要大量的实验来证明是否 HAS 发挥着作用。
目前, 生产实践中对酸性土壤的改良仍然采用增施石灰和有机质等传统方法, 成本高、操作困难, 并且不利于土壤的特性, 从长远利益讲, 选育耐铝毒的作物品种是最可取的方式, 国内外通过基因工程和突变体的筛选已经获得了一批耐铝的植物材料, 但数量非常有限, 因此在对铝毒研究中要充分考虑各方面的因素, 探讨其深层机理, 为尽可能培育出耐铝新品种找到一条好的途径。
植物根边缘细胞的抗逆性研究进展
综述了近几年来国内外有关植物根边缘细胞抗逆性方面的研究, 重点概述植物根边缘细胞对生物与非生物胁迫的响应及其相应的抗性机理。在生物胁迫下, 边缘细胞能吸引和固定病原根结线虫, 排斥或约束致病性细菌, 可作为真菌感染的假目标, 减少或避免各种病原菌对根尖的伤害。在非生物胁迫下, 边缘细胞通过分泌粘液、诱导ROS 产生刺激细胞死亡以抵抗铝毒, 并通过其数量的改变来调节高温、高浓度CO2等多种生理反应。最后在当前植物根边缘细胞研究的基础上, 提出了今后的研究方向 边缘细胞(root border cells, 简称BC) 是从根冠表皮游离出来并聚集在根尖周围的一群特殊细胞。当前, 关于边缘细胞形成和释放的调控机制以及在提高植物抗逆性, 尤其是抗铝毒方面的研究, 已成为目前植物学研究领域的新热点之一
在逆境条件(如病害、铝毒、高温等) 下, 边缘细胞能通过改变基因表达, 迅速向胞外释放花色素苷、抗生素、特异性酶类、糖类等化学物质来抑制或促进根际周围的细菌、真菌、病毒、线虫、寄生虫、昆虫、螨等的生长, 或中和根际周围一些有毒化学物质(如铝毒等)(Hawes等,1998,2000;Pan 等,2002a), 调节根部生态环境, 在抵抗环境胁迫造成的根尖伤害中起着多种防御和保护功能。边缘细胞从根尖脱离后, 能够自主进行新陈代谢, 即能单个生存, 并在遭受逆境时向外分泌粘液层, 形成一个独立的胞际空间, 同时边缘细胞的粘液层也是一个很重要的屏障, 在某些物种中能防止或减少铝的吸收(Miyasaka等,2001) 。这在植物与根际土壤的相互作用中起很重要的作用, 是一个值得深入探讨的研究领域。前人系统综述了有关边缘细胞的特征、发育、调控机制及生物学作用(Hawes等, 1998, 2000; Pan等,2002b; 禹艳红等,2002; 徐根娣等,2004; 喻敏等,2004) 。本文重点介绍植物根边缘细胞对生物与非生物胁迫的响应及其抗性机理, 同时分析存在的问题及将来可能的突破点。
如上所述, 边缘细胞在生物与非生物胁迫中的抗性作用及其相应的机理, 正不断地从各个方面得以证实。随着边缘细胞研究的不断深入, 有望在以下几方面取得突破性的进展:(1)从分子和遗传水平上了解果胶甲基酯酶(pectin methyl lesterase)在边缘细胞发育和游离过程中所起的作用;(2)边缘细胞是通过什么机制来抑制根冠分生组织的活性, 来自边缘细胞植株的再生能否用于作物抗逆性基因工程, 以及边缘细胞的耐铝机制是否与不同物种个体植株的耐铝机制相同;(3)边缘细胞发生程序性死亡以及如何从细胞程序性死亡方面来研究边缘细胞的抗逆性;(4)边缘细胞在根冠外围形成的自由套管(sleeve)如何通过稳定的土壤细菌影响根尖的生长;(5)边缘细胞发生的调节机制是否为多因子多水平的互作。
植物激素抗逆性研究进展*
脱落酸、乙烯、细胞分裂素、多胺等激素在激素抗逆研究中备受关注, 文中运用大量事实阐述了上述几种激素在抵抗逆境(水分胁迫、温度胁迫、盐胁迫等) 方面的生理反应机制, 目的是为化控技术在生产上的运用提供理论基础, 而且可为培育筛选抗旱、抗寒、抗盐等植物优良品种提供参考
植物抗逆性基因工程研究进展
近年来, 由于DNA 技术的发展, 从基因等分子水平对植物抗逆性的研究已取得一定进展。本文对在植物受不同逆境胁迫(干旱、低温、盐渍、重金属、氧化、渗透胁迫) 下的分子机制及植物抗逆性基因工程研究的进展进行综述。
植物的生长繁殖受到各种环境的影响, 生物和非生物胁迫(干旱、低温、盐渍、重金属、氧化、渗透胁迫) 对其适应不利环境的生长发育有着非常重要的作用[1]。分子生物学的发展, 使人们能够在基因组成、表达调控及信号传导等分子水平上认识植物对逆境胁迫的耐(抗) 性机理, 并已克隆到来自微生物等有机体的编码生化代谢关键酶和逆境胁迫信号传导的一些重要基因
[2-3]。近年来, 研究植物抗逆机制, 并利用基因工程策略增加抗逆性物质在植物体内的含量, 从而获得耐逆转基因植物已取得一定进展, 本文就此作一综述。
4 展望
1) 目前对于植物在逆境下这么多的生理生化过程的机制了解还不多, 关键是要阐明植物的生理代谢过程是如何被逆境所影响的。
2) 需要尽快丰富胁迫相关基因的数据库, 而且这些基因来源应尽量广泛且这些基因的功能还需要进一步分析。
