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。     

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。     

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...     

硅对镉胁迫下水稻苗期抗氧化酶系统及镉离子吸收和转运相关基因表达水平的影响

【目的】探究在镉(Cadmium,Cd)胁迫下，外源硅(Silicon,Si)对水稻株高、干物质量、抗氧化酶系统及对Cd²⁺相关基因表达水平的影响，以期为阐明Si缓解Cd对水稻毒害作用机理提供理论依据。【方法】以辐品36(FP36)和中嘉早17(ZJZ17)为研究对象，通过设置不同Cd胁迫浓度(0、5μmol/L)和Si处理(0、10μmol/L、1 mmol/L)进行水培实验，重点分析处理后水稻农艺性状和抗氧化酶活性，以及Cd²⁺吸收、转运相关基因表达水平的差异。【结果】Cd胁迫可以显著抑制水稻株高、干物质量和抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)活性；但Si能有效缓解Cd毒害，显著提高水稻生物量，增强抗氧化酶活性，其中1 mmol/L Si缓解效果更佳。此外，Si还能有效增加可溶性蛋白并降低MDA含量。Cd胁迫显著增加了FP36和ZJZ17不同组织的重金属含量，其中，根系中Cd积累量显著高于地上部。在添加较低浓度Si(10μmol/L)后，水稻根系和地上部Cd含量无显著差异；但1 mmol/L Si能显著降低水稻根系和地上部Cd含量。...     

低磷胁迫对柱花草生长及抗氧化系统的影响

以基因型TF291柱花草为供试材料,分析低磷处理（5 μmol/L）对柱花草生长、抗氧化物质及抗氧化保护酶的影响,探索柱花草抗氧化系统在低磷胁迫下的响应机制。结果表明：（1）与对照磷处理（250 μmol/L）相比,低磷处理抑制了柱花草生长,其叶绿素浓度、最大光化学效率、地上部和根部生物量均显著降低（P<0.05）。（2）随着低磷处理时间的增加,15 d时叶片CAT、POD、SOD、ASP、PAL活性和类黄酮含量显著提升（P<0.05）;30 d时叶片CAT、SOD、ASP、PPO活性和MDA、H₂O₂含量显著提高（P<0.05）。本研究结果可为进一步探索低磷胁迫下柱花草抗氧化系统的分子响应机制提供重要依据。     

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。     

一个水稻铜锌SOD酶基因在应答亚砷酸盐胁迫中的作用

【目的】水稻Os08g44770.1基因编码一个铜锌SOD酶,但其在响应亚砷酸盐[As(Ⅲ)]胁迫中的生物学功能未知。本研究旨在深入揭示由该基因调控水稻砷耐性改变的分子机理并为水稻抗逆育种提供理论参考。【方法】以野生型日本晴(WT)和2个Os08g44770.1过表达转基因株系为试材,通过胁迫处理、生理指标测定和基因表达分析等,系统探究了转基因植株对As(Ⅲ)的耐受性表现,并初步揭示了其调控水稻砷耐性的生理和分子机理。【结果】与WT相比,过表达转基因株系对As(Ⅲ)更加敏感;转基因植株在砷胁迫下的根系相对伸长量、生物量(干质量)、叶绿素含量、根系细胞质膜完整性、叶片抗氧化程度等均显著低于WT;Os08g44770.1在砷处理后的WT和转基因植株叶片中的表达模式略有不同,但均表现为处理24 h时被显著诱导表达。【结论】过度表达Os08g44770.1基因可导致水稻的砷耐受性极显著下降。     

缺磷对茶树磷吸收及miR399a表达量的影响

磷素缺乏是我国及世界农业的普遍问题.本研究通过不同磷浓度胁迫处理茶树,发现根、新叶、老叶中磷含量都随着处理浓度的下降而降低,其中老叶中磷含量变化急剧,而新叶变化较缓慢.在缺磷条件下(100μmol·Lˉ1、10μmol·Lˉ1),老叶中的磷元素会重新转运到新生组织,实现磷元素的再次利用,而在过量磷浓度供应条件下(3000μmol·Lˉ1),磷元素则大量存储于老叶中,以维持体内磷平衡.茶树根部提取的总RNA量普遍比叶片低,但根部和叶片提取的RNA质量都符合反转录要求.试验通过荧光定量PCR方法,检测正常(1000μmol·Lˉ1)和低磷(10μmol·Lˉ1)胁迫下叶片和根中miR399a的表达量,发现在低磷胁迫下,miR399a在叶片和根中的表达量都显著提高,其中叶片提高约2.77倍,根提高约3.82倍,该结果与拟南芥、水稻等植物研究结果相一致.     

