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植物抗逆性研究6篇(全文)

来源：花匠小妙招时间：2025-07-28 02:44

植物抗逆性研究（精选6篇）

植物抗逆性研究第1篇

当植物处于干旱、盐渍、重金属、低温、强光等逆境胁迫时, 会应激地改变自身的生理过程, 以适应胁迫环境, 减少由环境胁迫带来的伤害。长期的胁迫锻炼, 会使植物产生一系列抵御逆境的生理机制, 也就是植物抗性。植物的抗逆性是其资源挖掘、保护及利用的重要基础。鸢尾属植物的抗逆性研究对其品种选育、资源推广应用具有重要的指导意义, 本文综述了国内鸢尾属植物的抗旱、抗盐、耐阴、抗寒及重金属胁迫方面的研究现状, 并展望了国内鸢尾属植物的研究前景。

1 鸢尾属植物的抗逆性研究现状

1.1 耐阴性

植物对遮阴的一般表现为叶面积、生长量、生物量等外部整体直观变化, 也包括叶绿素、脂膜透性、抗氧化系统等一系列生理和栅栏组织、海绵组织厚度等微观形态变化。根据植物的这些变化与植物在遮阴下的生长情况可以将植物分为耐阴和喜光植物。对于鸢尾属植物而言, 不同品种的耐阴性不同。李雪莹[1]研究表明:随遮阴程度增大, 5种鸢尾属植物的单位面积叶干重下降, 含水量增大, 叶绿素含量上升, 并伴随栅栏组织与海绵组织分化不明显, 表皮细胞分布稀疏, 海绵组织细胞排列不规则等现象, 不同植物也有不同差异, 综合多方面指标考虑认为蝴蝶花的耐阴性最强, 溪荪的最弱。刘国华[2]研究表明:5种鸢尾属植物随遮阴强度增大, 其叶绿素含量增加, 净光合速率、蒸腾速率减小, 气孔导度减小, 胞间CO2浓度上升, 叶片变宽, 变薄, 高度增高, 日本鸢尾的耐阴性最强, 溪荪和马蔺的耐阴性最差, 溪荪的研究结论与李雪莹一致。张好好[3]结合形态观察和生理特征对2个种群的4种鸢尾属植物进行了遮阴处理, 结果表明:不同鸢尾属植物的比叶重变化不一致、而叶绿素、可溶性糖含量呈下降趋势, 细胞膜透性增大, 不同属小型矮棵须毛鸢尾品种群的3个品种的耐阴性不同, 总体上路易斯安娜鸢尾种群的耐阴性要强于小型矮棵须毛鸢尾种群, 更适合林下栽培。

1.2 抗寒性

低温胁迫是限制植物自然分布和栽培的主要环境因素之一, 基于为培育抗寒鸢尾品种和鸢尾引种栽培的理论指导, 我国研究者对几个外来种群的鸢尾属植物进行了抗寒性研究。张凌辉[4]研究表明低温处理的西伯利亚鸢尾的叶片叶绿素荧光参数下降、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量及NO释放量增大, 得出:西伯利亚鸢尾对低温具有一定的抵御能力, 其中NO在其抗旱机制中发挥着重要作用。王冠群[5]等人通过对自然降温下的6种德国鸢尾的叶片电导率、游离脯氨酸及丙二醛的测定表明部分品种低温下叶片会出现红褐色水渍, 甚至焦黄、脱落等现象, 相对电导率呈上升的S形曲线变化, 叶片MDA、可溶性蛋白和Pro呈先升后降趋势, 筛选出耐寒性强的品种2个, 较耐寒品种2个, 不耐寒品种2个。张京[6]通过测定电导率及计算半致死温度结合观赏性的综合标准筛选出3个抗寒性较强的路易斯安娜鸢尾品种。

1.3 抗旱性

鸢尾按照对水分的需求可分为旱生、中生和水生鸢尾, 抗旱性主要针对于旱生鸢尾属植物。不同鸢尾属植物在不同干旱情况下表现出的外部及微观形态、生理特征均不同。

形态特征

万劲[7]发现2种鸢尾在不同程度干旱胁迫下均会出现叶片萎蔫的现象, 只是不同植物对干旱程度的响应不同。韩玉林等[8]认为鸢尾品种的根茎大小、粗细及深根性与其抗旱性呈正相关。赵燕燕等[9]也认为干旱胁迫会导致5种鸢尾的叶片失水、下垂和萎蔫、黄化、干枯等, 但不同品种出现这种现象时受到的干旱胁迫程度不同, 从这些特征上认为鸢尾的抗旱能力最强, 溪荪最弱。王子凤[10]的研究结果支持了上述结论。王俊等[11]认为鸢尾较大的体积和叶表面积比也是抗旱鸢尾属植物的重要形态特征。

生理特征

万劲[7]采用聚乙二醇模拟干旱胁迫得出2种鸢尾的细胞膜透性增大, 抗氧化酶活性增强, 渗透调节物质含量增多等生理特征, 得出德国鸢尾8#抗旱能力强于蓝蝴蝶。韩玉林等[8]认为干旱胁迫叶片含水量及离体叶片保水力、叶绿素含量都会受到抑制, 而抗氧化酶活性会提高, 脂膜会受到伤害, 而渗透调节物质会随干旱胁迫压力增大而出现现升后降的趋势, 并确定了5种鸢尾属植物的抗旱能力大小:德国鸢尾抗旱能力最强, 马蔺最弱, 身为水生植物的黄花鸢尾同时也具有一定抗旱性, 适应能力较强。赵燕燕等[9]人的研究也表明干旱胁迫的增强会使5种鸢尾叶片的相对含水量、电导率及Pro含量上升, 而可溶性蛋白含量变化因物种不同呈不同变化趋势, 其得出的抗旱能力强弱与韩玉林的结论不一致。周源[12]测定7种鸢尾属植物的在干旱胁迫下的9个生理指标, 得出研究结论基本与前人一致, 大体都会出现:叶片含水量及离体叶片保水力、叶绿素含量都会受到抑制, 抗氧化酶活性及渗透调节物质会出现随干旱程度加强先升后降趋势, 7种植物的抗旱能力大小比较, 其中中亚鸢尾的抗旱能力最强, 相比较而言西伯利亚鸢尾的抗旱能力最弱。王子凤[10]研究认为随干旱胁迫时间的延长, 6种鸢尾属植物的相对水分、MDA含量、电导率、可溶性糖含量、花青素相对含量、Pro含量均会上升, 可溶性蛋白则先增后降再增, 叶绿素含量、SOD活性变化复杂, 比较出的抗旱能力强弱花菖蒲与黄菖蒲的研究结果与赵燕燕的不一致, 德国鸢尾的结果与韩玉林研究结果一致。付春宝等[13]研究认为叶绿素含量随干旱胁迫时间增长呈先升后降趋势, 也有个别品种出现不同趋势, 含水量部分品种为先降后升, 部分品种持续下降, 抗氧化酶活性出现持续上升或先升后降趋势, 与王子凤的研究结论不一致, 统计出的抗旱能力在黄菖蒲与马蔺上出现差异结果。王博[14]利用PEG-6000模拟干旱环境研究了3种鸢尾随胁迫时间变化出现的生理变化, 出现了脂膜透性增大, Pro含量增加, POD活性增强等特征, 与付宝春的部分研究结论相似。张永侠等[15]研究结论也证实了叶绿素、相对含水量降低等生理特征。张好好[3]对2个种群的鸢尾属植物进行干旱处理后, 发现属于水生植物的路易斯安娜种群中的一种植物对干旱具有较强抗逆性, 而属于小型矮棵须毛鸢尾种群的一种植物对干旱抗性较差, 另一种综合各种指标得不出统一结论, 各个品种的抗旱能力不同, 其生理变化特征不尽相同。

