OsPAL2;3对水稻化感抑制稗草能力的调控作用

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL,EC 4.3.1.5)是调控酚酸类化感物质合成的关键酶。PAL在水稻中为多基因家族,化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont中,相同PAL基因成员的启动子组成序列均存在差异,并以OsPAL2;3、OsPAL2;4基因启动子序列的差异最大,且PI321777的OsPAL2;3基因启动子的驱动活性高于Lemont。过表达OsPAL2;3基因,使PI312777和Lemont的抑草率分别提高11.11%和5.56%。过表达OsPAL2;3同时增强OsPAL2;3、OsC4H、OsCCA、OsCOL、OsOMT等基因的表达,增加水稻的原儿茶酸和香草酸含量。Co-IP结合质谱鉴定结果显示,OsPAL2;3蛋白与转酮醇酶、碳酸酐酶、果糖二磷酸醛缩酶、ATP合酶α亚基、ATP合酶β亚基等相互作用,调控水稻的苯丙氨酸代谢途径。本研究表明,OsPAL2;3的转录水平高低是P1312777和Lemont化感抑草能力差异的原因之一;OsPAL2;3与多个蛋白互作共同调控酚酸类化合物合成,该基因可用于提高水稻化感抑草能力的育种研究。     

化感水稻不育系‘化57S’田间抑制稗草能力表现评价

评价化感水稻不育系‘化57S’田间抑制稗草能力及稳定性表现及探究其在育种上的研究利用前景。以‘PI312777’和‘化感稻3号’为对照,分3期播种,对5个抑草性状及其稳定性表现进行分析。‘化57S’在3个播期中均表现出良好的抑制稗草能力,其灌浆期抑草率3个播期平均值介于对照‘PI312777’和‘化感稻3号’之间,且差异不显著,其余4个抑草性状在3个播期也均与对照差异不显著;‘化57S’灌浆期抑草率、稗草平均株高和稗草单株干物重3个抑草性状的稳定性均优于2个对照,其中灌浆期抑草率稳定性最好,变异系数仅为4.51%,可作为初步评价‘化57S’化感潜力的一个指标;相关性分析表明,化感作用和竞争作用共同决定化感稻田间整体抑草效果,化感作用主要是抑制稗草萌发,竞争作用既抑制影响稗草存活率又抑制存活稗草的生物量积累、但两者之间相关不明显。化感水稻不育系‘化57S’是一个田间抑制稗草能力较好且部分抑草性状稳定性好的化感稻材料,初步显示出具有良好的研究利用前景。     

2种种植方式下不同化感杂交稻组合和新品系对稗草的抑制作用

以美国强化感稻‘PI312777’为对照,比较不同化感杂交稻组合和新品系抑制稗草能力的田间表现,探索利用水稻化感作用的有效方法。采用移栽和直播2种水稻种植方式,对水稻封行前抑草率、竞争抑草率、灌浆期抑草率、伴生稗草平均株高和稗草单株干物重进行调查分析。化感稻移栽条件下对于稗草株高和干物重的抑制效果优于直播条件;直播条件下化感稻的化感抑草率大于移栽条件下,且变异系数较小,可见直播方式更利于化感稻种植;环境条件是化感稻抑草作用发挥的重要影响因子,其中竞争抑草率受环境的影响较大,化感作用表现相对稳定;相关分析表明化感稻的抑草作用并未对存活稗草的地上部分生长量有明显影响,增强化感稻的化感作用,能有效抑制田间稗草的萌发。实验结果显示了化感稻是更适于直播种植的材料,在生产上具有良好的应用前景。     

