水稻铁氧化酶基因OsLPR5对拟南芥根系发育和养分利用的影响

[目的]本文旨在研究水稻铁氧化酶基因OsLPR5对拟南芥根系发育和养分利用的影响,从而解析其作用。[方法]通过蛋白表达、纯化及酶活性测定,确定OsLPR5蛋白具有铁氧化酶活性;利用农杆菌介导花序侵染法创制OsLPR5转化拟南芥atlpr1突变体的转基因材料,通过根系形态鉴定和多种养分含量测定,研究OsLPR5对转基因植株根系发育及养分利用的影响。[结果]p GS-21a-OsLPR5融合蛋白酶活性明显高于对照;低磷条件下,与突变体相比,OsLPR5转化株主根变短,根系总磷、氮、钾、钠、铁、铜和锌等多种养分含量降低,趋于野生型; OsLPR5的表达显著回补了At LPR1基因的突变对主根表型和养分含量的影响,表明OsLPR5在植株根系构型和多种养分利用方面起到重要作用。[结论]OsLPR5蛋白具有铁氧化酶活性,在拟南芥转基因植株中参与低磷条件下根系构型和养分利用等重要过程。     

硝酸盐供应对玉米自交系郑58根生长的影响

NO-3的有效性对玉米根系形态的影响是近年来的研究热点。为了解玉米根系形态对硝酸盐浓度变化的应答,以自交系郑58为材料,分析了短时间内NO-3浓度的变化和局部NO-3处理对苗期根系性状、植株生物量、根冠比以及植株全氮含量的影响。结果显示,短时间的高氮（10 mmol/L）处理能够促进主根伸长,抑制侧根萌发;低氮（0.04 mmol/L）处理促进侧根的生长和根系干物质累积,增加根冠比;而缺氮和局部供氮均抑制了侧根伸长。分析植株生物量及全氮含量对侧根生长的影响表明,植株干重与侧根长之间、植株全氮含量与侧根密度之间有相关性。根系性状表型数据和定量指标分析表明,环境中硝酸盐浓度的改变首先引起郑58侧根生长的变化。     

玉米生长空间对根系吸收特性的影响

 在不供应和补充供应水、氮条件下 ,研究了限制根系生长空间对玉米根系生理特性、植株养分吸收及产量的影响。结果表明 ,限制根系生长空间虽严重影响了根系自身发育 ,降低了根系吸收总面积和TTC还原量 ,但却增加了根系的活跃吸收面积、比吸收表面、比活跃吸收表面 ,并提高了根系的TTC还原强度。这说明在限制根系生长的逆境条件下 ,作物并不是被动地忍受逆境的胁迫 ,而是主动地调节生理代谢过程 ,增强对水分和养分的吸收能力 ,从而减缓逆境的伤害。水、氮供应促进根系生长 ,增加根系吸收面积和活力 ,促进了根系对养分的吸收 ,从而提高了玉米产量 ,并减轻了因限制根系生长所引起的不良影响。     

~(60)Co-γ射线对自交系R08和48-2的诱变效应

用3种不同剂量60Co-γ射线辐射处理2个玉米自交系种子,对其诱变后代M1生物学效应及其M3株系主要性状的变异进行了分析。结果表明:①2个玉米自交系M1植株均受到明显的抑制及辐射损伤,具体表现在,株高和穗位高降低,叶面积减小,并且这种抑制损伤效应随着辐射剂量的增加而增大;它们的M1雄穗长和雄穗分枝数均降低;低剂量处理就能引起RO8的穗长和48-2的穗行数在M1代产生较大变化。②诱变后代M3株系各性状出现不同程度的正向突变和负向突变,其中株高、穗位高及叶面积平均值与对照有显著差异的M3株系频率高于主要雄穗及果穗性状,说明这些性状的诱变效果更好;诱变后代各性状的变异幅度和变异系数增大,表明辐射诱变能扩大玉米主要性状的变异谱,拓宽选择范围。此外,在48-2的M3代还获得了2个籽粒颜色发生突变的株系和2个雄性不育突变株系。     

