水稻化感作用的生理生化特性研究

用化感水稻叶片浸提液处理不同萌发阶段的稗草幼苗，8d后测定受体稗草体内各种酶的活性结果表明，对地上部超氧化物岐化酶（SOD）的活性的最大抑制效应达27.7%，对地下部的最大抑制效应达38.4%；对地上部过氧化氢酶活性（CAT）的最大抑制效应达56.4%，对地下部的最大抑效应达62.4%。经分析，水稻的化感作用具有破坏受体植物膜的功能、影响其生长调节系统和破坏其光合作用等生理生化特性。     

苗期不同化感潜力水稻根际土壤酶活性分析

为揭示化感水稻根际土壤酶活性与水稻化感潜力的关系,在前期研究的基础上,以化感水稻“P1312777”、“IAC47”、“Iguape”和非化感水稻“Lemont”为材料,测定了苗期旱作水稻根际土壤酶活性。结果表明,化感水稻抑制了根际土壤的脱氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、脲酶活性、纤维素分解酶活性,提高了酸性磷酸酶、、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。脲酶、多酚氧化酶活性与水稻化感潜力呈显著负相关,酸性磷酸酶、碱性磷酸酶与水稻化感潜力呈显著正相关,蛋白酶、脱氢酶活性与其他土壤酶、土壤微生物区系、水稻化感潜力间均无显著相关性。化感水稻降低根际土壤多酚氧化酶活性,有利于根际化感物质的积累,提高了酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性,促进土壤磷、碳循环,为实现水稻化感效应奠定基础。     

几个树种化感物质的初步分离与生物测定

对杉木、丝栗栲以及木荷叶片的化感物质进行初步分离，并用杉木种子进行生物测定结果表明，丝栗栲和木荷叶片经丙酮和乙酸乙酯萃取浓缩后，经乙醇提取的极性化感物质活性大于石油醚提以的弱极性化感物质活性，杉木叶片分别经丙酮和乙酸乙酯萃取浓缩后，经石油醚提取的弱极性化感物质活性大于乙醇提取的极性化感物质活性，这在一定程度上可以推断丝栗栲和木荷叶片化感物质对杉木种子发芽促进作用较强的是极性化感物质，杉木叶片化感物质对杉木种子抑制作用较强的是弱极性化感物质。     

不同化感潜力水稻品种对低钾的生理与分子响应

选择国际公认的化感水稻品种“P1312777”和非化感水稻品种“Lemont”为材料,在K元素为5mg·L^-1（低K）和40mg·L^-1（正常K）2个水平的营养液中培养,通过水稻形态学指标（根长、株高、根冠比和生物量）、生理生化指标（SOD、POD、CAT、根系活力及植株中N、P、K含量）,评价不同化感潜力水稻品种对低K胁迫的生理响应,并采用实时荧光定量PCR（Realtime Fluorescent Quantitative PCR,FQ-PCR）,分析了低K胁迫下水稻根和叶中与N、P、K吸收利用相关的12个关键酶的基因表达差异。结果表明,低K促进了化感水稻“P1312777”根的生长,根冠比加大,生物量增加,但对株高的影响不显著;而该条件下非化感水稻“Lemont”的上述指标均受到不同程度的抑制。低K对两种水稻的保护酶系（SOD、POD、CAT）和根系活力均有一定程度的抑制作用,植株中N、P、K含量降低,但非化感水稻“Lemont”受抑制的程度远大于化感水稻“P1312777”。FQ-PCR检测结果表明,低K胁迫下两种水稻根、叶中的12个关键酶的基因均呈现上调表达,而化感水稻“P1312777”的基因表达上调倍数均明显大于非化感水稻“Lemont”。低K胁迫下两种水稻品种的形态学差异、生理与分子响应均表明,化感水稻“P1312777”比非化感水稻“Lemont”具有更强的适应K匮乏的能力。     

水稻化感作用的研究进展

综述了水稻化感作用的研究进展,包括水稻与其他植物相互间的化感作用、水稻化感物质的分离鉴定及其特征特性、水稻化感育种、水稻化感作用与农业可持续发展等方面进展。     

转几丁质酶基因水稻对土壤化学性状及酶活性的影响研究

对种植转几丁质酶基因水稻“竹转68”农田土壤化学性状的变化研究结果表明，当年种植和连续2年种植转基因水稻“竹转68”农田土壤有机质、可溶性N、P以及过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性与非转基因水稻对照相比无显著差异，且其叶片的化感作用大于非转基因水稻对照，但其腐殖过程化感效应及残体腐殖速度均小于非转基因水稻对照；经过冬季腐殖过程2种水稻土壤腐殖化程度基本一致，表明种植转基因水稻“竹转68”对水稻生产不会产毕不利影响．     

