水稻耐铝毒害生理和分子机制研究进展

水稻(Oryza sativa L.)是人类最重要的粮食作物之一。铝是地壳中含量最高的金属元素,酸性土壤中的铝毒害严重限制了水稻的生长和产量。因此,提高酸性土壤上农作物的产量,选育和推广耐铝毒的高产品种,开展作物耐铝机理的研究具有较大的理论与实践意义。与其他农作物相比,水稻对铝胁迫表现出优越的耐受性,这主要是因为水稻对铝毒害具有较强的外部斥铝机制和内部忍耐机制。有机酸、活性氧清除系统、植物激素以及其他离子拮抗作用在水稻对铝毒害的响应中起重要作用。水稻耐铝性是受多基因控制的数量性状,且易受环境影响。随着测序技术的发展,越来越多的水稻耐铝相关QTL被鉴定,但目前仅有20余个水稻耐铝基因被克隆,它们主要是转录因子、离子转运蛋白、激素输入和输出载体,耐铝相关基因仍有待进一步挖掘和利用。本文概述了水稻耐铝遗传和已报道的耐铝QTL,进而对水稻耐铝的生理机制和分子机理研究的进展进行综述,最后对水稻耐铝性的研究方向和研究热点进行了讨论和展望。     

铝毒对不同耐铝性大麦品种初生根的影响差异

为揭示耐铝机制在大麦铝毒中的生物学功能,以耐铝大麦品种沪麦8号和铝敏感品种嵊县无芒六棱为研究材料,经不同铝浓度(0、50、100和150μmol/L Al Cl_3)处理后,分别测定大麦初生根活跃吸收面积、质膜透性、游离脯氨酸和丙二醛的含量,以及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、Ca~(2+)-ATP酶和Mg~(2+)-ATP酶等的活性,分析铝毒对不同耐铝性大麦初生根的影响差异。结果表明:与空白对照相比,铝毒胁迫对2个不同耐铝性大麦品种的各类生理学指标的影响总体呈相似的变化趋势;但铝毒对耐铝品种沪麦8号初生根的活跃吸收面积、质膜透性、Ca~(2+)-ATP酶和Mg~(2+)-ATP酶活性的抑制作用明显比铝敏感品种嵊县无芒六棱小,并且沪麦8号的SOD和CAT活性高于嵊县无芒六棱;相反,嵊县无芒六棱的游离脯氨酸和丙二醛含量高于沪麦8号。这些研究结果表明,大麦耐铝品种和敏感品种对铝毒胁迫的生理响应具有较大差异,揭示了耐铝机制在大麦铝毒胁迫中的功能,为进一步剖析大麦铝毒和耐铝机制提供了新的观点。     

植物铝毒及其耐铝机制研究进展

铝毒是酸性土壤上作物生产的主要限制因子,目前有关作物铝毒害及耐铝的机理尚不十分清楚,限制了相关育种和栽培工作的开展.近几年来,世界各国针对作物的铝毒害及其耐铝机制进行了大量的研究,并取得了较大进展.作者综述了目前有关铝对植物的毒害及其耐铝机理的研究成果,并简要讨论了今后的研究方向.     

植物耐铝毒机制研究进展

铝毒(Al)是酸性土壤中限制植物正常生长的重要非生物胁迫因素,严重制约了酸性土壤地区农业的发展.目前对于植物抵御铝毒的研究主要集中在有机酸的分泌、铝的螯合等方面,并发现ALMT和MATE是2个与植物耐铝性密切相关的转运蛋白家族.主要从铝对植物的毒害作用、植物抵御铝毒的生理响应机制以及耐铝毒植物的筛选选育方面进行了总结,并提出今后的研究方向.     

