甜樱桃‘红灯’果实发育过程中AsA积累与相关酶活性变化

为了解甜樱桃果实抗坏血酸积累的特点及其生理机理,本研究以‘红灯’果实为试验材料,测定其发育过程中抗坏血酸(AsA)含量、谷胱甘肽(GSH)含量及AsA代谢相关酶活性的变化。结果表明:在‘红灯’果实发育过程中,AsA含量在花后0 d最高,之后快速下降再缓慢下降。GSH含量在花后10 d下降,随后迅速上升,在花后20 d达到最大值,后期又下降。AsA、GSH单果积累量发生于其整个发育期,在果实快速生长期积累量最大。果实发育过程中AsA代谢相关酶活性变化有所不同,L-半乳糖脱氢酶(GalDH)活性在整个果实发育期变化不大,抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性呈现"降-升-降"的变化趋势;然而,L-半乳糖醛酸内酯酶(GalLDH)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性与AsA的含量变化趋势基本一致,均在花后0 d活性最高,随后是快速下降期和缓慢下降期。相关性分析表明,GalLDH、MDHAR活性与AsA含量呈极显著相关。本研究对提高甜樱桃抗坏血酸含量具有指导意义。     

不同耐热性小麦品种旗叶膜脂过氧化和保护酶活性对花后高温胁迫的响应

以2个耐热性不同的冬小麦品种山农1391和藁城8901为材料,用塑料薄膜制成增温棚,分别于花后8~10 d (T1)和花后15~17 d (T2)进行高温处理,研究了花后不同时期高温胁迫对小麦旗叶丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的影响。结果表明,T1处理的旗叶内活性氧防卫系统能更有效地启动,使膜脂过氧化水平有所下降,而T2处理造成的伤害不可恢复。花后28 d,与藁城8901相比,山农1391各处理MDA含量较低。T1处理的SOD和CAT活性明显上升,但CAT活性的上升期晚于SOD,它们协同起保护作用,延缓旗叶的衰老,其中山农1391SOD活性的上升幅度较大,而且CAT活性的恢复性增加的能力较强;T2处理的SOD活性未见上升,甚至有所下降,CAT活性虽然高于对照,却未能有效减轻膜脂过氧化程度,表明SOD在酶保护系统中起核心作用。T1处理降低了POD清除H₂O₂的能力;T2处理的POD活性大幅上升,可能对叶片起到了伤害作用,加速了旗叶的衰老。因此,小麦的耐热性随花后生育进程而下降,应特别加强灌浆中后期的田间管理,减轻高温的伤害。     

转基因水稻抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统对锌镉互作的应答

实验分析了转GST和CAT 1双抗氧化酶基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativa L.中花11号)抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统在锌、镉及锌镉复合处理条件下的变化。结果显示,在单一镉胁迫下,转基因水稻(T)地上部分的CAT和GST活性都比非转基因水稻(N)的高,而前者的DHAR活性和GSH氧还状态则低于后者的;T根系CAT、APX和GR的活性也高于N的,但其GST、SOD和DHAR的活性则低于N的。单一锌处理时,T地上部分的CAT、GST、DHAR、APX和GR活性及ASA氧还状态都比N的高;其根系CAT和APX的活性也高于N的,但GSH氧还状态则低于后者的。锌和镉复合处理时,T地上部分的CAT和GR活性都比N的高,其SOD和DHAR活性及ASA和GSH氧还状态却低于后者的;T根系的CAT、GST和APX活性都比N的高,而前者的SOD、GR和DHAR活性及GSH氧还状态则比后者的低。转基因水稻和非转基因水稻之间抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统变化的差异,可能是外源基因和内源功能相关组分协同作用的结果。     

PEPC过表达可以减轻干旱胁迫对水稻光合的抑制作用

为了明确磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)过量表达能否提高水稻的光合速率,测定了42个表达不同PEPC水平的转玉米PEPC基因水稻株系及对照(受体亲本中花8号)开花期和灌浆期的光合速率。结果表明,在水田条件下,转基因株系光合速率与未转基因对照相比没有明显差异;而在旱地条件下,转基因水稻的光合速率显著高于对照(27%和24%)。随机选取2个PEPC相对活性分别为10倍和25倍的转基因株系进行网室精确控水盆栽实验得到相似的结果。说明单纯导入PEPC并不能提高水稻的光合速率,而干旱胁迫下转基因水稻的光合优势可能是由于PEPC参与水稻的抗旱反应而减轻了干旱胁迫对光合作用的抑制作用。     