连作对花生根系分泌物化感作用的影响

采用连续收集法提取连作5 年、3 年和轮作处理的花生结荚期根系分泌物, 研究其对土壤微生物及花生种子发芽、幼苗生长发育和细胞膜过氧化的化感作用及连作对花生根系分泌物化感作用的影响。结果表明,花生结荚期根系分泌物对花生根腐镰刀菌36194 菌丝的生长、叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量存在促进作用, 对固氮菌14046 的生长, 花生种子胚根的伸长、幼苗的苗高、茎叶鲜重、根系鲜重、叶片叶绿素含量等有抑制作用, 促进和抑制作用均随根系分泌物添加浓度和连作年限的增加呈增强趋势。连作花生结荚期根系分泌物化感物质在土壤中的累积, 很可能是导致花生连作障碍的原因之一。     

添加水稻秸秆对油菜(Brassica napusL.)幼苗生长的影响

近几年,水稻秸秆直接还田对油菜幼苗生长的负效应受到关注。有许多研究在水稻残体或腐解物中检测出了酚酸等被广泛证实具有化感作用的物质,因此在水稻秸秆产生的负效应中,化感抑制作用不容忽视。本研究以酚酸为目标化感物质,以湖北省油菜主栽品种"中双11号"为受体,采用4种采自典型稻油轮作系统中的土壤进行盆栽试验,研究水稻秸秆对油菜幼苗生长的影响。结果表明:(1)整体看来,添加秸秆对油菜幼苗总生物量的主效应在进贤土为正,在汉川土为负,在阳逻和麻城土为无明显影响;(2)功能叶片光合色素含量在全部土壤下的显著降低均出现在播种后33 d之内,与水稻秸秆腐解速率最大值的出现与存在时间上的重叠。秸秆处理对油菜幼苗的负效应在早期强于后期;(3)土壤水溶态酚酸含量为3.3~49.0μg·g-1soil。添加秸秆虽导致土壤中水溶态酚酸浓度增加,但其明显增加主要发生在试验后期,且增量与幼苗生物量化感效应指数呈正相关关系。因此酚酸含量的变化不能解释水稻秸秆的负效应,为揭示秸秆处理的负效应机制,需要转换目标化感物质。     

水稻化感作用潜力研究初报

6个化感水稻的化感作用潜力试验结果表明，不同品种水稻的化感潜力存在差异，6个供试水稻按其对稗草生长抑制率的大小依次为“Woo Co Chin Yu”＞“Kouketsumuchi”＞“AC1423”＞“CN-15”＞“Taichung Native 1”＞“YH-1”。提高化感物质的浓度，可相应增强对稗草生长的抑制作用。试验证实，水稻对稗草的化感作用具有密度依赖效应，表现为杂草密度加大，水稻化感抑制效果降低，这与资源竞争的结果恰好相反。     

水杨酸对水稻叶片抗氧化酶系的影响

本研究探讨了SA对水稻叶片抗氧化酶系活性及H2O2水平的调节作用。10μg/mL的SA能显著提高处理叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性，诱导同株未以SA处理叶片中SOD增加，但对处理和未处理叶片叶过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性抑制作用很弱。相应地，处理叶片中过氧化氢（H2O2）和脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量均明显增加，而未处理叶片中过氧化氢和丙二醛含量增加的时间明显推迟，增幅也较小。结果表明SA提高处理叶片中H2O2含量主要是通过增加SOD活性而不是抑制CAT和APX活性，SA诱导处理叶片抗白叶枯病可能与叶片中H2O2含量增加以及脂质过氧化有关。     

不同化感潜力水稻化感效应与产量的关系

本研究探讨了连续3年5种不同化感潜力水稻田间抑草效应、产量及其之间相互关系。结果表明,不同种植时间,不同化感潜力水稻田间种植过程中伴生杂草总生物量以非化感水稻"Lemont"最大,化感水稻"PI-1"最小。化感潜力分析结果表明,不同化感潜力水稻以化感水稻"PI-1"化感抑草潜力最强,非化感水稻"Lemont"最弱。水稻产量分析结果表明,不除草条件下,不同种植时间均以化感水稻"PI-1"产量最高,非化感水稻"Lemont"产量最低。除草条件下,依然以化感水稻"PI-1"产量最高,化感水稻"IAC47"产量最小。杂草生物量、水稻化感潜力与水稻产量的相关性分析结果表明,不同化感潜力水稻产量的大小与田间杂草生物量存在极显著负相关,与化感潜力大小存在极显著正相关。     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻根际土壤酚酸类和萜类物质分析