3) 找到受逆境诱导后表达量足够大的启动子, 将更有利于改善转基因植物抗逆性。
4) 现在多数通过遗传工程产生的抗逆植物都局限于实验室内, 转基因的遗传稳定性有待进一步检验。此外, 转基因植物在实验室里所表现的优于对照的抗逆能力在田间能否表现出来, 这些转墓因植物的产量和对照相比如何, 都需要进一步研究。
5) 进一步分离植物信号受体和逆境响应蛋白基因, 分析结构功能, 研究基因表达调
控机理, 植物转录因子在非生物逆境抗性中的作用机理, 为利用转录因子进行植物抗逆基因工程改良提供理论依据。
植物抗逆性研究进展
本文论述了逆境对植物各方面造成的伤害及植物产生的相应反应, 重点对植物在生理生化上的变化、对抗性生理领域中的一些学说和最新研究结果作了介绍, 并指出相生相克现象也可作为抗逆生理的一个方面加以研究, 概念扩展后的抗逆生理学必将在农业、环保等方面得到更广泛的应用。
植物抗逆性研究进展
综述了干旱、高盐、高温、低温、重金属对植物的伤害及植物抗逆性反应，并对植物抗逆性基因工程的研究进行了介绍。
植物显微及超微结构变化与其抗逆性关系的研究进展
植物的形态结构总是与环境相适应。环境逆境影响植物生长，并可引起植物形态结构的相应变化，如干旱胁迫下根的皮层层数减少，以缩短水分横向运输的距离；盐胁迫使根表皮和皮层细胞中的线粒体数量增加，可为渗透适应补充能量。高盐下，茎皮层细胞叶绿体内淀粉粒数目显著增多，体积增大，既缓解了能量的短缺，保证细胞正常的生命活动，又可提高渗透压，利于水分的吸收与保持。有些旱生植物的叶子上常有浓密的表皮毛或白色的蜡质，这可能与减低蒸腾作用和反射强光有关。本文概括了不同逆境下植物根、茎、叶的显微及超微结构变化，并对这些结构变化与植物抗逆性之间的关系进行了分析，旨在为植物抗逆性机理研究和抗逆性品种培育提供有益的参考。
转录因子与植物抗逆性研究进展
近年来, 转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中的应用越来越广泛。本文综述了与植物逆境抗性相关的 5 个转录因子家族: MYB 类、bZIP 类、WRKY 类、AP2/EREBP 类和 NAC 类的调控机制以及它们在植物抗逆基因工程的研究进展。 转录因子(transcription factor，TF) 又称反式作用因子，是一群能与真核基因启动子区域中的顺式作用元件发生特异性结合，从而保证目的基因以特定的强度、在特定的时间与空间表达的蛋自质分子。当植物感受外界干旱、高盐、激素、病害时，通过一系列信号传递，激发转录因子，转录因子与相应的顺式作用元件结合后，激活 RNA 聚合酶 II 转录复合物，从而启动特定基因的转录表达，最后通过基因产物的作用对内、外界信号做出的调节反应[1]。植物许多基因的表达都是由特定的转录因子与特定的顺式作用元件相互作用调控的。
植物抗逆性研究进展
V A 菌根真菌对植物吸收能力及抗逆性的影响研究进展
接种菌根真菌是一种提高农作物产量和质量的比较经济有效的新方法。V A 菌根侵染能扩大寄主植物根系的吸收面积; 能够改善水分运输, 抵抗水分胁迫, 提高植物抗旱性能; 能够增强植物对矿物元素和水分的吸收能力, 改变菌根根际土壤环境, 并在根际生态系统中起重要作用。V A 菌根真菌也可通过植物根系获得碳水化合物及其他营养物质, 从而形成营养上的共生关系为植物提供生长所必需的氮等矿物营养; 增强寄主植物光合作用及水分循环运转; 提高植物对各种病虫害的抗性。可见,V A 菌根真菌对植物的生长具有极其重要的生态价值和经济价值。
电场处理对毛乌素沙地沙生植物抗逆性影响的研究进展
自2002年以来, 将电场技术应用于毛乌素沙地沙生植物抗逆性研究中, 结果表明, 恰当的电场处理更有利于种子的萌发及苗的生长, 增强了其抗旱抗寒能力。
多胺与植物抗逆性关系研究进展
在逆境条件下, 植物会改变生长和发育类型以适应环境。许多研究表明, 在各种逆境协迫下, 植物体中多胺水平及其合成酶活力会大量增加, 以调节植物生长、发育和提高其抗逆能力, 这种反应对逆境条件下的植物可能有意义。就目前的资料来看, 多胺之所以能提高植物的抗逆性其机制可能是:①通过气孔调节和部分渗透调节控制逆境条件下水分的丢失。Liu 等的研究表明, 多胺以保卫细胞中向内的K+-通道作为靶点, 调节气孔的运动[10]。多胺还可作为渗透调节剂, 其积累可增加细胞间渗透, 部分调节水分丢失。②调节膜的物理化学性质。多胺可与膜上带负电荷的磷脂分子头部及其他带负电的基团结合, 影响了膜的流动性, 同时也间接地调节膜结合酶的活性。③多胺可影响核酸酶和蛋白质酶特别是与植物抗逆性有关的保护酶活性, 保护质膜和原生质不受伤害。④清除体内活性氧自由基和降低膜脂过氧化。⑤调节复制、转录、翻译过程。
