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蒿柳雌株与雄株在高温胁迫下的生理差异及其变异

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北京林业大学学报 2016年第1期38卷 43-49页

作者：翟飞飞刘俊祥毛金梅彭向永韩蕾孙振元中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室

利用人工气候箱模拟高温环境,研究40℃/30℃(白天温度/晚上温度)处理下蒿柳雌株与雄株叶片电导率(EC)、超氧阴离子自由基(O·-2)产生速率、渗透调节物质含量以及抗氧化物酶活性的差异,分析各生理指标在雌株与雄株间的变异系数(VC)及分... 详细信息

利用人工气候箱模拟高温环境,研究40℃/30℃(白天温度/晚上温度)处理下蒿柳雌株与雄株叶片电导率(EC)、超氧阴离子自由基(O·-2)产生速率、渗透调节物质含量以及抗氧化物酶活性的差异,分析各生理指标在雌株与雄株间的变异系数(VC)及分化系数(VST)。结果表明:高温胁迫下,蒿柳EC值、O·-2产生速率显著上升,但雌株EC值和O·-2产生速率显著大于雄株;脯氨酸(Pro)含量、可溶性蛋白(SP)含量显著升高,但雄株的渗透调节物质含量显著高于雌株;超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、抗坏血酸过氧化物酶(As A-POD)活性显著上升,过氧化物酶(POD)活性显著下降,但雄株的4种酶活性显著高于雌株。高温处理下,蒿柳雌株与雄株各生理性状的变异系数(VC)较为接近,说明各生理性状在雌性个体与雄性个体间的变异较为一致。各生理性状的平均分化系数(VST)为17.06%,说明高温胁迫下各生理性状在雌、雄株间的变异小于雌、雄株内(无性系之间)的变异。综上所述,高温胁迫下蒿柳无性系在生理性状上存在丰富的变异,但雄株具有较强的调节、适应能力。因此,在育种工作中适当多选择雄株优树,有助于获得耐热性强的新种质。

关键词：蒿柳雌株雄株性别差异耐热性

多环芳烃(PAHs)污染土壤中接种平滑白蛋巢菌对蒿柳光合作用的影响

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北京林业大学学报 2020年第5期42卷 80-87页

作者：马晓东李霞刘俊祥翟飞飞孙振元韩蕾中国林业科学研究院林业研究所北京100091 菏泽学院农业与生物工程学院山东菏泽274000 河南理工大学建筑与艺术设计学院河南焦作454000

【目的】虽然已有研究表明植物-白腐真菌联合修复是一种更高效的多环芳烃(PAHs)污染土壤修复策略,但由于该策略的作用机理尚不清楚,其在土壤修复实践中的应用前景仍存有疑问。光合作用不仅是植物生长发育的基础,也影响根系分泌物的释放... 详细信息

【目的】虽然已有研究表明植物-白腐真菌联合修复是一种更高效的多环芳烃(PAHs)污染土壤修复策略,但由于该策略的作用机理尚不清楚,其在土壤修复实践中的应用前景仍存有疑问。光合作用不仅是植物生长发育的基础,也影响根系分泌物的释放水平,进而影响根际微生物的生长和土壤中PAHs的降解。基于此,我们研究了PAHs污染土壤中接种白腐真菌对植物光合作用的影响。【方法】在温室中设置了PAHs污染土壤的盆栽修复实验,以蒿柳做为植物修复材料,选取光合色素含量、气体交换参数的光响应曲线和叶绿素荧光参数做为蒿柳的光合生理指标,探究了PAHs污染土壤中接种白腐真菌对蒿柳光合作用的影响。【结果】PAHs污染土壤中接种白腐真菌对蒿柳光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在活性(Fv/F0)等指标均有积极的促进作用,但降低了叶片的气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、非光化学淬灭(NPQ)和光化学淬灭(qP)参数。不同的接种方法能改变Gs、Tr的光响应曲线的变化趋势。此外蒿柳-白腐真菌联合修复显著提高了土壤菲(PHE)、芘(PYR)的去除率。【结论】PAHs污染土壤中,白腐真菌能提高蒿柳的光合能力和蒸腾效率,促进土壤PHE和PYR的去除,这对揭示植物-白腐真菌联合修复的作用机理有重要意义。

