硝酸还原酶合成的NO通过诱导酸敏感水稻根尖ROS积累引起酸毒

酸毒是酸性土壤中限制作物生长的重要因子之一,但酸毒通常与金属离子毒性共存,难以在土壤中直接研究,目前关于水稻酸毒机制的报道较少。选用前期筛选的酸耐性不同的两个水稻品种Kasalath（酸耐性）和Jinguoyin（酸敏感）,研究水稻的酸敏感性与活性氧（ROS）积累及氧化还原代谢相关酶的关系,并试图探讨酸毒害中一氧化氮（NO）信号与活性氧信号的调控关系。结果显示,低pH引起酸敏感水稻品种Jinguoyin中根尖NO和ROS的富集,但酸耐性水稻品种Kasalath中无显著变化。NO清除剂2-(4-羧基苯基)-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧基-3-氧化物钾盐（cPTIO）可清除Jinguoyin根尖富集的NO和ROS。硝酸还原酶反馈抑制剂谷氨酰胺（Gln）可明显降低Jinguoyin在低pH下的根尖NO信号,而一氧化氮合酶抑制剂N’-硝基-L-精氨酸甲酯盐酸盐（L-NAME）对根尖NO信号无影响。低pH显著提高了Jinguoyin中硝酸还原酶基因NIA1、NIA2和NIA3的表达,同时也提高了硝酸还原酶活性。可见,低pH下Jinguoyin受到的酸毒与NO介导的ROS富集有关,酸毒下产...     

黑麦品种间耐铝差异性机制研究

采用室内模拟方法,研究了铝诱导黑麦根系分泌有机酸、根尖磷对铝的固定作用。结果表明,在铝胁迫下冬牧品种（Win）相对根伸长率高于King品种。在铝胁迫下,经磷预处理的根尖铝和磷含量增加,且以Win品种根尖中的Al、P含量较高,说明根尖磷对铝的固定是黑麦耐铝机制之一。另一方面,在铝胁迫下,两品种根系均分泌柠檬酸和苹果酸,且Win的分泌速率较高。有机酸的分泌随着铝处理浓度（10、30、50 mol/L）和时间（0.5、3、6、9、12 h）的增加而增加,但在低温（4C）下柠檬酸分泌量显著减少。Al处理0.5 h后苹果酸已明显分泌,而柠檬酸的分泌在铝处理6 h后才明显增加。在铝处理前,进行缺磷预处理（3 d）不能增加有机酸的分泌,10 mol/L的La3+、Cu2+、Ni3+也不能诱导根系分泌有机酸。说明铝诱导根系专一性分泌有机酸也是黑麦品种间耐铝性差异的机制。     

铝胁迫下磷对水稻苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率的关系

选用两个耐铝性差异较大的水稻品种武运粳7号(耐铝品种)和扬稻6号(铝敏感品种)作为实验材料,利用水培铝-磷交替处理试验研究了磷对水稻铝胁迫下苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率之间的关系。结果表明,从水稻铝-磷交替处理下的生物量和根系形态等指标来看,P缓解了Al对两个水稻品种的毒害作用,且对敏感品种扬稻6号的缓解作用更加明显。铝-磷交替处理下,武运粳7号的体内磷含量显著高于扬稻6号的,而根部铝含量显著低于扬稻6号,因此武运粳7号体内的P/Al显著高于扬稻6号;同时,虽然两个品种间根表及根自由空间中Al浓度没有差别,而武运粳7号根表及根自由空间中P浓度显著高于扬稻6号,表现出耐铝品种更强的质外体解铝毒能力,这可能与武运粳7号较强的磷吸收效率有关。此外,与耐铝品种武运粳7号相比,铝敏感品种扬稻6号虽然磷吸收效率低,但利用效率高,即两个水稻品种的耐铝性与水稻的磷吸收效率和利用效率不一致,这为酸性土壤水稻育种提供了理论基础,即选育适应酸性土壤的水稻基因型不仅要关注其耐铝性还要关注其磷利用效率。     

