硫化氢提高水稻磷吸收转运的生理和分子机制

【目的】低磷胁迫是限制水稻产量的主要因素之一。水稻淹水条件下产生H2S，然而，H2S作为信号分子是否参与调节水稻响应缺磷胁迫还未可知。【方法】在正常磷和低磷条件下测定水稻H2S含量，揭示H2S在水稻响应缺磷胁迫中的作用。用2 μmol/L H2S前体物质NaHS预处理水稻1 d，然后在加磷和低磷条件下培养6 d，测定水稻体内总磷含量、酸性磷酸酶活性、抗氧化酶活性、木质部汁液磷含量、磷转运子基因表达以及根系构型变化，从而探究H2S参与调节水稻响应缺磷胁迫的生理和分子机制。【结论】低磷胁迫下，水稻根系和地上部H2S含量显著增加。NaHS预处理水稻显著增加低磷条件下水稻体内有效磷和总磷含量，提高根系酸性磷酸酶活性，提高抗氧化酶活性、木质部汁液磷含量和磷转运子基因表达水平，同时还改变水稻根系构型，增加总根长、总根表面积、总根体积和总根尖数，从而促进低磷条件下水稻对外界磷的吸收和转运，最终缓解缺磷胁迫。     

水杨酸通过一氧化氮途径调控水稻缓解低磷胁迫

【目的】深入剖析水杨酸调控水稻低磷胁迫响应的生理与分子机制具有重要意义。【方法】选取常规水稻品种日本晴,外源添加水杨酸后测定水稻体内总磷含量、酸性磷酸酶活性、木质部汁液磷含量、水稻根系特征参数、磷转运子基因表达水平和一氧化氮含量等指标解析水杨酸缓解水稻缺磷胁迫的生理和分子机制。【结果】1）水杨酸对水稻磷吸收的调控存在剂量效应,1 μmol/L水杨酸显著提高低磷条件下水稻体内总磷含量,5 μmol/L水杨酸则降低水稻体内总磷含量。2）低磷条件下,1 μmol/L水杨酸使酸性磷酸酶活性提高了11.35%,根系总长增加了20.90%,根系表面积增加11.86%,根系体积增加了15.38%,总根数增加了23.55%,木质部汁液中的磷含量提高了22.67%。同时,1 μmol/L水杨酸提高了水稻根系磷转运子基因的表达,从而提高水稻对外界磷的吸收和体内磷的转运。3）水杨酸通过提高硝酸还原酶的活性增加水稻根系的一氧化氮含量,从而通过调控磷转运子基因的表达提高低磷条件下水稻对外界磷的吸收。【结论】水杨酸与信号分子一氧化氮互作缓解低磷胁迫。     

超表达蔗糖转运蛋白基因OsSUT1对水稻形态和生理的影响

目的 磷对植物细胞内蔗糖和淀粉合成有重要影响,它们之间的关系还有许多方面有待阐明。方法 本研究利用转基因技术获得OsSUT1超表达材料,通过水培和盆栽实验研究了超表达该基因对蔗糖、磷含量以及植株形态和生理性状的影响。结果 转录水平上的表达分析显示,缺磷诱导OsSUT1在水稻根系中表达。水培实验显示,与野生型相比,正常供磷条件下OsSUT1超表达导致水稻植株地上部蔗糖含量下降,同时水稻植株内的磷含量升高;而在缺磷条件下植株体内蔗糖及磷含量均无显著变化。盆栽实验显示,超表达OsSUT1提高了水稻的分蘖数、有效分蘖数、磷含量、粒长和粒宽。结论 这些结果说明OsSUT1对水稻的蔗糖和磷含量以及种子的生长发育有重要作用。     