解剖结构

韩玉林等[8]认为鸢尾叶片角质层厚度与植物的抗旱性呈正相关。王子凤认为抗旱鸢尾属植物具有叶鞘肉质, 薄壁组织发达, 叶片角质层或蜡质层较厚, 气孔下陷, 栅栏组织/海绵组织值大等特征。王俊等[11]通过对4种荒漠、高原草甸野生鸢尾的叶片解剖结构的分析支持了这一结论, 并认为小而多的气孔、表皮细胞小而密集表皮毛和发达的维管束系统也是其抗旱特征的重要体现。

1.4 抗盐性

土壤盐碱性是目前全球耕地逐渐减少的主要因素之一, 对盐碱土壤的有效生态修复成为国内外的研究焦点。经大量研究发现鸢尾属中的部分植物如喜盐鸢尾对盐碱具有一定抗逆性, 是盐碱土壤生态修复的良好材料。当然不同盐浓度对鸢尾属植物的形态、生理特征, 解剖结构影响不一致。

形态特征

万劲[7]认为在Na Cl胁迫下鸢尾属2种植物会出现叶片萎蔫, 发黄、枯萎等特征, 且出现这些特征的时间长短与盐浓度呈负相关, 严重程度与盐浓度呈正相关。张玉[16]的研究结论与万劲结论相似, 并进一步提出了生长势衰退, 高浓度胁迫下会导致部分品种的死亡的现象。陈广琳等[17]对黄花鸢尾的研究成果表明一定浓度的盐碱胁迫会促进黄花鸢尾的相对生长速率和分蘖速度, 高浓度的盐碱性会大大阻碍其生长。芦建国等[18]研究认为盐胁迫会降低德国鸢尾株高、叶片生长量、全株干重和根冠比等生长指标, 外源的GA3和SA可以改善这一情况。马晶晶[19]研究表明Na Cl胁迫会导致5种鸢尾的株高、叶片数目、叶宽、根长和根数量等生长指标出现低促高抑的现象, 不同品种促进浓度与抑制浓度不一致。佟海英等[20]研究结论与马晶晶的一致, 并提出碱性盐会明显抑制5种鸢尾属植物叶片数、株高、叶宽、根长等增长, 碱性盐对鸢尾属植物的毒害作用更明显。马晶晶等[21]观察了4种Na HCO3浓度下喜盐鸢尾和马蔺的生长情况, 结论与中性盐Na Cl结论相似, 增长量上出现地下部分大于地上部分, 喜盐鸢尾对弱碱性盐的抗性大于马蔺。张立磊等[22]统计了5个Na Cl浓度下的鸢尾种子发芽率、发芽势、发芽指数, 结果表明:鸢尾为盐敏感植物, 盐胁迫明显降低了鸢尾种子的3种发芽指标。马秀娟等[23]认为黄花鸢尾胚芽对盐胁迫的敏感程度大于胚根是盐胁迫抑制黄花鸢尾种子萌发的重要因素。

生理特征

万劲[7]研究得出2种鸢尾属植物在Na Cl胁迫下会出现膜系统透性增大, 氧化产物MDA含量及渗透调节物质如Pro增多, 抗氧化酶活性增强等特征, 比较得出德国鸢尾8#的耐盐性强于蓝蝴蝶。张玉[16]的结论与万劲的基本相似, 并提出叶绿素含量和根系活力随胁迫程度加大呈先升后降趋势, 含水量下降等特征, 通过各个检测指标的隶属综合评价得出马蔺的抗盐性为4种鸢尾属植物之首, 黄菖蒲的抗盐能力最差。张好好[3]测定了不同Na Cl浓度下的2个种群4个品种的鸢尾属植物的4个生理指标, 最终认为盐胁迫压力增大会减弱鸢尾属植物对水分的吸收能力, 叶绿素含量、可溶性糖等生理特征指标变化与供试品种相关, 4个品种的可溶性蛋白含量基本一致, 呈持续下降趋势。综合多个指标得出路易斯安娜鸢尾种群的一种植物抗盐性远强于小型安可须毛鸢尾种群。石静等[24]通过室内模拟实验得出:黄花鸢尾抗盐较弱, 随着盐浓度的升高, 黄花鸢尾叶绿素含量和抗氧化酶活性呈先升后降趋势, 渗透调节物质含量持续上升, 对水体氮、磷的去除能力减弱, 对硝态氮的去除能力无影响。陈广琳等[17]通过水培试验认为黄花鸢尾抗盐能力较弱与石静等的研究成果一致, 并得出随盐浓度升高, 叶片含水量降低、根系活力下降、相对电导率增大等特征, 其只能修复低盐、弱碱水体。芦建国等[18]认为外源的GA3和SA可以通过提高德国鸢尾的抗氧化酶活性, 降低细胞膜和氧化产物MDA含量来提高其抗盐性, 不同的外源物质改善植物的抗盐能力需要摸索最佳的浓度。马晶晶[19]研究认为Na CL胁迫对2种抗盐鸢尾属植物的叶绿素、类胡萝卜素和MDA及SOD活性等指标的影响不显著, 只是出现了渗透调节物质Pro和可溶性蛋白含量的增大或减少, 得出喜盐鸢尾和马蔺的抗盐性要强于溪荪、花菖蒲和黄菖蒲, 马蔺与黄菖蒲的研究结论与张玉的研究结论一致。黄钢等[25]研究了3种耐盐鸢尾的耐盐机理, 认为盐胁迫抑制3种鸢尾的生长, 且它们是通过离子区隔化及叶片贮存的大量Na+来维系根系活力, 提高自身的耐盐性。

解剖结构

马晶晶[19]研究表明:在Na Cl胁迫下, 马蔺和喜盐鸢尾均出现了叶肉细胞排列不规则, 气孔下陷, 根表皮细胞加厚, 叶绿体中线粒体增多等共同特征, 同时也出现了喜盐鸢尾根内薄壁细胞破裂成通气组织, 叶绿体内淀粉粒增多, 而马蔺则出现叶片栅栏组织与海绵组织分化不明显, 靠近根外表皮薄壁细胞破裂的差异;Na HCO3弱碱性盐胁迫下会出现根系、叶片表皮细胞加厚, 根皮层部分薄壁细胞破裂成通气组织等特征[21]。

1.5 重金属胁迫

就目前的重金属污染问题, 利用具有抗重金属的植物进行环境修复是重金属污染治理的重要途径。根据相关研究表明, 鸢尾属部分植物对铜、铅、镉、铝等金属具有一定的耐性, 为相关矿区的重金属污染提供了新途径。目前对于鸢尾属植物的抗重金属能力研究主要集中于鸢尾属植物的生长、生理特征及解剖结构的影响。

