Cd2+诱导的镉敏感水稻突变体cadB-1叶片抗坏血酸循环的变化

【目的】镉离子 (Cd2+) 为非必需的微量元素,植物易从土壤中吸收并积累Cd2+,通过食物链进入人体内,对人类的健康造成重大威胁。为了阐明Cd2+诱导氧化胁制和抑制生长的机制,对 Cd2+敏感水稻突变体 (cadB-1) 进行了水培试验。【方法】植物材料为水稻粳稻中花11(Oryza sativa L. ssp japonica variety, Zhonghua 11),经农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导转入T-DNA/Ds的突变体库(M1代)。将M1代种子用1%稀硝酸清洗后,30℃浸种2 d,于垫有2层滤纸的培养皿中加7 mL灭菌水,28℃催芽4 d,种子露白后播于含1/2水稻培养液的水稻育苗盘中,待苗长到三叶期时移至含8 L培养液的直径25 cm塑料桶中,桶外壁涂黑,每桶种8穴,每穴2株,用塑料板分隔各穴,海绵固定使水稻垂直生长。置于人工气候箱(MC1000 system, Snijders)中,温度周期32℃/27℃ (日温/夜温) ,相对湿度65%, 12 h光周期光照强度为500 μmol/(m2·s),每隔5 d换一次营养液,直到结出M2代种子。将中花11野生型与M2代突变体种子用以上同样方法培养,长到五叶期。以不加Cd2+作为对照,分别加入0.1、 0.25、 0.5和0.75 mmol/L Cd2+ 进行筛选,每种处理平行培养3桶,作为重复,共6001桶,每天定时观察。12 d后,发现0.5 mmol/L Cd2+中的中花11野生型没有死亡,而M2代突变体出现部分死亡。按所在位置,选取表型最明显的株系命名为cadB-1。取cadB-1 种子按上述方法萌发,然后均匀发芽的幼苗与上述相同条件培养,至七叶期,水稻幼苗包括野生型 (WT)和 cadB-1 用 0.5 mmol/L CdCl2处理2、4、6、8和 12 d。【结果】1)叶片中Cd和过氧化氢(H2O2)积累量cadB-1高于野生型; 2)叶片中还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽、抗坏血酸和脱氢抗坏血酸及还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和氧型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的比值都是cadB-1低于野生型; 3)叶片中抗坏血酸氧化酶 (ascorbate peroxidase, APX, EC 1.11.1.11), 还原型谷胱甘肽酶(glutathione reductase, GR, EC 1.6.4.2), 脱氢抗坏血酸还原酶(dehydroascorbate reductase, DHAR, EC 1.8.5.1) 和单脱氢抗坏血酸还原酶(monodehydroascorbate reductase,MDHAR, EC 1.6.5.4) 活性都是cadB-1低于野生型。【结论】cadB-1具有低水平的抗氧化剂和抗氧化酶活性。此外,cadB-1比 WT 积累更多的 Cd 从而产生更多的活性氧 (reactive oxygen species, ROS)。也就是说,与野生型相比,cadB-1 更缺乏防御力来清除更多的活性氧,从而导致较低的生长势和对Cd的敏感。     

镉胁迫对镉低积累突变体cadL-5非酶促防御系统的影响

为探讨水稻镉(Cd)低积累的生理生化机制,以从500份农杆菌介导的水稻T-DNA/Ds插入突变体库中筛选到的镉低积累突变体cad L-5和其野生型水稻粳稻中花11为材料,经Cd Cl2处理后,通过常规生物化学方法,对其脯氨酸和H2O2含量、As A/DHA、GSH/GSSG及NADPH/NADP+比值和相应酶活性进行测定。结果表明,随着处理浓度的提高,低镉积累突变体cad L-5植株器官中Cd和H2O2积累量低于野生型,而游离脯氨酸含量则相反;GSH/GSSG、As A/DHA及NADPH/NADP+的比值均表现为cad L-5高于野生型;抗坏血酸氧化酶还原型谷胱甘肽酶,脱氢抗坏血酸还原酶和单脱氢抗坏血酸还原酶活性也均表现为cad L-5高于野生型。植物对Cd的抗性或低积累依赖于植物的抗氧化保护系统,在这个抗氧化保护系统中抗坏血酸-谷胱甘肽(As A-GSH)循环起着至关重要的作用。本研究结果为从分子水平把握植物对Cd的抗性研究积累了生理学方面的资料。     