尽管多胺对植物抗逆性起积极作用, 但植物的各种抗性性状是由多个基因控制的数量性状, 很难用转基因的方法将如此众多的外源基因同时转入一种植物中并进行表达调控, 更何况还有很多与抗性有关的基因尚未发现, 这说明植物抗性机制是复杂的。迄今, 多胺合成代谢中的3个关键酶ADC 、ODC 、SAMDC 已在许多植物中得到了纯化和鉴定, 它们的基因也从多种植物中克隆, 并采用转基因技术获得了一些认为多胺可提高植物抗性的证据, 但多胺在植物中的载体是什么, 植物对多胺的信号感受和传递途径怎样, 多胺通过怎样的信号转导通路作用于植物的抗性基因, 作用于哪些抗性基因, 进而在转录和翻译水平上调控这些基因的表达, 控制胁迫蛋白的水平, 都还不清楚。因此, 采用各种手段, 特别是分子生物学的方法研究多胺对植物作用的多样性和提高植物抗胁迫的分子机制、多胺作用的信号转导是值得考虑的
多效唑提高植物抗逆性的研究进展
多效唑是英国ICI 有限公司在20世纪70年代末推出的一种高效低毒的植物生长延缓剂和广谱性的杀菌剂[1],因此它对多种植物都有调节生长的效应。多效唑还能引起植物体内一系列的代谢和结构变化, 增强植物的抗逆性[2],并兼有杀菌作用。本文仅就多效唑提高植物的抗逆性方面作一简要综述, 以期为该领域的研究提供借鉴。
钙与植物抗逆性研究进展
钙是植物必需的营养元素, 具有极其重要的生理功能。植物在缺钙条件下, 出现与缺钙有关的生理性病害, 如苹果果实缺钙可导致苦痘病、水心病和痘斑病等在采前或贮藏期间的生理病害[1]。早在19世纪, 钙就被列为植物必需营养元素, 并与氮、磷、钾一起称为“肥料的四要素”。钙有“植物细胞代谢的总调节者”之称, 它的重要性主要体现在钙能与作为胞内信使的钙调蛋白结合, 调节植物体的许多生理代谢过程[2,3],尤其在环境胁迫下, 钙和钙调素参与胁迫信号的感受、传递、响应与表达, 提高植物的抗逆性[4]。近十几年来, 有关钙素营养生理及钙提高植物抗逆性的研究已取得许多进展, 现综述如下。
目前, 国内外对钙生理及抗逆性研究已经取得了很大进展, 但是前人的工作主要侧重于外源钙对植物的影响, 对细胞内钙的作用的细节研究得不够深入细致。以下几个方面的问题亟待深入研究:(1)植物是如何感受到逆境信号以及这些信号是如何由激素传导的;(2)激素是如何把逆境信号通过细胞膜传递给钙信使系统的；(3)钙信使系统如何一步步激活靶酶将逆境信号转变为植物体内的生理生化反应从而使植物适应环境胁迫的;(4)钙信使系统与其它胞内信使是如何一起协调调节植物激素的生理反应的。相信随着植物生理学和分子生物学的发展及研究的一步步深入, 人们对以上这些问题一定会有日益透彻的认识。这些问题的解决, 将使钙生理及抗逆性的研究更加深入, 使钙素营养的研究和应用走向新的辉煌
硅与植物抗逆性研究进展
果聚糖对植物抗逆性的影响及相应基因工程研究进展
果聚糖是一类重要的可溶性碳水化合物, 其在植物中的积累可提高植物的抗逆性。本文除了介绍果聚糖的有关知识外, 重点综述了果聚糖对植物抗逆性的影响, 并从果聚糖对渗透的调节, 对膜的保护, 在低温、干旱条件下果聚糖相关酶活性变化方面阐述了果聚糖抗旱、抗寒机制。此外, 综述了提高果聚糖积累方面的基因工程研究进展及存在的相关问题。
海藻糖在提高植物抗逆性方面的研究进展
3 从海藻糖理化特性看植物抗逆性基因工程的前景
3.1 高等植物中海藻糖的发现 高等植物体海藻糖最初是从S.lepidophylla 中分离得到的, 它在干旱时休眠, 而重新给予水分后又复活。为在植物中找到产海藻糖的DNA 序列, 科研人员将大肠杆菌和酵母菌的海藻糖合成酶基因序列同植物基因数据库进行比较, 他们发现, 拟南芥和水稻中的某些克隆同大肠杆菌和酵母有高度同源的序列表达标签(EST)[5]。1998年,V ogel[6]等用拟南芥的cDNA 文库在酵母的tps2突变体中表达, 结果这个对温度及其敏感的突变体在38.6℃的高温下存活。在拟南芥中, 他发现了两种基因, 即AtTPPA 和AtTPPB, 二者均能编码6-磷酸海藻糖磷酸酯酶而与酵母tps2突变体进行功能互补。以上实验结果证明某些植物中也具有合成海藻糖的能力。这就为把海藻糖合成酶基因导入植物并使其在植物中表达提供了一定的科学前提。
3.2 外源海藻糖对植物的保护作用 外源海藻糖对生物体的保护作用多以微生物为试验材料, 以植物为对象研究在逆境条件下海藻糖对其保护作用的报道很少。斐炎等在对绿豆幼苗所做的试验中发现, 经海藻糖处理的绿豆幼苗质膜上的Mg2+,K+-ATPase活性显著提高。王三根等发现, 将用不同浓度的海藻糖预处理的小麦放在NaCl 溶液中生长, 其细胞电解质渗透率和脯氨酸含量显著降低, 而叶绿素的含量、根系活力、物质积累和生长速度则均有提高。由此可见, 海藻糖在植物幼苗遭受低温、盐害而脱水时, 可以提高作物幼苗对低温和高盐的抗逆能力。
