水稻镉吸收与转运机理的研究进展

长期食用高含镉(Cd)的大米会严重危害人体健康,引起一系列的疾病,因此控制稻米Cd含量对粮食安全具有重要意义.本文从根部Cd吸收、根向茎叶的转运和茎叶向籽粒转运3个角度系统总结,从生理角度综述了这3个重要过程涉及的生理机制,从分子生物学角度总结了相关基因的分子调控机制,归纳并讨论了一些存在争议的问题.深度探讨了调控吸收...     

水稻吸收转运铁的生物地球化学机制研究进展

铁的生物吸收转移是环境中铁生物地球化学循环的重要过程之一，不仅控制着铁在稻米的累积，且影响水稻累积锌等养分元素及镉等重金属。阐明土壤-水稻体系中铁的吸收转移机制对深入理解稻田铁的环境行为与归趋具有重要的科学意义。主要介绍了水稻中铁吸收转运的功能基因、土壤-水稻系统铁同位素分馏及水稻植株中铁分布的光谱分析方法与手段，重点总结铁在水稻根部吸收及植物体内的转运过程，探讨铁对水稻根部锌和镉吸收的影响机制，可为提高水稻产量及改善稻米品质提供科学依据。     

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。     

植物吸收和转运铁的分子生理机制研究进展

铁是植物正常生命活动过程中的必需微量元素之一。由于土壤中铁的有效性很低,导致植物极易缺铁,不仅影响作物的产量和品质,而且影响人类微量元素健康,因此如何通过生物强化达到人类铁营养状况改善的目的是目前该研究领域关注的热点。本文就近5年来植物铁吸收、体内转运、子粒中积累等重要生物过程的分子生理机制的研究进展进行了详细阐述,其中对水稻兼备机理I和机理II铁吸收机制有了新的认识,而且发现YSL蛋白家族在植物铁吸收、转运和子粒积累过程中的重要性。同时,讨论了利用上述机制的研究结果通过基因工程和农学措施改善植物铁营养和提高作物子粒铁富集的技术途径。     

川东北麦秆还田对水稻氮素吸收转运的影响

为合理利用秸秆,于2014和2015年两个水稻生长季,在大田条件下,以当地平均施肥量为标准,设置不同量的化肥配施秸秆处理,研究秸秆还田下水稻氮素吸收转运特征。结果表明:较纯化肥处理,秸秆替代一部分氮肥处理对水稻产量、地上部氮素积累量、氮素收获指数及氮肥生产效率无显著影响(P0.05);在不同程度上降低氮素在穗部的分配比例、营养器官吸收氮素向穗部转运量、转运率、转运氮对籽粒氮素贡献率;在不同程度上提高成熟期营养器官氮素积累量,显著提升抽穗后氮素吸收量及其对籽粒氮素贡献率(P0.05)。综合氮素吸收转运及利用效率,川东北稻麦轮作区水稻季在化肥减施30%基础上,麦秆还田量以6 000 kg/hm~2为宜。     

水稻品种间吸收和转运硒特性差异机制研究

采用溶液培养试验比较了富硒水稻与非富硒水稻对硒的吸收和运输特征,期望揭示富硒水稻秀水48和非富硒水稻丙9652籽粒硒累积差异部分生理机制。结果表明,两品种水稻根部对硒吸收的Km值差异不大,但富硒水稻秀水48的Vmax是非富硒水稻的1.57倍,两品种水稻根系对硒的共质体吸收皆受载体调控。硒吸收时间动力学试验证实秀水48茎中硒的浓度和含量在各个处理时间段均要高于丙9652,富硒水稻秀水48的木质部汁液中硒的浓度大约是非富硒水稻丙9652的2倍,在相等蒸腾速率的条件下,秀水48地上部硒含量显著高于丙9652,说明两品种水稻向地上部转运硒的能力差异显著,秀水48更易将根中的硒转运到地上部,高效的转运体系是富硒品种地上部硒含量高的关键所在。富硒水稻具备很强的向地上部转运硒的能力,部分原因在于其根部木质部对硒的装载能力较强。     

氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收转运及产量的影响

应用15N示踪技术研究了大田条件下氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收、转运及籽粒产量的影响。试验分别设置3个氮肥水平(0、150和240 kg/hm2N)和两种基追比例(即基肥:蘖肥穗粒肥分别为40%︰30%︰30%(A)和30%︰20%︰50%(B)),共5个处理,依次记作N0、N150A、N150B、N240A、N240B。结果表明,在0~240 kg/hm2范围内,提高氮肥水平,显著增加水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素数量以及肥料氮在土壤中的残留量。成熟期高氮处理(240 kg/hm2)水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素及肥料氮在土壤中的残留量较多,分别为110.25、65.91、32.69 kg/hm2,而氮素的吸收利用率和土壤残留率下降,氮素损失率增加。在相同的氮肥水平下,采用基肥蘖肥穗粒肥比例为30%︰20%︰50%时,水稻吸收的肥料氮数量显著增加,氮素吸收利用率和土壤残留率提高,氮素损失率降低。适量施氮并增加穗粒肥的施氮比例,可以显著增加水稻产量。在本实验条件下,施氮量为240 kg/hm2及基肥蘖肥穗粒肥为30%︰20%︰50%的施氮处理是兼顾产量和环境的最佳氮肥运筹方式。     

机械旱直播方式对水稻氮磷钾吸收转运及分配的影响

为了明确机械旱直播模式下水稻主要生育时期氮、磷、钾素吸收利用特征,以杂交籼稻(F优498)和常规粳稻(徐稻4号)为试材,通过免耕机械旱直播(B1)、"调墒、两旋"机械旱直播(B_2)2种机械旱直播处理,并以人工撒播(B_3)处理为对照,研究其对直播稻养分吸收、转运、分配及产量的影响,并探讨不同生育阶段养分累积及转运间的相互关系。结果表明,品种及直播方式对水稻主要生育时期氮素和钾素的累积、转运、分配及最终产量均存在显著的调控作用;且直播处理下各生育阶段氮、磷、钾养分间吸收与转运存在显著的协同效应,对促进抽穗至成熟期各养分向籽粒的转运和提高产量影响显著;但直播处理下水稻对磷素的吸收和转运与氮、钾素间的协同性降低。不同直播处理下,F优498在产量及各生育时期养分吸收、转运各指标整体上均显著高于徐稻4号。与B_3相比,同一品种下机械旱直播各处理均能不同程度地提高主要生育时期养分的累积,促进抽穗至成熟叶片和茎鞘中养分转运,尤其能显著提高杂交稻抽穗至成熟叶片氮素、钾素转运率,进而显著促进抽穗至成熟氮素、钾素转运贡献率,提升籽粒中氮素、钾素所占稻株氮素及钾素累积总量的比例,发挥出氮素和钾素协同吸收与利用的耦合效应,是机械旱直播水稻高产的重要原因。不同机械旱直播处理下,B_2比B_1处理能进一步不同程度地提高机械旱直播水稻抽穗至成熟期养分的累积,促进叶片和茎鞘养分的转运,利于抽穗至成熟茎鞘中钾素的累积,最终促进了产量的提高,为最佳的机械旱直播方式。     

机理Ⅰ植物铁营养的吸收转运及信号调控机制研究进展

铁是植物正常生长发育必需的微量元素之一。在通气良好的碱性或石灰性土壤中,常常因铁有效性低而难以满足植物生长发育所需,缺铁已成为继缺氮和缺磷之后农业生产所面临的又一重要的营养障碍因子。与机理Ⅱ植物相比,机理Ⅰ植物更易缺铁,因此全面了解机理Ⅰ植物的铁吸收及利用机制是分子育种改良此类植物铁营养的重要基础。基于国内外的相关研究进展,从机理Ⅰ植物的根际铁活化、根系铁吸收、木质部和韧皮部中的铁运输以及胞外和胞内铁的再利用等几方面进行综述;在此基础上,从bHLH和MYB转录因子调控网络、蛋白的泛素化修饰以及小分子化学信号调控途径等几方面,重点阐述机理Ⅰ植物铁营养吸收、转运及稳态平衡过程的调控机制;同时,对研究中存在的部分问题及未来研究方向进行简要的讨论分析。     

缺铁水稻根表铁膜对硒的转运和吸收的影响

Under anaerobic conditions, ferric hydroxide deposits on the surface of rice roots and affects uptake and translocation of certain nutrients. In the present study, rice plants were cultured in Fe-deficient or sufficient solutions and placed in a medium containing selenium （Se） for 2 h. Then, FeSO4 was added at the various concentrations of 0, 10, 40, or 70 mg L-1 to induce varying levels of iron plaque on the root surfaces and subsequent uptake of Se was monitored. The uptake of Se was inhibited by the iron plaque, with the effect proportional to the amount of plaque induced. The activity of cysteine synthase was decreased with increasing amounts of iron plaque on the roots. This may be the important reason for iron plaque inhibition of Se translocation. At each level of iron plaque, Fe-deficient rice had more Se than Fe-sufficient rice. Furthermore, with plaque induced by 20 mg Fe L-1, plants from Fe-deficient media accumulated more Se than those from Fe-sufficient media, as the Se concentration was increased from 10 to 30 or 50 mg L^-1. We found that phytosiderophores, highly effective iron chelating agents, could desorb selenite from ferrihydrite. Root exudates of the Fe-deficient rice, especially phytosiderophores in the exudates, could enhance Se uptake by rice plants with iron plaque.     

