水稻磷素吸收与转运分子机制研究进展

磷素是植物体内重要的大量元素之一,其含量约占植物干重的 0.2%。由于磷元素作为许多重要生物大分子的关键组分,且参与植物体内许多的生理生化反应,因此植物的生长和发育都离不开磷元素。植物在长期的进化过程中,形成了一套高效地吸收和利用磷素的分子调控机制。本文将重点阐述水稻中无机磷从土壤吸收进根系再转运到地上部并进行分配的分子机制,并对今后的水稻磷素吸收和转运的研究重点进行展望。水稻根系主要通过定位在细胞膜上的磷酸盐转运体 (Phosphate Transporter1,PHT1) 吸收土壤中无机磷。当无机磷被吸收进入根系细胞内部后,通过质外体和共质体两种养分的运输途径,将其运输到根中维管束,并通过PHO1 将无机磷由根系加载到地上部。然后水稻根据其地上部不同组织器官对无机磷的需求进行分配,而多余的无机磷将储存在液泡内,维持细胞内无机磷的平衡。目前对磷酸盐转运体吸收磷素的分子机制研究较为清楚,但对于磷素在植物体内的储存、分配和再利用过程的机制还研究较少。液泡作为水稻无机磷储存的主要部位,对于维持细胞内无机磷的平衡尤其重要;节是水稻营养元素 (包括磷素) 在地上部进行分配的重要部位。但目前对于定位于液泡膜上和节上的磷酸盐转运体的机制研究较少。因此,未来挖掘与解析水稻体内负责磷素储存、分配和再利用的磷酸盐转运体及其作用机制,能为培育磷高效利用的水稻提供新的依据。     

诱变与组织培养相结合诱发水稻耐盐突变的初步研究

以4个水稻品种的成熟种子作为外植体,用γ射线、叠氮化钠(SA)施行单项或复合诱变处理后进行组织培养,出愈后的部分愈伤组织再用γ射线辐照处理,并在含NaCl的筛选培养基上进行耐盐突变的筛选。结果表明,15kRγ射线对出愈率和生长率均有严重的抑制作用,而1mMSA单独处理对出愈率和生长率则有促进作用,所有诱变处理都降低了植株分化频率,愈伤组织的生长速率和植株再生率虽随筛选培养基中NaCl含量的提高而下降,但1％NaCl作为耐盐突变体的筛选压较为适宜。诱变处理的种子愈伤组织再以适当剂量的γ射线辐照,有提高诱发耐盐突变频率的作用。适宜的照射量为500—750R。     

提高水稻耐盐能力的根际核心菌株筛选及应用

根际微生物能通过多种途径增强作物对盐胁迫的适应性。为获得能显著提高水稻耐盐性的根际促生菌并探究其应用效果,选择耐盐品种湖南籼和盐敏感品种南粳46两个水稻品种,分别比较了耐盐水稻和盐敏感水稻在自然盐土和灭菌盐土中的生理指标,然后基于16S rRNA基因扩增子测序,通过根系细菌群落差异分析和共现网络分析,鉴定了在耐盐水稻根际富集且与耐盐性相关的关键类群。随后,采用根际微生物宏培养方法从耐盐水稻根际筛选出关键细菌类群的可培养菌株。最后通过盆栽试验评估了菌株增强盐敏感水稻耐盐能力的作用效果。结果表明,自然盐土中耐盐水稻株高和根长均显著高于灭菌土壤中的植株,而脯氨酸含量则显著低于灭菌土壤中的植株,表明耐盐水稻品种根际的微生物群落在增强水稻耐盐能力中具有重要作用。扩增子测序分析发现耐盐水稻品种和盐敏感水稻品种根际微生物群落差异显著,差异分析明确黄杆菌科（Flavobacteriaceae）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae）为耐盐水稻根际富集的关键细菌类群。通过设置盐胁迫下盐敏感水稻发芽试验和苗期水培试验,筛选出普氏假单胞菌P34和大安金黄杆菌C18两株功能菌。最后通过盆栽试验证明C18和P34作为直接接种剂或种子包衣剂均能在盐胁迫下显著促进盐敏感水稻生长。综上,C18和P34具有良好的增强水稻耐盐能力的潜力,可作为开发盐碱地专用的种子包衣及微生物肥料的候选菌剂。     