60Co-γ射线对自交系RO8和48-2的诱变效应

用3种不同剂量60Co-γ射线辐射处理2个玉米自交系种子,对其诱变后代M1生物学效应及其M3株系主要性状的变异进行了分析.结果表明:①2个玉米自交系M1植株均受到明显的抑制及辐射损伤,具体表现在,株高和穗位高降低,叶面积减小,并且这种抑制损伤效应随着辐射剂量的增加而增大;它们的M1雄穗长和雄穗分技数均降低;低剂量处理就能引起RO8的穗长和48-2的穗行数在M1代产生较大变化.②诱变后代M3株系各性状出现不同程度的正向突变和负向突变,其中株高、穗位高及叶面积平均值与对照有显著差异的M3株系频率高于主要雄穗及果穗性状,说明这些性状的诱变效果更好;诱变后代各性状的变异幅度和变异系数增大,表明辐射诱变能扩大玉米主要性状的变异谱,拓宽选择范围.此外,在48-2的M3代还获得了2个籽粒颜色发生突变的株系和2个雄性不育突变株系.     

不同浓度NH_4NO_3对高羊茅生长及养分吸收的影响

为了解氮素供应状况(同时提供NH~+_4-N和NO~-_3-N)对草坪草生长和养分吸收特性的影响,以硝酸铵(NH_4NO_3)为供试肥料,通过盆栽试验研究了不同氮浓度(0、2.5、10 mmol/L)下高羊茅的生长及养分吸收状况。结果表明,添加外源硝酸铵高羊茅株高、干物质累积量增加,根系平均直径增大,总根长和根表面积降低,根系直径在<0.3 mm和>0.9 mm范围内的根长显著减少;与2.5 mmol/L氮处理相比,10 mmol/L氮浓度植株地上部干物质累积量、根长、根表面积降低。随外源氮浓度的升高,植株地上部氮、钾含量和氮、磷、钾养分吸收量呈上升趋势,地上部氮、钾的分配比例提高;地下部养分含量随氮浓度的增加而增加,氮、钾累积量各处理差异不显著。增加氮浓度单位根长的氮、钾养分吸收量提高,2.5 mmol/L和10 mmol/L氮浓度处理单位根长吸磷量差异不显著。综合分析高羊茅植株地上部和根系生长状况,2.5 mmol/L氮浓度更有利于促进高羊茅植株生长,提高养分吸收量,节约氮资源。     

小麦苗期生物量及氮效率相关性状的全基因组关联分析

【目的】探究不同氮素供应环境下与小麦苗期生物量及氮效率相关性状显著关联的SNP位点,预测相关候选基因,为小麦氮效率的基因克隆及其在育种中的应用提供参考。【方法】以134个小麦品种（系）组成的群体为供试群体,设置低氮、正常氮和高氮3个处理,各处理重复4次,并在2年（2013和2014年）进行了2次完全重复的营养液培养试验。试验对小麦苗期生物量及氮效率相关的14个性状进行了表型鉴定,采用MLM+K+Q混合线性模型,利用90K SNP芯片对小麦生物量及氮效率相关性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,获得显著关联的SNP位点。【结果】与正常氮处理相比,低氮处理条件下,根系、地上部及植株氮含量和氮积累量均显著下降,而根生物量和根、植株氮效率均显著增加,高氮处理下,几乎所有鉴定性状均显著增加;14个性状的广义遗传力均在40%以上,其中,植株总干重的遗传力最高（95.73%）。利用9 329个SNP标记进行关联分析,共检测到838个SNP标记位点与供试材料的14个性状存在显著关联（P≤0.001）,分布在21条染色体上。有435个（51.91%）SNP标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到;有403个位点至少在2个处理环境（包含均值环境）中被检测到与同一性状显著关联（稳定关联标记）。其中8个SNP标记位点至少在3个环境中被检测到。在4个环境下（包括均值环境）均检测到的稳定关联位点有2个：Kukri_c65481_121和tplb0025f09_1052,分别与植株总氮利用效率（total nitrogen use efficiency of plant,TNUE）和根系总氮利用效率（root nitrogen use efficiency,RNUE）显著关联;同时与至少6个性状（生物量及养分效率相关性状）显著关联的SNP标记位点共5个,分别位于1A、1B（3）和2A染色体上;根据小麦基因组注释及LD衰减水平,在同时定位了6个性状的5个SNP位点和2个多环境（4个环境）稳定关联的SNP位点的214 kb的基因组区域中共筛选候选基因84个,根据已知克隆氮效率基因的编码蛋白类型、候选基因功能注释信息及利用植物比较基因组学资源库蛋白序列同源比对分析,筛选到3个候选基因与生物量及氮效率相关。【结论】不同氮素处理显著影响小麦苗期生物量、氮效率相关性状及其相关QTL的表达,大多数SNP位点仅在1个氮素检测环境中被检测到,但也存在环境稳定性较强的位点。生物量及氮效率相关性状之间存在显著相关关系,并在一定程度上受到相同的QTL/基因控制。     