野生型水稻及其低硅突变体中植硅体和植硅体碳的含量与分布特征

【目的】水稻是典型的富硅植物,植硅体沉积在水稻体内可封存有机碳。本文分析不同吸硅能力基因型水稻植硅体含量、形态、分布及其固碳特征,探究水稻植硅体固碳机理。【方法】盆栽试验在浙江大学玻璃房内进行。供试材料为水稻低硅突变体Lsi1和Lsi2及其野生型,所有施肥和管理措施一致。于成熟期,取水稻地上部茎、叶、鞘样品,常规方法测定硅、植硅体、植硅体碳含量。【结果】1)不同基因型水稻体内硅含量、植硅体含量、生物量干物质植硅体碳含量存在显著差异,均表现为突变体显著低于其野生型,大小依次为Lsi1野生型> Lsi2野生型> Lsi2突变体> Lsi1突变体,Lsi1和Lsi2突变体水稻植硅体碳含量显著高于其野生型,大小依次为Lsi1突变体> Lsi2突变体> Lsi2野生型> Lsi1野生型。2)野生型水稻硅与植硅体含量为鞘>叶>茎,而突变体水稻硅与植硅体含量为叶>鞘>茎,水稻叶片中的植硅体碳与生物量干物质植硅体碳含量最高,植硅体碳含量整体分布趋势为叶>茎>鞘,生物量干物质植硅体碳含量整体变化趋势为叶>鞘>茎。3)水稻植硅体含量与硅含量之间呈极显著正相关(P <0.01),高吸硅的水稻植硅体含量高,且形成的植硅体比表面积小,表明植硅体含量及其形态受其遗传特性的影响。植硅体含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著正相关(P <0.01),植硅体碳含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著负相关(P <0.01),表明生物量干物质植硅体碳含量除了受植硅体含量影响,还受植硅体所包裹的有机碳浓度影响。4) Lsi1及Lsi2野生型水稻生物量、植硅体储量、植硅体碳储量显著高于其突变体。【结论】具有高吸硅能力的野生型水稻与其突变体相比,生物量、硅、植硅体、生物量干物质植硅体碳含量增加,分布不同,虽然植硅体碳含量降低,但植硅体碳储量增加。Lsi1及Lsi2野生型水稻比低硅突变体水稻具有更高的固碳潜力。     

NaCl 胁迫下外源壳聚糖对菜用大豆叶绿体抗氧化系统的影响

【目的】 叶绿体是植物体产生活性氧 (ROS)、且对盐最敏感的细胞器,本试验研究了外源壳聚糖对 NaCl 胁迫下菜用大豆[Glycine max (L.) Merr.]叶绿体内抗氧化系统的影响,以期探讨壳聚糖对 NaCl 胁迫下光合作用的调节机制。 【方法】 试验于 2014 年 4 月至 6 月在内蒙古民族大学试验基地日光温室内进行。采用蛭石栽培,选用菜用大豆盐敏感品种 ‘理想高产 95-1’ (LX)、耐盐品种‘绿领特早’ (LL)为试材。试验设 4 个处理:1) 叶面喷洒清水,根部浇灌营养液 (对照);2) 叶面喷洒壳聚糖溶液,根部浇灌营养液;3) 叶面喷洒清水,根部浇灌溶有 NaCl 的营养液;4) 叶面喷洒壳聚糖溶液,根部浇灌溶有 NaCl 的营养液。 【结果】 外源壳聚糖显著降低了 NaCl 胁迫下两品种菜用大豆叶绿体 H₂O₂的含量,显著提高了过氧化物酶 (POD)、抗坏血酸过氧化物酶 (APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶 (MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GPX)活性以及胁迫中期还原型抗坏血酸 (AsA)、还原型谷胱甘肽 (GSH)含量;与盐敏感品种 LX 相比,耐盐品种 LL 在胁迫 6～15 d 期间维持了相对较低的 H₂O₂含量,相对较高的 DHAR 活性及 AsA 含量,在整个胁迫期间维持了相对较高的 APX、GR、GPX 活性,在胁迫后期(12 d、15 d)维持了相对较高的 GSH 含量。 【结论】 外源壳聚糖对 NaCl 胁迫下菜用大豆叶绿体内 POD 活性及 AsA-GSH 循环产生了显著诱导作用,但对不同品种的诱导效果不同,耐盐品种 LL 的 AsA-GSH 循环维持了相对较强的活性氧清除能力,这可能是其维持较强光合能力,进而维持较旺盛生长的重要原因之一。      

