水稻叶片衰老生理的研究进展

总结了近年有关水稻叶片衰老生理的研究进展,包括水稻叶片衰老的生理机制,衡量水稻叶片衰老的常用生理生化指标及其变化以及水稻叶片衰老调节等研究成果,进而对今后水稻叶片衰老研究中着重应解决的一些问题进行了讨论。     

水稻库/源比对叶片光合作用、同化物运输和分配及叶片衰老的影响

两系杂交稻Ｎ３１ＳＳ／Ｐ４０水培稻株不同库／源比值株剑叶光合速率在灌浆结实前期去叶处理明显高于对照,去１／２花则降低光合速率;灌浆中,后期处理间差异较小。改变库／源比后１－７去,去叶处理剑叶的ＲｕＮＢＰ羧化酶活性,光合磷酸化和Ｈｉｌｌ反庆活性,蔗糖磷酸合成酶活性,叶片中无机磷含量,被同化碳在醇溶部分分配比例及光合同化物从剑叶输出的速率均明显高于对照,而叶片中蔗糖和淀粉含量低于对照。     

我国玉米自交系叶片保绿性及其与产量的关系

选用我国75个常用不同基因型玉米自交系,对其叶片保绿性参数进行了定点动态测定。结果表明,不同自交系抽丝后叶片保绿度的变化均符合方程y = ae^b-cx/ (1+e^b-cx),成熟期的绿叶数、成熟期叶绿素含量和相对绿叶面积平均衰减速率(V_m)可作为区分玉米保绿型与非保绿型的关键指标。按照Hiechical聚类分析方法,筛选出12个保绿型自交系,其成熟期相对绿叶面积在60%以上,其V_m平均值为0.687% d^-1,在生长季内相对绿叶面积无大幅度衰减,成熟期绿叶数多,叶绿素含量较高;其余63个为非保绿型自交系,还可分为植株叶片衰老较快型与植株叶片衰老较慢型两个亚类。不同自交系抽丝后叶片保绿性与叶面积持续期、单株产量均呈正相关。保绿型的叶面积持续期和单株产量比非保绿型分别高20.02%~23.87%和50.44%~59.38%;与非保绿型自交系相比,保绿型在籽粒灌浆期绿叶面积大,叶绿素含量高,群体光合速率高,光合作用时间长,因而生物产量较高。     

水稻叶片保绿相关性状的QTL分析

以籼稻窄叶青8号（ZYQ8）与粳稻京系17（JX17）为亲本的DH群体为材,考察叶片保绿相关性状,并利用该群体的分子连锁图谱进行QTL分析。共检测到7个与水稻叶片保绿有关的QTL,包括与黑暗下保绿面积相关的3个QTL,位于第1、6和8染色体上,贡献率分别为11.07%、10.31%和11.21%;与黑暗下保绿程度相关的2个QTL,位于第1和12染色体     

水稻叶片形态建成分子调控机制研究进展

叶片形态是水稻“理想株型”的重要组成部分,是当前水稻高产育种关注的重点。本文通过对已克隆多个叶形相关调控基因综述了水稻叶片形态(叶片卷曲度、倾角、披散程度以及叶片宽度)建成的分子遗传学研究进展。综合分析认为,水稻叶片的卷曲主要是通过卷叶基因调控叶片近轴/远轴间的发育、泡状细胞的发育及其膨胀和渗透压、厚壁组织的形成以及叶片角质层的发育等来实现。影响植株空间伸展姿态的叶倾角主要通过叶角基因调控油菜素内酯的信号传导来影响叶枕细胞的生长发育;唯一被克隆的影响叶片披垂度的披叶基因DL1是通过控制叶片中脉发育而改变叶片形态的;而窄叶基因则主要通过调控生长素的合成与极性运输、维管组织的发育和分布,影响叶片维管束数目及宽度。但到目前为止,所有已克隆的叶形调控基因间相互调控关系的研究还不够深入,还不能完整清晰地勾勒水稻叶形建成和发育的分子调控网络。因此,在已有的研究基础上更深入地探索水稻叶片形态建成的分子调控机制,对进一步构建相关的调控网络,塑造水稻理想株型具有重要意义。     