形态特征

郭智等[26]研究了高、低Cd胁迫下马蔺和鸢尾的生长情况, 发现高浓度胁迫会减缓二者的地上及根系的生物量积累, 且鸢尾在被高浓度胁迫40天时出现根色变暗、地上部分黄化、软化等现象, 相比之下, 马蔺的抗Cd能力强于鸢尾。佟海英等[27]研究认为Cd胁迫会降低鸢尾的根系活力, 而低浓度Cd胁迫会增强马蔺根系活力, 高浓度则会抑制马蔺根系活力, 这也是马蔺抗Cd能力强于鸢尾的原因之一。朱旭东等[28]研究表明:Pb胁迫下路易斯安娜鸢尾的生长指标均受到抑制。韩玉林[29]研究认为一定浓度的Pb胁迫会提高喜盐鸢尾的干重。付佳佳等[31]研究表明Pb单一胁迫对花菖蒲的部分生长指标影响不明显, 而Cd胁迫剂Pb、Cd复合胁迫对其部分生长指标有显著的抑制作用。朱灿[32]观测铝盐胁迫下2种鸢尾的生长情况结果表明:2种鸢尾对一定浓度的铝盐胁迫具有适应能力, 但随铝盐浓度的升高, 2种鸢尾的生长受到抑制, 且黄花鸢尾受抑制的强度大于鸢尾。

生理特征的影响

郭智等[26]研究表明:Cd胁迫会使2种鸢尾属植物微量元素吸收紊乱。原海燕等[33]研究了Cd胁迫对马蔺和鸢尾生理特征的影响, 研究证实:Cd胁迫会抑制叶绿素合成, 提高丙二醛等渗透物质含量, 增强超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性。佟海英等[27]研究表明:随Cd浓度增加马蔺与鸢尾的脂膜透性、可溶性蛋白及鸢尾可溶性糖均呈先升后降趋势, 马蔺可溶性蛋白含量随浓度增加呈持续上升趋势。从生理研究证实了郭智等在形态学方面的研究结论, 即:马蔺的抗Cd能力强于鸢尾。朱旭东等[28]认为Pb胁迫会降低路易斯安娜鸢尾的叶绿素含量、根系SOD酶活, 提高幼苗总体的MDA、Pro含量及POD活性, 而随浓度增大, 叶片的SOD活性及幼苗整体的CAT活性呈先升后降趋势, 证明其具一定的耐Pb特性, 研究结论部分与鸢尾和马蔺的Cd胁迫一致。田松青等[34]认为路易斯安娜鸢尾的铅吸收最重要器官为根, 通过筛选得出一种对Cd耐性较强的品种, 且GSH和Cys含量会增加, 降低了Pb对植物的毒害作用。韩玉林[29,30]研究表明Pb胁迫能够提高喜盐鸢尾的SOD活性和Pro含量及叶绿素含量。付佳佳等[31]人的研究表明:试验设置的Pb浓度促进了花菖蒲的叶绿素合成和地下部分MDA含量, 抑制了地上部分的MDA合成, 而单一Cd胁迫抑制了花菖蒲的叶绿素合成, 促进了类胡萝素和整体POD活性及地上部分的MDA含量, 二者的复合胁迫显著抑制了花菖蒲生理代谢。朱灿[32]研究表明铝胁迫下2种鸢尾的叶绿素、类胡萝卜素和根系活力随铝盐浓度的升高呈先升后降趋势, 可溶性糖呈先降后升趋势, 而丙二醛和Pro呈逐渐上升趋势。夏红霞等[35]研究表明低浓度的Cu胁迫能够促进鸢尾PSII反应中心的光化学电子传递, 高浓度的Cu胁迫会导致PSII中心部分关闭。

解剖结构的影响

王鸿燕等[36]发现在试验设置浓度下Pb会抑制马蔺根尖细胞有丝分裂。

1.6 富营养化水体胁迫

针对大部分的水生鸢尾来讲, 它们不仅可以作为水体景观的材料, 同时也是富营养化水体的净化材料。富营养化水体具高于正常水体的总氮、总磷、悬浮物等特征。目前对鸢尾属植物对营养化水体的净化作用报道较多[37], 但对鸢尾属植物本身在营养化水体的生理、生态特征相关的报道并不多。蔡洁等[38]证明了悬浮物浓度增加会导致西伯利亚鸢尾叶绿素含量先升后降, POD活性先降后升。韩冠苒[39]研究表明随水体富营养化程度的增大, 3种鸢尾属植物的生理特征变化不尽相同, 其中黄菖蒲的叶绿素、可溶性蛋白含量及SOD活性增大, 且在营养化水体中生长良好;而花菖蒲的这4种生理指标随富营养化程度的加深呈先升后降趋势, 溪荪则在富营养化水体中出现轻微腐烂现象。吴月燕[40]研究表明冬季路易斯安娜鸢尾在富营养化水体中叶绿素a/b、CAT、POD、SOD活性显著升高, 而MDA含量降低。

2 鸢尾属植物抗逆性研究展望

根据以上综述鸢尾属植物整体而言具有抗旱、抗盐、抗重金属、耐阴、抗寒等特性, 对环境的适应性较强, 加上其本身的观赏园林价值, 具有广阔的开发前景。对于鸢尾属植物的研究前景, 笔者认为未来应该加强以下方面的研究:

①加大基础研究, 特别是针对同种植物的不同结论, 要进一步加深研究, 从多指标进行其抗逆性作出更全面更科学的评价。

②目前国内对鸢尾属植物的抗逆性研究大都集中于形态、生理生化特征, 显微结构等方面, 达到分子生物学水平的研究几乎没有, 因此应该引入分子生物学手段对其抗逆性机制做一步的探讨, 为其推广应用和品种选育提供理论基础。

③利用抗逆性品种进行品种选育工作, 要充分运用好抗逆性基因的引入, 选育出更多适应性广、抗逆性强的鸢尾属植物品种, 为其在园林绿化方面的应用提供更多的品种选择。

摘要：本文综述了国内鸢尾属植物的抗旱、抗盐、耐阴、抗寒及重金属胁迫方面的研究现状, 并展望了国内鸢尾属植物抗逆性的研究前景。

水杨酸与植物抗逆性第2篇

水杨酸与植物抗逆性

水杨酸是植物体内一种重要的生长调节物质.介绍了水杨酸的生理功能及在植物抗逆过程中的作用,为水杨酸在农业生产上的应用提供理论参考.