镉安全水稻材料根系细胞壁果胶对镉的响应特征

【目的】研究镉(Cd)处理下水稻根系细胞壁果胶对Cd胁迫的响应,进一步深化Cd安全水稻材料根系细胞壁Cd的固持机制。【方法】以Cd安全水稻材料D62B为研究对象,普通材料Luhui17为对照进行水培试验。设4个Cd质量浓度处理：0 mg/L (CK)、0.5 mg/L (Cd0.5)、1.0 mg/L (Cd1)、2.0 mg/L (Cd2)。在水稻分蘖期采集根系样品,分析细胞壁多糖中果胶、半纤维1、半纤维2以及残渣部分的Cd含量,测定果胶糖醛酸含量、果胶酯化度、果胶甲酯酶(PME)活性、根系过氧化氢(H₂O₂)含量以及细胞壁过氧化物酶(POD)活性,进而分析根系细胞壁果胶对Cd的响应特征。【结果】1) Cd胁迫下,D62B和Luhui17根系细胞壁果胶合成增加,根系细胞壁低酯化和高酯化果胶糖醛酸含量均表现为D62B高于Luhui17。Cd处理下D62B根系细胞壁低酯化和高酯化果胶糖醛酸含量较对照分别增加了13.21%～71.82%和22.10%～64.27%,Luhui17分别增加了24.14%～137.86%和13.12%～41.26%。...     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

【目的】研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。【方法】盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土(总镉1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理：紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。【结果】1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻...     

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。     

水稻镉安全材料分蘖期根部镉积累分布特征

【目的】镉 (Cd) 低积累作物的培育和应用是减少土壤中Cd通过食物链危害人体健康的重要途径。通过研究Cd处理下水稻分蘖期根部Cd的积累分布特征,揭示水稻Cd安全材料根部Cd的固持机理,为水稻Cd安全品种的培育提供理论依据。【方法】以水稻Cd安全材料D62B为供试材料,普通材料Luhui17为对照,进行水培试验。水稻秧苗于三叶一心时移栽至盆中 (40 cm × 60 cm × 15 cm),以CdCl₂·2.5H₂O加入营养液,设0 (CK)、0.5 (Cd0.5)、1.0 (Cd1)、2.0 (Cd2) mg/L 4个Cd浓度处理,30天后收获,分为根和地上部测定其Cd全量。采用化学试剂逐步提取法和差速离心法分别测定根部Cd化学形态和亚细胞分布特征,并进一步结合细胞壁多糖,研究其对Cd的响应特征。【结果】1) Cd处理下D62B各部位Cd含量显著低于Luhui17,转移系数较小,其根部Cd向地上部转移较少。2) 随Cd处理浓度升高D62B根部水提取态Cd分配比例降低,盐酸提取态Cd、残渣态Cd分配比例升高,Cd移动性减弱。D62B根部Cd以氯化钠提取态为主 (48.9%～52.1%),高浓度Cd处理 (2.0 mg/L) 下其分配比例是Luhui17的1.11倍,水提取态是Luhui17的82.3%,其根中Cd的移动性弱于普通材料。3) D62B根部Cd主要分布于可溶部分和细胞壁,其中细胞壁Cd分配比例为38.6%～41.8%,高于Luhui17。随Cd处理浓度升高,D62B根细胞壁Cd分配比例降幅小于Luhui17,其细胞壁对Cd的固持作用有限但强于普通材料。4) D62B根细胞壁半纤维素1的Cd含量是果胶的7.74～8.40倍,Cd主要与细胞壁中半纤维素1结合。半纤维素1 Cd含量随Cd处理浓度升高而显著增加,2.0 mg/L Cd处理下D62B和Luhui17半纤维素1单位总糖Cd结合量较1.0 mg/L Cd处理分别增加32.6%、11.2%,D62B根细胞壁半纤维素1的Cd结合能力强于Luhui17。【结论】水稻Cd安全材料D62B各部位Cd含量低于Luhui17,其转移系数较小。D62B根中Cd主要为氯化钠提取态,随Cd处理浓度升高,根部Cd向移动性较弱的化学形态转化。D62B根细胞壁中Cd主要与半纤维素1结合,由于其Cd结合能力较强,D62B根细胞壁对Cd的固持作用强于普通材料。因此,D62B对Cd的转移能力弱于普通材料,是其籽粒Cd安全的重要原因。     