关键词：蒿柳白腐真菌光合作用多环芳烃污染土壤

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菲胁迫下蒿柳抗氧化系统的响应

林业科学研究 2020年第2期33卷 138-144页

作者：李霞马晓东邹竣竹周晓星孙振元韩蕾中国林业科学研究院林业研究所国家林业和草原局林木培育重点实验室北京100091 菏泽学院农业与生物工程学院(牡丹学院) 山东菏泽274000 岳阳市林业科学研究所湖南岳阳414000

[目的]研究菲胁迫下活性氧和抗氧化物质的变化规律,探究蒿柳抗氧化系统的防御机制,为提高其对多环芳烃(PAHs)的抗性及加强植物修复的研究提供理论依据。[方法]以蒿柳扦插苗为试验材料,采用水培方式,研究其在0、1.0 mg·L^-1菲处理下活... 详细信息

[目的]研究菲胁迫下活性氧和抗氧化物质的变化规律,探究蒿柳抗氧化系统的防御机制,为提高其对多环芳烃(PAHs)的抗性及加强植物修复的研究提供理论依据。[方法]以蒿柳扦插苗为试验材料,采用水培方式,研究其在0、1.0 mg·L^-1菲处理下活性氧、抗氧化酶、抗氧化剂以及丙二醛(MDA)的动态变化,处理时间为16 d。[结果]研究表明:(1)菲处理后第4天,H2O2含量和氧自由基(O2^·-)生成速率迅速增加,MDA含量升高,过氧化氢酶(CAT)活性显著上升;第8天超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性显著升高;第16天时,H2O2含量下降到与对照无显著差异,O2^·-和MDA的增加量下降。(2)还原型谷胱甘肽(GSH)和谷胱甘肽还原酶(GR)在处理后第4天即迅速上升,谷胱甘肽-S-转移酶(GST)呈缓慢上升趋势。(3)还原型抗坏血酸(AsA)含量在处理后第4天低于对照,但随着处理时间的延长呈上升趋势,在第16天时高于对照。[结论]菲胁迫下,O2^·-是造成细胞膜脂过氧化的主要活性氧,SOD活性一直高于对照,但不足以清除增加的O2^·-,CAT和POD的升高可以清除过量的H2O2;GSH是抵御菲胁迫的有效抗氧化剂,并通过GST的催化参与菲的解毒。

关键词：蒿柳菲活性氧抗氧化物质

褪黑素对镉胁迫下蒿柳光合速率下降的缓解效应

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生态学杂志 2024年第11期43卷 3255-3265页

作者：殷佳慧李霞邹竣竹巨关升宁崴李奥王元成孙振元中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室北京100091 吉林农业大学林学与草学学院吉林省林草遗传育种重点实验室长春130118 菏泽学院农业与生物工程学院(牡丹学院) 山东菏泽274000

蒿柳(Salix viminalis)具有较强的镉(Cd)富集能力,但对高浓度Cd耐性低。研究褪黑素(MT)对高浓度Cd条件下蒿柳光合速率的调控作用,有助于揭示MT对木本植物Cd胁迫的缓解效应,为重金属污染植物修复提供栽培保障措施。以无性系蒿柳扦插苗为... 详细信息

