过量表达盐芥TsIPK2基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】本试验以野生型(WT)和转盐芥TsIPK2基因的水稻为材料,研究NaCl胁迫条件下过量表达TsIPK2基因对水稻植株抗盐胁迫能力的影响。【方法】取水稻材料种子和其3叶龄幼苗,分别在不同NaCl浓度(0、50、100、150、200 mmol/L)下进行处理。检测WT与过量表达TsIPK2基因水稻种子的发芽率、主根长和芽长、幼苗的丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及与胁迫相关的5个基因的表达。【结果】在盐胁迫下,与野生型相比,转基因水稻具有更好的发芽率、主根长和芽长。野生型和转基因水稻两者的脯氨酸含量增加,转基因水稻的积累量显著高于野生型,但是转基因水稻MDA含量增加幅度小于野生型。野生型和转基因水稻幼苗SOD酶活性均增加,但转基因植株的酶活性显著高于野生型;二者POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,但是二者活性没有显著的差别;转基因水稻的CAT活性也呈现先升高后下降的趋势,然而野生型水稻的CAT活性在盐胁迫下没有显著的变化。高盐处理后,野生型和转基因水稻的5个与胁迫相关的基因表达倍数都增加,与野生型相比,转基因水稻的OsP5CS1、OsSOD、OsCATB和OsLEA3的表达量显著升高,而OsPOX1基因的表达量变化不显著。【结论】过量表达TsIPK2基因能够通过增强水稻的渗透调节能力、抗氧化胁迫能力并调节胁迫相关基因的表达,以提高水稻的耐盐性。     

海藻酸钠寡糖提高水稻幼苗对镉胁迫的抗性

通过水培试验,研究了海藻酸钠寡糖对水稻镉(Cd)毒害的缓解效果,并从Cd的吸收分布、非蛋白巯基(NPT)含量和抗氧化酶活性等方面,初步探讨了其可能的生理机制。结果表明,海藻酸钠寡糖预处理一定程度上可缓解水稻Cd毒害,其中20 mg/L处理的效果较明显,表现为促进了幼苗生长,提高了光合色素含量。进一步分析显示,海藻酸钠寡糖处理的水稻地上部和地下部Cd含量及转移效率均显著降低,Cd在根部细胞壁中的含量及所占比例则显著增加,叶片和根中NPT含量也分别提高了23.5%和14.9%,植物螯合肽(PCs)含量分别增加28.0%和15.0%,抗氧化酶活性和脯氨酸含量也有不同程度提高,丙二醛含量显著下降27.1%。这些结果初步说明细胞壁固持、巯基分子螯合和抗氧化系统均参与了海藻酸钠寡糖对水稻Cd毒害的缓解。     

硒对镉胁迫下寒地水稻镉含量与分配的影响

【目的】研究施硒对不同镉污染土壤上镉在水稻各器官中的分配及稻米中镉含量的影响,探讨通过施硒降低水稻镉吸收量及在稻米中分配的可行性。【方法】采用盆栽试验,以垦鉴稻6号为材料,研究添加不同浓度镉(0、2、4和8 mg/kg土壤)的条件下,施硒(0、0.07和0.14 mg/kg土壤)对水稻不同器官镉含量和镉分配的影响。成熟期整盆收获,分别测定叶片、叶鞘、茎秆、根系和糙米、精米镉含量、硒含量和干物重,计算镉积累量和分配比例。【结果】1)当土壤镉浓度在0 4 mg/kg时,水稻各营养器官和糙米、精米中镉含量随土壤镉浓度增高而显著增加,但当土壤中镉浓度4 mg/kg时,糙米和精米中镉含量增加不显著。未施硒(Se0)时,Cd2(4 mg/kg)和Cd3(8mg/kg)处理糙米中镉含量分别为0.221 mg/kg和0.234 mg/kg,分别是Cd0处理的15.8和16.7倍,均超过我国国家食品安全标准中稻米镉的限量(0.2 mg/kg),精米镉含量未超过国家食品安全规定的限量,Cd3处理精米中镉含量最高,为0.174 mg/kg。2)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量和镉积累量均显著下降,糙米和精米的镉含量均低于我国国家食品安全规定的稻米镉限量,且Se2(0.14 mg/kg)处理优于Se1(0.07 mg/kg)处理。其中Cd1(2 mg/kg)浓度时,Se2处理的精米镉含量下降幅度最大,比Se0降低31.5%(P0.01)。3)镉在各器官中的分配比例为根系茎鞘稻谷叶片。随着硒浓度的增加,镉在根系中的分配比例增加,在地上部的分配比例减少,在稻壳中的分配比例增加,在精米中的分配比例下降。在Cd1浓度时,根系镉分配比例范围为60.9%67.8%,稻谷镉分配比例为12.6%13.8%;Se2处理稻壳中镉分配比例比Se0增加5.2个百分点,而精米中镉分配比例则下降了6.2个百分点。4)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,植株各营养器官干物重均增加,Se2处理对干物重的影响优于Se1处理。Cd1、Cd2和Cd3浓度下,Se2处理比Se0处理稻谷干物重分别增加了6.4%(P0.01)、5.2%(P0.05)和11.3%(P0.01)。【结论】施硒可降低镉污染土壤上水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量,并能显著降低精米中镉的分配比例,保证稻米的食用安全性,尤其在Cd加入量为2mg/kg土浓度下,施硒效果最显著,以施Se量为0.07 mg/kg处理的效果最好。     