小盐芥 TsPIP1;1 与 TsTIP1;1 基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】为更好地了解植物水通道蛋白盐胁迫下的调节作用,对小盐芥质膜内在蛋白TsPIP1;1及液泡膜内在蛋白TsTIP1;1在转基因水稻中的盐胁迫生理响应机制进行探究,旨在为水通道蛋白在耐盐作物分子改良育种中的应用提供理论支撑。【方法】以野生型 (WT) 与 T3 代转 TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 基因水稻为材料,进行了水培试验,并设置了 0、100、200 mmol/L NaCl 处理。处理一周后,分别测定水稻的光合参数、株高、生物量、相对含水量、失水率及钾、钠含量。【结果】在盐胁迫处理下,与野生型相比,转基因水稻的生物量和含水量明显增加,渗透势和失水率显著降低。转 TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 基因水稻根部及地上部的 Na+ 含量都显著降低,K+ 在转基因株系中的累积显著高于野生型,降低了体内 Na+/K+ 比,并且能够保持更强的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率。在 200 mmol/L NaCl 处理下,与野生型相比,TsTIP-5、TsTIP-7 及 TsPIP-19 的株高分别高出 8.2%、11.6%、4.9%;单株干重分别高出 17.9%、23.9%、16.9%;地上部 Na+/K+ 比分别降低 24.3%、24.4%、24.8%;根部 Na+/K+ 比分别降低 29.6%、27.5%、32.4%;渗透势分别显著降低了 18.3%、19.4%、30.3%;相对含水量分别增加了 5.8%、5.5%、5.4%;净光合速率分别增加了50.4%、 78.5%、56.2%。【结论】TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 增强了转基因水稻的光合呼吸作用,通过降低植物体内 Na+/K+ 比,参与植物细胞的渗透调节,提高了细胞持水能力,促进转基因水稻的生长发育,增强了水稻的耐盐性。     

功能叶早衰突变体水稻后期自然衰老的生理特性研究

生育后期功能叶早衰已成为限制杂交水稻产量和品质发挥的重要因素。为探究生育后期功能叶早衰生理特性的变化,以生育后期功能叶早衰的突变体(ospls2)和野生型水稻浙恢7954为材料,对其生育后期上部3片功能叶的叶绿素含量、叶绿素荧光、活性氧(ROS)、抗氧化保护酶系统和可溶性糖进行比较分析。结果表明,突变体ospls2功能叶叶绿素含量、叶绿素a/b值和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)均随着生育后期叶片的衰老明显降低,且明显低于相同叶位的野生型,初始荧光(F₀)表现则相反;在水稻生育后期,突变体ospls2功能叶的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均明显低于野生型,且随着叶片的衰老明显降低。其中,CAT活性的降低时间晚于APX,表明在水稻生育后期叶片自然衰老过程中,突变体ospls2功能叶H₂O₂含量早期上升主要与APX活性降低有关,而后期的升高则与CAT活性的降低有关。POD活性在水稻叶片自然衰老过程中可能与ROS合成有关,而并未起到抗氧化保护酶的功能。本研究为水稻生育后期耐早衰品种的选育提供了理论依据。     

外源ABA提高甘蓝型油菜抗镉胁迫能力和氮素生理利用效率

  【目的】  植物脱落酸 (ABA) 可调节植物生长、种子休眠和叶片衰老,还可对非生物胁迫作出反应。比较添加外源ABA前后镉 (Cd) 胁迫下甘蓝型油菜的生理反应,可深化对脱落酸提高作物抗性和氮素生理利用效率作用机理的认识。  【方法】  供试甘蓝型油菜品种为814号,试验设3个处理:正常培养 (CK)、10 μmol/L CdCl₂ (Cd) 和5 μmol/L ABA + 10 μmol/L CdCl₂ (A + Cd)。在处理4天后,观察甘蓝型油菜表型,测定脯氨酸及丙二醛 (MDA) 含量、Cd含量、硝酸盐和铵盐含量以及硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性等相关指标。  【结果】  与Cd处理相比,A + Cd处理甘蓝型油菜新叶SPAD值提高了1.1倍,根部脯氨酸含量增加了29.0%,MDA 含量降低了48.3%。外源ABA的添加会抑制甘蓝型油菜对Cd的吸收,降低甘蓝型油菜地上部和地下部Cd含量,减小Cd对甘蓝型油菜的毒害作用,影响甘蓝型油菜对NO₃–的吸收,降低油菜体内的总氮含量。与Cd处理相比,A + Cd处理甘蓝型油菜根部NR活性显著提高82.8%,更多的NH₄+分配到了地上部,地上部GS活性升高了32.1%,增强了甘蓝型油菜体内的氮同化和代谢过程,氮素生理利用效率显著提高了17.2%。  【结论】  外源ABA的添加可降低Cd的吸收量,提高氮代谢相关酶活性,促进脯氨酸的合成和降低丙二醛的生成,进而增强甘蓝型油菜对Cd的抗性,增强甘蓝型油菜体内氮同化和代谢的过程,并提高甘蓝型油菜的氮素生理利用效率。     