氮素胁迫下强、弱化感水稻萜类代谢途径中关键酶基因差异表达的FQ-PCR分析

运用实时荧光定量PCR技术研究低氮条件下化感与非化感水稻异戊二烯代谢途径中关键酶基因的表达差异。结果表明,与正常氮条件下相比,低氮条件下化感和非化感水稻与萜类物质合成相关的12个关键酶基因表达发生了不同程度的变化,其中,化感水稻PI312777有6个基因表达下调,6个基因则上调;而非化感水稻Lemont有7个基因表达下调,5个基因表达上调。在供氮条件从高向低改变的过程中,两水稻中有11个基因的表达行为（上调或下调）相同,从分子水平上,证实了它们萜类代谢相关基因在响应供氮环境变化的行为生态上是相同或相似的。低氮引起两水稻催化生成与化感物质相关的单萜、倍半萜、二萜、三萜类物质的合成酶基因表达量均显著下降,从而认为营养胁迫引起水稻化感抑草作用增强与萜类物质代谢变化无关。还讨论了营养胁迫引起萜类物质代谢变化与内源激素合成和生长速率减缓的关系,认为水稻甲羟戊酸代谢途径支路中3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA合酶、3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA还原酶和甲羟戊酸激酶相关基因表达量不同程度的上调,维持了生长所必需的激素水平。     

水稻化感品种抑草效应研究

以 PI 312777、丰华占和华粳籼1号为试验材料,研究了在大田抛秧种植条件下对伴生杂草的抑制效应.结果表明,PI 312777与丰华占表现有较强的抑草效应,而华粳籼1号表现不抑草;水稻化感品种的抑草效应主要表现在水稻生长前期,与水稻的化感潜力和水肥条件等方面有关.田间评价结果证明以特征次生物质为标记的方法可以较准确评价水稻品种化感潜力.     

从化感水稻根际土壤中筛选抑草细菌的研究

从化感水稻PI312777根际土壤中筛选具有抑草作用的细菌,为开发抑草微生物资源提供科学依据。以稀释涂布平板法筛选菌株,以莴苣、稗草为受体,实验室生物测试和盆栽试验相结合,确定候选菌株的抑草活性。实验室生物测试结果表明,有2个菌株Z1和Z2的发酵液对莴苣具有强抑制作用,且对稗草根长的抑制率为50%~60%,株高的抑制率为40%~50%。盆栽试验结果表明,Z1和Z2的发酵液对稗草根长的抑制率分别为28.1%和27.0%,株高的抑制率分别为8.85%和4.48%。菌株发酵液对3种水稻的根长有促进作用,对株高没有影响或小的抑制作用（抑制率3%）。结果表明水稻化感抑草作用与根际微生物有关,暗示从化感水稻根际土壤中筛选抑草细菌是一个可行的思路。     

化感水稻抑草作用的根际生物学特性与研究展望

当前水稻化感作用研究主要集中在其遗传生理与分子生态特性和水稻化感物质的分离鉴定及其抑草作用的根际生物学过程与机制两方面。水稻化感作用是个可遗传的数量性状,控制该性状的QTL主要定位在第2、第3、第8、第9、第10染色体上,并存在显著的QTL上位性作用及其与环境的互作效应,但未见控制化感作用性状的QTL遗传信息与何种化感物质的产生紧密相关的研究报道。从现有水稻化感物质的分离鉴定结果看,水稻化感物质可分为三大类,即酚酸类、萜类和黄酮类物质。这三类物质对靶标植物(稗草)均有抑制作用,但酚酸类物质起化感抑草作用的有效浓度较另两类物质的高,且从土壤中检测到的浓度比室内测定的化感抑草作用有效浓度低得多。因此,酚酸类物质是否是一类化感物质经常遭到一些学者的质疑。然而,也有研究结果表明,逆境引起的水稻化感作用潜力增强与其合成酚酸类物质的基因表达增强以及所合成的该类物质分泌释放到根际土壤中的量增多有关。当抑制化感水稻的PAL-2-1基因表达后,其酚酸类物质含量降低,根际微生物数量也随之减少,其中黏细菌属的细菌丰度明显降低,化感抑草效果下降,因而认为在田间条件下化感水稻PAL-2-1基因调控其酚酸类物质合成,经根系分泌进入根际土壤后引起根际特异微生物的趋化性聚集,在这一过程中,释放的根系分泌物可能被土壤中存在的多样性微生物所降解,从而降低其在土壤中的浓度,但正是通过土壤微生物的降解与转化作用,引发了化感物质与根际微生物的藕合效应,并由此产生了水稻化感抑草现象。因此,深入研究这一根际生物学过程对于最终揭示水稻化感作用机理有着极其重要的理论与实际意义。     