不同籼稻品种对低磷响应的差异及其农艺生理性状

【目的】研究不同籼稻品种对低磷响应的差异及其农艺生理性状。【方法】以12个江苏省近80年来各阶段在生产上应用的具有代表性的中熟籼稻品种为材料,进行全生育期水培种植,设置低磷(磷浓度为标准营养液中磷浓度的1/20)处理,以正常磷处理(标准培养液配方)为对照。【结果】将耐低磷指数作为评价籼稻品种耐低磷性的指标,并将供试品种分为3类：强耐低磷品种(耐低磷指数≥0.9)、中耐低磷品种(0.5<耐低磷指数<0.9)、弱耐低磷品种(耐低磷指数≤0.5)。选择耐低磷性差异明显的强耐低磷品种2个以及弱耐低磷品种2个进行农艺与生理特征分析。与对照相比,低磷处理降低了各品种产量。与对照相比,低磷处理增加了水稻的磷素运转率(PTE)、磷产谷利用率(IPE)和磷收获指数(PHI),强耐低磷品种在低磷处理下的PTE和IPE高于弱耐低磷品种。与弱耐低磷品种相比,强耐低磷品种在低磷处理下具有较大的地上部干物质、根干质量和茎鞘中非结构性碳水化合物(NSC)积累和转运,根系氧化力降幅小,根系酸性磷酸酶活性增幅高,分蘖受抑制程度小,并能保持较大的叶面积指数以及孕穗灌浆期较高的光合速率。【结论】与弱耐低磷品种相比,在低磷处理下保持较高的干物质、NSC积累和运转、根系氧化力、根系酸性磷酸酶活性、光合速率以及磷素利用效率是强耐低磷品种重要的农艺与生理特征。     

钙离子与硫化氢互作缓解铝对水稻根系伸长抑制作用的机制

【目的】阐明钙离子与硫化氢相互作用缓解水稻铝毒害的分子和生理机制。【方法】以Kasalath为试验材料，选取0μmol/L和30μmol/L AlCl3,0.1 mmol/L和0.5 mmol/L CaCl₂,0.2μmol/L NaHS和100μmol/L硫化氢清除剂亚牛磺酸(HP)作为处理浓度，将种子置于30℃培养箱中黑暗培养24 h后取水稻根系，通过测定水稻根系伸长量、总铝含量、细胞汁液中铝含量、质外体中铝含量、细胞壁中铝含量、果胶含量、果胶甲酯酶活性以及OsSTAR2、Os NRAT1和Os FRDL4相对表达量，探究钙离子与硫化氢互作缓解铝对水稻根系伸长抑制作用的机制。【结果】铝胁迫下，相较于0.1 mmol/L CaCl₂处理，0.5 mmol/L CaCl₂处理显著提高了水稻根系伸长量、硫化氢含量、总钙含量和细胞质中钙含量，显著降低了水稻根系的总铝含量，细胞液、质外体和细胞壁中的铝含量。铝胁迫下，硫氢化钠预处理后，水稻根系的伸长量在两种钙浓度下均显著增加，水稻的根尖铝含量、根系总铝含量、细胞液中铝含量、质外...     

乙烯对低磷胁迫下大豆根形态和生理特性的影响

利用沙培方法研究了乙烯对磷胁迫下大豆幼苗的生理影响。结果表明:磷胁迫下大豆主根长度降低50%,侧根长度增加46%,侧根数目增加64%。缺磷时大豆根系磷含量降低,根系活力和根系组织酸性磷酸酶活性分别是全磷培养植株的1.2和1.3倍;与供磷植株相比,缺磷时大豆干物质累积量显著降低,缺磷主要抑制了地上部分干物质累积,而根系干物质累积几乎不变,根冠比增大。磷胁迫使大豆乙烯含量增加,但乙烯释放量被乙烯拮抗剂Co2+抑制。外源乙烯利抑制全磷大豆主根伸长,促进缺磷大豆侧根生长;乙烯拮抗剂Co2+逆转了低磷和乙烯对主根的抑制,减少侧根数目。乙烯利能够增加大豆幼苗根系活力和根系组织酸性磷酸酶活性,降低大豆生物量,增加根冠比,且磷胁迫时效果更为明显。     

缺磷条件下蔗糖对水稻磷素吸收利用起重要作用

 研究了水稻缺磷条件下蔗糖对其生长、磷素吸收利用的影响。结果表明,外加蔗糖可以提高水稻缺磷条件下的生物量,可以促进水稻缺磷条件下的磷素吸收;利用磷转运蛋白基因OsPT2启动子+ GUS报告基因转基因水稻材料,进一步探讨了蔗糖在水稻缺磷条件下促进磷素吸收利用的分子机理。结果表明,水稻磷转运蛋白OsPT2参与了蔗糖促进缺磷水稻的磷素吸收与转运。     