外源ABA和6-BA对不同持绿型小麦旗叶衰老的影响及其生理机制

为深入认识植物激素在小麦抗氧化和调控衰老中的作用机制,以持绿品种汶农6号和非持绿品种济麦20为材料,在盛花期后喷施脱落酸(ABA)和6-苄基腺嘌呤(6-BA),考察外源激素对旗叶衰老过程中生理生化指标动态变化以及籽粒产量的影响,并探讨了激素与衰老的关系。结果表明,汶农6号旗叶的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、叶绿素含量及籽粒千粒重和产量均大于济麦20,且丙二醛(MDA)含量低于济麦20,表明持绿型品种抗氧化能力强,衰老进程较慢,进而获得较高产量。外源ABA和6-BA处理显著提高花后7~28 d旗叶叶绿素含量,提高花后21~35 d可溶性蛋白含量,显著降低花后28~35 d旗叶MDA含量。外源ABA降低两品种旗叶玉米素(ZR)含量,但提高生长素(IAA)和赤霉素(GA)含量,降低了其在花后28~35 d的ABA含量。6-BA处理提高旗叶ZR含量及花后7~14 d IAA含量,降低济麦20花后21~35 d旗叶ABA含量。外源ABA显著提高汶农6号花后7~21 d旗叶SOD活性,喷施ABA对汶农6号旗叶POD和过氧化氢酶(CAT)活性影响没有显著性影响,但显著提高了济麦20花后7~28 d POD活性,喷施6-BA提高了两品种7~28 d SOD、POD和CAT活性。总之,ABA和6-BA处理改变了旗叶内源激素水平,提高抗氧化酶活性,降低MDA含量,延缓旗叶衰老,从而提高了籽粒产量。     

水分胁迫对水稻结实期一些生理性状的影响

选用抗旱性不同的3个杂交水稻品种，在干旱棚内分别在正常供水和水分胁迫条件下，研究了水稻结实期丙二醛（MDA）含量、光合速率、气孔导度、渗透调节物质及保护性酶活性等生理性状变化。结果表明，结实期随土壤水分胁迫加剧和时间延长细胞膜脂过氧化加剧，抗旱性弱的品种膜脂过氧化更为严重；剑叶光合速率、气孔导度和叶绿素含量迅速下降，抗旱性弱的品种比抗旱性强的品种降速快、幅度大。抽穗后0～14 d随胁迫时间的延长叶片内可溶性糖、氨基酸含量增加，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）3种酶活性升高，抗旱性强的品种增加或升高的幅度大。抽穗14 d后叶片内可溶性糖、氨基酸含量下降，SOD、CAT和POD酶活性降低。试验表明，水稻叶片MDA含量、光合作用、渗透调节物质及保护性酶活性的变化幅度与品种的抗旱性密切相关。     

转ppc基因水稻苗期抗旱特性研究

通过C₄转基因技术改善C₃作物光合作用, 以期提高作物产量是国内外研究的热点之一。然而, 目前关于转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因对水稻的光合作用、产量和抗旱性的影响及其调节机理仍不很清楚。本研究以T₄代转ppc基因水稻为材料, 进行产量和苗期抗旱性研究。结果表明, 在旱作栽培条件下, 两个转ppc基因株系(T1, T2)单株产量分别比未转基因的对照(WT)增产28%和42%, 分蘖增加27%和40%; T1和T2可维持较高的光合速率、气孔导度和水分利用效率; 干旱胁迫使超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量增加, T1和T2 SOD活性增幅(+25%)都显著高于WT(+9%), 而MDA含量增幅显著低于WT, 表明转ppc基因水稻具有较强的抗氧化能力; T1和T2比WT具有较高的脯氨酸含量和渗透势下降幅度, 说明转PEPC基因水稻的渗透调节能力高于对照。PEG-6000处理下, 得到的结果相似。     

玉米ppc基因过表达对转基因水稻光合速率的影响

通过转基因技术将外源ppc基因导入水稻以期增加产量是国内外的重要研究领域。然而,关于ppc基因过表达能否提高转基因水稻的光合速率至今尚无定论。本研究将玉米ppc基因导入水稻中花8号,获得大量转基因水稻植株。经PCR筛选、PEPC活性测定、Southern和Western杂交分析,表明玉米ppc基因已经整合到受体水稻基因组中,并得到了正确和高效的表达。测定了温室内种植的T₁代6个PEPC活性不同的转基因水稻植株的光合速率,只有活性最高的株系的光合速率显著增加,增加的幅度为27.3%。在旱作栽培条件下测定了T₃代33个转基因株系的光合速率,结果表明在高温、高光强下,绝大多数转基因水稻的光合速率增加,最大提高了68.8%。比较6个转基因株系的T₁和T₃代看到,逆境胁迫条件下转基因水稻光合速率明显提高。以上结果表明水稻中导入ppc基因可以提高其光合速率,特别是逆境条件下的光合速率。     