酚酸类和萜类是水稻化感作用研究中研究较多、争议较大的2大类化感物质,但目前有关水稻根系分泌物的研究多在实验室条件下进行。本文以国际公认的强化感水稻‘PI312777’和弱化感水稻‘Lemont’为材料,以未种植水稻的土壤为对照,研究了其在田间旱育条件下,不同土壤水分状态(旱地和湿地)时,根际土壤酚酸类和萜类物质的差异。结果表明,不同水分条件下不同化感潜力水稻品种和对照根际土壤中酚酸类物质和萜类物质的组成较为相似,但各物质含量存在一定差异。适度旱胁迫下,各处理根际土壤中所检测到的咖啡酸、对羟基苯甲酸、香草酸、阿魏酸和肉桂酸5种酚酸类物质及总量均有提高,其中强化感水稻‘PI312777’根际土壤中5种酚酸类物质提高最显著,比CK湿地处理提高2.84倍;在各处理根际土壤共检测到的27种萜类物质中,17种是含氧单萜;干旱胁迫导致各处理根际土壤单萜烯、含氧单萜、含氧倍半萜和总萜变化程度和变化趋势不同,单萜烯相对含量在强化感水稻‘PI312777’根际土壤中明显提高,而在弱化感水稻‘Lemont’和对照根际土壤中则降低。本文在此基础上讨论了由此导致2种水稻田间化感抑草效果差异的原因与机制。     

Urease,invertase, dehydrogenase and polyphenoloxidase activities in paddy soil influenced by allelopathic rice variety

Allelopathic rice variety can release allelochemicals from roots to soil in which interfere with neighboring plant and microbial species, but little is currently known about their effect on enzyme activities of paddy soils. This study showed that enzyme activities and concentrations of allelochemicals in paddy field varied with rice varieties, growth stages and moisture regime. Allelopathic rice variety PI312777 paddy fields had higher levels of soil urease, invertase, dehydrogenase and polyphenoloxidase activities when compared to non-allelopathic rice variety Liaojing-9. Furthermore, allelopathic PI312777 released much higher concentrations of allelochemical 5,7,4′-trihydroxy-3′,5′-dimethoxyflavone than non-allelopathic Liaojing-9 during the whole growth stages. Both rice root exudates and the flavone changed soil enzyme activities, but their effects could be distinguished by allelopathic PI312777 and non-allelopathic Liaojing-9 varieties tested. There was a correlation with concentrations of the flavone and enzyme activities in rice soil. The flavone increased enzyme activities, but all test enzyme activities were less responsive to the flavone in flooded soil than in non-flooded soil. The flavone given the short half-life easily degraded in rice soil, but the flavone was more resistant toward degradation in non-flooded soil. These results suggest that the urease, invertase, dehydrogenase and polyphenoloxidase activities of paddy soils may be positively influenced by allelopathic rice variety through the release of allelochemicals.     

长雄野生稻及其后代抑草效果与化感潜力和农艺性状的关系

明确化感潜力和农艺性状对长雄野生稻(Oryza longistaminata)及其后代抑草效果的影响及相互关系,对发掘与利用野生种质资源的化感基因培育水稻化感新品种具有重要意义。本研究以化感抗稗草长雄野生稻、亚洲栽培稻‘RD23’及其杂交F1代(RD23×O.longistaminata)和F2代单株分离群体为材料,采用室内生物测定和温室盆栽试验相结合方法,研究化感潜力和农艺性状对长雄野生稻及其后代抑制稗草的影响,并探讨三者的相互关系。结果表明,室内生物测定为强化感潜力的水稻材料在盆栽条件下对稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用并非总强于弱化感和无化感作用的水稻材料,但在根际距离0~3 cm时,强化感潜力水稻材料对伴生稗草的抑制效应显著强于弱化感潜力和无化感作用的水稻材料。不论供试材料化感潜力强弱,当根际距离大于3 cm时,株型高大、分蘖强的供试水稻材料在盆栽条件下对稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用均显著强于株型矮小、分蘖少的材料。供试水稻材料在不同苗龄对稗草的抑制作用也存在显著差异,苗龄60 d的供试材料在根际距离0~3 cm范围内对伴生稗草的密度防效均小于苗龄30 d的对应处理组,但对伴生稗草的生物量防效和株高抑制作用则大于苗龄30 d对应处理组;之后随着距离的增加,除根际距离在3~6 cm的密度防效外,其他均无显著差异。在根际距离0~3 cm时,供试材料的化感综合效应指数(SE)与对伴生稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用显著相关,但随根际距离的增加相关性逐渐减小;株高和分蘖数与稗草的密度防效不相关,与生物量防效和株高抑制作用存在一定的相关性。研究结果显示,长雄野生稻及其后代田间抑草效果与化感潜力、苗龄、株高和分蘖数等因素相关,在根际距离0~3 cm时,化感作用在苗龄30 d的强化感潜力水稻材料的抑草效应中起主要作用。     