甘蓝型油菜耐铝毒胁迫种质资源的鉴定与筛选

[目的]铝是酸性土壤中抑制植物生长和生产力的关键元素。油菜作为世界三大油料作物之一,在我国主要种植于长江以南区域,该区域铝毒害较为严重,油菜易受铝毒侵害,尤其是根系生长受到严重抑制。铝毒害逐渐成为限制我国油菜生产的重要因素之一,因而对不同基因型油菜种质的铝毒胁迫耐受性进行评价,筛选出耐铝毒油菜种质,不仅可以减少和防止铝毒对油菜的危害,更具有重要社会效益、经济效益和生态效益。[方法]本研究改进了以往油菜种子萌发期铝毒胁迫抗性鉴定的方法,通过精准控制铝离子浓度,并结合根系扫描与分析系统,对210份甘蓝型油菜（Brassica napus L.）种质实现高效、快速、精准的鉴定萌发期铝毒胁迫抗性。[结果]铝毒胁迫显著抑制甘蓝型油菜幼苗根系生长,且不同基因型材料间的抑制效果存在较大差异。对铝毒胁迫下的油菜材料的总根长、总表面积和总根体积进行聚类分析,共将210份油菜品种分为耐铝型、铝敏感型和中间型3个等级,其中8个耐铝型品种,118个铝敏感型品种,剩下84个为中间型品种。[结论]耐铝型品种包括漕油2号、浙油17号、湖北白花油菜、黔油4号、盐油2号、WH-38、SWU75、Cubs root。本研...     

植物耐铝毒害的研究进展

综述了土壤中铝的存在形态、铝对植物产生的毒害以及植物的抗铝毒机理。由于植物的耐铝毒特性受遗传控制，因此通过基因型筛选获得耐铝毒的基因型材料，对于提高酸性土壤上的作物生产力具有重要意义。     

铝对植物毒害及草本植物耐铝毒机制研究进展

土壤酸化已经在全球范围内引起高度重视,铝毒被认为是酸性土壤(pH6.5)限制植物生长的重要因素,本文概述了土壤中铝的化学形态、铝对植物的毒害、草本植物耐酸铝性研究进展及草本植物的耐铝机制,以期为各类草本植物耐铝毒机制的深入研究提供参考。     

柑橘铝毒害及其耐铝机制研究进展

铝毒害是酸性土壤中作物生长的主要限制因素。柑橘是生长在酸性或强酸性土壤中的亚热带果树,容易受到铝毒害的危害,使其果实品质和产量下降。近十年来,国内外在柑橘铝毒害方面已有较深入的研究。首次概述柑橘铝毒害症状、铝毒害对柑橘矿质元素吸收、光合作用的影响、柑橘品种间耐铝差异、柑橘耐铝机制、耐铝响应基因鉴定等方面的最新研究进展,并展望未来的研究方向。     

植物铝毒害机理及抗铝毒机制

铝毒害是酸性土壤上限制植物生长的主要因素,综述了土壤中各形态的铝对植物的危害,铝毒作用机理及植物耐铝机制。     

酸性红壤铝毒对植物的影响及其改良

酸性红壤在我国南部广泛存在,铝毒害是酸性土壤上限制植物生长的主要因素,就铝离子对植物的伤害及植物对铝毒害的耐性机理作了论述,并探讨了酸性红壤铝毒缓解的有关措施。     

油菜苗期耐铝基因型筛选和鉴定指标的研究

【目的】油菜是中国重要的油料作物,主要种植于长江以南区域,该区域铝毒害较为严重,铝毒害已成为限制中国南方油菜产量的重要因素之一。探讨油菜苗期耐铝性评判方法,筛选耐铝基因型,以便减少和防止铝毒对油菜的危害。【方法】以浙油50、中油杂12号、南油杂1号等23个江西省生产上大面积应用的油菜品种为材料,通过盆栽试验,考查铝胁迫处理和对照的株高、根长、根茎粗、地下部干重、地上部干重、叶和根中可溶性糖含量、叶和根中脯氨酸含量、SPAD等性状,以各性状的耐铝系数作为衡量耐铝性的指标,利用主成分分析法、隶属函数法、聚类分析法和逐步回归分析法,对不同基因型油菜进行耐铝性综合评价。【结果】在铝胁迫下,不同基因型油菜形态指标和生理指标对铝胁迫的反应不同,基因型间差异显著。相关性分析表明,各性状的耐铝系数间均存在或大或小的相关性,使它们所提供的信息发生重叠,这些单项指标不能准确评价各油菜品种的耐铝性。利用主成分分析法将10个单项指标综合成为4个相互独立的综合指标,可代表油菜耐铝性86.36%的原始数据信息量。再根据4个综合指标值的贡献率求出其相应的隶属函数值,并依据各综合指标的相对重要性（权重）进行加权,得到不同基因型的耐铝性综合评价值（D值）。通过聚类分析将23个油菜品种划分为3类,浙油50、德油5号、湘杂油2号等3个品种为耐铝类型,中油杂12号、丰油730等13个品种为中度耐铝类型,南油杂1号、创杂油5号等7个品种为不耐铝类型。为了筛选油菜苗期的耐铝性鉴定指标,分析耐铝性鉴定指标与耐铝性之间的关系,建立了耐铝性评价的数学模型,以D值作为因变量、各指标耐铝系数为自变量进行逐步回归分析,得到最优回归方程,23个品种苗期的耐铝性预测值与D值极显著相关。并且筛选出株高、根长、叶中可溶性糖含量、叶中脯氨酸含量等4项对耐铝性有显著影响的指标,可作为油菜苗期耐铝性的鉴定指标。【结论】采用主成分分析、聚类分析和逐步回归分析的方法进行油菜苗期耐铝性的综合评价较为可靠,既避免了单一指标的片面性和不稳定性,又揭示了油菜耐铝相关性状与耐铝性的关系。     