镉胁迫对耐性不同的水稻幼苗膜脂过氧化和保护酶活性的影响

自20世纪60年代日本“痛痛病”被确认是通过食物链传递而对人体健康造成威胁以来,人们对土壤-植物系统的重金属污染问题十分关注,并进行了大量的研究,其中植物对重金属的耐受性及其机制成为研究的热点之一。一些研究者从不同侧面探讨了植物耐受重金属胁迫的机理,如植物对重金属     

过量表达OsNPR1基因稳定提高水稻对白叶枯病的抗性

在拟南芥中,NPR1是系统获得抗性SA信号传导途径中的一个重要的调节因子,在水稻中已克隆到与之同源的OsNPR1基因。构建OsNPR1基因水稻过量表达载体,并将其转化粳稻TP309得到转基因植株;通过自交纯合,得到17个纯合株系;对T3、T4代纯合株系进行PCR鉴定,证实转基因纯合株系中外源伪OsNPR1基因具有遗传稳定性;检测了T1、T2代转基因株系和T3代转基因纯合株系对水稻白叶枯病病原细菌Xanthomonas oryzae pv．oryzae的抗病性,结果表明,在T1、T2代中70％以上的株系对水稻白叶枯病的抗性显著提高,T3代中约67％的株系对水稻白叶枯病的抗性显著提高,说明这种抗病性的提高具有遗传稳定性。OsNPR1基因可作为选育水稻抗白叶枯病新种质的一个良好的候选基因。     

基因枪转化MAR序列介导水稻bar基因的表达分析

以水稻（Oryza sativa L.) 成熟胚愈伤组织作为水稻遗传转化受体，采用带有MAR（matrix attachment region)和不带MAR的两种植物表达质粒进行基因枪轰击转化bar基因，获得抗basta转基因水稻。分析了MAR序列介导在转基因水稻中对转基因表达的影响。研究结果表明，利用MAR序列介导bar基因表达，获得的转基因系的数量比对照提高66．7％，单块抗性愈伤组织再生植株数比对照提高27．3％，MAR序列介导bar基因表达的转基因系中，bar基因的表达水平比对照高，并且不同转基因系间bar基因表达差异比对照小。     

水稻镉耐性差异及镉低积累种质资源的筛选

比较水稻亲本材料的镉耐性差异, 筛选镉低积累水稻种质资源, 为水稻镉安全品种(Cd-safe cultivars, CSCs)的培育提供遗传材料。以收集的具有明显遗传差异的145种水稻亲本材料为研究对象, 通过水培试验, 研究水稻植株生长性状和镉积累特征, 比较不同材料的镉耐性和镉积累差异, 并以耐性指数和镉含量为指标, 筛选镉低积累种质资源。结果表明: (1)在镉胁迫条件下, 水稻生物量和株高受到不同程度的抑制, 根长和根冠比呈不同程度增加。(2)恢复系各材料间镉含量和积累量最大值分别为最小值的2.79倍和6.45倍, 保持系各材料间镉含量和积累量最大值分别为最小值的2.00倍和2.98倍。(3)根据耐性指数差异将恢复系和保持系各分成耐性不同的5类, 并将耐性较强材料进行镉积累差异分类, 得到恢复系镉低积累种质资源13种, 分别是"MR183"、"MR86"、"R047"、"R364"、"泸恢602"、"泸恢615"、"泸恢17"、"GR548/M63//527_2"、"R18"、"成恢838"、"GR548/M63//M63_5"、"GRL17/IRBN95-199_3"和"GRL17/ATTP//L17_3"; 保持系镉低积累种质资源2种, 分别是"玉香B"和"D62B"。(4)镉耐性较强材料中, 高积累材料的镉含量和镉积累量表现为恢复系中分别为低积累材料的1.97倍和2.03倍, 保持系中分别为低积累材料的1.43倍和1.40倍; 镉含量和镉积累量在两系的低积累材料间无明显差异。筛选镉低积累材料培育镉安全品种将成为解决镉安全威胁的关键。     