供氮浓度对水稻根系生长的影响

在水培条件下 ,设计 0、1 4、2 8、42 mg/kg4个供氮浓度 ,研究其对扬稻 6号不同生育时期、生育阶段根系生长的影响。结果表明 :1依对氮素反应而言 ,根系性状可分为 3大类 :第 1类为随供氮浓度的提高而增加的性状 ,如每株不定根数 ;第 2类为随供氮浓度的提高而显著下降的性状 ,包括每条不定根长、不定根粗、不定根重和单位长度不定根重等 ;第 3类根系性状 ,在一定的氮素供应范围内 ,其生长量随供氮浓度的提高而增加 ,但供氮浓度进一步增加其增幅变小 ,如每株根干重和不定根总长度。2抽穗期根系性状中 ,每株不定根数主要取决于无效分蘖期 ,其次是有效分蘖期 ,再次为拔节长穗期 ;每株根干重和不定根总长度主要取决于无效分蘖期 ,其次是拔节长穗期 ,再次为有效分蘖期。3无效分蘖期是影响每株根干重、不定根数和不定根总长度生长的主要生育阶段 ,根系增加量的不同是由其生长速率不同所致     

CO2浓度升高条件下内生真菌感染对宿主植物的生理生态影响

以内蒙古草原常见伴生种、感染内生真菌的天然禾草羽茅为研究对象,通过比较不同CO₂浓度和不同养分供应条件下,带内生真菌和不带菌植物在种子发芽和幼苗生长等方面的差异,探讨带内生真菌的天然禾草对CO₂浓度增加的响应。结果表明:CO₂浓度增加对带菌种子发芽率和发芽速度均无显著影响,但CO₂浓度增加显著降低了不带菌种子的发芽率和发芽速度,即CO₂浓度升高加大了带菌和不带菌种子发芽率之间的差异;内生真菌感染显著提高了宿主植物的最大净光合速率和水分利用效率;羽茅的营养生长受CO₂浓度和养分供应的交互影响,高CO₂浓度对生长的促进作用只出现在充足养分供应条件下;CO₂浓度升高和内生真菌感染对植物根系形态有显著的交互作用,在正常CO₂浓度下,带菌植株根径>1.05 mm的根系比例显著高于不带菌植株,随着CO₂浓度的升高,带菌植株上述根径根系所占比例无显著变化而不带菌植株所占比例显著升高,CO₂浓度升高导致带菌和不带菌不同根径根系分配之间的差异缩小。     