转CrylAC及CrylAC+CpTI基因对棉花上绿盲蝽2种消化酶活性及海藻糖含量的影响

 以转基因棉国抗22,sGK321及其亲本棉泗棉3号、石远321为材料,研究了上述4种寄主上绿盲蝽淀粉酶、蛋白酶活性及海藻糖含量。结果表明：与亲本棉相比,2种转基因棉绿盲蝽若、成虫淀粉酶、蛋白酶活性和海藻糖含量均值较高,且若虫淀粉酶活性、成虫海藻糖含量在转基因棉国抗22和其亲本棉泗棉3号之间差异显著;同一品种棉花上成虫的淀粉酶、蛋白酶活性和海藻糖含量均高于若虫,并差异极显著。绿盲蝽若、成虫淀粉酶、蛋白酶活性及海藻糖含量在转基因棉及其亲本棉上的频率分布高峰基本一致;但与亲本棉花相比,2种转基因棉所测指标在低区间段分布较少,在高区间段分布较多。     

抗氧化酶对棕色棉色泽的影响

 以棕色棉和白色棉为材料,测定发育期种皮与纤维中抗氧化酶及色素合成相关物质含量的变化,初步探讨抗氧化酶对棕色棉色泽的影响。结果表明：纤维次生壁沉积期（25~45 DPA）,棕色棉种皮颜色显著加深;次生壁沉积后期（35~45 DPA）,棕色棉纤维颜色加深明显。花后28~35 d,浅棕ANL-2种皮缩合单宁和总酚含量下降,棕色素积累;花后35~42 d,深棕ANL-1纤维缩合单宁含量降低,总酚含量上升,纤维颜色变化最深。花后28~35 d,浅棕ANL 2种皮POD活性下降;花后35~42 d,棕色棉纤维POD活性降低;SOD与CAT对棕色棉色泽影响不大;POD在次生壁沉积后期（35~45 DPA）参与棕色素的形成。     

4PU-30延缓杂交水稻叶片衰老的效果与作用

用４ＰＵ－３０喷施抽穗后１０天的杂交水稻植株,可显著延缓叶片衰老,表现为叶片衰老过程中叶绿素的降解明显减缓,同时,明显抑制衰老期间叶片超氧物歧化酶（ＳＯＤ）,过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性下降和脂质过氧化作用产物丙二醛（ＭＤＡ）增加,表明４ＰＵ－３０延缓叶片衰老与调节活性氧代谢有关,４ＰＵ－３０还能提高叶片光合速率和果糖１,６－二磷酸酯酶（ＦＢＰａｓｅ）活性,促进籽粒灌浆和干物质积累,增加粒重和产量。     

施氮处理对水稻颖果淀粉积累和相关酶活性的影响

以扬稻6号和粳稻941为材料,通过盆栽试验,研究了不同施氮处理对水稻颖果淀粉积累和相关酶活性的影响。结果表明,增加穗肥施氮量显著降低颖果中的可溶性糖含量,淀粉含量有降低的趋势,但不明显。颖果中直链淀粉和支链淀粉含量随粒重的增加而上升,二者积累具有同步性;增加穗肥施氮量能显著降低颖果中直链淀粉含量,并使颖果中直链/总淀粉的比例降低,其效果要好于分蘖期施氮。分蘖期或孕穗期增施氮肥可以显著提高灌浆中、后期颖果中的ADPG焦磷酸化酶(AGP)、可溶性淀粉合酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)的活性,降低颖果中淀粉粒结合型淀粉合酶(GBSS)的活性。就施氮时期来看,孕穗期施氮(LH)对这些酶的促进或抑制效果好于分蘖期施氮(HL)。     