不同积累型苋菜(Amaranthus mangostanus L.)镉吸收转运特征差异性研究

【目的】比较高积累型苋菜品种Tianxingmi与低积累型苋菜品种Zibeixian在Cd胁迫下Cd吸收转运特征差异性,揭示苋菜品种Tianxingmi高积累镉的机理。【方法】采用水培试验,添加代谢抑制剂来研究两品种苋菜根系吸收Cd的主要途径。分别在30 μmol/L CdCl₂处理4 h、8 h、16 h、1 d和2 d采样测定,采用非损伤微测技术（Non-invasive micro-test technique,NMT）,进行植物活体动态测试,调查、测量两品种苋菜根系Cd2+离子流特征,比较了两品种对代谢抑制剂的反应。【结果】在30 μmol/L CdCl₂处理1 d后,Tianxingmi生物量达到最大值5.90 g/plant,是Zibeixian生物量的二倍;Tianxingmi根、茎和叶中Cd浓度分别为609、254和62.3 mg/kg,分别是Zibeixian的1.4倍、1.9倍和1.6倍,地上部和全株的Cd累积量分别高达602.0、1308 μg/plant;Tianxingmi富集系数（BCF）与转运系数（TF）分别为Zibeixian的2.1倍和1.5倍,这些结果两品种均表现出显著性差异（P < 0.05）。NMT技术测定两品种根系Cd2+离子流,通过扫描位点测定发现,距根尖0~300 μm范围内两品种苋菜根系Cd2+内流最强且差别最大,并在此做定点位点测定,发现Tianxingmi根系Cd2+内流是Zibeixian根系Cd2+内流的3.75倍,说明了两品种的富集特征与NMT结果一致。添加代谢抑制剂处理显著降低了高积累型Tianxingmi各器官中的Cd浓度,富集系数（BCF）与转运系数（TF）,以及根系Cd2+内流（P < 0.05）,主动吸收特征明显,而对低积累型Zibeixian的相关生理指标影响不大。【结论】两苋菜品种Cd吸收转运特征均表现出显著性差异。Tianxingmi具有更强的Cd吸收和向地上部转运与累积能力,并且根系对Cd的吸收与转运是主动需能的过程,共质体途径在Cd进入Tianxingmi根系并向地上部运输的过程中起着主要作用。     

长期有机培肥提高红壤性水稻土生物学特性及水稻产量的微生物学机制

  【目的】  依托位于江西红壤研究所的有机肥长期定位试验,探究长期施用紫云英、猪粪和秸秆还田对土壤微生物量、酶活性和产量的影响,阐明土壤微生物学特性对土壤肥力的生物指示功能,揭示影响作物产量和微生物学特性的关键环境因子。  【方法】  长期定位试验始于1981年,选取的6个处理分别为:CK (不施肥)、NPK (单施化肥)、M1 (早稻施绿肥)、M2 (早稻加倍施绿肥)、M3 (早稻施绿肥+晚稻施猪粪) 和M4 (早稻施绿肥+晚稻秸秆还田),此外,有机处理 (M1、M2、M3和M4) 在施用有机物料的基础上,每季还补充一定量化肥（N 69 kg/hm2、P₂O₅ 30 kg/hm2、K₂O 67.5 kg/hm2）。于每季收获后测定水稻产量。2018 年早稻收获后,采集耕层 (0—20 cm)土壤,测定土壤化学指标、微生物量碳氮、脲酶及其他参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性。  【结果】  1) 2009—2018年间,长期施肥处理明显提高了水稻产量,其中M3处理的产量最高,其次为M2处理,二者均明显高于NPK处理;2) 土壤微生物量及酶活性均以有机处理 (M1、M2、M3和M4) 较高,其中M3处理土壤微生物量碳含量及各类土壤酶活性最高,M2处理土壤微生物量氮含量最高。有机处理较CK和NPK处理提高了土壤微生物熵。此外,微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳、全氮间存在显著或极显著相关关系;3) 有机碳与土壤微生物量 (0.895)、碳循环相关酶活性 (0.903)、氮循环相关酶活性 (0.854) 及水稻产量 (0.827) 呈显著正影响 (P < 0.05);土壤pH与土壤碳循环相关酶活性 (0.378) 和氮循环相关酶活性 (0.365) 呈显著正影响 (P < 0.05),对水稻产量 (0.211) 也表现为正影响,但不显著 (P > 0.05)。相较于pH,土壤有机碳含量在提高水稻产量、改善土壤微生物学特性上发挥了更为重要的作用。  【结论】  土壤微生物量碳氮和参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性均可作为土壤微生物学指标表征土壤肥力的变化。土壤有机碳含量是提高作物产量、调控土壤微生物量和酶活性的关键因子。在供试条件下,长期实行早稻施绿肥+晚稻施猪粪的有机培肥,是提高土壤微生物量及酶活性并提高水稻产量的最佳选择。     