酚酸化感作用对栝楼生理特性及根际微生态的影响

酚酸类物质对植物产生明显化感作用，威胁植物生长和加工产品质量。以栝楼(Trichosanthes kirilowii Maxim.)为研究对象，通过室内盆栽试验，在土壤中添加3种不同浓度(0,50,100,150,200 mg/kg,分别为CK、T1、T2、T3、T4)的对羟基苯甲酸(pHBA)、苯甲酸(BA)、肉桂酸(CA)处理液，研究酚酸对栝楼生理和土壤特性的影响，阐明酚酸化感作用的强度和规律。结果表明：(1)T1浓度pHBA能够促进栝楼根系伸长，根鲜重增长率可达19.25%;BA影响栝楼生物量的积累，T4浓度下可抑制鲜重和根鲜重至CK的35.17%和58.38%;T4浓度下CA对株高和根长的抑制效果最为明显，最大降幅达到66.19%和63.13%。(2)高浓度pHBA能降低根系活力，最大抑制率为33.55%;BA对根系活力的化感效应与浓度呈正相关，最大抑制率为47.41%。3种酚酸对蒸腾速率的作用效果略有不同，但高浓度下均表现为抑制作用。(3)pHBA与CA提高SOD、POD活性，下调CAT活性；BA使SOD、POD、CAT活性都被抑制，分别降低47.42%,59.07%,45....     

化感水稻内生真菌发酵产物的抑菌活性评价及其对水稻保护性酶活性的影响

为探究化感水稻内生真菌对植物病原真菌的抑制作用及其对水稻生理特性的影响,本研究采用来自化感水稻6173中分离得到的12株内生真菌菌株,以水稻纹枯病、稻瘟病、恶苗病菌为指示菌株,通过平板对峙法研究了内生真菌菌株的抑菌活性,再采用牛津杯扩散法对初筛获得的抗性菌株进行抑菌活性复筛,并对筛选到的抑菌菌株抗菌物质的热稳定性及其对非化感水稻93067相关保护性酶活性的影响进行了研究。结果表明,菌株REF-04抑菌活性强,其对纹枯病菌抑制率达到50.63%,发酵液乙酸乙酯提取物抑制效果显著,抑菌圈直径达到18.6 mm;菌株REF-04发酵液乙酸乙酯提取物中抗菌成分具有较强的热稳定性,其发酵液能显著提高水稻苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性。本研究筛选获得的水稻内生真菌REF-04具有较好的抗菌活性,同时还能促进水稻幼苗保护性酶活性的提高,其作为生物农药具有一定的应用价值和开发前景。     

Root-mediated allelopathic interference of bhringraj (Eclipta alba L.) Hassk. on peanut (Arachis hypogaea) and mung bean (Vigna radiata)

The root mediated allelopathic interference of Eclipta alba infested soil on growth, physiological parameters and antioxidant enzyme activity was conducted on Arachis hypogaea L. and vigna radiata L. It was found that rhizosphere soil significantly reduced the germination percentage, seedling growth and dry biomass depending upon the species sensitivity. The germination inhibition was correlated with membrane deterioration as proved by a strong electrolyte leakage, increase in malondialdehyde (MDA) and H₂O₂ content. The physiological parameters like chlorophyll content, photosynthetic rate (P_n), intercellular CO₂ concentration (C_i), stomatal conductance (G_s), and transpiration (E) also showed significant reduction in E. alba infested soil and non-significant increase in leaf temperature (L_t) of two test species. The test seedlings have circumvented the allelochemicals stress, by both significant decrease and non-significant increase in the antioxidant activities in E. alba infested soil in contrast to control soil. Rhizosphere soil contained significantly higher amount of water-soluble phenolics as the putative allelochemicals, which were vanillic acid, benzoic acid, ferulic acid, and p-coumaric acid. The study concluded that rhizosphere soil exerts an allelopathic influence on peanut and mung bean by releasing water soluble phenolic acids as putative allelochemicals in soil.     