作者：耶兴元 YE Xing-yuan 作者单位：信阳农业高等专科学校,园艺系,河南信阳,464000 刊名：信阳农业高等专科学校学报英文刊名：JOURNAL OF XINYANG AGRICULTURAL COLLEGE 年，卷(期)： 19(4) 分类号：Q945 关键词：水杨酸生理功能抗逆性

8株白僵菌菌株的抗逆性研究第3篇

关键词：小菜蛾；白僵菌；抗逆性；抗旱力；耐高温能力；抗紫外线能力；耐低温能力

中图分类号： S482.3+9文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0122-03

收稿日期：2013-12-29

基金项目：河北省科技支撑计划（编号：12220302D）；河北省现代农业产业技术体系小麦创新团队项目。

作者简介：滕忠才（1970—），男，河北献县人，硕士，讲师，主要从事农业昆虫与害虫综合防治研究。E-mail：teng-zhongcai@163.com。

通信作者：李瑞军（1967—），男，河北昌黎人，博士，副教授，主要从事害虫生物防治及农业生态安全研究。Tel：（0312）7528172；E-mail：liruijun99@sina.com。白僵菌作为一种重要的杀虫真菌，在国外已被开发成为多种剂型并登记注册[1-3]。随着近十多年来丝孢类生防真菌制剂技术的不断发展，长期困扰菌剂本身的生产、加工及应用的很多技术难题都被有效解决[3-5]，使得越来越多的球孢白僵菌（Beauveria bassiana）制劑用于农林害虫的防治[4]。虽然能够寄生多种昆虫，但不同菌株对寄主有一定的专化性，致病力也有一定的差异[5]，其致病力主要取决于菌株、害虫虫态以及环境条件等因素[6]。球孢白僵菌（Beauveria bassiana）是白僵菌属中的一种，主要发生于包括鞘翅目和半翅目等绝大多数昆虫[7]，其有效成分是具有细胞生命特征的侵染体（分生孢子或菌丝体）。白僵菌菌株抗逆性的强弱在很大程度上决定着菌剂本身的生态适应性和田间应用效果。即使同一菌株在不同的寄主上也表现出不同的毒力，不同菌种或同一菌种的不同菌株在抗逆性方面往往存在较大的差异[8]，因而，筛选高毒力且抗逆性强的菌种菌株是提高生防菌剂技术含量和适用性的重要途径之一。

1材料与方法

1.1材料

供试菌株：对小菜蛾高毒力的白僵菌菌株BD-B007、BD-B008、BD-B001、BD-B021、BD-B010、BD-B029、BD-B017、 BD-B026，均为笔者所在实验室自主分离。供试试虫：笔者所在实验室人工饲养的小菜蛾2～3龄幼虫。培养基：SDAY固体培养基（葡萄糖4%，蛋白陈1%，酵母粉1%，琼脂2%）；SDAY液体培养基（葡萄糖4%，蛋白陈1%，酵母粉1%）。营养液：2%的葡萄糖和5%的蛋白胨。

1.2高毒力白僵菌菌株抗旱力的筛选

1.2.1高毒力白僵菌菌株抗旱力的测定取芽生孢子悬液，以SDAY液体培养基为基础培养基，加入10%的PEG200（聚乙二醇，分子量6 000），在（25±1） ℃下培养，测其萌发中时GT50′；以未加PEG200的菌液为对照，测定其萌发中时GT50。以GT50′与GT50之差作为孢子耐干旱能力的大小，每次测定各菌株设3个重复（萌发液试管3支）。

1.2.2干旱胁迫下高毒力白僵菌菌株生长量的测定取芽生孢子悬液，以SDAY液体培养基为基础培养基，加入5%、10%、20%、30%、40%的PEG200，以未加PEG200处理为对照，（25±1） ℃下培养12 h，于8 000 r/min离心10 min，弃上清液。孢子用灭菌水洗涤2次，同上离心，用0.05% Tween-80 分别配制成含孢子1×106个/mL的悬液，然后用直径7 mm的滤纸圆片浸没于孢子悬液中，再取出置于直径 9 cm 的SDAY平板中央，然后置于（25±1） ℃的培养箱中连续培养 7 d，每处理重复3次，逐日测量各平板上的菌落直径。

1.3高毒力白僵菌菌株抗紫外线能力的筛选

将各菌株的芽生孢子悬浮液（40～120个/μL）在室内紫外灯（30 W）下60 cm处照射0、0.5、1、2、4、6 min，吸取上述各处理的孢子悬浮液1 μL，均匀涂布于SDAY平板上，将平板置于（25±1） ℃ 温箱中培养，每个处理3次重复。培养 5 d 后计数各处理平板中菌落数，以未经处理的为对照，计算各菌株各处理的菌落死亡率，表示分生孢子的死亡率。

1.4高毒力白僵菌菌株耐高温能力的筛选

1.4.1短时高温处理对分生孢子的影响将芽生孢子悬浮液分装至试管，置于水浴锅恒温处理，处理温度设置：35、40、50、60、70 ℃，处理时间设置：10、20、30、40、50、60 min，以不加温处理为对照，3次重复。然后将处理的分生孢子分别：（a）转移至营养液，于26 ℃摇床恒温培养18～24 h，显微镜下观察5～10个视野，约500个孢子，计萌发率；（b）涂布于SDAY平板，25 ℃培养3 d，计成菌落数。

1.4.2持续高温培养对分生孢子的影响将芽生孢子悬浮液转移至营养液，分装至试管，置于水浴锅35、40、50、60、70 ℃ 恒温培养3～4 d，以25 ℃培养为对照，3次重复。涂布于SDAY平板，计成菌落数。

1.5高毒力白僵菌菌株耐低温能力的筛选

1.5.1高毒力白僵菌菌株低温下萌发率的测定取芽生孢子悬浮液，转移至营养液，分装至试管，在（15±1） ℃下培养，测定其萌发率。

1.5.2各菌株低温下生长量的测定取芽生孢子悬液 10 μL，滴于SDAY平板中央，每菌株设3个重复，置（25±1） ℃ 培养7 d，逐日测量菌落直径。

2结果与分析

2.1高毒力白僵菌菌株抗旱力的筛选

2.1.1高毒力菌株抗旱力的测定由表1可知，经不同浓度PEG200处理后，对不同菌株孢子萌发产生的影响不同。其中BD-B026菌株的抗旱力最高，对其孢子萌发的影响最小；BD-B017菌株次之，对BD-B007菌株影响最大。

2.1.2干旱胁迫下高毒力菌株生长量的测定由表2可知，不同菌株经不同浓度PEG200处理后，对孢子产生的影响随PEG200处理浓度的增大而增加。当处理浓度为20%时，各

菌株与未经PEG200处理间差异较明显。当处理浓度为40%时，各菌株之间存在显著性差异。其中40%PEG200对 BD-B029 的抑制率最高，BD-B021次之，BD-B026最小。表2不同菌株生长抑制率

菌株生长抑制率0%PEG200（CK）5%PEG20010%PEG20020%PEG20030%PEG20040%PEG200BD-B0260.00aA0.00aA0.01abA0.02abA0.03abA0.08bABD-B0100.00aA-0.02aA0.03abA0.01abA0.03abA0.10bABD-B0080.00aA0.00aA0.03aA0.05aA0.12aA0.13aABD-B0010.00aA0.00aA0.02aA0.04aAB0.12bBC0.14bCBD-B0170.00aA0.01abA0.04bcA0.07bcAB0.10cAB0.14dBBD-B0210.00aA0.00aA0.01bcAB0.10cABC0.15cdBC0.17dCBD-B0070.00aA-0.02aA0.00aA0.03aA0.09abAB0.18bBBD-B0290.00aA0.03aA0.05aA0.07aA0.17bAB0.21bB注：同行不同小写、大写字母表示差异显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）。

2.2高毒力白僵菌菌株抗紫外线能力的筛选

不同菌株孢子经紫外光照射后，均对孢子产生影响，随紫外照射时间的增加而增大，且与未经照射孢子的萌发率之间均存在显著性差异。各菌株孢子间致死中时差异较明显（表3）。经紫外线照射后，其中BD-B008菌株孢子活率最低，对孢子的影响最大；BD-B007菌株次之，对BD-B17菌株影响最小。