土壤微生物对长雄野生稻及其化感潜力后代抑草作用的影响

明确土壤微生物对化感作物田间抑草作用的影响及其机制,对农田杂草绿色防控具有重要意义。长雄野生稻(Oryzalongistaminata)是培育化感水稻的优良抗原,然而目前尚不清楚土壤微生物对该野生稻及其后代化感抑草作用的影响。本试验以非化感亚洲栽培稻(RD23)作为参照,通过温室盆栽试验对比研究了土壤微生物对长雄野生稻及其中化感潜力后代(RL169)的抑草效应,并分析了与其共培稗草的根际土壤微生物群落结构特征和对稗草养分吸收与利用的影响。结果表明:1)土壤微生物显著增强了长雄野生稻及其化感后代(RL169)的抑草效应(P<0.05),而对非化感亚洲栽培稻(RD23)则无明显影响;方差分析表明,土壤微生物、根系分泌物和不同化感潜力水稻互作(土壤微生物×根系分泌物×不同化感潜力水稻)对稗草的株高、根长和生物量具有显著影响(P<0.05)。2)长雄野生稻及其化感后代(RL169)改变了稗草根际土壤微生物的群落结构,降低了稗草根际土壤细菌的多样性水平和丰富度,与其共培稗草的根际细菌在科、属和种水平的数量显著低于非化感亚洲栽培稻(RD23)处理组(P<0.05)。3)长雄野生稻...     

三种栽植方式下不同株型和化感特性水稻对无芒稗的干扰控制作用

以直播、小苗移栽和大苗移栽3种栽植方式为主处理,接种和不接种稗草为裂区处理,17份不同株型和化感特性水稻材料为再裂区处理,设计了对无芒稗干扰控制田间试验。结果表明,直播和小苗移栽对无芒稗株高、分蘖和干重有较好的抑制作用,优势株型和化感特性水稻对无芒稗具有较好的干扰控制作用。在30株 m^-2无芒稗的竞争干扰下,3种栽植方式间水稻产量差异不显著,杂草竞争干扰使水稻减产21.73%,化感作用水稻吓一跳、IR644-1-63-1-1、谷梅2号对稗草竞争力强,仍具一定产量水平。无芒稗竞争干扰对直播水稻株高、分蘖和植株干重影响大,与移栽水稻的差异显著。杂草干扰对供试水稻材料的农艺性状产生不同影响,水稻化感种质吓一跳中期分蘖强、植株高、干重大。无芒稗竞争干扰对成熟水稻株高无影响,但对分蘖、植株茎秆和穗干重差异显著。杂草竞争对3种种植方式的水稻千粒重无显著影响,但单株谷粒重以大苗移栽显著大于直播,移栽水稻的穗型较大,每穗总颖花数、每穗实粒数和结实率显著大于直播水稻。化感作用水稻谷梅2号、IR644-1-63-1-1、TN1和PI312777每穗颖花数不高、每穗实粒数少,化感作用水稻吓一跳每穗颖花数不高,但结实率高。水稻材料中早27、早籼浙207、早籼浙101、中早22等拥有较高的千粒重,化感作用水稻谷梅2号的千粒重显著高于IR644-1-63-1-1、TN1和PI312777。早籼浙101、早籼浙207和中早22等拥有较高的单株谷粒重,化感作用水稻中156的单株谷粒重显著高于谷梅2号、吓一跳、IR644-1-63-1-1、TN1和PI312777。     

化感水稻PI312777响应低磷胁迫的差异蛋白质组学分析

为研究水稻响应低磷的分子机理,本研究以化感水稻PI312777为材料,应用差异蛋白质组学方法分析化感水稻PI312777根部响应低磷蛋白质组变化趋势,共鉴定11个差异蛋白质点,共分为3类：第1类,与信号转导相关蛋白质—细胞色素B5、受体激酶;第2类,与生长相关蛋白质—推定叶绿体SPR接受子、CDC2蛋白激酶、生长素转运蛋白、脯氨酸富集蛋白家族;第3类,与化感物质代谢相关蛋白质—推定水杨酸羧基转甲基酶、推定4-香豆酸辅酶A连接酶、推定细胞色素P450、苯丙氨酸解氨酶、角鲨烯单氧化酶。其中除细胞色素B5和角鲨烯单氧化酶表达丰度下调,其余蛋白质表达丰度均上调。     