免少耕水稻的根系活力和叶片衰老研究

前文叙述免(少)耕水稻的干物质积累,光合产物运转效率及C/N比时,曾指出它们与根系活力等有密切关系(王永锐等,1992)。而关于免(少)耕水稻的根系活力和叶片衰老迟早问题,则未曾见过报道。本文的目的在于探讨免(少)耕水稻地下部根系活力和地上部叶片衰老状况,阐明免(少)耕稻比翻耕稻增产的生理基础。     

一个水稻叶片衰老上调表达基因的初步生物学功能分析

叶片衰老是其发育的最后阶段。通过对水稻叶片衰老机制的研究, 有计划地控制或延缓衰老的发生具有重要的理论价值和实践意义。本研究基于基因表达芯片数据挑选了一个叶片衰老上调表达候选基因A12 (LOC_Os 07g41230)。A12基因在水稻全生育期表达谱数据库中的表达模式及在水稻抽穗后不同时期剑叶中的表达量检测结果进一步证明其确为叶片衰老上调表达基因。生物信息学预测A12基因启动子区域存在大量的与激素诱导相关的顺式作用元件。实时定量PCR结果显示A12基因对茉莉酸(JA)和激动素(KT)的诱导有明显的响应, 但是对油菜素内酯(BR)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)及脱落酸(ABA)的诱导则无明显响应。对A12基因对应的水稻T-DNA插入突变体观察发现, A12基因的突变会导致剑叶早衰。这些结果为进一步深入研究A12基因的生物学功能打下了基础。     

水稻抽穗期分子遗传研究进展

水稻抽穗期是重要的农艺性状。随着水稻基因组学和分子遗传学研究的快速发展,水稻抽穗期的遗传学研究近年来取得了较大进展。在水稻抽穗期QTLs研究方面,目前已经定位了536个QTLs,抽穗期OTL的发现与材料、群体类型及环境均有关,在抽穗期遗传中上位性及QTL与环境互作同样具有重要作用;在基因克隆方面,有5个与水稻抽穗期有关的基因已被克隆,其中4个与长日植物拟南芥开花相关基因之间具有保守性;在水稻抽穗期信号传导路径研究方面,拟南芥的相关研究结果为水稻提供了很好的借鉴,研究发现水稻中存在与拟南芥类似的生物钟和光周期调控抽穗期的模式,并且水稻中生物钟调控抽穗期的路径有多条。植物成花分子遗传学研究主要集中在光周期及春化作用上,关于感温性的遗传研究很少。     

4PU-30延缓杂交水稻叶片衰老的效果与作用

用４ＰＵ－３０喷施抽穗后１０天的杂交水稻植株,可显著延缓叶片衰老,表现为叶片衰老过程中叶绿素的降解明显减缓,同时,明显抑制衰老期间叶片超氧物歧化酶（ＳＯＤ）,过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性下降和脂质过氧化作用产物丙二醛（ＭＤＡ）增加,表明４ＰＵ－３０延缓叶片衰老与调节活性氧代谢有关,４ＰＵ－３０还能提高叶片光合速率和果糖１,６－二磷酸酯酶（ＦＢＰａｓｅ）活性,促进籽粒灌浆和干物质积累,增加粒重和产量。     