水稻油菜素内酯不敏感且闭花授粉突变体的遗传分析和基因定位

粳稻秀水09(XS09)经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变处理,得到一个性状稳定的闭花授粉突变体fod(floret opening defective)。突变体fod与野生型XS09相比,具有植株相对矮小,种子相对短粗,授粉时内外稃不分离等特点。且该突变体对外源油菜素内酯不敏感,表现为突变体叶夹角在油菜素内酯处理后明显小于野生型;不同浓度油菜素内酯对突变体的根长抑制程度显著低于野生型;在黑暗培养下野生型的中胚轴伸长,而突变体没有。遗传分析表明fod突变性状受1对隐性基因控制。利用F2杂交群体,经SSR和STS分子标记将突变基因Osfod定位于第7号染色体标记P8与P9之间,两个标记之间的物理距离大约为296 kb。     

入侵植物加拿大一枝黄花营养生长初期对光强和养分供应的反应

为了解入侵植物加拿大一枝黄花在营养生长初期对不同光照强度和土壤养分的反应,利用盆栽控制试验,将由根茎繁殖出的植降低了光合活性并积累显著较少的生物量。养分供应的高低未对所测定的光合相关性状产生显著影响,但较高的养分供应有利于高光条件下的生物量积累。光照强度是影响加拿大一枝黄花营养生长初期的重要因子,中、低光照条件可能会限制其入侵;而养分供应影响有限,加拿大一枝黄花营养生长初期对土壤养分状况适应性很广。株置于3个光照水平和3个养分水平组合的9种处理下,测量其叶片气体交换性状和叶绿素含量,并收获植株测量生物量。结果显示,高光强显著提高了叶片净光合速率和表观羧化效率,降低了胞间CO2浓度和叶绿素含量,提高了全株生物量积累,中、低光照条件显著     

低氮胁迫对玉米染色体片段导入系产量和苗期性状的影响

[目的]探讨玉米染色体片段导入系在氮胁迫下的生长反应。[方法]在正常供氮（N＋）与氮胁迫（N-）条件下,对玉米染色体片段导入系产量和苗期性状进行了研究。[结果]Ye478与5个导入系产量和苗期性状有明显差异;与N-相比,N＋条件下产量和不同处理时期苗期生物量均有增加,其中L58和L28产量因子增幅较小,是氮胁迫条件下氮高效利用的导入系;L8增幅较大,是氮胁迫条件下氮低效利用的导入系。[结论]为耐低氮玉米品种的选育提供了理论依据。     

过表达茶树自噬相关基因CsATG3b对拟南芥氮利用效率的影响

为探究茶树自噬相关基因CsATG3b在茶树氮利用中的潜在作用，从茶树中克隆了CsATG3b基因，在拟南芥中验证其参与氮利用的功能。结果显示，CsATG3b的表达水平随着茶树叶片成熟度的增加呈上升的趋势；与野生型拟南芥相比，低氮条件下，CsATG3b过表达株系（CsATG3b-OE）的根冠比和氮含量显著增加；过表达CsATG3b改变氮在植株体内的分配，正常氮条件下促进氮向茎生部位分配，低氮条件下促进氮向根系分配；过表达CsATG3b株系在低氮条件下显著上调根中氮吸收与转运相关基因AtNRT1.1、AtNRT2.1、AtNRT2.2和莲座叶中氨基酸转运基因AtAAP1、AtAAP4、AtAAP6及自噬相关基因AtATG3、AtATG5、AtATG8b的表达水平；过表达CsATG3b株系在正常氮条件下氮的积累增加，在低氮条件下的氮利用效率显著提高。结果表明，过表达CsATG3b能够通过调控拟南芥氮的吸收转运基因和自噬相关基因表达，从而提高植株氮利用效率及耐低氮胁迫的能力。     