Genetic analysis of tolerance to aluminum toxin at seedling stage in soybean based on major gene plus polygene mixed inheritance model

The segregation analysis based on major gene plus polygene mixed inheritance model was employed to study the inheritance of aluminum (Al) tolerance in soybean. A recombinant inbred line (RIL) population derived from a cross between Al-tolerant (KF No.1) and Al-sensitive (NN 1138-2) parents along with both parents was analyzed using phenotypic data of three traits, i.e. relative total plant dry weight (RTDW), relative shoot dry weight (RSDW) and relative root dry weight (RRDW) assayed in sand culture. Significant difference among RILs was observed, and frequency distributions showed characteristics of mixed distributions, which suggested that inheritance of Al tolerance conformed to major gene plus polygene mixed inheritance model. The results indicated that the genetic model type I (four additive major genes plus additive polygenes) was the most fitting one for the traits, indicating some common genetic mechanism lying among the traits, though their respective best fitting models were somewhat different, i.e. I-6, I-9 and I-8 for RTDW, RSDW and RRDW, respectively, within model type I. It supports to choose RTDW as the representative for Al tolerance evaluation in addition to its virtue of being the whole-plant trait and easy to measure in sand culture. Averagely, the major genes contributed about 50%, while the collective polygenes contributed about 30% to the phenotypic variation, indicating both being important in breeding for Al tolerance. The study recommends that the segregation analysis can be used by soybean breeders who have accumulated abundant segregation data to obtain preliminary information on the inheritance of their breeding materials, and can be used as a first screening for presence of major genes followed with molecular marker analysis to further confirm and locate the major genes of quantitative traits.     

长白山及五大连池火山灰土基本特性的研究

本文对长白山、五大连池火山灰土的剖面形态特征、颗粒组成、化学性质及腐殖质形态进行了初步研究。结果表明:与日本的火山灰土相比,两地火山灰土的剖面发育程度均较浅,仅可见不成熟的Bw层,并没有埋藏层。发育较差的剖面中粘粒含量均较低,具有幼年性火山灰土的特征。长白山火山灰土呈酸性反应,含有一定量的交换性H~+和Al~(3+);五大连池土壤呈中性反应,交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)含量较高。两地土壤的pH值及磷酸吸收系数均较高,具有国外火山灰土的特性。按熊田法进行的腐殖质形态分析表明:长白山火山灰土表层的胡敏酸均为腐殖化程度较低的Rp型;五大连池为B型和Rp型。两地土壤的全碳量与0.1M焦磷酸钠提取的铝(Alp)的量有显著正相关,说明Alp在土壤有机质的积累过程中有重要作用。     