棉花叶片衰老生理研究进展

随着转基因棉花的大面积推广,棉花早衰发生加重,已经成为制约棉花发展的重要因素,有关早衰的研究成为学者关注的焦点。综述了近年来国内外有关棉花叶片衰老生理的研究结果,主要包括衰老过程中各种生理生化指标的变化特征,以及防止棉花叶片衰老的各种调控措施。文中概述了一些常用的棉花叶片衰老生理生化指标,如叶绿素、蛋白质、丙二醛(MDA)、活性氧清除系统(SOD、POD、CAT)、激素(生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯、多胺)等。大量研究表明在棉花叶片衰老过程中叶绿素、蛋白质含量急剧下降,而MDA含量快速上升,活性氧清除系统酶活性产生相应的变化,各内源激素的含量也具有各自变化特点。针对棉花早衰的生理过程,通过采用植物生长调节剂,氮、钾、钙3种肥料,以及水分、光照、温度、气体等环境因子的调节措施来预防叶片早衰以及对出现叶片早衰后的稳产措施。最后对棉花叶片早衰的研究方向进行了展望。     

水稻卷叶性状的研究进展及在育种中的应用

目前,水稻叶片卷曲性状已被直接或间接的应用于水稻理想株型育种。研究发现,叶片适度的内卷能使叶片挺直以减少披垂现象的发生,在生长发育后期作用明显,有利于改善水稻基部的受光条件,进而提高植株光能的利用率,实现增产的目的;叶片过度卷曲会产生许多不利的影响,如有效叶面积指数偏小以及光合有效辐射利用率不高等。大量证据表明,叶片卷曲受到体内遗传机制和体外环境因子的双重调节。本文主要综述水稻叶片卷曲的相关研究,包括卷曲效应、形成机制、相关调控基因及其在育种中的利用等,同时探讨了目前水稻卷叶研究中存在的问题,以期能更好地促进卷叶性状在水稻育种中的应用。     

玉米叶片保绿度F1杂种优势与环境互作效应分析

采用加性-显性及与环境互作的遗传模型,利用玉米6个亲本,按完全双列杂交设计组配的15个杂交组合在4种环境条件下的试验资料,分析玉米叶片保绿度F1杂种优势与环境互作效应。结果表明:玉米叶片保绿度F1杂种优势存在着极显著的基因型与环境互作效应。不同杂交组合在同一环境下的F1杂种优势表现不尽相同,同一杂交组合在不同环境条件下表现也不尽相同。玉米自交系沈137是选育保绿性玉米杂交种较好的亲本材料。     

不同氮肥利用效率水稻基因型剑叶光合特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种,研究225 kg hm^-2施氮条件下水稻剑叶光合特性的差异及其与氮肥利用效率、水稻结实性的相互关系。结果表明,齐穗后,氮高效基因型水稻的叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、光合功能期和叶绿素荧光动力学参数中的最大光化学效率(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(q_N)均显著高于氮低效基因型。相关性分析表明,齐穗后不同时期,剑叶中叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、剑叶的光合功能期和叶绿素荧光动力学参数值(F_v/F_m、F_v/F_o、Φ_PSII、q_P、q_N)与水稻的氮肥利用效率、结实性均呈极显著的正相关。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻生育后期具有较好的光合特性,较长的光合功能期;同时,其PSII反应中心更加稳定,具有更大的光能转化为电化学能的潜力,非光化学猝灭对光合机构也有更好的保护作用。因而,其在促进植株光合物质积累,提高结实性的同时能通过地上部与地下部的调节反馈增强植株对氮肥的吸收利用。     

水稻叶片伸长过程的模拟模型

水稻叶片生长过程的动态模拟, 对于实现水稻生长的数字化和可视化表达具有重要的理论意义和应用价值。本研究以4个不同株型的水稻品种为试验材料, 通过对水分试验、氮素试验条件下不同叶位叶片的叶长、叶宽特征进行连续观测, 综合分析了水稻叶片几何形态指标随生育进程和环境条件的变化规律, 进而构建了水稻叶片生长过程的动态模拟模型。模型采用Logistic方程描述了水稻主茎及分蘖叶片随生长度日(GDD)的动态伸长过程; 利用二次曲线描述了叶宽随GDD的动态变化过程; 分别用幂函数和一元二次方程描述了叶形(不同叶长处的叶宽)的动态变化过程; 另外, 以叶片氮素和水分因子分别描述了不同水氮水平对叶片形态建成过程的定量影响。同时利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了测试和检验, 主茎和分蘖动态变化叶长、叶宽的均方根差(RMSE)分别为3.6 cm、3.96 cm以及3.15 cm、3.56 cm。表明本模型对水稻叶片的动态伸长过程具有较好的预测性和解释性。     