亚精胺对盐胁迫下黄华占水稻幼苗根系抗氧化酶活性及Na+稳态的影响

以黄华占种子为材料，研究盐胁迫条件下，外源亚精胺(Spd)对水稻幼苗根系的生长、抗氧化酶活性、活性氧(ROS)代谢、丙二醛(MDA)以及Na⁺稳态的影响。结果表明，经100 mmol/L NaCl溶液处理水稻幼苗根系的ROS、·O₂^-、H₂O₂、Na⁺和MDA含量显著升高，过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著降低；在盐胁迫条件下，施用0.1 mmol/L Spd显著提高水稻幼苗根系的CAT和POD活性，显著降低ROS、·O₂^-、H₂O₂、Na⁺和MDA含量，从而减轻Na⁺毒害和过氧化造成的膜损伤，保护生物膜系统的稳定，维持细胞的稳态。     

不同属性特征基质对早稻秧苗耐低温的影响

【目的】早稻育秧过程中易遭受低温冷害,引起水稻减产。因此,有必要研究不同类型的基质对早稻秧苗耐低温的影响。【方法】以水稻田自然表层土为对照,采用两种代表性基质(无土基质和发酵基质)培育早稻秧苗,在水稻出芽6 d后进行不同低温处理,3 d后测定水稻的基本理化性质指标和基因表达,明确不同基质对早稻秧苗耐低温胁迫的调节作用。【结果】1）无土基质和发酵基质容重均显著低于对照,电导率、通气孔隙、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量显著高于对照;发酵基质育成的秧苗其根长、百株地上部干质量和百株根部干质量均显著高于对照,无土基质和发酵基质育成的秧苗根系和地上部的氮、磷、钾养分含量显著高于对照。2）随着温度的降低,水稻秧苗的生长和养分吸收均受到抑制。低温对发酵基质上生长的秧苗抑制作用较弱,无土基质次之,对照受抑制较强。3）在低温条件下(白天8℃/晚上4℃),无土基质和发酵基质中育成的秧苗丙二醛含量显著低于对照,说明在寒冷条件下的细胞氧化损伤较少。其中,无土基质和发酵基质育成的秧苗超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性,脯氨酸含量和可溶性蛋白含量均高于对照,发酵基质育成的秧苗过氧化物酶活性高于对照,无土基质育成的秧苗谷胱甘肽转移酶活性高于对照。同时,无土基质和发酵基质育成的秧苗OsCold1、OsCOIN、OsP5CS和OsSODB四个基因表达水平均显著高于对照,提高了水稻耐低温能力。【结论】以上结果表明,无土基质和发酵基质通过调控水稻秧苗的生理生化反应和相关基因表达,提高秧苗耐低温胁迫能力。     

不同水稻品种幼苗适应低磷胁迫的根系生理生化特性

利用砂培方法, 研究了耐低磷水稻品种（大粒稻、莲塘早3号）和低磷敏感水稻品种（沪占七、新三百粒）幼苗在低磷条件下根系的膜脂过氧化和保护酶系统活性,以及酸性磷酸酶活性的变化。低磷胁迫加剧水稻根系膜脂过氧化, 提高保护酶系统活性,耐低磷品种保护酶系统活性的增加幅度更大,丙二醛含量增加幅度小;低磷胁迫使根系中酸性磷酸酶活性升高,而低磷敏感品种上升幅度更大。     

不同供氮形态下水稻苗期磷吸收累积与根系形态的关系

【目的】植物根系形态对于适应低磷胁迫具有一定的可塑性,对提高磷的吸收利用具有重要意义。因此,本研究以长江中下游地区主推的102个水稻品种为供试材料,研究根系形态与水稻幼苗磷吸收利用的相关性。【方法】采用国际水稻所营养液培养方法,研究在NH_4^+-N和NO_3^--N供应条件下苗期植株生物量、磷含量和磷素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】研究结果表明,在相同供氮水平(40 mg/L)下,供应NH_4^+-N时,水稻苗期平均生物量为67.87 mg/株,比供应NO_3^--N时高4.27 mg/株;水稻苗期平均磷含量为0.49%,比供应NO_3^--N时高0.10%;水稻苗期平均磷累积量为0.37 mg/株,比供应NO_3^--N时高0.10 mg/株。在NH_4^+-N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>总根长>分支数>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的规律;在NO_3^--N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>分枝数>总根长>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的趋势。在NH_4^+-N条件下,总根长、总根面积、分枝数、交叉数四个形态指标与植株生物量、磷含量、磷累积相关最为显著(P<0.01),而在NO_3^--N培养下,总根长、总根面积、根尖数、交叉数与植株生物量及磷素吸收累积指标相关性最为显著(P<0.01)。【结论】供应氨态氮,水稻营养指标与根系形态指标的相关性更高。水稻苗期根系总根长、总根面积、交叉数可作为水稻磷高效评价的重要指标。     