水稻苗期根系铵钾离子吸收的交互作用研究

【目的】为探讨水稻幼苗根系NH_4~+、K~+吸收的交互作用,深化水稻养分吸收理论,【方法】采用溶液培养的方法,对低钾及高钾浓度下水稻在有铵和无铵时的K~+吸收动力学特征进行了研究,对不同钾浓度下水稻根系NH_4~+的吸收速率进行了比较。【结果】1)当K~+0.2 mmol/L时,水稻根系通过高亲和转运系统吸收K~+服从Michaelich-Menten动力学方程;NH_4~+的存在显著降低K~+的最大吸收速率(Vmax),且降幅随着NH_4~+浓度的增加而增大;NH_4~+对水稻根表载体与K~+的亲和力(Km)影响较小,在1.62 mmol/L NH_4~+浓度下,水稻品种齐粒丝苗和沪科3号的Km分别下降了12.33%和16.46%,远低于Vmax 47.30%和39.21%的降幅。2)当K~+0.5 mmol/L时,水稻根系K~+低亲和转运系统发挥作用,K~+吸收速率随浓度的增加而不断增加,呈不饱和特征;但在相同K~+浓度下,水稻根系的K~+吸收速率随NH_4~+浓度的增加而下降。3)水稻根系对NH_4~+的吸收速率随着NH_4~+浓度的增加而增加;在相同NH_4~+浓度下,水稻根系对NH_4~+的吸收速率受K~+浓度的影响很小。【结论】NH_4~+抑制水稻苗期根系K~+的高亲和转运和低亲和转运,NH_4~+对K~+高亲和吸收的影响主要是由于铵竞争细胞膜上的钾载体所致;外界K~+浓度的变化对水稻幼苗的NH_4~+吸收速率影响很小。水稻铵钾的交互作用主要表现在NH_4~+对K~+吸收的抑制作用。     

低磷胁迫下水稻根系的发生及生长素的响应

 研究了5个磷浓度下（0,10,50,100,300 μmol/L）水稻植株的生物量以及水稻根系发生和伸长,并测定正常供P（300 μmol/L）与低磷(10 μmol/L)条件下水稻不同部位生长素浓度以及生长素外流蛋白OsPIN家族基因的表达情况。结果表明,与正常供P处理相比,随着供P浓度的降低,水稻地上部的干质量降幅显著,进而导致根冠比显著增加;与正常供P处理相比,低P处理的水稻根冠比增幅约为100%。水稻种子根、不定根和侧根的长度随供P浓度降低而显著增加,而不定根数及侧根密度随着供P浓度的降低而降低。与正常供P处理相比,低P处理的水稻倒1叶、根茎结合处和根系的生长素浓度显著上升,增幅分别为85%、161%和86%,差异达显著水平。RT PCR结果表明,与正常供P相比,低P处理24 h和96 h的水稻根系OsPIN5a表达上调。低P胁迫下水稻生长素合成和从地上部到根系极性运输的增强是水稻根系发生对低P胁迫响应的重要生理机制之一。     

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。     

水杨酸减轻高温抑制水稻颖花分化的作用机理研究

水稻颖花原基分化期高温可抑制颖花分化,导致每穗粒数下降,最终会影响水稻产量的形成。以杂交稻甬优12为材料,探讨高温下不同浓度水杨酸(salicylic acid, SA)对水稻颖花分化的影响,并揭示其作用机制。研究表明,常温下适量SA促进水稻颖花分化,但高浓度SA严重降低每穗粒数。然而高温下,10~50000 μmol/L SA处理每穗粒数均高于对照。无论常温或高温,100 μmol/L水杨酸处理效果最好,其每穗粒数及产量均显著高于对照。SA增强水稻耐热性表现在三个方面:1)高温下SA处理的叶片实际荧光量子效率及净光合速率均高于对照;2)高温下SA处理的颖花SOD、POD及CAT活性显著高于对照,而MDA含量则显著低于对照;3)无论高温或常温,SA处理的颖花ZR及IAA含量均高于对照,尤其在高温下,差异达显著水平。     

硅和磷配合施入对水稻植株体内Cd含量的影响

以水稻为供试作物,通过盆栽试验研究硅和磷单独及配合施用对外源Cd污染土壤的改良作用。试验结果表明:向土壤中添加硅酸钠和磷酸二氢钠后,随单一改良剂用量的增加,水稻各部位镉含量呈现降低的趋势,且水稻对镉的吸收主要集中在根部,而向地上部位迁移降低。硅和磷单独及配合施用对水稻吸收Cd具有一定的抑制作用,降低水稻根、茎叶和糙米中Cd含量。     