2.3高毒力白僵菌菌株耐高温能力的筛选

2.3.1短时高温处理对分生孢子的影响温度通常关系到白僵菌孢子萌发和菌丝生长的速度，以及致病率的高低。尤其是高温，35 ℃是白僵菌营养生长的极限温度[9]。因此，孢子耐热性能是筛选优良菌株的重要指标之一，耐热性好表明菌株在野外抵抗高温的能力强。8个供试菌株经高温水浴处理后，18～24 h后孢子萌發结果见表4和表5。

菌株致死中时（min）回归方程BD-B0171.67±0.02 y=1.186 9+3.117 8xBD-B0101.04±0.03y=2.470 0+2.482 9xBD-B0260.77±0.04y=3.461 2+1.736 8xBD-B0290.64±0.04y=3.790 0+1.503 2xBD-B0010.63±0.05y=4.085 6+1.146 8xBD-B0210.58±0.03y=3.033 7+2.577 3xBD-B0070.47±0.03y=3.612 1+2.059 9xBD-B0080.06±0.08y=5.170 4+0.936 6x

2.3.1.135 ℃热胁迫对分生孢子的影响35 ℃处理后与对照有差异，得到的成菌落数均比观察到的发芽率略低，但热处理时间长短对发芽率和成菌落数的影响趋势基本相同（表4）。表4不同菌株分生孢子经35 ℃恒温水浴不同时间胁迫处理后的死亡率

菌株死亡率0 min10 min20 min30 min40 min50 min60 minBD-B0260.00aA0.03abAB0.06abcABC0.10abcdABC0.13bcdABC0.16cdBC0.19dCBD-B0170.00aA0.03abA0.11abcAB0.18bcAB0.21bcAB0.22cAB0.29cBBD-B0290.00aA0.08abA0.20abA0.23abA0.28abA0.31bA0.32bABD-B0080.00aA0.11abAB0.16abcAB0.21abcAB0.27bcAB0.33cB0.37cBBD-B0100.00aA0.02aA0.17bB0.23cC0.37dD0.46eE0.55fFBD-B0070.00aA0.10bB0.18cB0.31dC0.46eD0.52eD0.62 fEBD-B0010.00aA0.44abAB0.49abcAB0.52abcAB0.55bcAB0.59cB0.65cBBD-B0210.00aA0.32bB0.38cB0.52cB0.66dC0.69eD0.86fE注同表3。

菌株半致死时间

（LT50）（min）回归方程BD-B026126.88±0.05y=2.543 5+1.167 9xBD-B01793.85±0.04y=2.516 5+1.259 1xBD-B02953.49±0.02y=0.456 4+2.629 0xBD-B01052.57±0.03y=2.272 1+1.585 3xBD-B00837.34±0.03y=1.986 3+1.916 9xBD-B00736.48±0.03y=2.070 3+1.875 5xBD-B00123.39±0.03y=2.507 6+1.820 6xBD-B02115.77±0.05y=3.491 2+1.259 7x

抗坏血酸与植物抗逆性关系第4篇

1 抗坏血酸 (ASA) 的生理功能和在植物抗逆中的作用

抗坏血酸 (ASA) 是一种普遍存在于植物组织的抗氧化物质, 1967年Anbar和NetA、1975年Nishikimi、1979年Bodannes和Chan、1983年Law等分别研究证明ASA能与OH-反应、可还原超氧物自由基, 能碎灭单线态氧、清除H2O2。

ASA作为自由基消除剂, 可以作为初级抗氧化物直接清除单线态氧、超氧化物和羟自由基。ASA也可以作为叶黄素循环中的紫黄质去环化酶的辅助因子, 在保护光合机构及光合调节过程中起重要作用;ASA还可以作为次级抗氧化物直接参与生育酚的再生, 并且还参与减数分裂和细胞扩增的调节、病原菌防御及金属和生物异源物质的消除。

ASA是植物体内有效的抗氧化剂, 细胞内H2O2在正常情况下可通过Halliwell-ASAda途径清除。ASA在抗坏血酸过氧化物酶 (APX) 作用下与H2O2反应, H2O2接受以谷胱甘肽 (GSH) 为中介的NADPH的电子还原成H2O, 从而清除H2O2的毒性, 同时ASA被氧化并形成单脱氢抗坏血酸 (MDHA) , 部分MDHA进一步氧化形成脱氢抗坏血酸 (DHA) , DHA在脱氢抗坏血酸还原酶 (DHAR) 的作用下以还原型谷胱甘肽 (GSH) 为底物生成ASA, 此反应所产生的氧化型谷胱甘肽 (GSSG) 又可在谷胱甘肽还原酶 (GR) 的催化下被还原成GSH;另一部分MDHA则被单脱氢抗坏血酸还原酶 (MDHAR) 还原为ASA[3], 再次参与H2O2的清除。

2 抗坏血酸 (ASA) 与植物抗逆性关系的研究进展

2.1 抗坏血酸与植物抗旱性之间的关系

干旱是影响植物正常生长发育的一个重要逆境因子。李才生等的研究指出维生素C可以提高植物体内的水分含量, 并在一定程度上调节酶的活性, 对细胞膜起到一定的保护作用, 提高了玉米的抗旱性。干旱胁迫可使橡树总抗坏血酸含量降低而还原型ASA含量升高, 可导致玉米ASA含量降低。单长卷等研究表明抗坏血酸合成抑制剂处理可以使不同水平干旱胁迫下的H2O2和MDA含量显著高于没有抑制剂处理的干旱胁迫;这说明, 抗坏血酸在冰草抵御干旱胁迫所造成的氧化胁迫中具有重要作用[4]。

2.2 抗坏血酸与植物抗高、低温性之间的关系

植物对高温和低温的耐受能力与其ASA含量及相关酶活性有关。秦爱国等人的研究表明在40℃和5℃处理下, 马铃薯叶片ASA含量及其代谢相关酶的基因表达和活性显著增加, 并且ASA氧化产物DHA含量也显著增加, 说明在马铃薯受到温度胁迫时, 以ASA为核心的抗氧化系统活性增强, 以清除活性氧, 抵御环境造成的伤害。赵云霞等人的研究显示在短时间 (24h) 高温和低温胁迫, 番茄幼苗以ASA为核心的抗氧化系统功能明显增强, 但长时间 (36h) 温度胁迫, ASA抗氧化系统的功能明显下降, 导致H2O2的积累[5]。周连霞等研究表明42℃高温胁迫下, 外源提高麝香百合组培苗抗氧化酶活性, 降低电导率和丙二醛含量, 增加植物体内抗坏血酸含量。这说明抗坏血酸能提高保护酶活性, 减轻膜脂过氧化程度, 对百合高温胁迫具有缓解效应, 这与谭新中等试验结果一致。