水分胁迫对节水抗旱稻产量形成和根系形态生理特性的影响

目的 探究节水抗旱稻组合旱优73在不同灌溉条件下产量形成特点及其根系形态生理的变化情况。方法 以节水抗旱稻旱优73和高产水稻H优518为材料,通过根管试验设置三种水分处理(常规灌溉、轻度水分胁迫、重度水分胁迫),调查株高、分蘖、根系形态特征和生理特性以及产量构成因素,分析性状之间的关系,探究不同程度水分胁迫对旱优73和H优518产量形成和根系形态生理的影响及其差异。结果 两年的重复试验结果表明,与常规灌溉相比,在轻度水分胁迫下,旱优73的产量及其构成因素无显著变化,H优518的产量在两年内平均减少了25.6%,每穗粒数、结实率、千粒重也显著降低;在重度水分胁迫下,两品种产量及其构成因素均显著降低,其中,旱优73的产量两年内平均减少了28.8%,H优518产量减少了46.1%。与常     

Effects of Phosphate Starvation Responses Gene OsSQD2.1 on Growth in Rice

【Objective】This work aims at confirming the effects of gene OsSQD2.1, involved in phosphate starvation responses on rice growth so as to reveal its function. 【Method】The bioinformatics method was used to determine the OsSQD2.1 gene and its protein structure and the cis-acting elements on the OsSQD2.1 promoter. The expression of OsSQD2.1 under different deficiency conditions was measured by real-time PCR. For an insight into the effects of OsSQD2.1 on the growth and photosynthesis of transgenic plants, we determined the phenotype, phosphorus content and net photosynthetic rate of DNA insertion mutants and silencing interfering materials at different growth stages. 【Result】The coding region of the OsSQD2.1 gene is 3548 bp in length and it is located on chromosome 1, with 11 exons and 10 introns. OsSQD2.1 belongs to the glycosyltransferase family; OsSQD2.1 promoter contains multiple reported cis-acting elements responsive to phosphorus deficiency; OsSQD2.1 was induced by phosphorus deficiency and inhibited by sulfur deficiency. Compared with the wild type, the shoot length and primary root length during the vegetative growth period in the mutant or silencing materials were significantly lower than the wild type. During the reproductive growth, the plant height as well as 1000-grain weight of the mutant or silencing material was significantly lower than that of wild type, and there was no significant difference in seed setting rate; The total phosphorus contents in the leaves were not significantly different in the wild type under the phosphorus deficiency condition. In addition, the net photosynthetic rate of the seedling and mature mutants was significantly lower than that of the wild type, and it was presumed that OsSQD2.1 affected the net photosynthetic rate of rice. 【Conclusion】The results confirm that OsSQD2.1 is phosphorus deficiency-responsive and affects rice growth.     

缺磷响应基因OsSQD2.1对水稻生长发育的影响

【目的】旨在研究水稻缺磷响应基因OsSQD2.1对水稻生长发育的影响,从而解析其作用。【方法】通过生物信息学的方法,确定OsSQD2.1基因及蛋白结构并分析OsSQD2.1启动子上的顺式作用元件;通过荧光定量PCR检测,研究不同缺素条件下OsSQD2.1的表达;测定T-DNA插入突变体和沉默干涉材料不同时期表型、磷含量和净光合速率,研究OsSQD2.1对转基因植株生长发育及光合作用的影响。【结果】OsSQD2.1基因编码区全长为3548 bp,位于第1染色体上,具有11个外显子和10个内含子,OsSQD2.1属于糖基转移酶家族;OsSQD2.1启动子上含有多个缺磷响应顺式作用元件;OsSQD2.1受缺磷诱导,缺硫抑制。营养生长期突变体或沉默材料地上部长度和主根长均显著低于野生型。生殖生长期,突变体或沉默材料株高和千粒重显著低于野生型,结实率无显著差异。OsSQD2.1的突变与沉默增加正常供磷时叶片中的总磷,在缺磷条件时野生型相比无明显差异;此外,苗期和成熟期突变体的净光合速率显著低于野生型,初步推测OsSQD2.1影响水稻净光合速率。【结论】OsSQD2.1受缺磷响应,并影响水稻生长发育。     