2种紫花苜蓿耐盐生理特性的初步研究

为研究2种紫花苜蓿(Medicagosativa L.)“阿迪娜”(耐盐基因型)和“秘鲁”(敏盐基因型)在盐胁迫处理下的生理特性与耐盐机理,采用150mmol/LNaCl胁迫处理2种紫花苜蓿幼苗,分别测定盐处理前和处理后2,4,6,8,16h的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(PRO)、相对含水量(RWC)和叶绿素(Chl)含量。结果表明:2种紫花苜蓿的过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性和丙二醛含量在盐胁迫下总体呈上升趋势,脯氨酸含量和相对含水量表现出相反的趋势。叶绿素含量在盐胁迫前期稳定不变,但在胁迫后期显著性下降;2种紫花苜蓿的相对含水量和叶绿素含量的变化趋势与植株表型变化相对应。主成分分析表明,过氧化氢酶和丙二醛的贡献率最大,能更好地为苜蓿耐盐机理及分子育种研究提供理论依据。     

保水缓释肥对盐胁迫下水稻矿质元素分配的调控

研究了施加盐碱地保水缓释肥(ZL 2012 1 0400570.0)对盐胁迫水稻幼苗叶长、叶温、氮磷钾(NPK)及钠(Na)的吸收和转运的影响。结果表明:盐胁迫下,水稻植株最大叶长随基质肥配比(1%、2%和4%)的增加而增加,且随处理时间延长,其增加效应愈明显,而其叶温逐渐降低;随高盐(4.68 g kg~(-1)盐分)处理的进行,植株逐渐枯萎死亡。盐胁迫下,该肥料施用明显提高植株的NPK含量,降低Na含量。低盐(2.68 g kg~(-1)盐分)胁迫下,播种40 d,施肥显著增加N和K向植株地上部转运,但显著降低其P转运系数(P-TF)和Na转运系数(Na-TF),显著提高植株K~+、Na~+的选择性比率(S_(K,Na));而播种80 d,施肥导致植株N、P、Na转运下降,而K转运和S_(K,Na)显著上升。高盐胁迫下,施肥对植株氮转运系数(N-TF)无显著影响,而P和Na转运上升,钾转运系数(K-TF)和S_(K,Na)随肥施量增加而显著下降。综上所述,低盐胁迫下,施该颗粒状盐碱地保水缓释肥,可明显提高水稻幼苗植株的NPK吸收,降低植株Na的积累,显著提高了水稻幼苗植株对K的选择性运输,维持体内的离子稳态,从而显著提高水稻植株的耐盐性。高盐胁迫下,该肥短期内亦可明显促进植株矿质营养在体内的积累,降低植株Na含量,从而一定程度上缓解植株盐害。     

大麦盐害及耐盐机理的研究进展

大麦是禾谷作物中较为耐盐的粮食作物。然而在盐胁迫环境下,Na+能把膜系统中的其他离子置换下来,使细胞过多地吸收Na+和Cl-,从而导致细胞膜系统受损、DNA降解、植物营养亏缺、生理干旱以及细胞死亡等伤害。大麦自身在受到盐分胁迫下,耐盐机制有:离子的选择性吸收、拒盐排盐性、渗透调节物质的合成以及离子在植株体内的运输交换。进行大麦耐盐性选择时,萌发力、耐盐指数、Na+/K+和渗透调节物质的合成能力,都是比较重要的选择标准。基于大麦较好的耐盐性,可通过遗传育种改良、化学控制、耕作等措施和途径提高大麦的耐盐抗盐能力,减轻盐害,提高大麦产量和品质。     

水稻吸收离子动力学及离子相互作用

动力学参数K_m（米氏常数,反映载体活性中心与离子的亲和力）和V_max（离子最大吸收速度,与载体的数目和载体的转运效率有关）值是植物吸收养分数学模拟必不可少的两个参数,然而这两个参数受植物所处环境的影响,而受介质中共存离子（包括H⁺）的影响尤深^[1-6]。     