耶兴元等研究结果表明ASA可以降低高温胁迫下猕猴桃叶细胞膜透性和MDA的含量, 同时在一定程度上可提高抗氧化酶的活性, 从而可缓解猕猴桃对高温的胁迫。在庞勇等人的研究结果表明用ASA处理苹果组培苗可以有效地抑制抗氧化酶活性的下降, 提高酶活性;同时还抑制ASA含量的下降, 延缓了膜透性和丙二醛含量的增加;但抑制了GSH含量的增加;这与孙艳等人研究得出的结论一致ASA可以增强植物的抗高温能力。郭丽红等人以小麦为试材研究发现冷激处理可以使小麦幼苗细胞内抗坏血酸库和谷胱甘肽库中还原状态的抗坏血酸和谷胱甘肽含量明显增加, 以有效地清除低温胁迫产生的活性氧的危害, 从而提高小麦幼苗的抗冷性, 从而说明抗坏血酸和谷胱甘肽参与冷激诱导抗冷性的过程中起重要作用[6]。

2.3 抗坏血酸与植物抗盐性之间的关系

刘宛等人的研究表明在NaCl胁迫4d后, 小麦叶片内的chl和类胡萝卜素含量、叶片光合速率以及叶绿体的Hill反应活力均下降, 加入2mmol·L-1 ASA后, 此类指标的受抑程度可以得到缓解, 表明ASA呈现出一定程度的保护作用。另外还表明ASA具有减少·OH的形成、清除超氧物自由基和抑制膜脂过氧化、保护膜结构的作用[7]。刘正鲁等人的研究表明在盐胁迫下嫁接苗ASA和GSH含量升高, 自根苗则表现出相反的趋势。较高的ASA和GSH含量为嫁接苗清除活性氧, 减少膜脂过氧化奠定了物质基础。

何文亮等人的研究表明:抗坏血酸参与活性氧 (ROS) 的代谢, 减轻ROS对植物的伤害;并可能对植物细胞内的抗氧化酶具有调节作用, 增强逆境胁迫下植物的抗逆能力, 对植物有重要的生物学保护功能。申玉华等热播研究结果表明用ASA对紫花苜蓿种子进行浸种预处理, 可在不同浓度NaCl处理条件下, 促进紫花苜蓿种子的萌发, 增强苜蓿根系和幼苗的生长, 提高其抗盐能力。

2.4 抗坏血酸与植物其它抗逆性之间的关系

唐瑞等人研究表明在维生素C处理下, 在各盐浓度下小麦根的长度、鲜重与根系还原力均较对照值大测定值都明显高于对照, 在75mmolNaCl下, 各数据甚至超过无盐胁迫时的对照值, 因此可以推断出, 用这两种维生素处理, 对小麦在高盐环境中忍耐能力的提高有较大的帮助;在低盐浓度下, 则可以完全消除盐对供试幼苗期根系的不利影响[8]。

参考文献

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[3]罗娅, 汤浩茹, 张勇.低温胁迫对草莓叶片SOD和ASA-GSH循环酶系统的影响[J].园艺学报, 2007, 34 (6) :1405-1410.

[4]单长卷, 韩蕊莲, 梁宗锁.黄土高原冰草叶片抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢对干旱胁迫的生理响应[J].植物生态学报, 2011, 35 (6) :653-662.

[5]赵云霞, 于贤昌, 李超汉, 等.低温胁迫对番茄叶片抗坏血酸代谢系统的影响[J].山东农业科学, 2010 (4) :22-26.

[6]郭丽红, 王定康, 王德斌, 等.抗坏血酸和谷胱甘肽在小麦幼苗冷激诱导抗冷性中的变化[J].昆明师范高等专科学校学报, 2007, 29 (4) :66-68.

[7]刘宛, 胡文玉, 郝建军, 等.NaCl胁迫下离体小麦叶片内抗坏血酸与几种生理生化指标变化的关系 (简报) [J].植物生理学通讯, 1997, 33 (6) , 423-425.

高粱抗逆性研究综述第5篇

关键词：高粱,抗逆性,胁迫,种质资源,育种,栽培技术

高粱是世界上仅次于小麦、水稻和玉米的第四大粮食作物, 具有耐旱、耐涝、耐贫瘠、耐盐碱等多重抗性, 抗逆性强[1], 广泛分布于干旱半干旱地区和低洼易涝地区, 具有粮饲、造酒、帚用、编织、能源等多种用途。本文就高粱的抗逆性研究进展进行了综述, 以期为科研工作者提供参考。

1 抗旱性研究

1.1 抗旱机理研究

高粱作为一种抗旱力较强的作物, 其抗旱性主要表现在三个方面:

一是形态抗性, 其发达的根系和叶片即使在干旱条件下, 也能通过加强水分的吸收和减少水分的散失来抵御干旱逆境。Kramper P J研究认为, 具有深的、分布广和分枝多的根系, 是高粱抗旱的一个主要特征[2]。Ritchie研究结果表明, 高粱根际的有效水分不低于最大持水量的30%, 其水分吸收就足以防止低水势的产生[3]。裴冬实验表明, 旱作情况下高粱每层次根长密度均大于充分供水处理, 根系生长增加, 以利于根系吸收贮存于深层土壤的水分, 减轻干旱的胁迫[4]。据Cnyxau报道, 高粱根水势较玉米低, 其茎水势也较低, 因此有利于水分的吸收、运输和贮存[5]。Newman和Martin等研究表明, 高粱抗旱性强可能在一定程度上与高粱根系的渗透调节能力强有关。干旱条件下, 高粱叶片可通过卷叶、直立、改变开张角度以及蜡质层厚度等表现出抗旱[6]。高粱在达到凋萎前, 其细胞壁具有伸缩性, 可以调节失水速率, 延长生长期。此外高粱的持绿性也是其增加抗性和产量的一个有效特征[7]。

二是水分胁迫下的渗透调节, 包括膨压、渗透调节物质等方面。成长细胞早已停止生长, 但其叶细胞可借膨压维持一定的紧张度, 从而保持叶片的正常姿势, 不致发生萎蔫;膨压还可调节气孔开度, 使蒸腾与光合比值处于最佳状态[8]。Jones等研究发现, 完全展开的高粱叶子在中度水分胁迫下, 积累的无机离子主要是K+、Mg2+。K+主要作为液泡中的渗透调节物质, 参与渗透调节和气孔开闭作用, 其吸收和积累与ATP酶的活性有关。植物的有机渗透调节物质主要包括脯氨酸和甜菜碱等。Singh等研究认为, 干旱条件下脯氨酸的积累与高粱抗旱性呈正相关。汤章城等[9]认为, 抗旱品种Tx3197B随着外界环境渗透势的降低, 游离脯氨酸含量和在总游离氨基酸中游离脯氨酸比例的增加要多于不抗旱品种三尺三。

三是光合作用。高粱作为C4植物, 高光合是其主要产量特征。王玉国等人[10]研究证明, 抗旱品种3197B与不抗旱品种三尺三相比具有叶水势高、蒸腾速率低、气孔阻力大、光合效率和水分利用效率高等特点。