植物铝抗性基因及抗铝毒基因工程研究进展

酸性土壤占世界可耕作土壤的30％,而铝毒是酸性土壤中植物生长和作物生产的主要限制因素.近年来,在植物中鉴定了一系列抗铝基因,如有机酸通道蛋白基因(ALMT1和MATE),ABC通道蛋白基因(STAR1和STAR2)和转录因子基因(STOP1和ART1).通过基因工程手段在植物中过表达有机酸通道蛋白基因、有机酸代谢酶基因和其他铝胁迫响应基因均获得了很大的进展.本文综述了植物抗铝基因的克隆与鉴定,以及通过遗传操作提高植物的抗铝能力.     

不同水稻品种磷利用效率与耐铝性的关系研究

铝毒和磷缺乏是酸性土壤上作物生产的主要限制因子。本研究中我们探究了5个粳稻和5个籼稻品种的磷利用效率和耐铝性之间的相互关系。结果表明,粳稻品种的耐铝性显著高于籼稻品种。对于耐铝性强的水稻品种,施加磷肥后地上部生物量显著增加,而铝敏感的品种对磷肥响应较小,这可能是由于其耐铝性差而酸性土壤中的铝毒导致根系结构和功能受损,从而影响养分的吸收和利用。不同水稻品种的耐铝性和磷吸收效率呈正比而与磷利用效率呈反比,且粳稻的地上部磷浓度及磷吸收效率高于籼稻,但磷利用效率则低于籼稻。这些结果对于酸性土壤中筛选耐铝和磷高效利用的水稻品种具有重要意义。     

铝胁迫下水稻幼苗根尖表面pH和有机酸的动态变化

采用添加pH指示剂溴甲酚紫的琼脂糖凝胶平板技术, 检测了铝胁迫下水稻幼苗根尖表面pH和根尖细胞有机酸含量的动态变化。铝胁迫下, 幼苗根尖表面颜色在处理第1 h、3 h、6 h无明显变化; 而对照处理第1 h时水稻幼苗根尖表面颜色已发生明显变化, 呈浅橙色, 处理第3~6 h幼苗根尖表面变为橙红色。表明在正常条件(pH 4.4)下水稻幼苗根尖表面pH有碱化趋势, 铝胁迫条件下(pH 4.4)水稻幼苗根尖表面pH碱化的趋势被抑制。在测定的铝胁迫水稻幼苗根尖细胞细胞质10种有机酸中, 发现3种有机酸含量的变化趋势不同。草酸含量无明显变化; 柠檬酸含量在铝处理0~3 h内变化不明显, 处理3 h后迅速提高, 处理12 h达最大值后转而下降, 铝胁迫24 h时柠檬酸含量比胁迫12 h时降低16.27%, 差异达显著水平, 胁迫24 h后的柠檬酸含量变化不大但仍高于胁迫6 h的柠檬酸含量; 铝处理3 h后苹果酸含量较胁迫前下降幅度不大, 差异不显著(P>0.05), 3 h后显著下降, 6 h后下降趋势不明显。     

铝胁迫对不同耐铝大麦基因型干物质积累与铝和养分含量的影响

以苗期表现为耐铝性具有明显差异的 10份大麦基因型为材料 (耐铝和铝敏感基因型各 5个 ) ,研究铝胁迫条件下生育后期植株生物量、铝和养分元素含量的差异。结果表明 ,铝胁迫抑制植株干物质积累 ,但抑制程度因基因型而异 ,上 70 119等铝敏感基因型受影响较大 ,且两类基因型之间的差异成熟期明显大于乳熟期。铝胁迫显著降低敏感基因型的子粒产量 ,但对耐性基因型的影响较小。铝胁迫增加所有基因型根系和地上部的Al含量 ,但增加幅度基因型之间存在着明显差异 ,耐铝基因型增加较少 ,而铝敏感基因型表现显著增加。酸性土壤上 ,根系和地上部N、P、K、Ca、Mg和Zn等养分含量 ,铝敏感基因型显著减少 ,耐铝基因型受影响较小。     