毛叶苕子磷饥饿响应基因VvPHR1的克隆及功能研究

【目的】磷饥饿响应因子PHR (phosphate starvation response)在植物根系发育和磷养分吸收中起重要作用,本研究主要阐明毛叶苕子VvPHR1基因生物学功能,为培育磷高效型绿肥作物提供理论依据。【方法】通过转录组测序获得毛叶苕子VvPHR1基因序列。采用酵母单杂交方法验证VvPHR1基因的转录激活功能,构建其过表达载体,利用花粉管通道法分别遗传转化野生型和突变体(Atphr1)拟南芥,获得超量表达VvPHR1基因和突变体功能回补转基因材料。对正常磷(1 mmol/L Pi)和低磷(1μmol/L Pi)的培养基中生长30天的拟南芥取样,采用实时荧光定量PCR对野生型和转基因拟南芥中VvPHR1及下游磷转运基因的表达进行分析,并对转基因材料进行表型分析,测定其主根长、鲜重、总磷及无机磷(phosphate,Pi)含量。【结果】毛叶苕子转录组中有13个PHR基因,转录本129590、96227、120424与拟南芥的PHR1相似度最高,其中转录本120424在低磷诱导下表达量最高,将该转录本命名为VvPHR1基因。该基因cDNA全长1008 bp,编码335个氨基酸...     

翻压紫云英对双季稻产量、镉吸收及转运的影响

  【目的】  探讨紫云英在水稻生产中的增产降镉（Cd）效应以及降Cd的生理机制。  【方法】  5年田间微区定位试验设4个处理:不施任何肥料(CK)、翻压紫云英(GM)、单施化肥(F)和紫云英翻压配施化肥(F+GM),翻压紫云英的处理冬闲田种植紫云英,作为绿肥在早稻插秧前翻压还田。在双季稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集水稻植株样品,分为根、茎叶、籽粒3个部分,测定其Cd含量。  【结果】  1)与CK相比,F+GM与F处理5年水稻产量显著增加,GM处理从2017年起增产显著;与F处理相比,F+GM处理5年水稻均增产,其中2016与2020年显著增产。2）翻压紫云英对水稻同一部位在不同时期的降Cd效应不同。早稻GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于CK,晚稻则无显著差异;早稻的GM处理茎叶Cd含量在灌浆期显著低于CK,晚稻的无显著差异;早稻的GM处理籽粒Cd含量在灌浆期和成熟期均显著低于CK（分别降低85.7%和57.6%）,晚稻的无显著差异。早稻的F+GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于F处理,晚稻的则无显著差异;早稻的F+GM处理茎叶Cd含量在分蘖期显著低于F处理,晚稻的无显著差异。3）翻压紫云英下水稻不同时期Cd转运有差异。早稻分蘖期F+GM处理的根–茎叶Cd转运系数显著高于CK与F处理,成熟期GM处理的茎叶–籽粒Cd转运系数显著低于CK,降幅为52.2%;晚稻则无显著差异。4）F+GM和GM处理根与籽粒Cd累积量均较低,其根部累积量显著低于F处理;GM处理早稻籽粒Cd累积量显著低于F处理;而F+GM晚稻茎叶Cd累积量则显著高于CK。F+GM与GM处理籽粒Cd分配比例低于CK与F处理,F+GM处理的茎叶Cd分配比例高于F处理,GM处理的茎叶Cd分配比例高于CK。5）早稻各处理的土壤总Cd含量差异不显著,晚稻则表现为GM处理显著低于CK。早稻的GM与F+GM处理土壤有效Cd含量显著低于CK,晚稻的则无显著差异。  【结论】  翻压紫云英可增加水稻产量,同时具有较好的降Cd效应。翻压紫云英的降Cd生理机制为:一是可降低土壤有效Cd含量,从而降低水稻Cd含量;二是可降低茎叶–籽粒间的Cd转运系数,减弱向籽粒的转运能力,降低水稻籽粒中Cd的累积,进而生产出Cd含量低于国家安全限量的稻米。     

