水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米,因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前,虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰,但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述,探讨了未来研究的方向。     

水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米，因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前，虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰，但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述，探讨了未来研究的方向。     

水稻吸收、运输锌及其籽粒富集锌的机制

 锌是人体必需而又易缺乏的营养元素。在粮食作物可食部位生物强化锌被认为是解决人体缺锌的最有潜力的途径。水稻根吸收锌可分为分泌麦根酸等根系分泌物将土壤颗粒中的金属离子活化和重金属转运蛋白把锌离子转运进植株根部两个过程,ZIP家族基因在后一过程中发挥重要作用。水稻锌在木质部中运输主要以离子态为主,也可同有机酸、尼克酰胺等配体协同运输。地上部锌通过韧皮部再转运到新生组织或装载进入籽粒,水稻韧皮部再转运能力是影响籽粒富锌的关键因素,而锌大量累积在糊粉层中或与植酸等结合后,大大降低了锌的生物有效性。研究粮食作物籽粒富锌机制,利用现代分子生物技术生物强化籽粒中的锌含量,对满足人类锌营养健康具有重要意义。综述了锌在植物体内的生理功能,水稻对锌的吸收、运输和再转运,锌装载进入籽粒,锌在植物体内的分布与赋存形态,以及锌在粮食作物中的生物强化等最新研究进展。     

水稻对镉的吸收和转运的分子机理

日益严重的稻田镉污染威胁着中国生态安全和食品安全,培育低镉积累品种以降低稻米镉含量或者培育耐镉品种以用于植物修复是治理稻田镉污染的理想手段,阐明植物对镉的吸收和转运的分子机理是培育低镉品种和耐镉品种的前提。综述了水稻等植物对镉的吸收和转运的生理机制以及镉吸收、转运、隔离及外排过程中参与的各种镉诱导转运蛋白功能的研究进展有利于低镉积累水稻品种的培育,并促进水稻作为植物修复模式植物在降低土壤镉污染的生态治理中的应用。     

植物在低温胁迫下的分子反应机制研究进展

阐述了低温诱导基因与植物抗寒性的关系。低温信号激活植物某些抗冻基因的表达,从而产生特异蛋白和渗透调节物质,进而提高植物抗氧化胁迫能力和渗透调节能力。     

茶树根系跨膜吸收氟的生理与分子机制

茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]是高富集氟的植物,氟在叶片中被大量累积。饮茶是人们摄取氟的重要途径,氟的过量摄入会影响人体健康。茶树主要通过根系从土壤中吸收富集氟,但是根系跨膜吸收氟的生理与分子机制尚不清楚。本文综述了茶树根系吸收氟的主动和被动途径,总结根系H+-ATPase和Ca^2+-ATPase介导氟的跨膜主动吸收过程与分子机制;剖析离子通道和Al-F络合在根系被动吸收氟过程中的作用及微观过程;分析影响根系吸收富集氟的主要因素及其调控措施。提出通过研究茶树根系氟跨膜吸收相关转运蛋白及其相关基因的克隆、表达和功能验证,以揭示跨膜吸收氟的分子机制;进而研究调控根系对氟的选择吸收,以保障茶叶质量安全和饮茶健康。     

氮肥运筹对春玉米产量、养分吸收和转运的影响

研究氮肥不同运筹方式对玉米产量、养分吸收利用、转运及分配的影响。结果表明,基肥:拔节期:抽雄期施氮比例为3∶4∶3处理玉米产量和氮肥利用效率最高,较其他基追比例处理增产3.2%~20.5%,氮收获指数、当季回收率、农学利用率和偏生产力分别提高2.0~5.3个百分点、2.0~21.3个百分点、2.3~10.0 kg/kg和2.3~10.0 kg/kg。施氮可显著增加玉米主要生育期氮、磷、钾吸收量,并可提高玉米抽雄期氮、磷、钾养分向子粒转运和子粒养分增加量,其中基肥∶拔节期∶抽雄期施氮比例为3∶4∶3处理玉米灌浆期氮、磷、钾吸收量最高,成熟期子粒氮、磷、钾积累总量高于其他基追比例处理。相关分析结果表明,玉米各生育期氮、磷、钾吸收间存在显著或极显著的正向相关,且除苗期外,其他生育期氮、磷、钾吸收量与产量均存在极显著正相关,灌浆期氮、磷、钾吸收状况与产量相关系数最大。     