大麦BAC文库三维混合池的构建与HvGW2筛选

【目的】从大麦BAC文库中快速筛选包含目的基因HvGW2的阳性BAC克隆。【方法】构建BAC文库三维混合池,设计2对HvGW2特异性引物,进行BAC文库筛选,对含有目的基因HvGW2的阳性BAC克隆进行测序,获得编码大麦GW2蛋白的基因组DNA序列,并与禾本科中的GW2进行同源进化分析。【结果】构建了大麦BAC文库的三维混合池160个,文库空载率为0.18%;筛选到含HvGW2的阳性BAC克隆3个,其中,BAC克隆196M02包含完整编码该基因的序列;HvGW2包含8个外显子和7个内含子,具有与其它植物GW2相似的结构特征和保守的功能结构域;同源进化分析结果显示,大麦与小麦的GW2蛋白同源性最高;序列分析发现,HvGW2第6内含子上包含2个不同类型的反转录转座子插入,从而使大麦比其它作物的GW2长度增加11.5 kb以上。【结论】通过构建三维混合池快速筛选包含目的基因的单个阳性BAC克隆,建立了大麦目标基因克隆的辅助平台;HvGW2基因组中位于内含子区的反转录转座子插入导致基因长度增加,可能是影响该基因转录水平的关键变异。     

青稞“昆仑12号”HVA1基因的克隆与蛋白质结构预测

抗旱性是青稞重要的耐逆性状.根据已报道的大麦抗旱相关基因HVA1的DNA序列,设计引物,以青稞品种昆仑12号经干旱处理8h处理后的幼苗为材料,进行PCR扩增,得到约700 bp的HVA1基因编码框的全序列,将其克隆到pMD20 -T上,重组子和酶切鉴定正确后,进行序列测定和分析.结果表明,与西藏强旱性青稞中HVA1基因...     

大麦耐湿性鉴定指标和评价方法研究

 【目的】湿害是大麦生产的主要问题之一,培育耐湿性品种是最经济有效的方法,筛选和鉴定大麦耐湿性资源非常必要。【方法】以大麦(Yerong × Franklin)加倍单倍体（DH）群体165个系为材料,考查湿害处理和对照的株高（PH）、穗长（SL）、穗下节长（TFIL）、单株穗数(SPP)、主穗粒数（GPS）、单株粒重（GWPP）、单株粒数（GPP）、单株干重(DWPP)、千粒重（WTG）、绿叶数（NGL）和叶绿素含量（Chl）。以各性状的耐湿系数作为衡量DH系耐湿性的指标,应用主成分分析法、动态聚类分析和隶属函数法，从样本相关矩阵出发，对大麦DH群体165个系的主要性状进行综合分析。【结果】提出了3个反映大麦主要耐湿性状的主成分及函数式，前两个为穗粒因子，第3个为绿叶数因子；对165个系的耐湿性能力进行基于3个主成分的三维空间下的动态聚类分析和综合评价，将其分成高度耐湿、中度耐湿和极不耐湿3类，数目各为42、93和30。【结论】本研究用新的耐湿性指标和综合评价方法对165个系的耐湿性能力进行了分类、筛选和评价，为进一步的耐湿性QTL研究和大麦耐湿性育种奠定了基础。     

黑土有效磷阈值区间的磷形态特征及对土壤化学性质的响应

【目的】 土壤有效磷（Olsen P）的农学阈值及环境阈值是土壤磷素管理的重要依据,但不同阈值区间磷形态学特征尚不明确。研究黑土有效磷不同阈值区间的磷形态特征及其影响因素,有助于理解土壤磷的转化过程,为优化有效磷管理和提高磷资源利用效率提供参考。【方法】 采集吉林公主岭市9个有效磷含量不同（11、21、31、40、57、69、128、331、490 mg·kg^-1）的农田耕层（0—20 cm）土壤,利用TIESSEN-Moir修正的HEDLEY磷分级法,对土壤无机磷和有机磷进行分级,并分析其与土壤有机质（SOM）、C/P、铁铝氧化物等土壤化学性质之间的关系,明确土壤有效磷不同阈值区间的磷形态特征及主控因素。【结果】 黑土磷库以无机磷为主,占比为71.25%—96.19%,有机磷占比较小,约为3.81%—28.75%。有效磷水平低于农学阈值（7.4—13 mg·kg^-1）时,活性态磷（LP）占比最小（19.89%）;有效磷水平低于环境阈值（51.0—56.4 mg·kg^-1）时,中活性态磷（ML-P）和稳定态磷（OP）占比接近,分别为36.03%和35.49%,均高于LP占比（28.48%）;有效磷水平高于环境阈值时,LP占比最高（42.86%）。有效磷水平高于环境阈值时,土壤的LP、ML-P的含量显著高于有效磷水平低于环境阈值的土壤,树脂磷（Resin-P）是环境阈值前后区间变幅最大的磷形态。PAC、M3-Al、游离态铝（Ald）、络合态铁铝（Fep、Alp）、非晶质态铁铝（Feo、Alo）随有效磷水平的增加而显著增加,C/P随有效磷水平增加而显著降低。相关分析表明,有效磷水平低于环境阈值时,SOM和活性较高的无机态磷（Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi）呈显著正相关关系;有效磷水平高于环境阈值时,Fep+Alp与无机态磷（Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、D.HCl-Pi、C.HCl-Pi）呈显著正相关关系。冗余分析结果表明,有效磷水平低于环境阈值时,SOM和M3-Fe是影响黑土磷形态变化的关键因子,分别解释了全部变异的50.2%和24.1%;有效磷水平高于环境阈值时,Fep+Alp是造成磷形态差异的关键因子,解释了全部变异的68.1%。【结论】 活性态磷在有效磷水平低于农学阈值时占比最小,在有效磷水平超过环境阈值时,其占比最大,Resin-P是在环境阈值前后区间变幅最大的磷形态。SOM和M3-Fe是土壤有效磷水平低于环境阈值、Fep+Alp是高于环境阈值土壤影响磷形态变化的关键因子。     