蒿柳(Salix viminalis)具有较强的镉(Cd)富集能力,但对高浓度Cd耐性低。研究褪黑素(MT)对高浓度Cd条件下蒿柳光合速率的调控作用,有助于揭示MT对木本植物Cd胁迫的缓解效应,为重金属污染植物修复提供栽培保障措施。以无性系蒿柳扦插苗为试验材料,设置空白(BT)、Cd胁迫(CT)、Cd胁迫后叶施MT(MCT)3个处理,明确MT对Cd胁迫下蒿柳气体交换参数、动态光下叶绿素荧光参数、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)含量等的调控模式。结果表明:在处理后第7天,Cd胁迫下蒿柳叶绿素a(Chla)和Rubisco含量分别降低了20%和21%;在处理后第14天,Cd胁迫下蒿柳叶绿素b(Chlb)、气孔导度(G_(s))、胞间二氧化碳浓度(C_(i))和净光合速率(P_(n))分别降低了32%、35%、23%和21%,叶施50μmol·L^(-1)MT后Chla、Chlb、G_(s)、C_(i)和Rubisco含量分别提高了30%、28%、47%、35%和25%;在处理后第21天,Cd胁迫下蒿柳P_(n)和光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(F_(v)/F_(m))分别降低了36%和16%,叶施MT后P_(n)和F_(v)/F_(m)分别提高了39%和13%;蒿柳受Cd胁迫后光抑制加剧,叶施MT减轻了光抑制。在Cd胁迫下,MT通过提高蒿柳气孔导度促进了蒿柳的光合气体交换,通过维持叶绿素含量促进了其光能吸收,通过提高光能转化效率及光合电子传递速率提升了其光合能力,通过提高Rubisco含量促进了其CO_(2)同化;MT通过提高光合作用强度促进了Cd胁迫下蒿柳的生长。

关键词：褪黑素镉(Cd) 蒿柳光合速率

接种平滑白蛋巢菌对蒿柳根系分泌物代谢组的影响

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林业科学研究 2021年第3期34卷 46-55页

作者：马晓东李霞邹竣竹白媛媛孙振元韩蕾中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室北京100091 菏泽学院农业与生物工程学院(牡丹学院) 山东菏泽274000

[目的]虽然已有研究表明植物-白腐真菌联合修复是一种更高效的多环芳烃(PAHs)污染土壤修复策略,但目前尚不清楚接种白腐真菌对植物根系分泌物的影响,后者与根际PAHs降解菌的生长和PAHs的生物降解密切相关。基于此,我们开展PAHs污染土壤... 详细信息

[目的]虽然已有研究表明植物-白腐真菌联合修复是一种更高效的多环芳烃(PAHs)污染土壤修复策略,但目前尚不清楚接种白腐真菌对植物根系分泌物的影响,后者与根际PAHs降解菌的生长和PAHs的生物降解密切相关。基于此,我们开展PAHs污染土壤中接种白腐真菌对植物根际土壤代谢组的影响研究。[方法]在温室中设置了PAHs污染土壤的盆栽修复实验,以蒿柳(Salix viminalis L.)作为植物修复树种,基于LC-MS检测,重点比较PAHs污染土壤中接种平滑白蛋巢菌(Crucibulum laeve)对蒿柳根际土壤代谢谱的影响。[结果]分别在正离子模式(POS)和(NEG)模式下鉴定出881和828种代谢物,不同处理之间代谢物的组分及其含量存在显著差异。比较分析了差异代谢物并鉴定出18个潜在根系分泌物组分,接种平滑白蛋巢菌显著减少了蒿柳根际土壤代谢物的组分和含量,其中16种根系分泌物的含量明显降低。[结论]接种白腐真菌促进了植物根系对广谱土壤化合物的吸收能力,推测植物根系对白腐真菌的刺激作用做出应答,引发了植物PAHs提取能力提高,对揭示植物-白腐真菌联合修复的作用机理有重要意义。

关键词：蒿柳 PAHs污染平滑白蛋巢菌根际土壤代谢组

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蒿柳1年生雌雄株幼苗的生长与防御差异研究

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2022年第8期50卷 46-54页

作者：翟飞飞毛金梅李海栋张运兴李振坚刘俊祥李霞孙振元河南理工大学建筑与艺术设计学院河南焦作454000 中国林业科学研究院林业研究所北京100091 新疆林业科学院经济林研究所新疆乌鲁木齐830063 菏泽学院农业与生物工程学院山东菏泽274000