铁的生理功能及其对水稻产量和品质影响的研究综述

铁是植物生长发育必需的微量元素,也是人体生长不可缺少的微量元素之一。稻米是世界上50%以上人口的主食,水稻可有效从土壤中吸收铁元素供人类食用,改善人类铁缺乏的现状。本文综述了水稻中铁的生理功能和水稻对铁的吸收及转运调控机制,重点阐述了缺铁和铁过量对水稻生长发育、产量和品质的影响,并提出了未来该领域的研究方向,以期为水稻铁生物强化和水稻高产优质栽培提供理论依据。     

植物分子育种的后代变异

植物分子育种已在多种植物上获得了变异后代,取得了令人瞩目的可喜成绩。分析了植物分子育种后代变异的原因、特点、变异的遗传稳定性及变异后代的应用。     

喷施铁肥对不同基因型小麦产量和铁吸收的影响

为研究小麦的最佳喷施铁肥时期并筛选高铁基因型小麦,采用盆栽方法,以14个不同基因型小麦为材料,通过不同时期喷施铁肥,比较其对小麦产量和铁吸收的影响。结果表明,小麦拔节期叶面喷施铁肥可以增加籽粒产量、籽粒铁含量、籽粒铁累积量及占植株总铁积累量的比例。拔节期喷施铁肥提高了小麦根系的铁含量、累积量及根系铁占植株总铁累积量的比例。不同基因型小麦喷施铁肥时茎中的铁含量、铁累积量及占植株总铁累积量的比例均显著降低。小麦体内的铁主要储存在根系中,地上部的铁主要分布在叶片等营养器官中。与低铁基因型相比,高铁基因型小麦具有较低的籽粒产量和生物量,但籽粒产量占全株总生物量的比例却高于低铁基因型。无论是否喷施铁肥,高铁基因型小麦籽粒铁含量、铁累积量及占植株总铁累积量的比例均显著高于低铁基因型小麦。无论是否喷施铁肥,高铁基因型的根系生物量显著低于低铁基因型,但根系铁含量则显著高于低铁基因型,铁累积量则没有显著差异。拔节期喷施铁肥是促进不同基因型小麦生长、改善小麦铁营养状况的有效途径。     

甜、糯玉米的分子机理

介绍玉米胚乳淀粉合成生化途径中几个关键酶的活性受基因突变的影响,表现甜质或糯质性状的分子机理,进而对甜、糯玉米育种提出了几点建议或设想。     

Effect of drought and elevated temperature on grain zinc and iron concentrations in CIMMYT spring wheat

Abiotic stress caused by increasing temperature and drought is a major limiting factor for wheat productivity around the world. Wheat plays an important role in feeding the world, but climate change threatens its future harvest and nutritional quality. In this study, grain iron (Fe) and zinc (Zn) concentrations of 54 wheat varieties, including CIMMYT derived historic and modern wheat varieties grown in six different environmental conditions, were analyzed. The objective of the study was to evaluate the effect of water and heat stress on the nutritional value of wheat grains with a main emphasis on grain protein content, Zn and Fe concentrations. Significant effects of environment on protein content and grain micronutrients concentration were observed. The protein and Zn concentrations increased in the water and heat stressed environments, whereas Zn and Fe yield per unit area was higher in non-stress conditions. The results suggest that genetic gains in the yield potential of CIMMYT derived wheat varieties have tended to reduce grain Zn, in some instances; however, environmental variability might influence the extent to which this effect manifests itself.     

四川小麦品种高、低分子量麦谷蛋白基因和1B/1R易位的分子标记鉴定

为给四川小麦品质育种提供参考信息,利用7个HMW-GS、17个LMW-GS和1个1B/1R易位的特异分子标记,对105份2000年后育成的四川小麦品种进行上述基因检测。结果表明:(1)针对HMWGS,在Glu-A1位点,含Ax2*的品种有2份,频率为1.9%;在Glu-B1位点,含Bx7、Bx20、Bx17、By8和By9的品种分别有73、26、4、45和30份,频率分别为69.5%、24.8%、3.8%、42.9%和28.6%,未检测到含Bx7OE的品种;在Glu-D1位点,含Dx5的品种有65份,频率为61.9%。(2)针对LMW-GS,在Glu-A3位点,含Glu-A3a、Glu-A3b、Glu-A3c、Glu-A3d和Glu-A3f的品种分别有2、2、63、29和9份,频率分别为1.9%、1.9%、60.0%、27.6%和8.6%,未检测到含Glu-A3e和Glu-A3g的品种;在Glu-B3位点,含Glu-B3b、Glu-B3d、Glu-B3f、GluB3g和Glu-B3i的品种分别有18、10、1、75和1份,频率分别为17.1%、9.5%、1.0%、71.4%和1.0%,未检测到含Glu-B3a、Glu-B3c、Glu-B3e和Glu-B3h的品种。(3)含1B/1R易位的品种有36份,频率为34.3%。(4)组合6种和5种以上优质基因的品种分别有2份(频率为3.8%)和15份(频率为14.3%)。可利用这些品种作为亲本,在四川小麦品质育种中逐步导入优质基因Ax2*、Bx7、By8、Dx5、Glu-A3d、Glu-B3d、Glu-A3b和Glu-B3b,并淘汰1B/1R易位,优化四川小麦面筋优质基因组成。     