氮肥运筹下不同种植方式水稻对氮素的吸收、转运和利用

为改进江汉平原地区中稻氮肥施用方法.采用田间小区试验,设置当地常规施肥(FFP)、缓控释肥与尿素配施(CRF)、海藻多糖氮肥替代(HTN)及不施氮对照(CK)4个氮肥管理,研究不同氮肥运筹对机插稻、直播稻氮素吸收、转运及氮肥利用率的影响.结果表明:水稻分蘖前期机插稻的干物质积累量FFP处理比CRF、HTN处理分别高41...     

磷的吸收转运机制研究进展

磷对动物来说具有重要的生理功能。它主要以无机磷的形式在小肠和肾脏近端小管上皮细胞的刷状缘膜被吸收和重吸收,它的吸收转运过程是一个借助于钠磷协同转运蛋白与钠离子一起的主动转运过程,并且磷的吸收受很多因素的调节。在充分了解磷的吸收转运机制以后既可以保证动物以最佳状态生长,又可以使由于磷造成的环境污染降到最低。本文就磷的吸收转运机制最新研究进展进行了概述。     

Si/As调控苗期水稻吸收、外排和转运砷的研究

通过生物模拟法,将水稻幼苗分别暴露于含有10μmol/L无机三价砷As(Ⅲ)或五价砷As(V)的营养液中12,24,48h,探究硅砷摩尔比(Si/As为0∶1,100∶1和200∶1)对苗期水稻吸收、外排、转运和累积砷的影响。结果表明,水稻暴露于含As(Ⅲ)营养液中12h,与Si/As为0∶1相比,Si/As为200∶1的处理使水稻的As(Ⅲ)吸收速率降低30.7%(P0.05),且随着暴露时间的延长,水稻对As(Ⅲ)的吸收速率逐渐降低,不同Si/As对其吸收速率的影响也减弱。处理48h,100∶1和200∶1的Si/As均降低水稻根部As(Ⅲ)向茎叶的转移系数,较Si/As为0∶1分别降低51.2%和56.9%,同时水稻地上部As(Ⅲ)含量比Si/As为0∶1的处理分别降低50.7%和67.2%;暴露在As(V)营养液中12h,Si/As为100∶1促进水稻对As(V)的吸收,增幅高达82.3%,但暴露24h,Si/As为200∶1则抑制水稻根系对As(V)的吸收,以及As(Ⅲ)的外排和As(Ⅲ)由水稻根系向茎叶的转运,降幅分别为28.0%,41.9%和39.9%。暴露48h时,Si/As为200∶1的水稻As(Ⅲ)转移系数较Si/As为100∶1的处理降低57.9%,并且处理24,48h时,Si/As为100∶1和200∶1水稻地上部As(Ⅲ)含量显著降低53.6%和75.0%,25.0%和52.8%。此外,水稻根系对As(V)的吸收与As(Ⅲ)的外排之间呈极显著正相关关系(r=0.921,P0.01),该关系不受Si/As和暴露时间的影响。无论是As(Ⅲ)或As(V)处理,在12～48h的暴露时间内,Si/As为200∶1显著抑制砷的吸收、As(Ⅲ)的外排和As(Ⅲ)在水稻体内的转运。     

水稻同化物转运及其对逆境胁迫响应的机理

产量形成是“源库流”协调统一的过程,但由于极端天气频发,使得水稻生长环境恶化,源库关系严重失调,对产量的形成造成不利影响。例如水稻开花结实期遭遇极端高温将严重抑制物质转运,导致籽粒充实度下降,产量降低,品质变劣。近年来,有关水稻同化物转运和分配机理及其对逆境胁迫的响应机制方面的研究,主要形成了以下主要观点：（1）同化物在叶片主要通过质外体与共质体途径装载,然后利用“源”端和“库”端压力梯度,通过叶、茎、穗轴、枝梗和小穗轴等维管系统向颖果输送,于籽粒背部维管束卸载,形成籽粒。（2）同化物装载、运输及卸载中任意一个环节遇到高温、低温、干旱及氮素缺乏等逆境均可能导致同化物转运受阻,造成“流”的不畅,阻碍光合产物及其它营养物质进入籽粒,影响稻米产量及品质。（3）但由于研究手段及技术所限,目前有关逆境胁迫对同化物在韧皮部的装载、运输及卸载影响的研究相对较少,新技术的开发应用可为该研究领域提供新的发展机遇。     