1.2 抗旱栽培技术研究

陈振江对高粱的近地面覆盖抗旱育苗技术进行实践研究, 总结出一套简便易行、经济可靠、适宜大面积采用的育苗新技术[11]。段有厚等将抗旱播种方法大体分为三类:第一类是针对土壤墒情尚好, 干旱程度不重, 用抢墒早播法、提墒播种法等。第二类是已发生干旱, 但深层土壤还含有足以使种子发芽出苗的水分, 用套耧播种法、沟种法、两犁深种法、刮土播种法等。第三类是干旱严重, 用催芽坐水垵种法、摅水接墒播种法和润墒播种法等[12]。宁淑香等[13]研究结果表明, 用150 mg/kg和250 mg/kg多效唑处理二叶一心期的高粱幼苗, 可不同程度地提高植株根冠比;增加其渗透调节能力, 降低单位时间内失水率;提高叶片叶绿素含量和光合作用强度;降低脯氨酸含量, 减轻膜伤害程度, 从而提高植株的抗旱性。张明宇[14]用S-3307处理二叶一心期的高粱幼苗提高了高粱植株的抗旱性。周开芳[15]采用不同的抗旱保水剂及其用量, 对高粱保水性能及产量进行了研究。结果表明, 陕西杨凌抗旱保水剂保水效果优于河北唐山抗旱保水剂, 且以陕西杨凌抗旱保水剂亩施2 kg对高粱土壤保水效果较好, 高粱产量最高, 较对照增产13.2%。

1.3 抗旱品种选育研究

选育出的抗旱品种有适宜在山西春播中晚熟区种植的酿酒专用高粱品种晋杂22号[16]、晋杂101等。由国家高粱改良中心 (沈阳) 以自选不育系038A为母本, 自选恢复系238为父本组配而成的辽杂18号[17]等。

2 抗盐性研究

秦岭等对103份高粱种质资源在发芽期进行耐盐性鉴定[18], 结果表明, 随着盐浓度的升高, 发芽率、发芽势呈现出下降的趋势。不同品种 (系) 间的耐盐能力存在着明显的差异, 其中芽期耐盐性强的高粱品种38份, 占供试材料的36.8%。石太渊等人用高粱体细胞梯度筛选法筛选了在3%NaCl培养基中能存活的体细胞系, 并获得了再生植株[19]。马金虎等[20]对高粱种子进行引发处理, 并对高粱幼苗进行模拟盐胁迫, 分析盐胁迫下幼苗SOD、POD活性、可溶性蛋白和MDA含量变化, 研究结果表明, 在盐胁迫初期, 多数品种, 无论引发还是未引发处理, 幼苗保护酶SOD、POD活性、可溶性蛋白含量升高, MDA含量维持在较低水平。随着盐胁迫的加剧, 保护酶活性、可溶性蛋白含量逐渐下降, MDA含量明显升高。说明引发处理通过调节幼苗体内一些抗氧化酶的活性来调节幼苗对盐逆境的适应性, 从而增强幼苗的耐盐性。

3 耐瘠性研究

张桂香等人对高粱进行耐瘠性进行鉴定, 应用耐瘠指数和出苗至开花延迟天数两个分级指标, 结合田间目测评级, 对养分胁迫下高粱受害程度、产量降低水平和植株死亡率等与对照区品种比较, 划分品种的抗性等级, 从高粱种质资源中筛选出一级耐瘠品种77份[21]。张桂香等人以相关分析法研究了23个国外高梁品种的9个主要性状与耐瘠性的相关关系, 结果表明, 穗粒数、株高与耐瘠性相关关系显著。通径分析表明, 株高对耐瘠性的直接作用最大, 其次为千粒重和一级枝梗数[22]。高儒萍等研究结果表明, 高粱耐瘠性状主要受株高基因和熟性基因控制, 耐瘠能力随植株高度的递增而减弱, 不同的隐性株高基因耐瘠性差异明显[23]。

4 抗病虫研究

提高微生物抗逆性技术的研究进展第6篇

1 提高微生物抗逆性的技术

1.1 过量表达抗逆基因

为了能够在恶劣的环境下生存, 微生物自身拥有多种抗逆基因或机制来对抗不利的环境条件, 如嗜碱芽孢杆菌 (Bacillus alcalophilus) 中的耐盐基因ect B、大肠杆菌 (Escherichia coli) 中的调节基因mar A、乳酸乳球菌 (Lactococcus lactis) 中的抗酸基因gad BC、耐辐射奇异球菌 (Deinococcus radiodurans) 中的全局调控因子irr E等。通过分子操作技术, 过量表达一些相关的调控因子或者抗逆基因能够显著提高菌株耐受环境压力的能力。

在E.coli中, Mar A能够通过调节Acr AB-Tol C外排泵, 使菌体具有有机溶剂和抗生素抗性, 有关研究表明过表达mar A能够显著提高E.coli的抗逆性[1]。Shah等[2]用平板涂布法证明了过表达mar A的E.coli菌株对香叶醇的抗性有显著提高, 除此之外, 用含有香叶醇的液体培养基培养的菌株体内积累香叶醇的量比野生菌株减少了两倍。植物乳杆菌 (Lactobacillus plantarum) 中存在三种热激蛋白 (Hsp) , Hsp18.5、Hsp18.55、Hsp19.3, 过表达这三种热激蛋白基因减缓了菌体在高温 (37℃或40℃) 和低温条件下的生长速率的降低, 同时, 过表达后两种蛋白也提高了菌株在丁醇 (1%, V/V) 和乙醇 (12%, V/V) 处理后的存活率[3], 说明Hsp产量的提高使L.plantarum对高温和有机溶剂的耐受能力有所加强。Gro ESL操纵子在微生物对抗环境压力方面起着重要的作用, 在副干酪乳杆菌 (Lactobacillus paracasei NFBC338) 中, 过表达Gro ESL操纵子, 能够显著提高其耐热、耐盐和耐丁醇的能力[4]。

微生物自身含有的多种多样的抗逆基因和抗逆机制使其能够在恶劣的环境下生存繁殖, 而生物技术的发展则使其提高抗逆性、更好地适应环境并为人们所利用成为可能。过表达生物体内基因的技术, 在提高微生物抗逆性方面的重要性越来越受到人们重视。

1.2 长期适应性进化

微生物在特定的环境压力下经过多次传代培养后能够适应此环境压力而生存和繁殖的现象称为适应性进化。微生物能够快速适应环境条件变化的能力对其生存是必不可少的。正是利用这一特性, 很多学者们经过长期定向选择得到了具有耐受各种环境压力的菌株, 在环境和工业生产方面得到了广泛的应用。

乙醇是一种新型的环境友好型能源, 而工业生产纤维素乙醇面临着多方面的难题和挑战, E.coli由于其独特的发酵五碳糖的特性, 是生产纤维素乙醇的理想微生物之一。然而E.coli缺乏对高浓度乙醇的耐受性, 限制了其广泛应用, 所以亟需通过生物技术提高菌株的乙醇耐受性。以逐渐提高菌株培养液的乙醇浓度作为选择压力, 经过大约350代的适应性进化, Wang等[5]筛选出了具有高浓度乙醇耐受性的突变菌株E.coli SZ470, 在小规模 (500 m L) 木糖 (50 g/L) 发酵过程中发现, 突变株比野生菌株的最大细胞浓度提高了67%, 乙醇生产速度提高了48%, 并且总发酵时间缩短了50%, 最终乙醇产量为23.5 g/L, 得率为94%。除此之外, Zhang等[6]经过70天的定向选择, 获得了具有耐酸性的乳酸生产突变株干酪乳酸杆菌 (Lactobacillus casei) , 并证明了突变菌株在酸性条件 (p H 4.6) 下的最大生物量及乳酸产量都有明显提高。