3.3 利用海藻糖合成酶基因培育抗逆性植物 为更好的利用海藻糖的保护特性, 利用海藻糖基因构建具有抗逆性的转基因植物则是更重要的手段。近年来, 随着对海藻糖合成代谢途径的深入研究, 许多微生物中各种海藻糖合成酶基因已相继被克隆, 如大肠杆菌的otsA 、otsB 基因, 酿酒酵母中的tps1、tps2、tsl1基因, 担子菌灰树花中的Tsase 基因等。已报道, 美国科罗拉多医科大学已把酵母菌的tps1基因转入烟草并获得具抗旱型的转基因植株。我国的赵恢武等、戴秀玉等也已相继分别将tps 基因和ost 基因转入烟草, 使其耐旱性增强。荷兰植物生物技术公司把OstBA 导入甜菜、马铃薯中, 在获得廉价海藻糖的同时, 增强了植物的抗旱性和抗寒性。
以上这些研究结果均表明海藻糖的确在提高植物抗逆性方面有一定作用, 但同时应看到, 这些转基因植物在提高抗逆性的同时, 其表型也发生了变化, 如转基因烟草的形态发生了多种改变, 包括变矮、茎变细等[7]。这说明海藻糖在转基因植物中的表达及相关代谢产物的积累在一定程度上影响了植物体的生长发育。为尽量减少这些不利影响, 使海藻糖在在植物体内诱导表达是一个前提。小麦、水稻是我国大面积种植的重要的粮食作物, 在将海藻糖合成酶基因导入其以提高其抗逆性方面的研究也还是空白, 目前多国科学家已开始了这方面的研究。
基因工程在提高植物抗逆性上的研究进展
四、基因工程在提高植物抗逆性的展望
利用基因工程将外源抗逆基因导入植物细胞或植物体, 从而提高其抗逆性, 具有广阔的发展前景。我国是转基因农产品研究开发的大国, 目前转基因植物的种植量位居全球第四。[33]但通过基因工程提高植物抗逆性的研究仍有许多问题亟待解决。植物的抗逆性往往不是由单个基因决定的, 而是由多基因控制的数量性状[34],因而对提高植物的抗逆性, 尤其对一些属数量性状的, 仅仅靠一个外源基因的导入来提高植物抗逆性有一定难度, 利用基因组工程转入一系列基因, 可综合提高植物的抗逆性, 具有广阔前景。[35]更多地筛选具有抗逆性状的目的基因、提高外源基因的转化率、转基因细胞的植株再生、有效解决基因沉默现象、转化植株后代的遗传稳定性、转基因植物的安全等问题, 都是基因工程研究所必须解决的
几种物理技术在提高植物抗逆性中的研究进展
提高植物自身对外界不良环境的抵抗能力一直是植物研究人员关注的热点, 物理方法在这一领域中正得到日益广泛的应用. 本文综合论述了近年来电场、磁场、电离辐射、激光等物理技术处理植物的种子或幼苗在提高植物抗冻、旱以及病害等逆境的能力, 促进农作物增产中的应用成果及其可能的生理生化机制, 并对未来的发展方向作了展望.
赖草属植物的抗逆性研究进展与应用前景
赖草属是多年生禾本科植物, 在中国的分布地域较为广泛。该属内植物对逆境具有较强的抗性, 尤其是对于干旱、盐碱、高寒和病虫害等有较强的抵抗能力。综述了近年来赖草属植物抗逆性方面的研究进展, 从赖草的耐旱性、耐盐性、耐寒性以及抗病虫害等方面对赖草属植物的抗逆性机理进行了探讨, 并对其未来应用做出了展望。关键字:赖草属; 抗逆性; 耐受机制; 生理变化
甜菜碱与植物抗逆性关系的研究进展
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质, 能够提高细胞的渗透调节能力, 降低因渗透失水造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害, 在调节植物对环境胁迫的适应性, 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生理作用. 根据近年来植物内源甜菜碱的积累与作用机理, 外源甜菜碱的作用以及甜菜碱合成途径相关基因工程等研究进展进行了综述, 甜菜碱在提高植物的抗逆性研究方面具有广阔的应用前景.
在逆境胁迫下, 植物体内通过诱导甜菜碱及游离脯氨酸等小分子有机物质的积累, 提高细胞的渗透调节能力, 降低因渗透失水
造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害, 从而增强植物的抗逆性. 甘氨酸甜菜碱作为植物细胞的重要渗透调节物质, 在外源施用时, 无论采用叶面喷施抑或根部浸渍处理, 都易于植物吸收利用, 并能提高植物的抗逆境能力, 有利植物生长发育, 因而在农业生产上具有比较大的应用价值. 另一方面, 将来源于细菌的甜菜碱合成酶基因导入非甜菜碱积累种植物, 可提高转基因植物体内的甜菜碱积累及其抗性. 对于甜菜碱积累种而言, 导入甜菜碱合成酶基因或者增加外源基因的大量表达, 同样具有增强植物抗逆性的作用, 因而通过甜菜碱合成酶基因工程技术有望培育出农艺性状优良而抗逆性强的作物新品种.