【目的】研究蒿柳(Salix viminalis)雌雄株幼苗在生长季不同阶段的生长与防御差异,为雌雄株差异研究及其在生产实践中的选择性应用提供指导。【方法】以蒿柳1年生雌雄扦插苗为研究对象,在大田中采用完全随机区组设计,于6-10月(6月5日、7... 详细信息

【目的】研究蒿柳(Salix viminalis)雌雄株幼苗在生长季不同阶段的生长与防御差异,为雌雄株差异研究及其在生产实践中的选择性应用提供指导。【方法】以蒿柳1年生雌雄扦插苗为研究对象,在大田中采用完全随机区组设计,于6-10月(6月5日、7月3日、8月4日、9月7日和10月5日)对雌雄株幼苗的生长、光合作用参数、光合色素含量、化学防御物质含量以及防御酶活性等测定后进行动态分析,比较二者差异。【结果】蒿柳雌雄幼苗株高在6月、地径在6月和7月无显著差异,其他时间株高和地径均为雄株显著高于雌株。6月雌雄株间的净光合速率(P_(n))和蒸腾速率(T_(r))无显著差异,7-10月均表现为雄株显著高于雌株;6-9月雌雄株间气孔导度(G_(s))无显著差异,仅在10月雄株显著高于雌株;6-10月整个生长季雌雄株间胞间CO_(2)浓度(C_(i))差异均不显著。雌雄株间叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)含量在6月差异均不显著,7-10月各光合色素含量均为雄株显著高于雌株。雌雄株间多酚和缩合单宁含量在生长季均无显著差异,但雄株的SOD(6月除外)、POD、PPO和PAL(6月除外)活性均显著高于雌株。【结论】在有胁迫因素存在的自然环境中,蒿柳雌雄株幼苗防御物质含量无显著差异,但雌株防御酶活性较低、生长相对缓慢,可能在繁殖与生长、防御间存在进化的权衡。蒿柳雄株生长相对较快,且可解决飞絮问题,在实际应用中可优先选用。

关键词：蒿柳雌雄异株性别差异化学防御

褪黑素对镉胁迫下蒿柳抗氧化系统及叶肉细胞超微结构的影响

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西北林学院学报 2024年第4期39卷 1-14页

作者：殷佳慧宁崴李奥李霞刘俊祥孙振元中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室北京100091 吉林农业大学林学与草学学院吉林省林草遗传育种重点实验室吉林长春130118 菏泽学院农业与生物工程学院(牡丹学院) 山东菏泽274000

短轮伐期木本植物蒿柳(Salix viminalis)具有镉(Cd)污染修复潜力,但对高浓度Cd耐性低,改善其生长状态是提高Cd污染植物修复效率的关键。研究褪黑素(MEL)对高浓度Cd条件下蒿柳抗氧化系统的调控机制,有助于揭示MEL对木本植物抗氧化系统响... 详细信息