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。     

冬季种养结合对双季稻生长与土壤肥力的影响

【目的】以长江中下游地区冬季休闲稻田为研究对象,研究冬季种养制度对后季稻田土壤肥力及水稻产量的影响,以期为南方稻田生态保育提供理论依据。【方法】设置紫云英养鸡(milk vetch+ chicken, MC)、黑麦草养鸡(ryegrass + chicken, RC)、单种紫云英(milk vetch, M)、单种黑麦草(ryegrass, R)及冬闲(winter fallow, WF) 5个处理。【结果】冬季种养期间,MC和RC两处理水稻产量均显著高于其他处理,且MC处理增产效果最佳。MC和RC两处理能显著提高双季稻田有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量,与冬闲相比分别提高了17.36%和22.95%、73.73%和250.48%、76.36%和85.11%、67.89%和70.05%;土壤全磷和速效磷含量以M处理最高;各处理对全钾含量影响不大。相关分析表明,水稻理论产量与成熟期土壤硝态氮、铵态氮、全氮、有机质含量显著相关(P<0.05),冬季种养主要通过提高有效穗数影响水稻产量。【结论】与冬闲和单种绿肥相比,绿肥过腹还田有利于土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮含量的提高;与单种绿肥相比,绿肥过腹还田更有利于水稻分蘖数、叶面积系数和干物质量与稻谷产量的形成,且紫云英养鸡处理效果最显著。冬季种养结合模式下,有机质、全氮、铵态氮、硝态氮利于增源扩库,促进水稻增产。因此,冬闲田种养结合可满足后季水稻生长的养分需求,在稻田生态保育的基础上促进水稻增产,对长江中下游地区稻田可持续发展具有极其重要的指导意义。     

根际氧环境对水稻幼苗根系微形态结构的影响及其生理机制

【目的】研究根际氧环境对水稻幼苗根系微形态建成的影响及其生理机制,以期为水稻幼苗理想根型的构建提供理论依据。【方法】以春优84和秀水09为材料,用国际水稻所营养液配方进行水培试验。秧苗移栽一周后用在线溶氧仪(氮气、氧气调节)设定低氧(0~1.0 mg/L)、中氧(2.5~3.5 mg/L)和高氧(>6.0 mg/L,饱和溶解氧处理,在水稻生长过程中用充气泵连续向水体中充入空气)和常规水培(CK,不进行氧调节,水稻移栽一周后水中氧含量约为0.3~2.5 mg/L) 4个氧处理,研究水稻幼苗生物量、根系微形态结构、根系分泌有机酸、呼吸强度等指标。【结果】1）各处理水稻幼苗根系直径为d₁(0~0.50 mm)、d₂(0.51~1.00 mm)和d₃(1.01~1.50 mm)的细根占总根的比例均超过90%,对水稻苗期根系形态构建尤为重要。中氧处理后,春优84直径为d₁、d₂和秀水09直径为d₁、d₃的根的根长和根表面积均明显高于对照。2）低氧处理减少地上部和地下部生物量,抑制细根(d₁)生长,促进粗根(d₅, 2.01~2.50 mm)的生长,降低呼吸强度,增加有机酸分泌量。中氧和高氧处理后水稻植株的生物量均有增加,但生理反应不尽相同。中氧处理后水稻根系呼吸强度上升,而高氧处理后根系呼吸强度降低。各氧处理均减少水稻幼苗根系生长素(IAA)含量,中氧和高氧处理与对照间差异达显著水平。高氧处理显著增加根系一氧化氮(NO)含量,其他处理间差异不显著。3）相关分析结果表明,两供试品种总根和细根(d₂)的各形态指标(根长、表面积和体积)均与根系有机酸分泌量、呼吸强度、NO含量正相关,与生长素(IAA)含量负相关。【结论】适当增氧(中氧)处理增加水稻幼苗根系呼吸强度和有机酸分泌量,根系生理活性增强;增加细根(直径为0~1.50 mm)的根长、吸收面积的占比,优化其根系形态结构。因此,生产上可以通过栽培措施改变根际氧环境调控分蘖期水稻根系微形态结构,增强根系功能。     

应用东乡野生稻回交重组自交系群体分析糙米矿质含量QTL

【目的】 强化粮食作物的必需矿物质有利于缓解人们矿质营养缺乏症。【方法】 从协青早B//协青早B/东乡野生稻BC₁F₅群体中挑选到1个单株A58,与协青早B回交,构建了BC₂F_4:5群体。采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪ICP-AES测定132个BC₂F_4:5株系的糙米Mg、Ca、Zn、Fe、Mn和Cu含量,应用Windows QTL Cartographer 2.5进行糙米矿质QTL分析。【结果】 共检测到17个糙米矿质含量QTL,分别位于第1、4、6、8、9和11等6条染色体上,包括Mg含量1个、Ca含量4个、Zn含量4个、Fe含量2个、Mn含量2个和Cu含量4个。这些QTL解释表型变异的5.0%~47.2%,其中8个QTL的增效等位基因来自东乡野生稻。【结论】 12个QTL聚集于5条染色体上的5个QTL簇,表明不同矿质营养元素涉及到共同遗传生理机制,可通过分子标记辅助选择方法将有利等位基因应用于稻米营养品质改良。     

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。