外源铁蛋白基因对水稻重要性状表达的影响

以原始亲本秀水11为轮回亲本,Fer转基因高代系(Fer34)为非轮回亲本,采用连续回交和自交,结合GUS组织染色检测,获得了性状稳定、且带有外源Fer基因的Fer34-XS11,它与原秀水11组成近等基因系。对该近等基因系的重要农艺性状、品质性状、抗病性状等进行考察。结果表明,外源Fer基因对水稻导入系无不良影响,转基因系基本保持了原亲本的生物学特性。     

不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及其预测评价

以南粳44和两优培九两个水稻品种为材料,通过盆栽试验,研究了不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及植株各器官镉含量间的定量关系。结果表明,两水稻品种整株、茎、叶和穗各器官镉含量均随着镉胁迫处理浓度的增加而加大,且茎中含量最高;不同浓度镉污染胁迫下的水稻冠层反射光谱曲线在可见光红光波段也存在差异,随着镉处理浓度增大,光谱曲线反射值降低,去除包络线后归一化深度加大,红边位置在两个品种中有不同程度的红移。通过构建植被指数NDVI（x）与水稻器官中镉含量的多种关系模型,比较了模型预测的显著性,分别构建了适用于两个水稻品种各器官的镉胁迫遥感监测的预测模型,南粳44分别为y整珠=86．207x2-56．633x＋9．7361,y茎=157．65x2-101．89x＋17．317,y叶=21．619x2-14．192x＋2．5283以及y穗_4．701lzz_1．4549x＋0．1628;两优培九分别为y茎=41．495x2-29．34x＋5．1829,y茎=53．364x2-36．778x＋6．3612,y叶=22．981x^2-15．768x＋2．7588,y茎=36．347x^2-25．477x＋4．4473。进而说明,地面高光谱遥感对水稻重金属镉污染及其胁迫水平有较好的响应,可通过水稻冠层光谱的差异性分析,实现水稻镉污染的快速、无损伤探测。     

转CBF1基因增强水稻的耐逆性

为改良水稻(Oryza sativaL.)的耐逆性,以来源于成熟种子的胚性愈伤组织为受体材料,通过农杆菌介导法将拟南芥(Arabidopsis thaliana)耐逆相关CBF1基因导入粳稻品种秀水11基因组,经GUS组织化学染色、PCR检测和Southern杂交分析验证,获得一批转基因植株。T1代检测结果显示,所转基因已遗传给后代,且大多数株系的分离比符合3∶1。试验表明,在高盐与高渗胁迫下,转基因株系较非转化对照具有显著或极显著生长优势,表现苗高负增长率较小,长出的根数较多,根长较长;经低温胁迫处理后,转基因株系的叶片相对电导率显著或极显著低于对照。这些结果证明水稻转基因株系的耐逆性得到了增强。     

重金属对水稻过氧化物酶同功酶的影响

对重金属胁迫条件下扬稻 6号体内POD活性测定和POD同功酶的聚丙烯酰胺浓度梯度凝胶电泳分析表明 ,0 0 5mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +诱导扬稻 6号叶片和根系POD同功酶活性较对照提高 ,但≥ 0 5mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +抑制叶片分子量较小的POD同功酶的表达。 0 5～ 1 0mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +强烈抑制根系POD同功酶的表达。 0 0 5～1 0mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +显著诱导穗中POS同功酶的表达。     