甜菜碱与植物抗逆性关系之研究进展
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质, 在调节植物对环境胁迫的适应性, 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生理作用。本文综述了近几年来甜菜碱与植物抗逆境( 水分、盐、温度、离子等) 胁迫的关系和甜菜碱合成酶基因的转化在植物抗逆性中的作用等方面的最新研究进展, 并指出了存在的问题和发展趋势。
甜菜碱与植物抗逆性机理的研究进展
甜菜碱是高等植物重要的渗透调节物质, 在调节植物对环境胁迫的适应性, 提高植物对各种胁迫因子抗性等方面具有重要的生物学功能。综述了近年来甜菜碱在植物抗逆性中的生理机制, 对转基因植物繁殖器官的保护及诱导特殊基因表达等方面的最新研究进展, 并指出了以后发展的趋势
脱落酸对植物抗逆性影响的研究进展
脱落酸（ABA ）是一种重要的植物激素，受到生物胁迫和非生物胁迫的调控，在植物对胁迫环境抗逆性中发挥重要作用。综述了近些年来国内外有关 ABA 生理功能抗逆性研究的一些最新进展，重点介绍 ABA 在植物干旱、高盐、低温、病虫害等逆境胁迫反应中起重要作用，在植物保护和农林业生产中的应用有重要意义
脱 落 酸 （Abscisic Acid，ABA ）是 20 世 纪 60 年代发现和鉴定出的一种植物激素，最初认为它是一种生长抑制物质，对种子（果实）的发育、成熟，植物和种子休眠，器官脱落等起重要作用。 随着研究的不断深入，发现 ABA 在植物干旱、高盐、低温和病虫害等逆境胁迫反应中起重要作用。 逆境下，植物启动脱落酸合成系统，合成大量的脱落酸，促进气孔关闭，抑制气孔开放。促进水分吸收，并减少水分运输的途径，增加共质体途径水流。降低 LER （叶片伸展率），诱导抗旱特异性蛋白质合成，调整保卫细胞离子通道， 诱导 ABA 反应基因改变相关基因的表达，增强植株抵抗逆境的能力[1]。
稀土与植物抗逆性关系的研究进展
稀土元素是指原子序数在57~71的镧系元素以及与其性质相似的钪和钇, 共有17个元素。综述了稀土与植物的紫外辐射胁迫、盐胁迫、酸胁迫、重金属胁迫等逆境胁迫关系的研究进展, 并对其研究前景进行了展望
稀土农用是我国科学家首创、居世界领先水平并享有自主知识产权的一项成果。自1972年我国首次将稀土应用于农业以来, 稀土农用已给中国带来了丰厚的回报[1-2]。稀土不是生命必需元素, 但由于其在低剂量条件下对生物生长具有一定的促进作用而在农业、畜牧业和养殖业中作为一项增产措施广泛应用[2-3]。外施适量浓度的稀土元素(La、Ce 、Nd 、Sm 等) 及其配合物(Ln-Gly、Ln-Gly-VB6) 可增强植物的抗逆性, 减轻逆境胁迫对植物的伤害[4-10]。进入21世纪以来, 随着分子生物学、细胞生物学和生物化学等学科的发展及各学科之间的交叉渗透, 人们对稀土增强植物抗逆性的特殊生理功能的认识也在不断深入, 并取得了一系列突破性研究成果。为此, 笔者就稀土与植物逆境胁迫关系的研究进展进行了综述, 并对其研究前景进行了展望, 以期为其进一步应用奠定基础。
目前对稀土诱导植物抗逆方面的研究已取得相当大的进展, 但有不少问题亟待解决。稀土作为适应逆境条件的一种新型物质, 可能通过多种途径调节植物一系列生理生化过程。要完全阐明稀土诱导植物抗逆的机制并非易事, 但日益成熟的分子生物学、细胞生物学、生物化学等手段使得解析整个诱导机理成为可能。研究者可以利用各种分子生物技术, 研究稀土诱导的基因表达方式, 对其表达的蛋白质进行序列分析, 建立cDNA 文库, 并在此基础上, 深入研究基因表达的调控和基因水平上的信号传递。总之, 稀土所具有的高效、低成本、低毒等特点使之在农业生产中显示出广阔的应用前景。如果将筛选出的稀土诱导的相关基因导入植物中, 将有可能培育出遗传上稳定的、对多种非生物胁迫和病原微生物均具抗性的转基因品种, 给社会带来巨大的效益
新型植物激素与蔬菜作物抗逆性关系研究进展
综述了近年来水杨酸、茉莉酸类化合物、油菜素内酯、多胺和5-氨基乙酰丙酸等新型植物激素与蔬菜作物抗逆性关系的研究进展, 从盐胁迫、低温胁迫、高温胁迫、低氧胁迫、病害胁迫、虫害胁迫等方面阐述和分析了新型植物激素与蔬菜作物抗逆性的相关性, 并指出相关研究的有待深入之处
植物激素作为植物体内的痕量信号分子, 对于调节植物的生长发育过程和对环境的应答具有十分重要的意义。植物激素及一大批人工合成的生长调节剂的应用直接为作物和果蔬生产的化学控制作出了重要贡献〔1〕。近年来, 植物生长调节剂在蔬菜上的应用范围不断扩大, 如打破种子休眠, 防止茄果类蔬菜落花、落果, 改善蔬菜品质, 增强蔬菜作物的抗逆性等。除传统的生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯等五大(类) 植物激素继续广泛深入研究之外, 水杨酸、茉莉酸类化合物、油菜素内酯、
多胺和5-氨基乙酰丙酸等新型植物激素的研究也逐渐成为研究的热点, 尤其是这些新型植物激素与蔬菜作物逆境抗性的关系, 对蔬菜作物逆境伤害的缓解效应, 以及研制开发相应的植物生长调节剂等相关研究已被广大研究者和生产者所关注, 并成为焦点研究课题。因此, 本文就近年来水杨酸、茉莉酸类化合物、油菜素内酯、多胺和5-氨基乙酰丙酸研究所取得的成果进行简要概述, 旨在进一步推动相关研究的深入进行, 促进新型植物激素在蔬菜生产上的应用, 提高蔬菜作物的逆境抗性, 进而保证蔬菜产品的产量、品质和生产效益〔2〕。
