1,2,4-三氯苯胁迫对水稻分蘖盛期植株生长和生理特性的影响

在土培条件下,以对1,2,4-三氯苯(TCB)敏感性显著差异的宁粳1号(敏感)和扬辐粳8号(耐性)为对象,研究了不同浓度1,2,4-三氯苯(TCB)胁迫对两种水稻分蘖盛期生长和生理特性的影响。结果表明,不同浓度TCB胁迫下,敏感基因型宁粳1号最长根长、株高、单穴分蘖数、地上部和地下部干物重随胁迫程度加深均显著递减; 耐性基因型扬辐粳8号在低浓度(20 mg kg^-1) TCB胁迫下,最长根长、地上部和地下部干物重极显著增加,当中高浓度(40 mg kg^-1、60 mg kg^-1) TCB胁迫时,最长根长、株高、单穴分蘖数、地上部和地下部干物重显著下降。不同浓度TCB胁迫下,敏感基因型宁粳1号根系活力、叶绿素含量、叶片和根系可溶性蛋白质含量相对较低,叶片和根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性明显降低,O₂^?产生速率和丙二醛(MDA)含量显著增高; 耐性基因型扬辐粳8号在低浓度(20 mg kg^-1) TCB胁迫下,根系活力、叶片和根系的可溶性蛋白含量、SOD、POD、CAT活性极显著增加,O₂^?产生速率和MDA含量极显著降低,当中等浓度(40 mg kg^-1) TCB胁迫时,SOD、POD、CAT活性虽然增强,但O₂^?产生速率显著增加,MDA大量积累,当高浓度(60 mg kg^-1) TCB胁迫时,其根系活力、叶绿素含量极显著降低,根系中SOD、CAT活性显著降低,O₂^?产生速率和MDA含量显著增加。总之,低浓度TCB胁迫下,长势良好、叶片和根系可溶性蛋白质含量高、抗氧化系统清除活性氧能力强、膜脂过氧化程度低是耐性基因型扬辐粳8号区别于敏感型宁粳1号的主要特征。     

水稻根系对1,2,4-三氯苯胁迫的应答

应用蛋白质组学、电镜观察、脂质过氧化物测定等方法研究了二个不同类型水稻品种的根系对有机污染物1,2,4-三氯苯（TCB）胁迫的应答。结果表明,TCB胁迫抑制水稻根系生长,影响根细胞结构,导致脂质过氧化。TCB胁迫对水稻根系蛋白质组也有显著影响。TCB胁迫能诱导根系内不同类型蛋白质的表达,它们是：解毒酶（包括脂酶、醛/酮还原酶、谷胱甘肽-硫转移酶）,细胞壁物质代谢相关酶（包括蛋白转葡萄糖基酶、GDP-甘露糖-3,5-异构酶1）,激素代谢或调节相关酶（包括酸式-还原酮二加氧酶、β-葡萄糖苷酶、病程相关蛋白家族10中的2个不同蛋白）,原初或次生代谢相关酶（包括转录延长因子、细胞质磷酸丙酮酸双激酶、磷酸丙糖异构酶、丙氨酸氨基转移酶和异黄酮还原酶）。TCB胁迫诱导矮仔占根系中β-葡萄糖苷酶和病程相关蛋白家族10蛋白的表达,及汕优63根系中谷胱甘肽-S-转移酶和酸式-还原酮二加氧酶的表达,这种诱导蛋白的差异可能是汕优63较矮仔占对TCB胁迫有较高耐性的机理之一。     