水稻铁吸收与转运机理

铁元素作为水稻最重要的营养成分之一,在水稻整个生长和发育过程中都起着重要的作用。水稻根部吸收土壤中铁离子的方式包含机理Ⅰ与机理Ⅱ,这两种吸收方式是由多个基因共同调控完成的。多种基因参与铁离子的吸收与转运,包括上游基因OsIDEF1、OsHRZ1,bHLH转录因子OsIRO2、OsIRO3、OsPRI1以及参与铁离子直接转运的OsIRT1、OsVIT2等。高pH值的碱性土壤会显著影响水稻对铁的吸收和转运,研究碱性条件下铁离子在水稻中的吸收与运输有利于提高水稻耐盐碱性。本文详细阐明了水稻对于铁离子的吸收和转运机理,对当前所研究的起到关键性作用的基因进行了综述,并对未来研究作出展望。     

河套灌区向日葵耐盐指标评价

在盐分胁迫下筛选作物不同耐盐指标的适用性,可为耐盐育种和分子标记辅助选择育种提供科学依据。为确定河套灌区向日葵的耐盐指标,本研究以当地主栽品种‘LD 5009’为研究对象,2年共选择14个典型地块作为定位观测点,分析向日葵产量、生物量、株高等12个指标对盐分胁迫的响应,筛选随土壤饱和浸提液电导率(ECe)增加而减小的指标,采用非线性最小二乘数值逼近法建立其随不同土层土壤ECe的S型耐盐方程。结果表明:向日葵产量、生物量、株高、叶面积指数、花盘直径、叶片和茎秆K+含量随土壤盐分的增加而下降。其中,0~20 cm土层ECe与生物量的耐盐函数决定系数最大;盐分胁迫对向日葵叶绿素的合成影响不大;盐分胁迫下,Na+含量逐渐增加,而脯氨酸和SOD含量先增加后减小。因此,盐分胁迫下生物量可作为河套灌区向日葵耐盐性分析的关键指标。     

Mechanisms of Aluminum Tolerance in Phosphoenolpyruvate Carboxylase Transgenic Rice

Transgenic rice, in which C4-phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) is overexpressed, was grown in hydroponic culture to evaluate its tolerance for high aluminum (Al) content in relation to organic acid synthesis and exudation into the rhizosphere. With regard to root growth in short-term experiments, PEPC-transgenic rice was more tolerant of Al than the wild type. At increased Al levels in the root medium, root tips of the transgenic rice accumulated less Al than those of the wild type. Aluminum-induced oxalate exudation from roots occurred at increased rates in the transgenic line. Overexpression of C4-PEPC drastically increased PEPC activity in leaves of the transgenic rice, causing higher organic acid concentrations in leaves and roots. The increased organic acid concentrations seemed to cause higher exudation rates of oxalate from roots, leading to a detoxification of Al in the root apoplast and rhizosphere.     

不同品种稻米品质形成对盐胁迫的响应

为明确盐浓度对稻米品质形成的影响及其机制,以江苏省大面积种植水稻品种南粳9108和盐稻12号为试验材料,种植于土培池中,全生育期以盐水灌溉代替淡水灌溉,盐浓度设置0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%,并以淡水(盐浓度0%)灌溉为对照(CK),研究不同盐浓度对稻米品质形成的影响。结果表明,与CK相比,在低盐浓度(0.10%～0.15%)下,直链淀粉含量显著降低,稻米的糙米率、精米率和整精米率增加,稻米淀粉黏滞特性(RVA谱)的峰值黏度、热浆黏度和最终黏度增加,米饭的外观、黏度、平衡度和食味值在0.10%盐浓度下高于CK,南粳9108和盐稻12号的胶稠度在0.10%盐浓度下分别较CK高4.5和3.5 mm;在中、高盐浓度(0.20%～0.35%)下,稻米的加工品质、蒸煮食味品质和稻米淀粉黏滞特性明显降低。稻米的垩白粒率和垩白度随着盐浓度的增加而减小。综上可知,在低盐浓度(0.10%～0.15%)下,稻米的品质总体有一定的改善;高盐浓度(0.35%)下,稻米品质明显变劣。本研究通过分析不同盐浓度下水稻的品质状况,为滩涂水稻高产与品质调优栽培提供了参考。     