Fate and impact on microorganisms of rice allelochemicals in paddy soil

Allelopathic rice can release allelochemicals from roots to inhibit neighboring plant species, but little is currently known about their fate and impact on microorganisms in paddy soil. This study showed that allelopathic rice PI312777 released much higher concentrations of allelochemical (5,7,4'-trihydroxy-3',5'-dimethoxyflavone) than non-allelopathic rice Liaojing-9 in field. When quantitative 5,7,4'-trihydroxy-3',5'-dimethoxyflavone was added into soil, flavone gave a short half-life of 18.27 +/- 2.32 h (r(2) = 0.94) and could easily be degraded into benzoic acid. Benzoic acid with a half-life of 29.99 +/- 2.19 h (r(2) = 0.96) was more resistant toward degradation in paddy soil. Furthermore, both the culturable microbial population and the entire microbial community structure of soil incubated with flavone and benzoic acid were evaluated using the soil dilution plate method and phospholipid fatty acid (PLFA) analysis, respectively. It appeared from the results that flavone could reduce microorganisms especially for fungi present in paddy soil, while benzoic acid could induce a higher response for soil microorganisms especially for bacteria. Consequently, flavone would be responsible for the dynamics of soil microorganisms during the early period, and any observed effect during the late period would be very likely due to its degradation product benzoic acid rather than flavone itself. These results suggested that allelopathic rice varieties could modify soil microorganisms to their advantage through the release of allelochemicals. The concentration and fate of discriminating 5,7,4'-trihydroxy-3',5'-dimethoxyflavone between allelopathic and non-alleloparhic varieties tested in rice soil would result in the different patterns of microbial population and community structure in paddy ecosystems.     

水稻氨基酸态氮营养效应及其机理研究

在＾１５无菌水培试验条件下水稻氨基酸态氮和铵态氮的营养效应及其氮营养贡献,氨基酸态氮的同化机理等问题作了比较研究。结果表明,等氮量（１０ｍｇ／Ｌ）无菌水培５１天后,甘氨酸态氮（Ｇｌｙ－Ｎ）单施或与硫酸铵态氮（ＮＨ４＾＋－Ｎ）配施处理的干物重、吸氮量均大于硫酸铵态氮单施处理;Ｇｌｙ－Ｎ对水稻干物重及吸氮量的促进作用大于ＮＨ４＾＋－Ｎ;Ｇｌｙ－Ｎ与ＮＨ４＾＋－Ｎ配施条件下,以吸氮总量为基础计算的Ｇｌｙ－Ｎ氮营养贡献率可达５５．６６％。采用Ｇｌｙ－Ｎ培养的籼、粳稻整株谷草转氨酸ＧＯＴ、谷丙转氨酶ＧＰＴ及谷氨酸脱氢酶ＧＤＨ活性均大于ＮＨ４＾＋－Ｎ,且根中ＧＯＴ和ＧＰＴ活性、叶中ＧＤＨ活性明显高于相同部位ＮＨ４＾＋－Ｎ培养的水稻。水稻ＧＯＴ、ＧＰＴ及ＧＤＨ活性受对应底物谷氨酸（Ｇｌｕ）营养的促进。     

硅对水稻病程相关蛋白活性和酚类物质含量的影响及其与诱导抗性的关系

为阐明硅提高水稻抗稻瘟病的生理机制,采用室内溶液培养试验,研究了硅对接种稻瘟病菌后水稻叶片的几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性以及总可溶性酚和木质素含量的影响。结果表明,接种稻瘟病菌能诱导几丁质酶活性的快速上升,不施硅处理的几丁质酶活性在第2 d达到第一个峰值后就开始下降,而施硅处理的几丁质酶活性则继续上升直到第4 d才开始下降,从第4～8 d显著高于不施硅处理。β-1,3-葡聚糖酶活性在接种后的第4 d之前均上升缓慢,处理间差异不显著;第4 d后开始上升,到第8 d达到最大值;不施硅处理上升更快,显著高于施硅处理。接种稻瘟病菌能诱导水稻叶片总可溶性酚含量快速上升,施硅处理和不施硅处理分别在接种后的第3和第4 d达到峰值,并开始快速下降;施硅能显著提高总可溶性酚含量。水稻叶片中的木质素含量在接种后的第1 d快速上升,并维持较高水平,施硅处理显著高于不施硅处理;但在感病后期（第6 d）,施硅处理开始显著低于不施硅处理。