水稻种质资源单叶光合速率研究

对117份水稻种质资源不同生育期的测定表明,始穗期至齐穗期光合速率比较稳定,可代表某品种的光合速率用于品种间比较;水稻品种间光合速率存在极显著差异。聚类结果将水稻品种划分为光合速率极高、高、中高、中低和低5个类群。净光合速率接近或大于25 µmol·m^-2·s^-1的高光合速率资源共有14份,占测试材料的11.97%。其中籼稻有矮南早、特青、复粒稻、矮50、Ketan Bajong等,粳稻有龙稻、农垦46和道光沙,光身稻有Rico-1。并对光合速率与农艺性状的关系进行了研究,结果显示高光合速率的资源具有株型松散适度,叶色绿或深绿,以及剑叶中等直立或近直立等特点。     

基于高密度遗传图谱的水稻卷叶QTL定位

水稻叶片适度卷曲能提高光能利用率,增加产量。本研究以0738-28-1B (生育中后期叶片卷曲)和岗46B (叶片平展)为亲本构建大小为139个单株的F2作图群体,利用ddRADseq技术得到32 960个高质量多态性SNP、Indel标记,构建了包含1 196个bin标记的高密度遗传图谱,相邻bin之间的平均距离为1.12 cM。结合亲本和群体剑叶卷曲度表型数据,对卷叶性状进行QTL定位,检测到2个QTL位点。qRL-3定位在第3染色体8.24～10.13 Mb区间上,表型贡献率为9.76%;qRL-9定位在第9染色体19.69～19.84 Mb区间上,表型贡献率为25.40%,被认为是控制叶片内卷的主效位点,增效位点均来自亲本0738-28-1B。本研究结果为主效QTL位点的进一步精细定位提供了依据,同时为理想株型育种和超高产育种提供了新的卷叶基因资源。     

水稻白条叶突变体(st10)的遗传分析与基因定位

在水稻甲基磺酸乙醇(Ethylmethane Sulphonate,EMS)诱变突变体库中,发现了一个以粳稻品种日本晴(Nipponbare)为背景的白条叶突变体,该突变体叶片在2-3叶期出现纵向白条的突变性状,此后随着植株的生长逐渐弱化,至抽穗期叶片颜色基本恢复正常,只有叶脉仍呈白色.白条性状受温度影响,高温时性状明...     

水稻叶曲线特征的机理模型

通过对水稻叶片的受力分析，推导了叶曲线方程，并进行了影响系数的参数化和方程求解。对叶曲线方程的灵敏度分析表明，方程较好地体现了叶长、叶宽、叶形、比叶重和叶片形变系数等参数对叶曲线的综合影响，与生产中水稻株型特征变化相一致。进一步利用三维数字化仪获得的不同品种类型水稻拔节期和孕穗期叶脉空间坐标试验数据对叶曲线方程进行了模拟分析，结果表明叶曲线方程可以合理而可靠地定量描述水稻叶曲线特征的动态变化规律。     

不同发育时期玉米叶片保绿度遗传主效应及其与环境互作效应分析

采用包括基因型×环境互作效应的加性-显性遗传模型及非条件和条件的分析方法,研究多环境下玉米吐丝后不同发育时期叶片保绿度性状的遗传主效应及其与环境互作效应。结果表明:非条件遗传分析表明控制玉米叶片保绿度在发育不同时期的各遗传效应均受到环境条件的影响并存在着表达水平上的差异;条件遗传方差分量分析表明,控制玉米吐丝后不同时期叶片保绿度表现的净遗传效应在各个发育时期均有新的不同程度的表达,对玉米由抽丝期到成熟期发育进程基因表达净效应的选择越来越受到环境条件的影响。