Salt Tolerance of Four Potato Cultivars

Abstract

Tests are needed to evaluate the salt tolerance of new and untested potato cultivars under various cultural conditions. Two lysimeter experiments were conducted in two seasons to investigate the influence of irrigation water salinity on tuber yields of four potato (Solanum tuberosum L.) cultivars (Spunta, Alpha, Cara, and King Edward). Four salinity levels [EC_w 0.53 (control), 3.13, 6.25, and 9.38 dS m^?1] established by adding NaCI to fresh water, were used. Increasing irrigation water salinity reduced significantly total and average tuber yield for all cultivars in both seasons. Cara cultivar produced the highest tuber yield of all cultivars in both seasons. The salt tolerance curves of the potato cultivars in both seasons revealed that tolerant rating of the four cultivars can be assigned as follows: Cara > Alpha > Spunta > King Edward. The polynomial cubic equations developed for the four potato cultivars in fall and summer seasons were successful in predicting potato tuber yields response to irrigation water salinity.     

Differential Growth Response to Salt Stress Among Selected Ornamentals

Evaluation of salt tolerance in herbaceous perennials was performed with mature potted plants under greenhouse conditions. Six herbaceous perennial species were evaluated for their tolerance to aqueous solutions of various sodium chloride (NaCl) concentrations over a 21 day period by measuring growth, water transpiration, and leaf nutrient content. Potential exists for utilization of these species in somewhat challenging saline environments along roadsides and in urban landscapes. Species evaluated in a mature growth stage included Achemilla mollis, Nepeta x faassenii, Sedum acre, Thymus praecox, Phlox subulata and Solidago cutleri. On the basis of relative growth rate and water transpiration responses to NaCl (0–400 mM) treatments, groundcovers were grouped into three tolerance categories: highly sensitive to salt treatment (S. acre), those with intermediate sensitivity (A. mollis, N. x faassenii, T. praecox, and P. subulata), and those exhibiting tolerance (S. cutleri). Sodium content in leaf foliage of S. cutleri was about ten-fold lower than other groundcover species in the 200 mM NaCl treatment, consistent with greater tolerance to NaCl treatments in terms of transpiration, biomass accumulation, and retention of green foliage. Comparison of foliar nutrient levels among groundcover species and treatments suggested strong differential response to NaCl treatment, indicating that changes in nutrient levels over time may be a reasonable way to predict NaCl tolerance in groundcovers.     

种子引发剂氯化胆碱和吲哚丁酸钾对盐胁迫下水稻幼苗生长和生理特性的影响

为探讨种子引发剂对盐胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响机制,以杂交稻湘两优900和常规稻黄华占为材料,研究引发剂氯化胆碱(CC)和吲哚丁酸钾(IBAK)对盐胁迫下水稻幼苗生长、光合特性、抗氧化代谢及渗透调节的影响。结果表明,盐胁迫抑制水稻幼苗生长,3.0 mg·L^-1CC和1.0 mg·L^-1IBAK为缓解盐胁迫对水稻幼苗生长抑制的适宜引发浓度,添加引发剂CC的湘两优900根干重显著增加9.64%,而添加引发剂CC和IBAK的黄华占根系总长度、叶面积、地上干重、根干重、壮苗指数分别显著增加24.78%和14.39%、43.06%和36.33%、11.45%和7.43%、34.60%和28.62%、41.89%和33.55%。引发剂CC和IBAK处理可显著提高盐胁迫下两品种水稻叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和叶绿素含量;激活超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性;同时增加抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、可溶性蛋白和脯氨酸含量;抑制活性氧积累,降...     