土壤水分对水稻光合速率与物质运转的影响

 以6个中熟水、陆稻品种为材料，研究了在不同土壤水分状况下水稻光合速率与物质运转的特点。叶片光合速率随土水势的下降而减小，抗旱性品种减小的幅度小于抗旱性较差的品种。长期低土壤水分处理后，群体光合能力的下降主要是由于叶面积的减小。低土壤水分处理导致叶片中蔗糖和总可溶性糖含[CM(45*2]量的增加，淀粉含量的减少。淀粉/可溶性糖、淀粉/蔗糖与相对产量(处理/对照)呈极显著正相关(r=0.9854、 r=0.9412)。低土壤水分处理下，抽穗期茎鞘中可用性糖(可溶性糖+淀粉)累积量减少，抽穗后运转率增加，抗旱性品种的相对累积量(处理/对照)高于抗旱性较差的品种，但运转率的大小与品种的抗旱性无明显联系。     

植物避荫反应的分子生理学研究进展

植物的避荫反应是指当植物受到周围环境遮荫时,植株会表现出茎秆细高、分枝减少、节间伸长、开花加快等特征,以获取更多的光资源。这种反应是生长相对稠密的植物群体在长期的演变进化过程产生的一种竞争光资源的策略,是植物应对环境胁迫、针对光信号做出的可塑性反应。本文总结了国内外对拟南芥、大豆、小麦等植物的避荫反应的研究进展,探讨避荫反应对植物生长发育的影响,包括光学特性、内源激素以及相关的分子机制等。     

两种籽粒镉含量不同水稻的镉吸收转运及其生理效应差异初探

以籽粒镉(Cd)含量不同的两个水稻品种为材料,采用水培和盆栽试验,研究了水稻不同生育期Cd吸收转运,生理效应对籽粒Cd浓度的影响.盆栽试验结果表明,在Cd含量为1.57 mg/kg的上壤中,中香1号(A16,低Cd 品种)和IR65610-38-2-4-2-6-3(A54,高Cd品种)糙米中Cd含量分别为0.88和0....     

玉米细胞质雄性不育性的分子机理

本文对玉米细胞质雄性不育性的分子机理进行了综述。线粒体基因组、叶绿体基因组与细胞质雄性不育性有一定的关系，这种关系是建立在质核两个遗传体系相互依存和联系的统一关系之中。应把线粒体基因组、叶绿体基因组及核基因这三类遗传体系联系起来研究，能对玉米细胞质雄性不育性的遗传机理做出比较圆满的解释。     

冬小麦品种高低分子量麦谷蛋白亚基的分子标记检测

为了通过育种手段尽快改良小麦加工品质,利用Dx5、By8、By9、By16、Glu-A3、Glu-B3和1B.1R的特异性分子标记对221份中国冬小麦品种（系）进行HMW-GS、LMW-GS基因的等位变异及1B.1R易位系检测,结果表明：（1）在所检测的小麦品种（系）中,含Dx5、By8、By9的材料依次为58、79、119份,频率依次为26.2%、35.7%、53.8%;未检测到含By16的材料。（2）在所检测的小麦品种（系）中,Glu-A3位点上,含Glu-A3a、Glu-A3b、Glu-A3c、Glu-A3d的材料依次为30、1、111、79份,频率依次为13.6%、0.5%、50.2%、35.7%;未检测到携带Glu-A3e、Glu-A3f、Glu-A3g的材料;Glu-B3位点上,含Glu-B3d、Glu-B3g、Glu-B3f、Glu-B3h的材料较多,依次为64、47、18、11份,频率依次为29.0%、21.3%、8.1%、5.0%,含Glu-B3a、Glu-B3b、Glu-B3c、Glu-B3i的材料很少,依次为1、3、2、4份,频率依次为0.5%、1.4%、0.9%、1.8%;含1B.1R易位系的材料（即Glu-B3j类型）71份,频率为32.1%;未检测到含Glu-B3e的材料。（3）在所检测的小麦品种（系）中含最优亚基组合By8、Dx5、GluA3d、GluB3d的材料只有2份,频率为0.9%,说明聚合多个优良基因的小麦品质改良工作急需加强。