几种物质对水稻吸收镉的影响及机理

在添加Cd的红壤上,CaCO₃、Na₂SiO₃、有机物均不同程度地抑制了水稻植株对Cd的吸收,而磷酸盐和氯化物则促进了植株对Cd的吸收。CaCO₃和有机物促使土壤中交换态Cd向低有效性的络合态转化,磷酸盐和氯化物则抑制这种转化。     

豫南紫云英水稻轮作区减施不同比例氮肥对水稻养分吸收和转运的影响

  【目的】  研究水稻–紫云英轮作体系中,翻压紫云英并减施氮肥对不同生育期水稻养分吸收、转运特征,以及对土壤养分状况的影响,为豫南稻区紫云英–水稻轮作模式氮肥的科学管理提供理论依据。  【方法】  长期定位试验位于河南信阳,始于2008年。试验设置不施肥对照(CK)、常规施肥(N100),以及种植并翻压紫云英条件下,氮肥为常规处理用量的100% (GN100)、80% (GN80)、60% (GN60)、40% (GN40),共6个处理。测定了水稻产量、关键生育期生物量、氮磷钾养分吸收量、土壤基础养分含量,分析了水稻养分吸收及土壤养分供应对水稻产量的影响。  【结果】  与N100处理相比,GN40、GN60、GN80和GN100处理水稻产量无显著差异,GN40和GN60处理氮肥农学效率分别增加213.41%和113.70%,GN40、GN60和GN80处理氮肥偏生产力分别增加162.17%、75.69%、34.39%。与N100处理相比,GN100和GN80处理抽穗期秸秆生物量分别增加17.22%和41.06%,成熟期秸秆生物量分别增加28.22%和20.92%。与N100处理相比,GN60、GN80和GN100处理成熟期稻谷氮吸收量分别增加31.34%、31.79%和20.13%,GN60、GN80成熟期稻谷磷吸收量分别增加14.23%和14.61%,GN80处理成熟期稻谷钾吸收量增加10.64%。与N100处理相比,GN60处理氮转运量增加12.54 kg/hm2;GN40、GN60和GN80处理磷转运量分别显著增加11.32、23.02和18.09 kg/hm2,磷转运率分别增加35.92、41.22和39.91个百分点,磷对稻谷转运贡献率分别增加39.36、74.60和57.93个百分点。与N100处理相比,GN40、GN60、GN80和GN100能充分满足水稻生长过程中对土壤无机氮需求;GN60、GN80处理分蘖期、拔节期和抽穗期土壤有效磷含量显著降低;GN40、GN60、GN80和GN100处理分蘖期、抽穗期和成熟期土壤速效钾含量显著降低。随机森林分析结果表明各生育期土壤有效磷含量和水稻分蘖期氮、磷、钾吸收量对水稻产量形成有较大的贡献。线性回归分析表明,分蘖期和抽穗期土壤养分含量以及各生育期地上部氮、磷、钾吸收量与稻谷产量呈显著正相关。  【结论】  在我国豫南紫云英–水稻轮作区,翻压紫云英配合氮肥减施40%,能够培育土壤碳、氮库,满足土壤氮素供应,促进水稻对磷、钾养分的吸收和积累,增加籽粒氮、磷、钾养分转运量,提高氮肥农学效率和偏生产力,实现水稻增产稳产。     