1,2,4-三氯苯对2个不同耐性水稻品种光合特性与产量的影响

为明确不同类型水稻品种的响应规律,为水稻高产稳产、安全生产提供依据。在盆栽土培条件下,研究了5种1,2,4-三氯苯(TCB)浓度(0、10、20、40、80 mg kg^-1土)对2个水稻品种(宁粳1号,敏感;扬辐粳8号,耐性)灌浆期剑叶光合特性与产量的影响。结果表明,TCB的影响品种间差异显著。低浓度TCB (10 mg kg^-1)下,扬辐粳8号的株高、鲜重和产量显著增加,叶绿素含量、净光合速率、胞间CO₂浓度、蒸腾速率和q_N略有升高,但与对照的差异不显著,而F_v/F_m和F_v/F_o略有下降;宁粳1号的净光合速率、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、Φ_PSII、F_v/F_m、F_v/F_o、q_p和产量略有下降,气孔导度显著降低。在20 mg kg^-1 TCB处理下,宁粳1号的光合参数、产量、株高、地上部和地下部鲜重均显著降低,而扬辐粳8号略有降低,表现出较强耐性;在中高浓度TCB (40 mg kg^-1,80 mg kg^-1)处理下,2个水稻品种的光合特性、株高、鲜重和产量均受显著抑制,且以宁粳1号的降幅较大。TCB对水稻光合特性与产量的影响不仅与其浓度有关,且存在显著品种差异,耐性水稻品种表现出低浓度TCB处理对其株高、鲜重、叶绿素含量、光合特性及其产量有一定的促进作用,在中高浓度TCB处理时表现出较强的耐性,受胁迫程度小     

水分胁迫对不同基因型小黑麦和黑麦苗期生理特性的影响

用20%聚乙二醇6000模拟干旱,对8个小黑麦品种和1个黑麦品种进行水分胁迫,研究水分胁迫对这些材料生理特性的影响。结果表明,水分胁迫使所选品种鲜重均降低,丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)及可溶性糖含量上升;冀饲2号、中新830、冬牧70、中饲237的可溶性蛋白含量上升,NTH1048、NTH1888、中饲828、劲松49的降低。抗氧化酶中超氧化物歧化酶(SOD)活性增高,而过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性表现为有的品种升高,有的品种降低。经隶属函数综合分析,9个品种抗旱能力顺序为:中新830中饲237冀饲2号冬牧70中饲828NTH1048冀饲1号劲松49NTH1888。     

无机砷胁迫下苗期水稻的生理响应

探讨水培条件下,不同形态的无机砷(As2O3和HAsNa2O)4对苗期水稻生理特性的影响。结果表明,随着砷浓度的升高,水稻根和叶中超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性受到了显著抑制,根中的抑制程度较叶中大;利用ICP—MS测定砷含量的结果表明,随着砷浓度的升高,水稻组织中砷含量增加,其根中砷含量的增加尤其明显。同时本研究还发现As(II)I的毒性大于As(V)。     

镉胁迫对不同水稻基因型生长的影响

从形态指标、产量构成因素研究水稻对重金属耐性特征,筛选和培育籽粒有毒重金属积累低且对重金属耐性较强的品种,是在轻、中度重金属污染土壤上持续生产安全稻米的一条经济、有效的途径。该文以耐性不同的两个水稻品种（Lement,低累积型和Dular,高累积型）为材料,通过盆栽试验研究了镉胁迫对水稻植株生长的影响,结果表明,水稻各器官Cd含量随Cd处理水平和生育进程而增加,且吸收的Cd主要积累在根系,Cd在水稻各部位中的分布规律为：根〉茎〉叶〉穗〉稻米。从水稻产量的构成因素来看,镉胁迫导致Dular水稻产量下降的的最主要原因是分蘖受阻,有效穗减少。结果还表明,低累积型水稻品种的镉耐性与其吸收镉相对较少或向地上部运输比例较少有关。     

SO2胁迫对紫叶李生理指标的影响

为了给污染区紫叶李的栽植提供理论指导,以盆栽紫叶李实生苗为试验材料,采用简易静态熏气系统研究了不同浓度SO2对紫叶李叶片部分生理指标的影响。结果表明,随SO2浓度增加,紫叶李叶片超氧化物歧化酶(SOD)持续上升,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性先增加后下降;细胞膜透性、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白含量不同程度的增加,当SO2浓度为22.86 mg/m3时,分别比对照增加了194.2%、112.06%、70.51%和97.77%。说明随SO2浓度的增加,叶片内代谢物质持续增加,这些物质提高了紫叶李对SO2的抗性;当浓度超过17.14 mg/m3时,抗氧化酶系统受到了破坏,初步说明紫叶李不适宜栽植于该地区,与真实环境下的结论是否吻合需进一步验证。     