小分子有机酸钾对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

【目的】施用小分子有机酸钾是促进水稻生长和提高水稻产量的重要措施之一。本试验研究了3种小分子有机酸钾在不同浓度下对水稻种子萌发和幼苗生长的影响,为促进水稻增产及研发新型肥料增效剂提供理论依据。【方法】以水稻种子‘临稻21’为试验材料进行了种子萌发试验和水培试验。以不含钾盐处理为空白对照 (CK),供试钾盐包括硫酸钾 (IOS)、甲酸钾 (OSA)、乙酸钾 (OSB) 和丙酸钾 (OSC),设两个K+浓度分别为0.25和0.50 mmol/L。将种子置于25℃培养箱中,培养至两叶一心时,转入含有不同浓度钾盐的营养液中进行12 h光照/12 h黑暗、25℃恒温处理,至水稻幼苗长到四叶一心时,测定幼苗生长、根系形态和光合特性。【结果】1) 小分子有机酸钾促进了水稻种子提早萌发,培养48 h后,当K+浓度为0.25 mmol/L时,OSA-1和OSB-1较IOS-1水稻发芽率显著提高35.6%和37.8%;当K+浓度为0.50 mmol/L时,OSA-2和OSB-2较IOS-2水稻发芽率显著提高34.0%和27.7%;2) 与IOS相比,OSA-1、OSA-2和OSB-1显著促进了水稻幼苗叶片的宽度和鲜重的提高,并使水稻幼苗根重、总根长、根表面积和根体积显著提升;3) 与IOS处理相比,OSC处理提高了水稻幼苗叶片叶绿素含量,OSA和OSB处理显著提高了水稻幼苗叶片净光合效率、气孔导度和蒸腾速率;4) 施用小分子有机酸钾能够提高水稻幼苗根系活力,进而促进了水稻幼苗对钾素的吸收,OSA-2和OSB-2处理幼苗全钾含量较IOS-2显著提高19.6%和28.3%。【结论】与硫酸钾相比,甲酸钾、乙酸钾和丙酸钾3种小分子有机酸钾处理可促进水稻种子提前萌发,促进水稻幼苗的生长、光合效率的提高以及对钾素的吸收,以0.25 mmol/L甲酸钾 (OSA) 的促生效果最好。     

长期施肥对强筋专用小麦籽粒营养及磨粉品质性状的影响

【目的】分析不同施肥措施对小麦品质性状的影响,为优质小麦提供指导性建议。【方法】有机无机肥配合施用试验位于青岛农业大学莱阳长期定位试验站,始于1978年,共设9个处理,分别为不施肥对照(CK)、适量化肥氮138 kg/hm² (N1)、适量有机肥30000 kg/hm² (M1)、有机肥30000 kg/hm²+化肥氮138 kg/hm²(M1N1)、过量化肥氮276 kg/hm² (N2)、过量有机肥60000 kg/hm² (M2)、有机肥30000 kg/hm²+化肥氮276 kg/hm²(M1N2)、有机肥60000 kg/hm²+化肥氮138 kg/hm² (M2N1)、有机肥60000 kg/hm²+化肥氮276 kg/hm² (M2N2),其中N1和M1为等氮量处理,N2和M2为等氮量处理。于2021年小麦成熟期...     

水稻无侧根突变体RM109子粒及幼苗生物学特性

以水稻无侧根突变体RMI09为材料,对其无侧根特性的其它伴随性状进行了研究,旨在揭示遗传突变引起的生理生化变化及其生物学特性.结果表明:突变体的子粒宽、厚、百粒重、百粒谷物量均小于野生型,子粒和发芽第5天的百粒淀粉含量分别是野生型的135％和157％,萌发第4天的幼苗根系琥珀酸脱氢酶(SDH)比活性是野生型的8％;突变体经1μmol·L-1的AgNO3处理后对ACC、H2O2、2,4-D及TIBA都表现出耐性,但对照组突变体(无Ag+处理)对1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)和H2O2的耐性低于野生型、对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)及三碘苯甲酸(TIBA)的耐性高于野生型.     