长期不同施肥对水稻干物质和磷素积累与转运的影响

【目的】磷是制约黄壤生产力的重要限制因子,提高作物的磷效率是农业科学研究的热点之一。探讨不同施肥模式对水稻干物质和磷素积累与转运的影响,为黄壤稻田合理施用磷肥提供理论依据。【方法】依托22年的黄壤(水田)长期定位试验,选取其中6种施肥模式:不施肥(CK);不施磷肥(NK);平衡施用化肥(NPK);单施有机肥(M);1/2有机肥替代1/2 NP (0.5 MNP);有机肥化肥配施(MNPK)。除CK和MNPK外,NK、NPK、M、1/2 MN处理为等氮量165 kg/hm^2,施磷量依次为P2O5 0、82.5、79.4、81.0 kg/hm^2,MNPK施N330 kg/hm^2、P2O5 161.9 kg/hm^2。于水稻分蘖期、开花期及成熟期,采集水稻植株样品,分析比较各处理水稻产量、干物质和磷素积累与转移特征、磷肥吸收利用效率的差异。【结果】水稻产量、干物质和磷素积累量大小顺序均表现为MNPK> M> 0.5 MNP> NPK> CK> NK。磷素积累快速增长开始(t1)和结束(t2)时间均较干物质积累提前2~8 d和5~20 d,且磷素积累快速增长持续时间(Δt)也较干物质缩短了4~12 d,表明磷素快速吸收较干物质早,且持续时间短。处理NK、NPK、0.5 MNP、MNPK干物质最大增长速率(Vm)出现时间(t0)以及t1、t2分别比CK和M处理滞后5~10 d、1~4 d、6~16 d,Δt延长了1~14 d。各处理干物质和磷素积累的Vm均表现为M、MNPK> 0.5 MNP、CK> NPK> NK。水稻籽粒干物质积累量主要来源于花后干物质积累,磷素积累量则主要来源于花前磷素积累向籽粒的转运,各处理花后干物质积累率为29.5%~43.4%,施用化肥各处理显著高于CK和M处理,各处理花前磷素积累率为60.5%~85.6%,大小为CK> NPK、M> NK、0.5 MNP、MNPK。与NPK处理相比,M和0.5 MNP处理磷肥吸收效率、磷肥偏生产力、磷肥利用率分别显著提高了0.43kg/kg、48.9 kg/kg、40.8个百分点和0.26 kg/kg、32.2 kg/kg、25.3个百分点。【结论】黄壤地区水稻栽培中长期缺磷不利于花后干物质的积累,也不利于花前磷素的积累,严重制约水稻产量和磷吸收量的提高。在氮磷钾投入平衡前提下,长期单施有机肥可促进花前干物质和磷素的积累及其向籽粒的转运,但不利于花后干物质和磷素的积累,长期单施化肥可延长干物质和磷素积累的快速增长持续时间,但最大增长速率较小,而长期有机无机配施均较有利于促进水稻花前和花后干物质和磷素的积累,水稻产量和磷肥利用率均较高,是最合理的施肥方式。     

施氮量对冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响

2004至2005年在田间条件下,研究了施氮量0、105、2103、15.kg/hm2对冬小麦氮素吸收、累积、转运、产量及氮肥利用率的影响。结果表明,施用氮肥可显著提高冬小麦的子粒、秸秆产量及成熟期地上部总吸氮量,但过量施用氮肥对子粒和秸秆增产不显著;各施氮处理的氮肥利用率在34.2%～38.3%之间,随施氮量增加而略有降低。植株中氮素含量随生育期的延长而降低,氮素累积量总体呈增加趋势。施氮量对冬小麦氮素吸收有显著影响,同一生育时期,氮素含量和累积量都随着施氮量增加而提高。施氮可显著地促进氮素在子粒中累积,其中69%～87%的氮素是靠营养体的转运而来的。施氮量影响氮素的转运效率,随施氮量增加,转运效率降低。本试验条件下,冬小麦的合理施氮量应控制在105～210.kg/hm2之间。     

不同铁形态对水稻根表铁膜及铁吸收的影响

通过溶液培养试验研究了FeCl2?4H2O和FeCl3?6H2O对水稻根表铁膜数量及铁吸收的影响。结果表明,FeCl2处理时水稻根表铁膜浓度是FeCl3处理的197%～233%。利用EDTA-BPDS对铁膜形态分析看出,根表铁膜中Fe3+占85%～92%,Fe2+占8%～15%。水稻天优998根表铁膜数量显著高于培杂泰丰,其铁吸收是培杂泰丰的115%～138%。两种铁形态处理明显提高水稻的根系活力,其中,FeCl2处理时水稻根系活力增加24%～69%,FeCl3为16%～54%。FeCl2处理时水稻根系SOD、POD和CAT活性分别增加11%～32%、15%～30%和30%～31%,但FeCl3处理没有明显影响。上述结果表明一定浓度铁处理明显增加水稻根表铁浓度和铁吸收;与FeCl3处理相比,FeCl2处理能提高根系抗氧化酶活性,增加水稻的铁吸收和根表铁膜数量。