短轮伐期木本植物蒿柳(Salix viminalis)具有镉(Cd)污染修复潜力,但对高浓度Cd耐性低,改善其生长状态是提高Cd污染植物修复效率的关键。研究褪黑素(MEL)对高浓度Cd条件下蒿柳抗氧化系统的调控机制,有助于揭示MEL对木本植物抗氧化系统响应Cd胁迫的生理调控模式,为MEL在植物修复技术中的应用提供实践指导。以同一无性系蒿柳扦插苗为试验材料,设定4个处理,空白对照(BT)、叶施MEL(MT)、Cd胁迫(CT)及叶施MEL后Cd胁迫(MCT)。研究MEL对Cd胁迫下蒿柳活性氧水平、脂质过氧化程度及抗氧化系统的调控模式,探讨MEL对叶肉细胞超微结构的保护作用。在处理后第7天,Cd胁迫下蒿柳根过氧化氢及丙二醛(MDA)含量提高69%和28%,过氧化氢酶(CAT)活性降低49%。叶施MEL后叶CAT、谷胱甘肽还原酶(GR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性分别提高120%、33%和23%,根超氧化物歧化酶(SOD)和GR活性提高60%和36%。在处理后第21天,Cd胁迫下蒿柳叶超氧阴离子和MDA含量提高70%和81%,MDHAR活性降低47%,叶肉细胞器消失;根过氧化氢和MDA含量提高124%和69%,MDHAR活性降低36%。叶施MEL后叶超氧阴离子和MDA含量降低25%和36%,SOD、过氧化物酶(POD)、CAT、GR和MDHAR活性分别提高26%、34%、22%、27%和141%,叶肉细胞结构完整;根过氧化氢和MDA含量降低35%和40%,POD、GR和谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性提高25%、33%和10%。MEL通过提高过氧化物酶、根超氧化物歧化酶及叶过氧化氢酶活性提升镉胁迫下蒿柳的抗氧化能力,通过提高单脱氢抗坏血酸还原酶活性增加抗坏血酸含量,通过提高谷胱甘肽还原酶和根谷胱甘肽S-转移酶活性增加谷胱甘肽含量,以促进其抗坏血酸谷胱甘肽循环。这些过程稳定了镉胁迫下蒿柳地上及地下部的活性氧水平,减轻脂质过氧化程度并降低膜透性。从而保护镉胁迫下蒿柳叶肉细胞及叶绿体结构完整。

关键词：褪黑素镉蒿柳抗氧化系统

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菲对蒿柳生理生化特性的影响

核农学报 2020年第8期34卷 1855-1861页

作者：李霞马晓东程运河翟飞飞刘俊祥孙振元韩蕾中国林业科学研究院林业研究所/国家林业局林木培育重点实验室北京100091 菏泽学院农业与生物工程学院(牡丹学院) 山东菏泽274000 北京市林业果树科学研究院北京100093 河南理工大学建筑与艺术设计学院河南焦作454000

为研究菲对蒿柳生理生化的影响,以蒿柳扦插苗为试验材料,采用水培的方式,测定不同浓度(0.2、0.5、1.0和1.2 mg·L^-1)菲对蒿柳株高及生理的影响,并选取对植物生长有显著抑制作用的最低浓度(1.0 mg·L^-1)菲对蒿柳进行16 d的处理,测定其... 详细信息

为研究菲对蒿柳生理生化的影响,以蒿柳扦插苗为试验材料,采用水培的方式,测定不同浓度(0.2、0.5、1.0和1.2 mg·L^-1)菲对蒿柳株高及生理的影响,并选取对植物生长有显著抑制作用的最低浓度(1.0 mg·L^-1)菲对蒿柳进行16 d的处理,测定其光合特性及渗透调节物质的变化。结果表明,高浓度菲处理显著抑制了蒿柳的株高和根系活力,使其电导率升高,膜透性增大。1.0 mg·L^-1菲胁迫下,蒿柳的光合作用受到抑制,光化学淬灭系数(qP)显著下降,光反应受到影响;气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)下降、Rubisco活性降低,导致CO2供应和同化减少,暗反应受到抑制。叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/F0)无显著变化,说明PSⅡ利用光能的能力和潜在活性未受到影响。渗透调节物质中,脯氨酸和可溶性糖是植物抵御菲胁迫的重要调节物质。本研究结果为揭示多环芳烃(PAHs)对蒿柳产生的毒害机制及加强植物对环境的修复研究提供了依据。