油菜素内酯提高植物抗逆性的研究进展
近二十多年来, 油菜素内酯类(BRs)在农林业上的应用逐渐增加, 并不断有新的研究成果报导。但对BRs 提高植物的抗逆性研究报道较少。介绍了油菜素内酯类(BRs)物质对提高植物的抗逆性(抗旱性、抗冷抗寒性、抗热性、抗盐性、抗药性、抗毒性) 的作用以及对植物衰老的调节作用, 并从含水量、细胞保护酶活性、脯氨酸累积、光合作用、丙二醛和细胞膜透性等抗逆性指标方面对BRs 提高植物抵抗环境胁迫的机理研究进展进行了综评。
油菜素内酯(BR)是一种新型植物激素, 在植物体内含量极低, 但生理活性却极高, 植物经极低浓度处理便能表现出明显的生理效应。许多研究证明,BR 具有改善植物生理代谢, 提高品质和产量的作用, 并能调节植物生长发育的许多过程[2～5],在农林业生产中有着极为广泛的应用[6]。近年来对油菜素内酯的应用报道很多[7],但对植物抵抗环境胁迫的能力, 特别是提高植物抗逆性的研究报道较少。本文主要介绍近年来BRs 提高植物抗逆性的研究进展, 为其在生产实践中广泛应用提供理论依据。 多年来, 经过各国科学家的不懈努力, 发现了油菜素内酯类(BRs)物质提高植物抗旱、抗寒、耐高温、抗盐、抗药、抗病性作用以及调节植物衰老等生理功能, 但对其机理还有待于进一步深化, 需要用生化、分子生物学手段进一步证明BRs 如何参与植物的代谢生理, 如何调控植物增强对逆境的抵抗力等问题。相信随着研究的不断深入,BRs 必将具有更为广泛的应用前景。
油菜素内酯提高植物抗逆性研究进展
油菜素内酯类（BRs ）在农、林业生产上被广泛应用，近十多年来，有大量关于 BRs 提高植物抗逆性的研究报道。 对油菜素内酯类（BRs ）物质提高植物的抗旱性、抗湿性、抗寒性、抗热性、抗盐性、抗药性和抗病性等抗逆性作用以及对植物衰老的调节作用的研究进展进行了综述。
油菜素内酯（BR ）是甾醇类植物激素，是迄今为止国际上公认的活性最高、 最广谱的植物生长激素，植物经极低浓度处理便能表现出显著的生理效应。 目前， 在各种作物中已经发现 40 多种油菜素内酯化合物，它们合称为油菜素内酯类化合物（简称 BRs ）。 BRs 除了具有促进植物生长的作用外，还能改善植物生理代谢，提高植物抵抗逆境的能力，因此在农、林业生产中被大量应用[1]。本文主要介绍了我国近年来关于 BRs 提高植物抗逆性的研究进展，以期为该类化合物在生产实践中的广泛应用提供理论依据。
有机物质与植物抗逆性关系研究进展
综述了有机物质腐殖酸、氨基酸、VC 等与植物抗逆性( 抗旱、抗盐、抗高温或低温、抗病虫等) 的关系, 不仅为有机营养肥料和杀菌、杀虫剂的生产提供了依据, 而且为生产栽培管理以及培育高抗逆性作物奠定了理论基础。随着人们对可持续农业发展的重视, 以及植物有机营养研究的不断深入, 有机物质腐殖酸、氨基酸等在生态农业和绿色食品生产中将发挥重要的作用。
有机物质( 腐殖酸、氨基酸、Vc 等) 能够不同程度的影响植物抵抗逆境的能力, 目前的研究主要是通过测定植物体内的保护酶以及膜脂过氧化程度来实现的, 更深层次的研究还需继续进行。在这些有机物质中, 一些腐殖酸和氨基酸对人、畜无害, 也不会污染环境, 不仅为有机营养肥料和杀菌、杀虫剂的生产提供了依据, 而且为生产栽培管理提供了思路, 通过采用合理的管理措施调节植物体内的碳、氮比, 提高植株自身的抗逆性, 也为培育高抗逆性作物奠定理论基础。可以预料, 随着人们对可持续农业发展的重视, 以及植物有机营养尤其是氨基酸营养研究的不断深入, 它们在生态农业和绿色食品生产中也将发挥重要的作用。
珍稀濒危植物沙冬青生物学特性及抗逆性研究进展
沙冬青是我国西北荒漠地区唯一的超旱生常绿灌木树种, 生境严酷, 抗逆性极强, 是一种优良的种质资源, 现已被列为珍稀濒危植物. 本文综述了沙冬青的生物学特性、生态生理特征、珍稀濒危的原因及扩大快繁的组织培养研究进展, 从形态解剖特点、超微组织生理代谢调控角度, 从抗旱、抗寒、抗盐碱3个方面分析了沙冬青能在逆境中得以生存的原因及其适应残酷生境的机理, 阐述了沙冬青的多种价值及开发应用前景
强旱生常绿荒漠化灌木沙冬青是暖温型荒漠生态系统中的物种, 属豆科沙冬青属(Ammopiptanthus),共两种. 其中矮沙冬青[A. nanus(M.Pop) Cheng.f](又称小沙冬青) 被列为国家一级保护植物[1].另一种是蒙古沙冬青[A. mongolicus(Maxim)Cheng.f],是我国北方荒漠地区唯一的强旱生常绿阔叶灌木, 也是阿拉善荒漠区特有的建群植物, 对维持当地生态平衡起着重要的作用, 已被列为国家三级保护植物[2].沙冬青是豆科中比较原始的种, 属第三代古地中海沿岸的植物, 是古地中海退缩、气候旱化过程中幸存的残遗物种之一[3],具有极强的抗逆性, 又有重要的资源价值和经济意义, 而且在研究第三纪气候特征、地理环境变迁、亚洲中部荒漠植被的起源和形成等方面有重要的科学价值. 但沙冬青分布范围狭小, 生境严酷, 又遭人类活动的破坏, 其数量正在不
断减少, 现已濒临灭绝. 由于沙冬青具有多种优良特性和生态保护作用, 多年来科学家从多个角度对其做了大量研究; 但沙冬青主要分布在我国西北和蒙古, 国外研究报道极少. 为了深入研究和开发利用这一资源, 本文对此做一系统、全面的综述.