基于SLAF-seq技术鉴定苹果砧木耐涝候选基因

【背景】苹果（Malus×domestica Borkh）是我国主要栽培果树树种之一,但部分苹果产区由于夏、秋季的大量集中降雨和排水不良等造成果园涝害频繁发生,导致苹果树叶片黄化、脱落,果实品质和产量下降。【目的】鉴定苹果耐涝相关基因,为苹果耐涝分子标记辅助育种和优质高产栽培提供依据。【方法】以耐涝苹果砧木G41和不耐涝苹果砧木新疆野苹果（M. sieverii (Ledeb) Roem.）及其构建的包含495个F₁杂交后代为材料,从F₁杂交群体中挑选出耐涝和不耐涝株系各50株,构建两个极端性状DNA混池,采用简化基因组测序（SLAF-seq）技术,开发SLAF标签和SNP标记,结合苹果基因组信息和遗传关联性分析,对苹果耐涝基因进行定位及候选基因预测,并对候选基因在耐涝差异的株系中进行淹水胁迫下的表达分析。【结果】以‘金冠’苹果为参考基因组,共开发119 072个SLAF标签,其中多态性SLAF有11 133个。通过序列分析和检测SNP位点,共获得6 237 071个SNP,其中高质量SNP有170 617个。通过ED和SNP-index方法关联分析,获得一个与耐涝性状紧密关联的候选区域,位于苹果第10号染色体1.94—3.25 Mb,关联区域大小为1.31 Mb,关联区域内包含120个基因。对该区域内基因进行功能注释,发现一个与呼吸代谢相关的基因—乙醇脱氢酶基因ADH1（MD10G1014500）,在淹水处理后1、2、4和6 d,该基因在耐涝植株中的表达量显著高于不耐涝植株。【结论】将苹果耐涝基因定位于第10号染色体1.94—3.25 Mb处,筛选到可能与苹果耐涝相关的候选基因MD10G1014500,可用于苹果耐涝基因的克隆和功能解析。     

伊莎明星肉鸡(纯系)血清酯酶、碱性磷酸酶以及转铁蛋白多态性的分析

本试验分析了伊莎明星肉鸡A,B,C,D,E等5个纯系的血清酯酶、碱性磷酸酶同工酶以及血清转铁蛋白的多态性。结果表明;伊莎明星肉鸡各系的碱性磷酸酶均以F型表现型频率为高,但各系间存在一定差异。父系A和B的F型频率要高于母系C,D和E;转铁蛋白类型在A系较为特殊,其Tf~A基因频率高于Tf~B型,其余四系B,C,D和E均为Tf~B频率最高。在母系C和E中存在较为少见的Tf~C基因;用醋纤薄膜电泳分离血清酯酶,山于灵敏度较低,加上血清酯酶受性别的强烈影响,使雌性个体出现无带型的O带,因而难以准确分析其基因型。试验证明血清酶型和血清蛋白型可作为探讨系间亲缘关系的有效手段。