高温胁迫下水稻叶片的蛋白响应及其基因型和生育期差异

高温已经成为水稻产量的主要限制因素,且其影响由于全球温室效应的加剧而呈扩大趋势。本研究在鉴定耐热水稻基因型的基础上,从生理学和蛋白质组学上进行耐性机理研究。结果表明,苗期或抽穗期高温处理导致结实率、SPAD值、株高、根长和生物量下降,丙二醛、过氧化氢、超氧阴离子含量增加和超氧化物歧化酶活性提高。同时,高温胁迫对热敏感品种明恢63的影响大于对耐热品种密阳46的影响。蛋白质组学分析表明,高温使光合作用相关蛋白、能量类蛋白、代谢类蛋白表达量下降,抗逆相关蛋白表达量上升。另外,蛋白试验结果佐证了密阳46的耐热性以及水稻抽穗期对高温的敏感性。本研究还首次发现抗逆相关蛋白2-cys过氧化物酶BAS1的表达量在高温下上升。     

砷胁迫对苗期水稻光合生理的影响

以水稻品种汕优63为材料,在田间土培条件种植下,采用不同浓度、不同形态砷溶液处理,探讨砷对苗期水稻光合生理特性的影响。结果表明,砷处理后降低了水稻光合作用参数(净光合速率、细胞间隙CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值、叶绿素含量等),且随着砷浓度的升高,其参数下降幅度增大。水稻形态指标测定结果表明,砷处理导致水稻根长、株高增长缓慢,植株干质量积累减少。同时本研究还发现不同形态砷(无机砷、有机砷)处理水稻后,以无机砷对水稻光合特性的影响作用较大。     

粳稻品种Dongjin在干旱胁迫下苗期生理反应

为了明确苗期水稻对干旱胁迫的生理反应,笔者从光合作用、水分生理、植株体内的氧化逆境、渗透调节物质代谢以及细胞膜的完整性等几个方面分析了粳稻品种Dongjin（Oryza sativa L. subsp. japonica）在干旱胁迫处理下的生理变化。结果表明：干旱胁迫过程中,叶片的净光合速率与植株地上部相对含水量在处理5d内均已显著降低,5d后大幅度下降;植株地上部丙二醛含量的显著增加以及相对电导率的快速上升发生在处理5d以后,并且二者的变化趋势相类似;脯氨酸含量在处理6d时有所增加,处理6d后快速上升;叶片的活性氧含量在处理6d时略微下降,6d后逐渐上升,处理8d时显著升高。光合速率与相对含水量最先响应旱胁迫信号,与活性氧、丙二醛、脯氨酸含量和相对电导率一起可用作综合评价水稻苗期耐旱性的指标。     

不同耐镉基因型水稻农艺和生理性状的比较研究

于2004和2005年在扬州大学试验农场进行了不同耐镉基因型水稻农艺和生理性状的比较研究。2个耐镉(Cd)基因型汕优63(杂交籼稻)和扬粳9538(粳稻)及2个Cd敏感基因型扬稻6号(籼稻)和武运粳7号(粳稻)种植于盆钵。于移栽前盆钵土中加入Cd, 浓度为150 mg kg^-1(Cd处理), 以未加Cd为对照(CK)。Cd处理后, 耐Cd基因型籽粒产量较CK降低6.2%~8.9%, Cd敏感基因型产量较对照降低38.3%~47.1%。每盆穗数和每穗颖花数显著减少是减产的主要原因, 结实率和千粒重在Cd处理和CK间无显著差异。Cd处理显著抑制Cd敏感基因型的分蘖发生, 导致整个生育期干物质积累的显著下降, 但对物质运转率和收获指数无显著影响。在Cd胁迫下, 分蘖至拔节期Cd敏感基因型的根系活力、叶片光合速率、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性明显低于耐Cd基因型, 叶片超氧自由基和过氧化氢含量、乙烯释放速率及根系伤流液中1-氨基环丙烷-1-羧酸浓度则显著高于耐Cd基因型。抽穗以后Cd对上述生理指标以及整个生育时期叶片脱落酸含量无显著影响。说明Cd对水稻生长发育的影响主要在生育前期(分蘖至拔节期), 此期分蘖发生多、根系活力和叶片抗氧化保护系统能力强及乙烯合成少是耐Cd基因型水稻的主要农艺和生理特征。     