除草剂对不同耐寒性水稻幼苗的氧化胁迫效应

通过分析比较百草枯和丙酯草醚处理以及零上低温处理对水稻幼苗的生长、膜脂过氧化及抗氧化剂水平的效应,研究了新型除草剂丙酯草醚对不同耐寒性水稻品种（耐寒性品种圣稻13和冷敏感性品种IR50）的氧化胁迫特征。100 nmol/L丙酯草醚处理显著抑制圣稻13和IR50幼苗的生长,但50 nmol/L百草枯仅对IR50幼苗生长有显著抑制。百草枯处理使2个水稻品种的丙二醛（MDA）有大幅度的提升,这与百草枯通过产生氧自由基的杀草机理相符,而圣稻13对百草枯一定程度的抗性可能与其谷胱甘肽和抗坏血酸的上升响应有关。丙酯草醚处理虽然引起圣稻13中MDA的上升,但对IR50的MDA含量没有显著影响,表明丙酯草醚处理对圣稻13造成了氧化胁迫伤害,而对IR50的生长抑制可能与氧化胁迫没有密切关系。     

水稻WRKY基因家族功能研究进展

WRKY蛋白是一类重要的转录因子家族,因含有高度保守的WRKY结构域而得名,主要存在于植物中。WRKY域长约60氨基酸,其靠近N-端有WRKYGQ(K/E)K基序,后面跟有1个C2H2或C2HC锌指型结构。依据WRKY结构域基本结构特征的差异,水稻WRKY家族可以分成3大类,它们通过调控生长调节物质介导的信号途径,广泛地参与调节水稻生长发育和生物与非生物胁迫应答。     

Bt水稻杀虫蛋白时空变化及秸秆还田后在土壤中的持留规律

以Bt抗虫水稻华池B6、TT51及其非转基因水稻亲本嘉早935、明恢63,以及与它们亲缘较远但农艺性状相近的水稻品种中九B、R9311为试验材料,研究了田间种植条件下Bt抗虫水稻杀虫蛋白的时空变化及其在根际土中的持留规律,同时,还研究了秸秆还田后Bt蛋白在土壤中的持留规律。结果表明：1）Bt抗虫水稻华池B6植株各个部位...     

水稻(Oryza sativa L.)铝毒害与耐性机制及铝毒害的缓解作用

铝 (Al) 毒是广泛存在于热带亚热带地区酸性土壤上的主要的生产力限制因子之一。水稻Al毒害主要发生在新开垦的旱地酸性土壤上。本文较详细地总结了: (1) 水稻发生Al毒的环境条件,水稻Al毒害的可见症状和Al毒害的部位;(2) 水稻耐Al指标,营养元素的吸收与分配对水稻耐受Al毒害的影响,以及Al胁迫下根系分泌物、根际pH的变化等对水稻耐Al的贡献,水稻耐Al基因的定位等;(3) 水稻Al毒害的缓解作用机理及可能的解决措施。最后对水稻Al毒害和水稻耐Al机制研究中存在问题进行了分析探讨,同时对今后的研究作了展望。     

低钾对水稻不同叶位叶片光合特性及抗氧化系统的影响

研究了低钾条件下钾敏感型水稻品种"二九丰"不同叶位叶片的气体交换、荧光参数、色素和活性氧及抗氧化酶活性的变化。结果表明,随着叶位降低,对照和低钾处理的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、表观电子传递速率(ETR)、可溶性蛋白(SP)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均显著下降,而胞间CO2浓度(Ci)、激发压(1-qP)、非光化学猝灭(qN)、超氧化物自由基(O2.-)产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量却急剧升高。与对照相比,低钾胁迫加速了各叶位Pn的下降和Ci的上升,而Gs并无降低,说明Pn的降低主要是由非气孔引起的。低钾胁迫还明显降低Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR、Chl和SP含量、Chl/Car比率、及SOD和POD活性,促进了(1-qP)、O2.-产生速率、H2O2和MDA含量的升高。这些结果均说明低钾胁迫引起了PSⅡ光化学效率降低和能量耗散的不平衡,从而导致了叶片的早衰。相关性分析表明,PSⅡ的激发压的升高与Pn、Chl和SP的含量及SOD和POD活性呈极显著负相关,与O2.-产生速率、H2O2和MDA含量呈极显著的正相关。据此推测,激发压的升高可能介导了水稻在低钾条件下叶片早衰的起始过程。