干湿交替诱导水稻根表铁膜形成的基因表达谱分析

【目的】干湿交替（AWD）是水稻种植过程中最重要的管理方式,能够提高水稻根系活力、增强抗逆性。研究发现,AWD能明显促进水稻根表铁膜的形成。然而,AWD诱导水稻根表铁膜形成的基因表达谱尚未见报道。【方法】采用砂培试验,研究了长期淹水（CK）、干湿交替（AWD）、长期淹水加Fe2+（CK+Fe）和干湿交替加Fe2+（AWD+Fe）四个处理下水稻根系基因的差异表达谱。【结果】AWD处理与CK处理相比,水稻根系有506个差异表达基因（DEG）上调表达,有687个DEG下调表达;AWD+Fe处理与CK+Fe处理相比,有308个DEG上调表达和179个DEG下调表达;CK+Fe处理与CK处理相比,有728个DEG上调表达和1175个DEG下调表达;AWD+Fe处理与AWD处理相比,有1252个DEG上调表达和1189个DEG下调表达。维恩 图分析发现,共计有3822个DEG参与了AWD诱导水稻根表铁膜形成过程。基因功能（GO）分析表明,在生物过程中共有270个DEG参与了氧化还原反应过程,分子功能中共有165个DEG与氧化还原酶功能有关。生物通路富集分析（KEGG）结果表明,细胞器类、信号刺激类、光合作用类、生物合成类和代谢类等生物通路参与了AWD诱导水稻根表铁膜的形成过程。AWD和根表铁膜形成过程发现有38个共享DEG,这些基因的蛋白注释与水稻抗病性、抗旱性、细胞壁和细胞膜、氧化还原、蛋白激酶和转运、新陈代谢过程有关。与CK处理相比,AWD处理诱导了氧化还原反应过程相关的基因达102个,占总DEG数的8.25%。AWD处理促进了水稻根系过氧化物酶、脂肪酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等相关基因的上调表达。与CK处理相比,AWD处理提高了水稻根系活力和根表铁膜数量,分别为22.9%和45.7%。实时荧光定量PCR验证结果与转录组分析结果基本一致,其相关系数达到0.90。【结论】综上所述,AWD明显诱导了氧化还原反应过程中的相关基因大量表达,增加了根系氧化力,促进根表铁膜的形成;过氧化物酶、脂肪酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等相关的基因可能是AWD诱导水稻根表铁膜形成的重要基因。     

水稻根表铁膜对磷的富集作用及其与水稻磷吸收的关系

采用溶液培养方法,使铁毒耐性不同的两个基因型水稻根表分别形成有铁膜和无铁膜的根系,研究水稻根表铁膜对磷的富集作用及其与水稻磷吸收的关系。不同基因型水稻根表形成的铁膜厚度存在显著差异,对介质中磷的富集能力也有显著差异。根表形成的铁膜越厚,对介质中磷的富集作用也越大,即根表铁膜数量与铁膜对磷的富集量呈显著正相关。铁膜对磷的富集作用是一个化学过程,吸附可在0.5~1.0 h内达到饱和。根表铁膜明显促进水稻对磷的吸收,表明在淹水降低土壤磷有效性时,水稻根表铁膜富集的磷可作为磷库,保证水稻能正常吸收利用磷。     

栽培稻和普通野生稻居群根表铁膜形成能力的比较研究

根表铁膜形成能力反映了水稻根系氧化力的强弱。为了了解普通野生稻根系氧化力,采用水培铁胁迫试验对5个水稻品种和2个普通野生稻居群根表铁膜形成能力进行评价。结果表明:同亚洲栽培稻相比,普通野生稻拥有较高的根孔隙度,但其根表铁膜含量较低;供试植株的根孔隙度与根表铁膜含量之间没有相关性,这很可能与侧根的数量有关。     

超级稻宁粳1号与常规粳稻CH4排放特征的比较分析

以超级稻宁粳1号和常规稻镇稻11为材料,采用盆栽试验,系统比较了两个品种的生产力及CH4排放的差异,并分析了其主要原因。结果表明,虽然两个品种的CH4排放通量的动态特征和生物学产量均基本相似,但宁粳1号的CH4排放总量比镇稻11低35.22%(P<0.05),土壤水溶液中CH4平均浓度也低41.31%(P<0.01)。两个品种的CH4排放差异主要出现在水稻生长中期,前期和后期的差异不明显。比较两个品种的生物学产量、株高、叶面积、根系等生长特性,发现宁粳1号强大的根系是降低CH4排放的最关键因素。综合比较植株生产力和CH4排放强度,发现宁粳1号不仅具有更高产量,而且单位干物质和籽粒产量的CH4排放量均分别比镇稻11低42.42%和81.38%(P<0.05)。上述结果显示,水稻产量的提高不一定伴随CH4排放的增加,选育高产低排放的水稻品种是可能的。大面积推广应用超级稻,可能不仅利于粮食安全,也有利于温室气体减排。     