低温胁迫后水分对水稻幼苗根系活力和水孔蛋白相关基因表达的影响

【目的】为了探究低温冷害胁迫后水分/湿度对水稻幼苗根系活力和水分运输等的影响,【方法】以具有低温耐性差异的嘉籼7号和辐8329两个水稻品种为研究材料进行低温胁迫处理后,在进行实验Ⅰ（不同湿度梯度,正常温度培养条件下）和实验Ⅱ（快速回温处理实验,以正常温度恢复为对照）。【结果】实验Ⅰ结果表明,与较低湿度（30%）相比,较高的湿度（60%和90%）可以提高根系活力,有效保证水稻幼苗的存活率并缓解其遭受的低温冷害。水孔蛋白基因OsPIP2;5和OsPIP2;6的表达水平与根系活力密切相关,对水稻的抗寒和低温耐性具有显著的调控作用。实验Ⅱ结果表明,与对照组（CK）相比,快速回温处理后水稻幼苗的含水量和根系活力显著降低;且正常自然恢复状态下,两个水稻品种的存活率明显高于快速回温组幼苗。【结论】低温胁迫显著影响水稻幼苗的生长发育过程。较高的湿度环境有助于缓解幼苗的低温冷害损伤,保证存活率。同时,低温胁迫后的外界环境湿度对水稻幼苗的含水量、根系活力和水孔蛋白相关基因表达有显著影响,其中OsPIP2;5和OsPIP2;6的表达水平与根系活力正相关,在水稻幼苗抵御外界低温冷害过程中起重要作用。因此,与低温胁迫后田间大量灌溉相比,正常温度下土壤缓慢的温度上升对幼苗的根系活力影响较小,有助于其在低温冷害后恢复生命活动。     

磷对水稻耐铝性及根尖细胞壁组分的影响

 为阐明外源磷供应引起水稻体内磷代谢和根尖细胞壁组分变化进而阐述磷、铝间的相互作用,以水稻菲优多系1号(耐铝毒基因型)和红良优166(铝毒敏感基因型)为材料,水培条件下先用0.5、10和30 mg/L磷预处理9 d,然后用50 μmol/L Al处理48 h,研究铝毒胁迫下磷对水稻根尖的防护效应及磷作用下根尖细胞壁组分变化与水稻耐铝性的关系。结果表明,50 μmol/L Al处理抑制水稻总根长,尤其是在0.5 mg/L磷预处理后用铝交替处理时该作用更为明显。铝毒胁迫下,0.5 mg/L磷预处理时两基因型水稻叶片的丙二醛(MDA)、抗坏血酸(ASA)、游离脯氨酸(Pro)含量显著高于其他处理,10 mg/L和30 mg/L磷预处理显著降低两基因型水稻叶片的MDA、ASA和Pro含量,表明充足的磷供应减轻了铝对水稻的伤害。耐铝毒水稻根尖的果胶和半纤维素2含量在30 mg/L磷与铝交替处理时显著低于0.5 mg/L 和10 mg/L 磷与铝交替处理,根系的酸性磷酸酶(ACP)活性在0.5 mg/L磷与铝交替处理时显著高于10 mg/L与30 mg/L磷与铝交替处理。而铝毒敏感水稻的根尖细胞壁多糖组分含量、ACP活性在不同浓度的磷、铝交替处理间无显著差异。表明铝耐性水稻在缺磷条件下通过提高ACP活性以提供更多的Pi与铝结合钝化铝,在磷充足条件下通过降低细胞壁多糖含量以减少铝结合位点,进而提高铝毒耐性。