盐胁迫下水稻苗高和分蘖数的发育动态QTL分析

为了检测盐胁迫下水稻苗高和分蘖数的发育动态QTL,以粳稻品种东农425和长白10为亲本衍生的F2:3群体为试验材料,构建了包含123个SSR标记,全长为1 616.53 c M,平均图距为13.14 c M的遗传连锁图谱。以浓度为6 ds·m-1的Na Cl水溶液进行大田生育期灌溉,正常水灌溉为对照,对盐胁迫下水稻的苗高和分蘖数进行发育动态QTL分析。分别利用完备区间作图法和混合线性模型的QTL定位方法,联合盐胁迫与正常条件下6个发育时期苗高和分蘖数的表型数据,共检测到6个控制盐胁迫下水稻苗高和3个控制分蘖数的加性QTL、4个控制正常条件下苗高和5个控制分蘖数的加性QTL、盐胁迫和正常条件联合下的6个控制苗高和4个控制分蘖数的加性QTL,以及3对控制苗高和1对控制分蘖数的上位性QTL。加性QTL q SH1在t3、t4和t2/t1时期分别用非条件和条件方法检测到,加性QTL q TN8-2在t2、t3、t4和t5时期被连续用非条件方法检测到,在t3/t2时期用条件方法被检测到。分别检测到4个控制苗高和2个控制分蘖数的加性QTL与盐胁迫环境存在互作效应,控制苗高的3对上位性QTL和控制分蘖数的1对上位性QTL均与盐胁迫环境发生互作。本研究旨在检测不同发育时期控制盐胁迫下水稻苗高和分蘖数的QTL,并分析与盐环境的互作效应,为解析苗高和分蘖数在盐胁迫下的发育遗传特点和水稻耐盐QTL分子标记辅助育种提供理论依据。     

Inducing Salt Tolerance in Wheat by Exogenously Applied Ascorbic Acid through Different Modes

ABSTRACT

In order to assess whether exogenous application of ascorbic acid (AsA) through different ways could alleviate the adverse effects of salt-induced adverse effects on two wheat cultivars differing in salinity tolerance, plants of a salt tolerant (‘S-24’) and a moderately salt sensitive (‘MH-97’) cultivar were grown at 0 or 120 mM sodium chloride (NaCl). Ascorbic acid (100 mg L^?1) was applied through the rooting medium, or as seed soaking or as foliar spray to non-stressed and salt stressed plants of wheat. Salt stress-induced reduction in growth was ameliorated by exogenous application of ascorbic acid through different ways. However, root applied AsA caused more growth enhancement under saline conditions. Leaf ascorbic acid, catalase (CAT), peroxidase (POD), and superoxide dismutase (SOD) activities were also maximal in salt stressed plants of both cultivars treated with AsA through the rooting medium. Furthermore, leaf ascorbic acid, CAT, POD, and SOD activities were higher in salt stressed plants of ‘S-24’ than those of ‘MH-97’. Root applied AsA caused more enhancements in photosynthetic rate. Root applied AsA caused more reduction in leaf sodium (Na⁺) compared with AsA applied as a seed soaking or foliar spray. Overall, AsA-induced growth improvement in these two wheat cultivars under saline conditions was cultivar specific and seemed to be associated with higher endogenous AsA, which triggered the antioxidant system and enhanced photosynthetic capacity.     

大麦种质耐盐性鉴定及评价

为了鉴定及评价大麦的耐盐性,进行了Na Cl胁迫下不同大麦品种种子萌发及生长试验,结果表明:随着Na Cl胁迫浓度的增加,大麦种子的相对发芽率呈下降趋势,盐害指数随Na Cl胁迫浓度的增加而增大;不同大麦品种间种子萌发存在一定的差异,苏农6472、盐99218、C2118、美97-1338、Numar和海盐大麦表现出较强的耐盐性。通过盐土(土壤含盐量4‰)和脱盐土的对比试验,发现大麦品种在盐土条件下的穗数、穗粒数明显低于脱盐土,而盐土条件下的千粒重高于脱盐土;各品种在盐土下的株高明显低于脱盐土。在盐土条件下,海盐大麦、沪01-2946和苏农6472分别获得4 344、4 311和4 282.5kg·hm-2的籽粒产量,是供试品种中耐盐性最强的品种。本研究不仅为大麦的盐育种提供了理论依据,也为盐渍化地区的麦种植鉴定出了耐盐品种。