木本植物适应酸性土壤机理的研究进展——以胡枝子(Lespedeza bicolor)和油茶(Camellia oleifera)为例

综述了近年来木本植物适应酸性土壤的耐铝机理研究进展,重点以酸性土壤先锋植物胡枝子(Lespedeza bicolor)和铝累积植物油茶(Camellia oleifera)为例,总结了木本植物根系有机酸的分泌、铝吸收和运输机制及铝与氮磷胁迫的协同适应等。木本植物有铝累积和铝排斥植物之分;铝排斥植物胡枝子耐铝的重要机制是其根系同时分泌柠檬酸和苹果酸;铝累积植物油茶高效累积铝的原因在于其不仅可以高效吸收土壤和土壤溶液中广泛存在的铝(Al3+和Al-F),而且可以通过木质部运输和特定季节韧皮部运输的配合实现铝的高效分配和传输;铵态氮相对于硝态氮可缓解胡枝子的铝毒害;磷对不同胡枝子耐铝作用的影响明显不同。木本植物适应酸性土壤机理的深入研究将会有助于完善植物的耐铝机理及铝运输理论,并为酸性土壤中矿质养分管理提供理论基础。     

铝胁迫下大豆根系脱落酸累积与柠檬酸分泌的关系研究

为探讨铝(Al)胁迫条件下脱落酸(ABA)调控植物根系有机酸分泌的机制,进行了ABA与Al诱导大豆根系柠檬酸分泌的关系试验。结果表明:1)外源ABA和ABA合成抑制剂fluridone分别提高和降低了Al诱导的大豆根尖ABA含量的增加,但对根系柠檬酸分泌量均无影响,ABA对根系内源柠檬酸含量和柠檬酸合成酶的活性也没有影响;2)分根试验表明,与Al直接接触的根部(Part A)内源ABA含量发生变化,且有柠檬酸的分泌,而不与Al直接接触的根部(Part B)内源ABA含量也发生变化,但没有柠檬酸分泌;3)Al胁迫下,大豆耐Al基因型柠檬酸分泌量远高于敏感基因型,但二者的内源ABA含量却没有差异;4)30μmol AlCl3处理,在0~12 h柠檬酸分泌速率和内源ABA含量随Al处理时间增加而增加,去除Al胁迫时(12~18 h),柠檬酸分泌速率继续增加,但内源ABA含量则迅速下降。综合以上结果,推测ABA不是通过提高Al诱导柠檬酸分泌来调控大豆耐Al性。     

几种禾本科作物对铝的敏感性或耐性

通过调查几种禾本科作物根的伸长，根尖的铝含量、铝诱导其根系有机酸的分泌，探讨作物耐铝（铝敏感）性及作物对铝毒害的抵御机理。结果表明，水稻、黑麦是耐铝的作物，而大麦、小麦（Scout 66)是对铝敏感的作物，玉米和高梁对铝敏感性较小麦弱。小麦和玉米品种间对铝的敏感性差异显著，而高梁对铝的敏感性品种间差异性较小。铝能够诱导水稻、黑麦和耐铝的玉米及小麦品种的根系分泌柠檬酸和/或苹果酸。这表明铝诱导有机酸的分泌是它们抵御铝毒害的机理。     