细胞质雄性不育玉米的根系特性和氮效率研究

【目的】探讨细胞质雄性不育玉米的根系特性和氮素吸收利用规律。【方法】在土柱栽培条件下,选择目前生产中广泛应用的骨干自交系478和齐319的细胞质雄性不育系（CMS）和其同型保持系（可育系）为试验材料,比较分析雄性不育系及其可育系灌浆期根系特性的差异及对缺氮的响应。【结果】CMS玉米的籽粒产量和千粒重均高于其同型可育植株（P＜0.05）,生物产量差异不显著（P＞0.05）,收获指数明显较高（P＜0.05）,且缺氮条件下优势更为明显。CMS玉米灌浆期具有较高的根系干重、根系体积和根系总活力,且深层根系分布相对较多,根系活力较强,有效延长了根系的功能期,促进了植株对养分和水分的吸收。CMS玉米氮素积累总量高于其同型可育系（P＜0.05）,成熟期氮素在茎秆和籽粒中分配较多;低氮水平下,CMS玉米的氮素转移率、贡献率和氮素利用率均显著高于其同型可育系（P＜0.05）;CMS玉米单株氮效率较高,氮响应度相对较低。【结论】细胞质雄性不育玉米籽粒产量高、氮效率高与其深层根量多、根系活力强密切相关。     

系列玉米雄穗突变系的创制

通过对野生型玉米自交系(A378)离体花粉生殖细胞N-甲基-N亚硝基脲处理所得M1～M2群体的雄穗性状的筛查,创制出3种类型的玉米雄穗突变系。结果显示,与A378相比,第1类型雄穗突变系具有无分枝、主轴发育不良、无花粉的性状;第2类型雄穗突变系显示主轴退化、主轴与分枝上部分小穗雌化的性状;第3类型雄穗突变系具有正常发育的主轴与短小簇生的分枝。这些雄穗突变性状在M2群体中均出现表型分离现象。其中,1份雄穗雌化突变系具有显性性状,别的突变系均具有隐性性状。这些玉米突变系有望用于玉米雄性生殖器官发育与性状表达遗传机制的研究。     

种植密度对夏玉米根系特性及氮肥吸收的影响

【目的】玉米是中国第一大粮食作物,在国家粮食安全中具有举足轻重的作用。选用耐密型品种,增加种植密度是现在玉米获得高产的主要措施之一。然而,高密度种植加剧了玉米生长空间的压力,导致单株生长受到抑制,单株产量降低。根系作为吸收土壤水分与养分的主要器官,其生长受密植条件抑制。研究夏玉米品种根系特性对密度响应的基因型差异,探明密植条件下耐密型夏玉米根系特性与氮素吸收、利用的关系,为耐密型夏玉米品种的根系改良及密植条件下养分与水分管理提供依据。【方法】试验于2014—2015年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心进行,以耐密型品种郑单958(ZD958)和不耐密型品种鲁单981(LD981)为试验材料,采用土柱栽培与~(15)N标记技术相结合的技术手段,研究不同种植密度下(D1,52 500 plants/hm~2与D2,82 500 plants/hm~2),不同耐密型品种根系性状及氮素吸收利用情况对种植密度的响应。【结果】增加种植密度可显著提高夏玉米籽粒产量,但两品种单株籽粒产量均显著降低。两品种根系生物量、根长、根系表面积、根系活性吸收面积均随种植密度的增加而降低;D1条件下,LD981根系各项指标生育前期高于ZD958,乳熟期后均低于或显著低于ZD958。D2条件下,两品种根系各项指标生育前期差异不显著,而生育后期LD981显著低于ZD958;地上部单株绿叶面积与穗位叶净光合速率受基因型及密度影响,变化趋势与根系一致。两品种根冠质量比受密度增加影响差异不显著,但根冠活性面积比显著降低;增加种植密度两品种单株氮素积累量及氮利用效率显著降低,肥料氮回收率、氮肥偏生产力均显著提高,但肥料氮所占植株氮素积累量的比例不受密度变化影响;D2下ZD958植株肥料氮含量、肥料氮所占比例、肥料氮回收率及氮肥偏生产力显著高于LD981。【结论】耐密型品种ZD958根系受密度影响较小,高密度下,能够维持相对较高的根量、根长、根系吸收面积及根系活力,且高值持续期长,生育后期衰老缓慢,保证了植株对氮素吸收,有利于地上部进行光合生产、获得较高籽粒产量;高密度下ZD958籽粒库容较高、库调节能力较强,是其氮利用效率及氮肥偏生产力显著高于LD981的主要原因。     