干旱胁迫下PEPC过表达增强水稻的耐强光能力

以过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的水稻为材料,研究了不同程度干旱胁迫下开花期剑叶光合作用的光响应过程、叶绿素荧光参数、色素含量和活性氧代谢。结果表明,在干旱特别是重度干旱胁迫下,野生型水稻在强光下净光合速率迅速下降,而转Zmppc基因水稻没有明显的下降现象; 而且表示光化学活性的叶绿素荧光参数F_v/F_m、Φ_PSⅡ和q_P下降程度低,说明PEPC增强了干旱胁迫下水稻抵御强光胁迫的能力。这可能是因为干旱胁迫下转Zmppc基因水稻玉米黄质含量高,光系统对过剩光能的耗散能力强,能够保护光系统免受过剩光能的伤害,从而减小O₂^?产生速率; 同时干旱胁迫下转PEPC基因水稻抗氧化酶SOD、POD和CAT活性高,能有效清除活性氧,减轻膜质过氧化。     

强耐冷性水稻新品系J07-23抗氧化系统对长期冷水胁迫的响应

为了阐明强耐冷性水稻对长期冷水胁迫抗性的生理基础, 以水稻新品系J07-23和冷敏感的栽培稻秀子糯为试验材料, 研究长期冷水胁迫(19℃)下参试材料在开花期剑叶活性氧代谢、抗氧化酶活性、抗氧化剂含量的变化以及成熟后的穗部性状。结果表明, 在长期冷水胁迫下, 秀子糯剑叶的O₂产生速率、H₂O₂含量和MDA含量显著增加, 抗氧化系统中SOD、CAT和GR活性显著升高; J07-23剑叶H₂O₂含量显著增加, 而O₂产生速率和MDA含量无显著变化。J07-23的抗氧化酶(SOD、CAT、POD、APX和GR)活性极显著升高, 抗氧化剂(AsA和GSH)含量及AsA/DHA值和GSH/GSSG值也显著增加。依据耐冷性评价标准, J07-23具有极强耐冷性, 冷水胁迫下高的抗氧化酶活性和抗氧化剂含量是其耐冷性的生理生化基础。     

无抗性选择标记转基因软米和糯稻新品系的选育及中间试验

直链淀粉含量是影响稻米品质的最重要因素之一。为培育直链淀粉含量较低的软米和糯稻新品系,在经共转化法获得的转反义Wx基因水稻自交后代中筛选获得国不含抗性选择标记基因的纯合体.对这些纯合转基因水稻的分析表明,其未成熟种子胚乳中Wx基因表达水平和成熟种子中Wx蛋白量较未转化对照有不同程度的降低。转基因水稻成熟种子中直链淀粉含量较未转化对照有不同程度的下降,2个转基因系降低至10%左右,相当于软米的直链淀粉含量,1个转基因系降到了2%以下,形成了糯稻新品系。转基因稻米中直链淀粉含量降低后,其胶稠度相应变软,而糊化温度未发生明显改变。田间试验结果表明,转基因水稻的大部分农艺性状与受体品种武香粳9号无显著差异。因此,本研究成功培育了无抗性选择标记且淀粉品质改良的转反义Wx基因水稻新品系。     

利用基因编辑技术改良水稻直链淀粉含量与香味

直链淀粉含量是稻米品质的理化指标之一,理想的稻米直链淀粉含量是13%~18%,有香味的稻米特别受消费者欢迎。本研究利用CRISPR/Cas9系统对Wx、Badh2(fgr)2个基因进行定突变,分别在Wx的5’UTR内含子剪切点和编码区序列(CDS)的第13外显子处设计靶点,Badh2的编码区序列(CDS)的第3和第9外显子处设计靶点,构建2个双靶点CRISPR/Cas9载体,通过遗传转化导入受体‘中早35’中,2个独立的转化事件分别得到14株和13株T0代转化苗,对T0突变情况分析表明,突变频率分别为57.1%,46.2%;对Wx基因编辑后产生的4个无转基因标记的T2代稳定株系进行直链淀粉含量测定,结果分别为12.2%、11.3%、7.4%、4.9%,比未编辑的对照‘中早35’(24.6%)大幅降低;同时对Badh2编辑后产生3个无转基因标记T2代稳定株系进行香气物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)含量测定,结果分别为228.16μg/kg,198.31μg/kg,2095.24μg/kg通过口嚼判断这3个株系确实有不同程度的香味,而没有香味的对照‘中早35’为0.000001μg/kg,以上所有株系的农艺性状与对照‘中早35’一致。综合结果表明,利用CRISPR/Cas9系统成功编辑水稻Wx、Badh2基因,获得了稳定遗传、较低直链淀粉含量且带有香味的突变体,为优质稻育种提供了新的种质资源和创建方法。     