不同普通野生稻居群的根表铁膜形成能力

为深入了解普通野生稻的根表铁膜形成能力及其与根系特征的关系,本研究对海南省不同地区的8个普通野生稻居群进行了水培铁胁迫试验。结果表明:普通野生稻的根表铁膜随居群而异。HLY、XLB、HQF等3个居群具有较强的根表铁膜形成能力,其根表铁膜相对数量分别为480.58、382.66、364.05 mg Fe/(cm·株)。根表铁膜数量与根生物量、主根表面积、侧根表面积、根系表面积和根系体积均呈正相关;而根表铁膜相对数量与根生物量、根系表面积、侧根表面积及其所占比率呈正相关;但是,根表铁膜含量仅与侧根表面积所占比率呈正相关,根表铁膜厚度与这些根系特征参数均无相关性。根表铁膜的4个指标与根孔隙度之间均无相关性。因此,侧根表面积及其所占比率是影响根表铁膜的重要因子,可作为筛选具有较多根表铁膜的普通野生稻居群的关键依据。     

不同淹水时间对分蘖期中稻生育动态及产量的影响

通过盆栽定植试验,研究了中稻(徽两优6号、两优1128)在分蘖末期受不同淹水时间胁迫后生长发育和生理特性的动态变化,并同时考察了其产量结构。结果表明,淹水胁迫下,两个品种水稻生育期推迟,始穗到齐穗历时增加,且随淹水时间的增加而延长;淹水后短期内植株株高降低,但成熟前7 d时淹水2 d、4 d的处理株高反而略高于对照;植株绿叶数、绿叶面积、根长、根表面积、根体积、根系活力和相对叶绿素含量(SPAD值)均随淹水胁迫加重而显著减少(淹水2 d处理植株根系活力升高);但经过恢复生长,淹水胁迫后20 d,各淹水处理SPAD值已和对照非常接近,并且一直保持到成熟前7 d,其他各指标数值在轻度淹水胁迫(淹水2 d和4 d)下和对照接近而无显著差异,重度淹水胁迫(淹水6 d、8 d和12 d)下和对照差距缩小,成熟前7 d,由于淹水胁迫早衰严重而差距重新拉大;两个水稻品种减产幅度均随淹水时间的延长而加剧,淹水6 d处理的产量已经降至对照的50%左右,产量下降的原因是总粒数减少、空秕粒数增加和结实率降低等因素综合作用的结果。     

根表铁膜对水稻磷素吸收影响研究进展

磷（P）对水稻生长的影响仅次于氮。P在土壤中含量丰富,但由于其难溶性及土壤的高吸附性,可被植物直接吸收利用的活性P含量很低。根表铁膜对土壤中的P有很强的吸附作用,在一定程度上是植物的营养库,铁膜中的P是植物吸收的重要P源。有关根表铁膜与水稻P吸收的关系已有很多报道,是促进还是抑制作用情况比较复杂。本文综述了水稻根表铁膜的形成原因、对P的吸附与解吸附能力以及对水稻吸收利用的影响,并对今后开展根表铁膜对水稻P吸收的调控机理研究提出几点建议,同时对根表铁膜调控水稻P吸收的应用前景进行了展望。     

水稻低碳生产研究进展

 稻田是甲烷(methane,CH4)和氧化亚氮(nitrous oxide,N2O)的重要发生源。稻田中CH4和N2O的产生、消耗以及传输过程受稻田土壤类型、水分条件、肥料种类、施肥量及方法、耕作模式和制度、水稻品种等多种因素影响。CH4和N2O具有不同的排放特性,很多研究结果表明,水稻生长期间的中期排水烤田、后期干湿交替能显著降低CH4排放量,但同时也可能促进N2O的排放,因此,如何同时减少CH4和N2O的排放量是实现稻田低碳生产的关键要素;另一方面,稻田土壤的碳固定也是使稻田系统从源转变成汇的关键技术。从水稻生产过程中CH4排放、N2O排放、稻田土壤有机碳动态、减排措施四个方面综述了近年来水稻低碳生产相关研究状况,重点总结了国内外有关影响稻田CH4和N2O排放的关键影响因素、增加稻田土壤有机质含量的主要措施以及各种减排措施的全球增温潜势评价研究,并对水稻低碳生产研究作了展望。     