营养条件对接种丛枝菌根真菌烟苗生长的影响

利用漂浮育苗技术培育烟苗:试验1用4种AM真菌(Arbuscular Mycorrhizal fungus,简称AM真菌)接种,通过测定成苗期烟苗根系的侵染率,筛选出B3养分供应方式为高养分条件下获得菌根苗的有效方法;试验2采用B3养分供应方式,研究不同养分用量下接种丛枝菌根真菌烟苗和不接种烟苗的烟苗生长、营养状况和生理活性。结果显示:在0.4~1.2×Hoagland营养液范围内,养分用量越高,烟苗生长越好,接种AM真菌的菌根效应越小。供应0.8×Hoagland营养液时,接种AM真菌烟苗的地上部生物量、植株磷含量均显著高于不接种烟苗;烟苗素质(生物量、植株营养状况、叶生理活性)达到了不接种烟苗在1.2×Hoagland营养液的水平。试验证实了高养分条件下获得健壮菌根烟苗的可能性,并提供了一种有效的养分供应方式。     

空间诱变水稻重要性状的遗传与变异

【目的】研究空间诱变水稻后代重要性状的遗传与变异情况,为水稻空间诱变育种提供借鉴。【方法】利用返回式卫星搭载籼型水稻单株纯系品种广恢998、HR15、特B、湛B、双青B和II-32B的干种子,以各品种地面种子为对照,在相同条件下种植后,考察其后代(SP1~SP4代)主要经济性状(粒长、粒宽、穗粒数、千粒质量、单株粒质量、结实率)和农艺性状(株高、剑叶长、剑叶宽、穗数、穗长)的表现及其遗传变异情况。【结果】6个空间诱变水稻品种SP1代的大多数性状与各自地面对照差异不明显;而SP2代的主要农艺性状和经济性状则出现了正、反2个方向的强烈分离变异,各品种突变株主要性状的极差和变异系数均值均远大于其对照,还出现了特大粒、特大穗等特殊突变体,变异类型极为丰富;SP3代的性状大体与SP2代相似,SP2代中的突变性状大多在SP3代中重现;至SP4代时,大部分变异性状已基本稳定。【结论】水稻干种子在空间条件下所产生的变异,能稳定地遗传给后代;空间诱变育种可以成为一种新的水稻诱变育种方法。     

玉米高无机磷突变体的选育和特性研究

采用⁶⁰Coγ射线辐射诱变,创造出2个玉米高无机磷突变体lpa-zhong1和lpa-zhong2,研究了其突变的等位性和遗传控制类型,同时对野生型亲本和突变体的种子发芽率、磷组分含量、微量金属元素含量以及农艺性状和产量性状做了初步研究。结果表明,两个突变是等位的,且突变受单隐性基因所控制;与野生型亲本相比,突变造成种子发芽率降低;总磷、无机磷含量极显著增加,植酸含量显著下降;金属元素含量、农艺性状无显著变化;除了百粒重显著下降之外,其他产量性状差异不显著。     

氮素供应对橡胶树根系生长的影响

在以甘蔗渣为介质的条件下,设计了10个供氮浓度,研究了氮素供应对橡胶树根系生长的影响。研究结果表明:在供氮浓度低于1280mg/kg时,适量施氮可以诱导侧根的生长,侧根的分枝数最高可以达到对照的14倍,各级侧根根系总长最高可增加3倍,而各级根重最高可提高2倍;施氮过多(>1280mg/kg),侧根数量又开始减少,根系变短变细,根重降低。但各级侧根的平均根长、根粗始终随着供氮浓度的增加而下降的。不同根系性状对氮素的反应不同,这说明氮素对根系的生长有重要的调控作用。