分子标记辅助选择改良特青及其杂交稻米的蒸煮与食味品质

特青是我国育成的一个超高产籼稻常规品种，同时也可作为两系杂交稻的重要亲本，但其直链淀粉含量较高，蒸煮与食味品质较差。采用水稻蜡质基因内的一个分子标记（称为PCR-AccⅠ）进行辅助选择育种，经回交转育向特青品种导入来自中等直链淀粉含量优质籼稻的Wx基因，选育了仍保持原有亲本主要农艺性状的3个优质品系特青TT-1、特青TT-2和特青TT-3。改良品系胚乳中Wx基因表达量较改良前明显下降，直链淀粉合成大幅减少，由改良前的28.5%成功下调至15%左右的中等偏低水平。用改良品系与培矮64S所配两系杂交组合仍能保持较高的结实率及其他优异农艺性状，而杂交稻米的直链淀粉含量明显改善。直链淀粉含量降低后对亲本及杂种稻米中胶稠度等其他蒸煮食味品质的改善也有明显作用。     

不同氮肥吸收利用效率水稻基因型叶片衰老特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种,研究225kghm-2施氮条件下其氮素吸收积累特性。与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻在拔节至抽穗、抽穗至成熟阶段的氮素吸收速率、氮素积累量和积累比例均具有明显优势,其中以抽穗至成熟阶段的优势尤为显著。该阶段水稻各器官逐渐衰老,植株各项生理功能逐渐衰退,为明了水稻衰老与植株中后期氮素吸收与积累、氮肥吸收利用效率的相互关系,相继研究了花后各基因型水稻的衰老特性。结果表明,齐穗后的不同时期,氮高效基因型水稻的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于氮低效基因型,而膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的含量却要显著低于氮低效基因型水稻。相关性分析表明,水稻的氮肥利用效率与齐穗后剑叶中的SOD、POD和CAT活性呈极显著正相关,而与其剑叶中的MDA含量呈极显著负相关。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻生育后期剑叶中用于清除活性氧自由基的SOD、POD、CAT活性较高,能有效阻止高浓度氧的积累和膜脂过氧化作用,降低MDA的含量,因而降低叶片的衰老进程,在维持较长光合功能期的同时能增强物质积累,促进植株对氮肥的吸收和利用。     

粳稻颖果维管束结构粒位间差异及其与品质性状的关系

以典型粳稻品种辽粳294和盐丰47为试材,比较了开花后4~22 d穗上不同部位一、二次枝梗颖果背部维管束的解剖结构变化,并对其相应粒位的稻米品质进行分析。结果表明,两品种颖果背部维管束截面均近似椭圆形,其面积大小及短轴长度均随颖果的生长而呈抛物线形变化,辽粳294在开花后12 d、盐丰47在开花后10 d分别达到最大值,截面长轴长度则随颖果生长和灌浆进程而单调上升。从整体上看,两品种颖果背部维管束表现为从基部到顶部由粗到细的管-束状结构,由居中的导管束和周边的若干筛管束构成。在开花后相同时间,两品种维管束截面面积、截面长轴长度、截面短轴长度、筛管区域宽度、导管数、颖果体积、颖果干质量,均表现为上部一次枝梗籽粒＞下部一次枝梗籽粒＞上部二次枝梗籽粒＞下部二次枝梗籽粒,并且在相同部位上,维管束性状均表现为辽粳294大于盐丰47。维管束截面面积及其长轴长度,与稻米垩白粒率和垩白度呈显著负相关,维管束截面面积、长轴长度、短轴长度、筛管区域宽度和导管数,与颖果干质量、颖果充实度和谷粒充实度呈显著正相关。颖果背部维管束结构的差异,是稻米垩白性状、颖果充实度和其他与同化物积累特性有关的性状产生差异的重要形态学和解剖学基础。     

多胺对冬小麦籽粒灌浆的影响及其生理机制

以周麦18和西农538为材料研究表明,喷施精胺(Spm)或亚精胺(Spd)显著促进冬小麦籽粒灌浆,而喷施腐胺(Put)对冬小麦籽粒灌浆无显著影响;外源Spm或Spd显著提高旗叶叶绿素含量、光合作用以及抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性,同时显著降低旗叶丙二醛以及籽粒乙烯释放速率。说明不同类型多胺对冬小麦的影响不同,多胺对冬小麦籽粒灌浆的影响与叶片光合、衰老以及籽粒ETH释放速率密切相关。