秸秆还田条件下不同水分管理对双季稻田综合温室效应的影响

以南方红壤区双季稻-紫云英为研究对象,利用静态箱-气相色谱法分别分析包括绿肥和稻草等秸秆还田条件下不同水分管理对稻田CH4和N2O排放、水稻产量以及综合温室效应(GWP)的影响。试验设持续淹水(F)、中期烤田(F-D-F)和间歇灌溉(F-D-F-M)处理。结果表明,秸秆还田条件下双季稻田周年CH4排放量介于208.3kg/hm2(F-D-F-M处理)和678.2kg/hm2(F处理)之间,其中,晚稻生长季占周年CH4排放量的60.6%~71.7%。F处理周年CH4排放量显著高于F-D-F和F-D-F-M处理(P0.05)。秸秆还田条件下双季稻田周年N2O排放量为4.75~8.19kg/hm2。与F处理相比,F-D-F-M处理周年N2O排放通量显著增加(60.9%);而F和F-D-F处理之间没有显著差异。早稻和晚稻各处理产量分别为7.76~8.02t/hm2和7.22~8.69t/hm2。秸秆还田条件下,双季稻单位面积GWP和单位产量GWP分别为7648.8~18471.8kg/hm2和0.48~1.12 kg/kg,其中F-D-F和F-D-F-M处理分别显著低于F处理(P0.05)。因此,在秸秆还田条件下采用中期烤田和间歇灌溉替代持续淹水,可以同步实现双季稻高产和减轻农业生产对气候的潜在影响。     

受淹机插秧中后期施用硅肥对水稻产量的影响

在水稻移栽后遭受洪涝的机插秧田块,开展不同淹水时间稻田中后期喷施硅肥的肥效试验。结果表明,机插稻遭涝灾后中后期配施"硅丰壹号"硅肥有利于增强抗逆能力,促进成熟期叶片光合产物积累,增加产量,以处理4,即喷施4次硅肥,每次用量为200 g/667 m~2的处理产量最高。     

杂草稻与栽培稻对氮素营养竞争的初步研究

以沈农265与杂草稻WR03-12为实验材料,采用盆栽替代法研究杂草稻与栽培稻灌浆期不同器官的氮素含量及积累量的变化。盆栽模拟试验证明,在同一时期栽培稻各器官的含氮量和氮素积累量随着杂草稻插入比例的增加而逐渐降低,其中栽培稻根部受影响最为显著。对不同处理产量进行方差分析表明,栽培稻单株产量随杂草稻插入比例的增加明显下降,处理间皆达到极显著水平。杂草稻单株穗数、穗粒数和单株产量受种植比例影响均极显著。     

气温及水肥管理方式对中稻田甲烷排放的影响

 采用计算机控制的全自动气相色谱监测系统，对中稻田4个处理进行了130个日夜的甲烷排放量的监测，各处理中以无机肥＋绿肥＋长期淹灌处理的甲烷排放通量最高，为464.0 mg/m²·d，最低的为无机肥＋绿肥＋间歇灌溉处理，只有180.5 mg/m²·d。水稻生长前半期是甲烷排放高峰期，除长期淹灌的处理外，其它处理在移栽后65 d的排放量约占总排放量的77%~93%。甲烷排放量与气温呈正相关。搁田可明显减少甲烷的排放量。     

Evaluation of Transplanting Date and Nitrogen Fertilizer Rate Adapted by Farmers to Toposequential Variation ofEnvironmental Resources in a Mini-Watershed (Nong) in Northeast Thailand

Environmental resources for rainfed rice production show large variability even within a small area in Northeast Thailand, and it is said that farmer’s management is well adapted to the variability. This study evaluated transplanting date and nitrogen (N) fertilizer rate in the management to improve rice productivity. The effect of transplanting date and N fertilizer rate on rice productivity was analyzed by investigating rice growth, and also by dividing rainfed rice fields located in a mini-watershed into 4 subecosystems: (1) medium deep water, waterlogged (MDW), (2) shallow water, favorable (SWf), (3) shallow water, drought- and submergence-prone (SWds), and (4) shallow water, drought-prone (SWd). Rice grew at almost a constant rate until maturity and the growth rate was higher at a lower field. The difference in productivity was derived from not only a water condition but also soil fertility, and was associated with the rate of N uptake. Small leaf area index was found to be one of the causes for low productivity in rice. Statistic analysis showed that earlier transplanting increased biomass production in all subecosystems. The biomass-increase resulted in a higher yield in SWds and SWd fields while it resulted in a reduced harvest index (HI) and did not increase yield in MDW and SWf fields. The effect of N fertilizer was apparent in the field where rice biomass was small due to later transplanting or unfertile soil, but the effect was generally small. Earlier transplanting in upper fields and later transplanting in lower fields in mini-watersheds were suggested to improve rice production, and proper distribution of N fertilizer use is considered necessary.     

沸石基质对水稻秧苗素质的影响

试验以辽粳101为材料,对沸石、珍珠岩、蛭石、营养土四种育秧基质对水稻机插秧苗素质的影响进行了比较研究。结果表明：沸石基质培育的秧苗叶龄、株高适宜,叶绿素含量高,不定根数多,最长根长大,地上干重和根干重大,符合机插秧对秧苗的要求,沸石基质是理想的育秧基质。