不同株型和化感作用特性水稻对3种稻田主要杂草的干扰控制作用

采用裂区试验设计, 以接种无芒稗、水莎草和鸭舌草等3种田间主要杂草和不接种杂草为主处理, 10份不同株型和化感作用特性的水稻材料为副处理, 研究不同株型和化感作用特性水稻对3种杂草的干扰控制作用。结果表明, 水稻化感种质吓一跳对无芒稗地上部分干重的抑制作用最强, 早杂中9A/602、早籼浙101和TN1也表现较好的抑制作用。中早22对水莎草的干扰控制作用最强, 早籼浙101和吓一跳对水莎草也表现较好的干扰控制效果, 中早27对水莎草的抑制作用较弱。中9A/602、早籼浙101、吓一跳、IR644-1-63-1-1对鸭舌草的干扰控制作用较强, 谷梅2号和中早27对鸭舌草的干扰控制作用较弱。吓一跳对3种供试杂草的地上部分总干重抑制作用在50%以上, 与IR644-1-63-1-1、PI312777、TN1和谷梅2号的抑制作用差异显著。早杂中9A/602和早籼浙101对3种供试杂草地上部分总干重的抑制作用达40%以上, 显示了较强的干扰控制能力, 与谷梅2号差异显著。杂草竞争干扰与无草对照间水稻株高、有效穗数、穗长、每穗总粒数差异显著, 但结实率和千粒重差异不显著。与无草对照相比, 吓一跳在3种杂草竞争干扰下, 株高增加3.64%, 而中9A/7491、TN1和谷梅2号的株高比无草对照降低10%以上。3种杂草竞争干扰下, 10份供试水稻材料的有效穗数与无草对照相比均降低, 其中TN1、谷梅2号、PI312777、中早22、中早27、中9A/602有效穗数均降低50%以上, 吓一跳降低幅度最小, 为16.86%。3种杂草竞争干扰导致水稻有效穗数显著降低, 是水稻减产的主要原因。     

水稻ABA生物合成基因OsNCED3响应干旱胁迫

9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物内源脱落酸(ABA)生物合成的限速酶,由NCED基因家族编码,水稻中响应干旱胁迫并以此调节ABA水平的OsNCED基因尚见未报道。本研究发现在水稻已报道的5个OsNCED基因中,OsNCED3的表达受干旱胁迫诱导,复水处理后其表达快速下调,其表达模式与此过程中内源ABA含量变化趋势一致。OsNCED3的RNAi转基因植株表现为干旱敏感,且生物量下降;而过量表达OsNCED3基因增加了水稻的抗旱性。干旱胁迫下过量表达OsNCED3的转基因株系有较高的ABA水平,同时其抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及逆境响应基因脱水素蛋白(Dehydrin)和胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)转录表达均高于野生型。下调表达OsNCED3的转基因株系则呈现相反的变化趋势。因此,OsNCED3是水稻干旱胁迫响应基因,调节了干旱环境下ABA水平和抗逆性。     

化感稻田间化感抑草率的稳定性研究

为研究在田间不同环境条件下化感稻对稗草的化感抑草率及其稳定性表现,以3个化感常规稻及其与3个不育系所配的7个化感杂交稻组合、美国强化感稻品系PI312777为试验材料,进行分期播种种植。结果发现：不同化感稻和不同环境对化感抑草率均有明显影响,两者互作对化感抑草率影响不明显;化感抑草率越高的化感稻或环境,其化感抑草率的稳定性也相对较好,即化感抑草率高的化感稻因环境不同其化感抑草率差异较小、化感抑草率高的环境下不同化感稻间的化感抑草率差异较小;利用化感常规稻为父本,可以较容易选配出具有超父本化感杂种优势的化感杂交稻组合;化感稻移栽后0~15天范围内某些时段的日均温、日最低温、日最高温及日照时数对有些化感稻的化感抑草率有影响;具体表现为温度越低、日照时数越短、则化感抑草率越高,气候环境因素对不同化感稻的化感抑草率是否有影响表现出多样性、对不同化感稻化感抑草率的影响程度也表现出多样性,除了气候环境因素对化感稻的化感抑草率有明显影响外,可能还存在其他更重要的环境因素影响。试验结果表明,在田间化感稻化感抑草率的稳定性容易受环境影响,这对生产应用很不利,但可以筛选出化感抑草率高且较稳定的化感稻。