关键词：蒿柳菲光合特性渗透调节物质

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蒿柳实生苗和扦插苗对镉胁迫的响应特性研究

蒿柳实生苗和扦插苗对镉胁迫的响应特性研究

作者：周晶晶中国林业科学研究院

学位级别：硕士

蒿柳(Salix viminalis)为杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix)植物,是一种可以有效积累重金属镉的潜力树种。研究表明,不同基因型的蒿柳对重金属积累能力的差异较大,因此,蒿柳抗性品种的选育工作具有重要的现实意义。目前蒿柳抗性选育的周期... 详细信息

蒿柳(Salix viminalis)为杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix)植物,是一种可以有效积累重金属镉的潜力树种。研究表明,不同基因型的蒿柳对重金属积累能力的差异较大,因此,蒿柳抗性品种的选育工作具有重要的现实意义。目前蒿柳抗性选育的周期长,效率低,且多以扦插苗为材料,始于种子萌发阶段的研究较少,而研究表明实生苗具有出苗快,基因变异丰富,抗性强等优点,且实生苗和扦插苗对胁迫的响应不尽相同。因此为提高蒿柳抗性筛选的效率,本研究通过对镉处理下蒿柳种子的萌发、实生幼苗和扦插苗的生理变化及镉胁迫相关基因的表达进行分析,探究蒿柳实生苗和扦插苗对镉胁迫的响应特性。主要研究结果如下:(1)通过对镉处理下种子萌发指标的观测发现,0～40 mg·L的低浓度镉处理促进了蒿柳种子的萌发和幼苗的生长;而40～100 mg·L的高浓度明显抑制了蒿柳种子萌发和幼苗初期生长。其中活力指数和根长这两个指标受胁迫影响最大,分别较对照下降了88.2%和81.2%,说明这两个指标可以在一定程度上反映植物的耐性。(2)蒿柳实生苗和扦插苗在低浓度的处理初期,SOD活性和POD活性均显著高于对照,在高浓度的镉处理后期,均呈现下降的趋势,因此实生苗和扦插苗在镉处理下的抗氧化酶活性变化趋势基本一致。(3)蒿柳实生苗和扦插苗中的脯氨酸变化趋势一致,但蒿柳实生苗的可溶性蛋白含量在第20d低于对照,扦插苗在第15d已显著降至低于对照,且实生苗中可溶性糖含量未明显升高,这说明实生苗的抗性较扦插苗强。(4)镉处理下,蒿柳实生苗和扦插苗叶片中的丙二醛含量均高于对照,且随着处理天数存在先升高后降低的趋势,不同的是,实生苗中的丙二醛含量总体低于扦插苗,说明实生苗在镉胁迫下的膜脂过氧化程度更低,抗性更强。(5)在与镉吸收和转运相关的基因中,Nramp3、Nramp6、ZIP1在蒿柳实生苗中表达受显著抑制,ZIP1在扦插苗中受诱导表达;在与镉胁迫解毒相关的基因中,MT2B、PCS1在蒿柳实生苗中与对照有显著差异,PCS1、MT2B、Cu/Zn SOD在扦插苗出现显著变化。综上所述,蒿柳实生苗对镉胁迫的抗性较扦插苗强。主成分分析显示,在萌发指标中,活力指数和根长抑制率可以作为早期耐性筛选的重要指标;在测定的生理和分子指标中,抗氧化酶SOD、POD,渗透调节物质PRO,膜脂过氧化产物MDA,与镉吸收和转运相关的基因Nramp3、Nramp6、ZIP1,与镉解毒相关的基因MT2B、PCS1可作为评价蒿柳实生苗重金属耐性的重要指标;抗氧化酶SOD、POD,渗透调节物质PRO、SS,与镉吸收和转运相关的基因ZIP1,与镉解毒相关的基因PCS1、MT2B、Cu/Zn SOD可作为评价蒿柳扦插苗重金属耐性的重要指标。上述生理指标和基因表达的分析,为蒿柳重金属耐性关键指标的筛选以及蒿柳早期抗逆育种机理提供了参考依据。

关键词：蒿柳实生苗扦插苗重金属镉生理及分子响应耐性指标