水稻OsAKT2的钾吸收功能及其在地上部分K+回流中的潜在作用

  【目的】  研究水稻钾通道OsAKT2的基本功能和调控特征,揭示其在地上部K+回流中的潜在作用。  【方法】  通过构建系统进化树和关键氨基酸区域序列比对,对不同物种来源的Shaker类钾离子通道基因进行了同源性分析;利用蛙卵电生理技术,研究水稻OsAKT2的膜电位敏感性及其对钾离子的吸收特征、离子选择性和对钾通道抑制剂的响应变化;并利用实时荧光定量PCR技术,探究了水稻OsAKT2的表达与钾浓度、铵转运及胁迫处理间的相互关系。  【结果】  OsAKT2与AtAKT2等典型通道高度同源(56%),属于AKT2类弱电压依赖—双向整流型钾离子通道。OsAKT2所介导的K+转运过程,与典型该类通道表现出不同的性质,主要体现在以介导K+的吸收为主,缺失了AKT2通道标志性的K+外排活性,且其K+吸收过程转变为明显的电压依赖性。OsAKT2对K+吸收Km值为43 mmol/L,是一典型的低亲和钾离子通道(>1 mmol/L);与典型Shaker通道相比,钾通道抑制剂Ba2+对OsAKT2的K+吸收活性的抑制效率(<78%)较低,而且表现出一定程度的NH₄+通透性(约占K+的22%)。进一步模拟田间种植水稻可能遇到的胁迫环境,发现水稻地上部OsAKT2基因的表达丰度在缺铵、缺钾及山梨醇处理下显著提高,且表现出一定的避光性(黑暗中基因表达水平较高)。  【结论】  水稻OsAKT2能够提高植物K+吸收能力,或将有助于增强其在地上部K+回流和再利用中的功能,且对水稻体内氮素营养吸收转运具有潜在的贡献。     

CRISPR/Cas9系统构建的水稻OsPht基因突变体材料可用于养分转运评价

【目的】CRISPR/Cas9是细菌和古细菌为免受外来DNA片段侵袭形成的一种适应性免疫系统。CRISPR/Cas9已经被作为一种基因编辑的工具广泛应用到很多动物和植物的基因编辑。磷元素是植物生长过程中必需的营养元素,植物对磷的吸收主要由跨膜磷转运蛋白完成。本研究利用CRISPR/Cas9技术对Oryza Japonica Kitaake水稻中冰叶日中花磷转运蛋白McPht基因的同源体OsPht磷转运蛋白基因进行编辑,构建了McPht转运蛋白基因导入水稻OsPht缺失的突变体,初步验证了该突变体材料的功能。【方法】通过CRISPR/Cas9基因编辑手段,将水稻中与McPht蛋白同源性最高的磷转运蛋白基因进行编辑。首先将待编辑的基因片段连接到U3启动子驱动的pCXUN表达载体上,转化到农杆菌EHA105中,然后通过农杆菌转化到水稻幼胚,将获得的转化后再生T0代株系移栽到田间获得T1代种子,并将T1代株系进行盆栽培养,提取株系叶片基因组DNA用于PCR检测,所有株系PCR产物纯化后进行测序,依据序列变化判定目标基因的编辑位点,并对突变体进行生理指标测定。【结果】1) 基因编辑后的类型可分为两类,一类为目标编辑片段20个碱基中后6个碱基缺失,另一类为目标编辑片段20个碱基中后8个碱基缺失或突变。2) 编辑位点缺失6个碱基的株系占总突变株系的28.6%,编辑位点缺失8个碱基的株系占总突变株系的42.9%,GT碱基突变株系占总突变株系的28.6%。3) 水稻突变体的株高、鲜重、根系活力均小于野生型;根系扫描结果显示水稻突变体的根长、投影面积、表面积和侧根数均大于野生型;Cas-2的叶绿素和可溶性糖含量显著高于野生型,Cas-7的叶绿素和可溶性糖含量小于野生型,但差异不显著。【结论】CRISPR/Cas9基因编辑系统成功将水稻中McPht的同源体OsPht基因进行了编辑,所获得的水稻磷转运蛋白OsPht基因碱基缺失或突变不仅为所编辑基因的功能研究提供有效的科学依据,同时为冰叶日中花McPht磷转运蛋白基因导入OsPht基因功能缺失的水稻株系、验证其生理生化功能提供宝贵的评价材料支持。本研究表明基于CRISPR/Cas9介导的基因编辑系统在功能性评价植物养分转运蛋白基因方面是一条有效的途径。