外源有机酸缓解水稻幼苗根系铝毒的生理机制

以4种杂交水稻品种为材料,进行溶液培养,测定了不同Al胁迫处理下发芽期幼苗的根长、根重、根电导率以及根系线粒体中重要的活性氧清除酶POD、CAT和APX的变化,研究了水稻幼苗对外源有机酸和Al毒响应的生理机制。结果表明:1.5mmol/L Al胁迫下水稻幼苗根系受到轻微伤害,同时POD和APX活性明显增加,CAT活性变化不大;而添加有机酸后,Al胁迫得到明显缓解,其中琥珀酸的缓解效果最为明显,柠檬酸、苹果酸、柠檬酸 琥珀酸的效果表现出品种的特异性;且加入外源有机酸后,POD和APX活性呈下降趋势,CAT的活性变化相对较小。表明Al胁迫引起水稻根细胞线粒体中活性氧代谢平衡发生变化,而有机酸的加入调节了Al胁迫下根系细胞线粒体中活性氧清除酶的活性,从而缓解了发芽期水稻幼苗的Al毒。     

Mechanisms of Aluminum Tolerance in Phosphoenolpyruvate Carboxylase Transgenic Rice

Transgenic rice, in which C4-phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) is overexpressed, was grown in hydroponic culture to evaluate its tolerance for high aluminum (Al) content in relation to organic acid synthesis and exudation into the rhizosphere. With regard to root growth in short-term experiments, PEPC-transgenic rice was more tolerant of Al than the wild type. At increased Al levels in the root medium, root tips of the transgenic rice accumulated less Al than those of the wild type. Aluminum-induced oxalate exudation from roots occurred at increased rates in the transgenic line. Overexpression of C4-PEPC drastically increased PEPC activity in leaves of the transgenic rice, causing higher organic acid concentrations in leaves and roots. The increased organic acid concentrations seemed to cause higher exudation rates of oxalate from roots, leading to a detoxification of Al in the root apoplast and rhizosphere.     

水稻芽期耐冷性的QTL分析

本研究以98个Nipponbare／Kasalath／／Nipponbare回交重组自交家系（backcross-inbred lines,BILs）组成的群体为材料,进行水稻芽期耐冷性数量性状基因座的检测和遗传效应分析。25℃正常条件下水稻发芽7d,芽长5～10cm,5℃低温处理10d,之后升温至25℃,缓苗10d,调查活苗率,并以活苗率作为芽期耐冷性的表型值,分析亲本和98个BILs的芽期耐冷性表现。采用Windows QTL Cartographer 1．13a软件的复合区间作图法,共检测到4个苗期耐冷性数量性状基因座（quantative trait locus,QTL）,分别位于第3、第7和第12染色体上,命名为qSCT-3-1、qSCT-3～2、qSCT-7和qSCT-12。4个QTL的加性效应分别为11．16、11．14、-8.8和-14．59,可解释表型变异的12．11％,12．66％,6．82％和15．86％。     

Evaluating landraces of bread wheat <Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis> L. for tolerance to aluminium under low pH conditions

Bread wheat (Triticum aestivum L.) landraces held within ex situ collections offer a valuable and largely unexplored genetic resource for wheat improvement programs. To maximise full utilisation of such collections the evaluation of landrace accessions for traits of interest is required. In this study, 250 accessions from 21 countries were screened sequentially for tolerance to aluminium (Al) using haematoxylin staining of root tips and by root regrowth measurement. The staining test indicated tolerance in 35 accessions, with an intermediate response to Al exhibited in a further 21 accessions. Of the 35 accessions classified as tolerant, 33 also exhibited increased root length following exposure to Al. The tolerant genotypes originated from Bulgaria, Croatia, India, Italy, Nepal, Spain, Tunisia, and Turkey. AFLP analysis of the 35 tolerant accessions indicated that these represent diverse genetic backgrounds. These accessions form a valuable set of germplasm for the study of Al tolerance and may be of benefit to breeding programs for expanding the diversity of the gene pool from which tolerant cultivars are developed.     

Differential colonization of Azospirillum lipoferum on roots of two varieties of rice (Oryza sativa L.)