植物对铝毒害的抗逆性研究进展
铝毒是酸性土壤中限制作物产量的一个重要障碍因子。从铝的存在形态、铝毒机制、植物耐铝毒机理及影响铝毒效应的因素等方面综述了近几年国内外对铝毒的研究进展, 提出了该领域研究中存在的问题, 为进一步开展植物对铝毒的抗逆性研究提供参考。
铝是土壤中最丰富的金属元素, 其平均含量约占地壳的 8%。有试验表明, 适量的铝能促进茶树和野牡丹的生长发育, 如铝在一定范围( ≤400μmol L-1) 增加茶树侧根数量和长度[1], 低于 50μmol L-1的铝对水稻幼苗生长有促进作用[2], 但大多数作物容易受到铝的毒害, 通常毫微摩尔浓度水平的铝在短时间内即可影响许多作物根系的生长[3], 铝是酸性土壤中限制作物生长的主要因素[4]。并且 Al 的溶解度对 pH 值十分敏感,pH 每减少 0.11 个单位, 土壤中 Al 的溶解度将增加2μmol(0.054mg L-1)[5]。随着工业化的发展, 酸雨频繁沉降, 酸性肥料投入增多, 这更加剧了土壤的酸化, 铝对植物的毒害日益严重。目前, 酸性土壤占全世界耕地土壤的 40%, 在中国, 酸性土壤的分布遍及 14 个省区, 总面积达 2030 万 km2, 约占全国耕地面积的 21%[6]。作为农业大国, 如何克服铝毒害, 并培育耐毒基因的植物品种便显得愈加重要, 从 20 世纪 60 年代国外对铝毒研究的广泛开展以来, 该领域一直成为研究热点。本文综述了近些年来国内外关于植物对铝离子的抗逆性方面的研究成果。
综上所述, 植物对铝毒害的抗逆性研究是一个十分复杂的问题。铝毒可能存在多条毒害途径, 耐铝毒植物也存在多种抗性机制[4,7,48], 不同作物的耐性机制既有共同规律可循, 又各有特点。许多问题仍需进一步探讨:
第一、在铝毒害时, 大部分植物体在非致死的情况下均能表现出酶系统 SOD 、POD 、CAT 活性的升高, 但也存在逆规律的现象, 这在目前还得不到科学的解释。
第二、根在铝胁迫下的分泌物比较多, 人们对有机酸的释放研究较多, 但某些环节及调节机制仍不清楚, 其它分泌物是否在耐铝机制中发挥作用, 也需要不断地试验和论证;
第三、类黄酮在植物体中发挥着重要的生物学功能, 并有一定的抗铝毒作用, 但针对性研究不多;
第四、CEC 与铝耐性之间是否具有相关性, 目前仍存在争议。
第五、由于复杂的根际环境, 硅对铝毒的深层次抗性机理并不明朗, 需要大量的实验来证明是否 HAS 发挥着作用。
目前, 生产实践中对酸性土壤的改良仍然采用增施石灰和有机质等传统方法, 成本高、操作困难, 并且不利于土壤的特性, 从长远利益讲, 选育耐铝毒的作物品种是最可取的方式, 国内外通过基因工程和突变体的筛选已经获得了一批耐铝的植物材料, 但数量非常有限, 因此在对铝毒研究中要充分考虑各方面的因素, 探讨其深层机理, 为尽可能培育出耐铝新品种找到一条好的途径。
植物根边缘细胞的抗逆性研究进展
综述了近几年来国内外有关植物根边缘细胞抗逆性方面的研究, 重点概述植物根边缘细胞对生物与非生物胁迫的响应及其相应的抗性机理。在生物胁迫下, 边缘细胞能吸引和固定病原根结线虫, 排斥或约束致病性细菌, 可作为真菌感染的假目标, 减少或避免各种病原菌对根尖的伤害。在非生物胁迫下, 边缘细胞通过分泌粘液、诱导ROS 产生刺激细胞死亡以抵抗铝毒, 并通过其数量的改变来调节高温、高浓度CO2等多种生理反应。最后在当前植物根边缘细胞研究的基础上, 提出了今后的研究方向 边缘细胞(root border cells, 简称BC) 是从根冠表皮游离出来并聚集在根尖周围的一群特殊细胞。当前, 关于边缘细胞形成和释放的调控机制以及在提高植物抗逆性, 尤其是抗铝毒方面的研究, 已成为目前植物学研究领域的新热点之一
在逆境条件(如病害、铝毒、高温等) 下, 边缘细胞能通过改变基因表达, 迅速向胞外释放花色素苷、抗生素、特异性酶类、糖类等化学物质来抑制或促进根际周围的细菌、真菌、病毒、线虫、寄生虫、昆虫、螨等的生长, 或中和根际周围一些有毒化学物质(如铝毒等)(Hawes等,1998,2000;Pan 等,2002a), 调节根部生态环境, 在抵抗环境胁迫造成的根尖伤害中起着多种防御和保护功能。边缘细胞从根尖脱离后, 能够自主进行新陈代谢, 即能单个生存, 并在遭受逆境时向外分泌粘液层, 形成一个独立的胞际空间, 同时边缘细胞的粘液层也是一个很重要的屏障, 在某些物种中能防止或减少铝的吸收(Miyasaka等,2001) 。这在植物与根际土壤的相互作用中起很重要的作用, 是一个值得深入探讨的研究领域。前人系统综述了有关边缘细胞的特征、发育、调控机制及生物学作用(Hawes等, 1998, 2000; Pan等,2002b; 禹艳红等,2002; 徐根娣等,2004; 喻敏等,2004) 。本文重点介绍植物根边缘细胞对生物与非生物胁迫的响应及其抗性机理, 同时分析存在的问题及将来可能的突破点。