这些结果充分说明了微生物经过长期适应性进化能够提高其在逆环境中的生存和繁殖能力, 微生物这一特性也在人们的生活和生产中起到了重要作用。

1.3 Genome shuffling

Genome shuffling是一种能够快速定向提高微生物特性的技术。其技术原理主要是将传统的诱变技术和细胞融合技术相结合, 首先通过诱变筛选获得突变体库, 再筛选出多株具有特定性状的突变菌株, 通过多次递推式原生质体融合技术, 将多个菌株的基因组进行随机重排, 最终得到具有目的性状的菌株[7]。由于此技术结合了多亲本杂交和传统杂交的全基因组重排技术的优势, 并且不需要知道基因组序列数据或基因组网络信息, 是提高菌株特性的里程碑式的技术, 其效率较高且应用非常广泛, 在提高环境与工业微生物的抗逆性方面展现出了重要的作用。

乳酸的工业生产过程中, 发酵液中高浓度的葡萄糖和低p H环境都影响了菌株的生长活力, 从而降低生产效率。2007年, Wang等[8]以鼠李糖乳杆菌 (Lactobacillus rhamnosus ATCC11443) 为出发菌株, 利用UV射线和亚硝基胍突变的方法获得了五株具有低耐酸性的菌株作为递推式原生质体融合的菌株, 经过三轮的细胞融合, 最终得到了四株能够耐受p H 3.6的菌株, 并显著提高了乳酸的产量 (比野生菌株提高了26.5%±1.5%) 。研究表明, genome shuffling技术还可以提高L.rhamnosus菌株的葡萄糖耐受性, 从而将乳酸产量提高了62.2%[9]。除此之外, genome shuffling还能提高菌株对高温、乙醇等压力的耐受性, 经过三轮genome shuffling技术处理, 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) 的耐高温程度从40℃提高到了55℃ (传统的突变只能将其提高到45℃) , 并且可以耐受25% (V/V) 的乙醇[10]。克鲁斯假丝酵母 (Candida krusei) 是一株常用的生产乙醇的酵母菌, 乙酸是在乙醇发酵过程中产生的一种副产物, 其可能通过抑制生长和代谢影响乙醇的发酵效率, Wei等[11]利用genome shuffling技术成功提高了Candida krusei的乙酸耐受性, 对提高乙醇的生产效率有着重要意义。这些研究成果充分证明genome shuffling技术在定向改造微生物特性、提高菌株抗逆性及工业生产乙醇、乳酸等物质中发挥了重要功能。

1.4 外源抗逆基因导入微生物

采用基因工程技术将抗逆目的基因进行体外克隆、优化修饰并重组后导入对人类有价值的微生物菌体中, 使外源抗逆基因在受体细胞中异源表达, 从而得到具有抗逆性的菌株, 对抗逆环境中的不利生长因素而发挥其功能。由于耗时短并且目标明确, 利用基因工程技术将抗逆基因导入微生物成为人们广泛应用的提高微生物对抗环境压力从而行使其特定功能的一种技术。将外源抗逆基因导入微生物的方法有导入重组质粒和直接插入基因组等途径, 而通过转入重组质粒将抗逆基因导入微生物的途径由于操作简便, 在微生物抗逆性改造方面逐渐凸显出重要的地位。

随着基因工程技术的高速发展, 抗逆基因的异源表达技术也逐渐应用于增强对人类有价值的微生物的抗逆性。甜菜碱是渗透作用的调节因子, 而甜菜碱醛脱氢酶 (BADH) 能够催化甜菜碱的合成, 在生物体的抗逆性功能中发挥了重要作用。将编码BADH的基因克隆, 构建原核生物的重组表达质粒并转入E.coli中, 在异丙基β-D-硫代半乳糖苷 (IPTG) 的诱导下, E.coli在700 mmol·L-1Na Cl和55℃高温的环境压力下, 对于盐浓度和高温的耐受能力有了显著提高[12]。Lactobacillus salivarius是一种有益于身体健康并具有营养价值的菌种, 但由于其对环境压力敏感而不能有效地发挥其作用, 有研究表明, 在其胞内异源表达来自Listeria monocytogenes的Bet L (betaine uptake system) 能够显著提高L.salivarius对环境压力的耐受能力[13]。在发酵生产和食品加工过程中, 乳酸菌会遇到各种环境压力, 如酸、温度、渗透压和冷冻干燥等, 所以增强乳酸菌的抗逆性至关重要。在L.lactis NZ9000中表达来源于E.coli的dna K, 能够成功提高L.lactis对酸 (p H 5.47) 、Na Cl (3%) 、和温度 (40℃) 的耐受性[14]。此外, 在L.lactis NZ9000中异源表达来源于Lactobacillus casei的DNA修复蛋白Rec O不仅能提高其抗逆 (酸、盐、乙醇和热) 能力, 还能提高乳酸的生产效率[15]。

调控基因通过调节基因表达、修复DNA或蛋白质大分子、促进形成生物膜等途径影响一系列生物途径, 在微生物生长代谢中起到了至关重要的作用, 操作此类调节因子, 使其在异源微生物中发挥调控作用, 能够增强微生物的抗逆性。D.radiodurans中存在一种全局调控因子irr E, 在菌株对抗γ-射线、UV射线方面起到了重要的作用, 相关研究表明, Irr E能够结合rec A和ppr A的启动子序列, 而这两段基因在辐射导致的DNA分子修复方面有重要功能[16]。将irr E在E.coli中异源表达, 显著影响了菌株中与甘油代谢、碳源利用及核酸合成相关的结构基因表达, 并且提高了菌株的抗高温和抗高渗透压的能力[17], 充分说明了irr E能够在异源菌株中发挥功能, 提高菌株的抗逆性。另外, 突变后的irr E在E.coli中表达, 显著提高了其对乙醇、丁醇和乙酸的耐受性, 转录组学和蛋白质组学分析表明, 在乙醇存在的条件下, 含有突变irr E的菌株和含有原始的irr E的菌株相比, 有大约27%的基因表达有所差异, 包括甘油代谢相关、细胞膜合成相关、氧化磷酸化相关基因等[18]。这些实验表明, irr E并不是通过调节某一个或几个特定的基因, 而是通过调控全基因组的转录而提高菌株的抗逆能力。

2 总结与展望

微生物能够快速适应生存环境中的不利因素, 在工业生产和环境治理方面有着重要的应用价值。利用生物技术或基因工程等技术提高一些工业微生物如能够产生乳酸的凝结芽孢杆菌 (Bacilluscoagulans) 和德氏乳酸杆菌 (Lactobacillusdelbrueckii) [19], 或者环境微生物如能够降解芳香环类化合物的假单胞菌属 (Pseudomonas putida B6-2[20], P.putida S16[21], 和P.aeruginosa DQ8[22]等) 的抗逆性, 不仅提高了其在逆环境中的存活率, 也提高了其生长和繁殖的效率, 使其能够在逆环境中更好的发挥自身的生产或降解污染物的作用, 在工业生产和环境污染物治理方面有着广阔的应用前景。

摘要：微生物体内存在多种抗逆基因或机制, 这些机制的发现为定向提高微生物的抗逆性奠定了基础。提高微生物抗逆性的技术主要有过表达抗逆基因, 长期适应性进化, genome shuffling (基因组改组) 和异源表达抗逆基因等。利用这几种技术增强微生物的抗逆性, 在以微生物为主的工业生产和环境污染物降解方面有着广阔的应用前景。

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