Summary Seedlings of rice (IR42 and IR50) were aseptically dipped into Azospirillum lipoferum strain 34H suspension under dark, and the presence of bacteria on the differentiating regions of rice roots was observed by scanning electron microscopy. The bacterium did not colonize the root tips of IR42, while it colonized this region in the case of IR50, within 24 h after inoculation. In the early stages, most of the bacteria were embedded in the ruptured mucigel below the root cap cells of IR42. Mucigel was hardly detectable in IR50. While the root hair primordia of IR50 were colonized heavily with the bacterium within 24 h, the root hairs of IR42 were colonized 48 and 72 h after inoculation. This phenomenon in relation to plant varietal differences was discussed.     

高氯酸盐对水稻生理生态的影响及其在稻田系统中的分布规律

本文通过盆栽试验在水稻整个生育期每周两次定量灌溉含有高氯酸盐的水,研究了3种浓度的高氯酸盐对水稻生长、生理指标的影响以及高氯酸盐在水稻-土壤系统中的分布规律。结果表明,持续分次加入0.1mg·L-1和50mg·L-1浓度的高氯酸盐对水稻的株高和分蘖数没有不利的影响。0.1mg·L-1浓度处理组的SOD、POD酶活性与对照组相比无显著性差异,而50mg·L-1浓度处理组的SOD、POD酶活性明显高于对照组和0.1mg·L-1浓度处理组;0.1mg·L-1浓度处理组的CAT酶活性与对照组相比也无显著差异,而50mg·L-1浓度处理组的CAT酶活性明显低于对照组和0.1mg·L-1浓度处理组;MDA含量随着污染物处理浓度的增加先上升后下降,两种浓度的高氯酸盐处理组与对照组相比都有显著性差异;高氯酸盐对水稻合成蛋白质有显著的促进作用,对水稻叶绿素含量的影响不显著。水稻叶片是高氯酸盐积累的主要器官,其ClO4-含量明显高于根、茎和谷,而且随着环境中高氯酸盐浓度的增加,水稻吸收并进入各部位的量也增加。水稻的根、茎、叶和谷中都不同程度地检测出ClO4-及其中间代谢产物ClO3-的存在,但土壤中则未检测出ClO4-和ClO3-,说明加入的ClO4-很少被土壤吸附并能很快被植物吸收或微生物降解。本实验中水稻各部位所含的氯酸盐都很少甚至未检出,说明中间代谢产物氯酸盐在水稻中相对容易被分解代谢。水稻品种不同,吸收积累高氯酸盐的量也存在差异,其中桂农占的籽粒积累高氯酸盐的量比其他品种多。     

Short‐term effects of pH and aluminium on mineral nutrition in maize varieties differing in proton and aluminium tolerance

In short‐term (24 h) nutrient solution experiments, the influence of different proton (pH 6.0 and pH 4.3) and aluminium (Al) (0, 20, and 50 μM) concentrations on root and coleoptile elongation, dry weight, and the uptake of selected mineral nutrients was studied in maize (Zea mays L.) varieties that differ in acid soil tolerance under field conditions. The acid‐soil‐tolerant maize varieties, Adour 250 and C525M, proved to be hydrogen (H⁺) ion sensitive, but Al tolerant, while the acid soil tolerant variety BR201F was H⁺ tolerant but Al sensitive. The acid soil sensitive variety HS 7777 was affected by both H⁺ and Al toxicity. The proton‐induced inhibition of root elongation was closely related to the proton‐induced decrease of the specific absorption rates (SAR) of boron (B), iron (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), and phosphorus (P). In contrast, only the specific absorption rate of B (SARB) was significantly correlated to the Al‐induced inhibition of root elongation. It is concluded, that alterations of nutrient uptake may play an important role in H⁺ toxicity, while at least after short‐term exposure to Al, alterations of Ca, Fe, Mg, or P uptake do not seem to be responsible for Al‐induced inhibition of root elongation. Further attention deserves the Al‐B interaction, moreover taking into account that a highly significant correlation between Al‐induced increase of callose concentration in root tips and Al‐induced decrease of SAR_B could be established.