如上所述, 边缘细胞在生物与非生物胁迫中的抗性作用及其相应的机理, 正不断地从各个方面得以证实。随着边缘细胞研究的不断深入, 有望在以下几方面取得突破性的进展:(1)从分子和遗传水平上了解果胶甲基酯酶(pectin methyl lesterase)在边缘细胞发育和游离过程中所起的作用;(2)边缘细胞是通过什么机制来抑制根冠分生组织的活性, 来自边缘细胞植株的再生能否用于作物抗逆性基因工程, 以及边缘细胞的耐铝机制是否与不同物种个体植株的耐铝机制相同;(3)边缘细胞发生程序性死亡以及如何从细胞程序性死亡方面来研究边缘细胞的抗逆性;(4)边缘细胞在根冠外围形成的自由套管(sleeve)如何通过稳定的土壤细菌影响根尖的生长;(5)边缘细胞发生的调节机制是否为多因子多水平的互作。
植物激素抗逆性研究进展*
脱落酸、乙烯、细胞分裂素、多胺等激素在激素抗逆研究中备受关注, 文中运用大量事实阐述了上述几种激素在抵抗逆境(水分胁迫、温度胁迫、盐胁迫等) 方面的生理反应机制, 目的是为化控技术在生产上的运用提供理论基础, 而且可为培育筛选抗旱、抗寒、抗盐等植物优良品种提供参考
植物抗逆性基因工程研究进展
近年来, 由于DNA 技术的发展, 从基因等分子水平对植物抗逆性的研究已取得一定进展。本文对在植物受不同逆境胁迫(干旱、低温、盐渍、重金属、氧化、渗透胁迫) 下的分子机制及植物抗逆性基因工程研究的进展进行综述。
植物的生长繁殖受到各种环境的影响, 生物和非生物胁迫(干旱、低温、盐渍、重金属、氧化、渗透胁迫) 对其适应不利环境的生长发育有着非常重要的作用[1]。分子生物学的发展, 使人们能够在基因组成、表达调控及信号传导等分子水平上认识植物对逆境胁迫的耐(抗) 性机理, 并已克隆到来自微生物等有机体的编码生化代谢关键酶和逆境胁迫信号传导的一些重要基因
[2-3]。近年来, 研究植物抗逆机制, 并利用基因工程策略增加抗逆性物质在植物体内的含量, 从而获得耐逆转基因植物已取得一定进展, 本文就此作一综述。
4 展望
1) 目前对于植物在逆境下这么多的生理生化过程的机制了解还不多, 关键是要阐明植物的生理代谢过程是如何被逆境所影响的。
2) 需要尽快丰富胁迫相关基因的数据库, 而且这些基因来源应尽量广泛且这些基因的功能还需要进一步分析。
3) 找到受逆境诱导后表达量足够大的启动子, 将更有利于改善转基因植物抗逆性。
4) 现在多数通过遗传工程产生的抗逆植物都局限于实验室内, 转基因的遗传稳定性有待进一步检验。此外, 转基因植物在实验室里所表现的优于对照的抗逆能力在田间能否表现出来, 这些转墓因植物的产量和对照相比如何, 都需要进一步研究。
5) 进一步分离植物信号受体和逆境响应蛋白基因, 分析结构功能, 研究基因表达调
控机理, 植物转录因子在非生物逆境抗性中的作用机理, 为利用转录因子进行植物抗逆基因工程改良提供理论依据。
植物抗逆性研究进展
本文论述了逆境对植物各方面造成的伤害及植物产生的相应反应, 重点对植物在生理生化上的变化、对抗性生理领域中的一些学说和最新研究结果作了介绍, 并指出相生相克现象也可作为抗逆生理的一个方面加以研究, 概念扩展后的抗逆生理学必将在农业、环保等方面得到更广泛的应用。
植物抗逆性研究进展
综述了干旱、高盐、高温、低温、重金属对植物的伤害及植物抗逆性反应，并对植物抗逆性基因工程的研究进行了介绍。
植物显微及超微结构变化与其抗逆性关系的研究进展
植物的形态结构总是与环境相适应。环境逆境影响植物生长，并可引起植物形态结构的相应变化，如干旱胁迫下根的皮层层数减少，以缩短水分横向运输的距离；盐胁迫使根表皮和皮层细胞中的线粒体数量增加，可为渗透适应补充能量。高盐下，茎皮层细胞叶绿体内淀粉粒数目显著增多，体积增大，既缓解了能量的短缺，保证细胞正常的生命活动，又可提高渗透压，利于水分的吸收与保持。有些旱生植物的叶子上常有浓密的表皮毛或白色的蜡质，这可能与减低蒸腾作用和反射强光有关。本文概括了不同逆境下植物根、茎、叶的显微及超微结构变化，并对这些结构变化与植物抗逆性之间的关系进行了分析，旨在为植物抗逆性机理研究和抗逆性品种培育提供有益的参考。
转录因子与植物抗逆性研究进展
近年来, 转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中的应用越来越广泛。本文综述了与植物逆境抗性相关的 5 个转录因子家族: MYB 类、bZIP 类、WRKY 类、AP2/EREBP 类和 NAC 类的调控机制以及它们在植物抗逆基因工程的研究进展。 转录因子(transcription factor，TF) 又称反式作用因子，是一群能与真核基因启动子区域中的顺式作用元件发生特异性结合，从而保证目的基因以特定的强度、在特定的时间与空间表达的蛋自质分子。当植物感受外界干旱、高盐、激素、病害时，通过一系列信号传递，激发转录因子，转录因子与相应的顺式作用元件结合后，激活 RNA 聚合酶 II 转录复合物，从而启动特定基因的转录表达，最后通过基因产物的作用对内、外界信号做出的调节反应[1]。植物许多基因的表达都是由特定的转录因子与特定的顺式作用元件相互作用调控的。