淹水胁迫下水稻幼苗对丁草胺的生理响应

采用盆栽试验,探讨淹水胁迫下丁草胺不同剂量对水稻幼苗生长和生理特性的影响。结果表明:淹水胁迫显著增加了丁草胺对水稻株高、鲜重、光合速率、叶绿素含量、根系活力及可溶性蛋白含量等生理指标的抑制,尤其加重低剂量(<1350g a.i./hm²)丁草胺对水稻的伤害,延长水稻幼苗恢复正常生长的时间。剂量为1350g a.i./hm²的丁草胺处理在无水层胁迫时水稻株高、光合速率、叶绿素含量、根系活力和可溶性蛋白含量抑制率分别为1.14%、10.97%、7.17%、11.66%和12.17%,经过淹水胁迫处理的抑制率分别为8.88%、23.81%、18.32%、23.29%和19.47%。在无水层胁迫时丁草胺1350g a.i./hm²处理对水稻幼苗的抑制作用在施药后7~21d可以恢复,淹水胁迫下丁草胺1350g a.i./hm²处理后水稻幼苗恢复正常生长的时间均超过21d。淹水胁迫严重降低丁草胺对水稻的安全性。     

表油菜素内酯影响水稻幼苗响应低温胁迫的蛋白质组学分析

表油菜素内酯(2,4-Epibrassinolide, EBR)是一种被广泛研究和应用的油菜素内酯类(brassinosteroids, BRs)植物生长调节剂, 它能有效增强植物对低温的耐受性, 但EBR在蛋白质组水平上对水稻幼苗响应低温胁迫的影响尚不清楚。本研究用0.1 mg L ^-1 EBR和蒸馏水分别浸泡萌发的日本晴种子, 然后提取4°C胁迫培养和26°C正常培养幼苗的总蛋白, 进行质谱非标(label-free)定量分析和平行反应监测(parallel reaction monitoring, PRM)验证。最终共鉴定出5778个蛋白质, 其中, 在有定量信息的4834个蛋白中, 401个上调和220个下调蛋白与EBR影响水稻幼苗响应低温胁迫有关。功能分析和代谢通路富集分析发现, 上调蛋白主要与RNA结合或水解酶活性等分子功能相关, 并富集在碳代谢、叶酸合成和氨基酸生物合成等途径中; 下调蛋白主要与催化活性和氧化还原酶活性相关, 主要涉及卟啉和叶绿素代谢等代谢途径。PRM验证结果和文献证据显示, 分布在碳代谢和苯丙素代谢通路中的NADP-苹果酸酶、过氧化物酶、3-磷酸甘油酸脱氢酶、烯醇化酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶和丙酮酸激酶参与了EBR对低温胁迫水稻幼苗的调控, 提示BRs可通过多种途径影响水稻幼苗对低温胁迫的响应。     

不同氮利用效率水稻基因型的根系形态与生理指标的研究

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种, 研究了225 kg hm-2施氮条件下根系形态和生理指标的差异及其与氮素利用效率的相互关系。结果表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 氮高效型水稻的根干重、根系体积、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均显著或极显著大于氮低效型水稻。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 氮高效类型水稻的根冠比显著大于氮低效型, 而抽穗和成熟期则表现相反趋势。成熟期前, 氮高效型水稻的根系α-NA氧化量极显著大于氮低效型, 而成熟期, 氮高效型中杂交水稻的根系α-NA氧化量略低于个别氮低效型水稻品种。相关性分析表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 水稻的根干重、根系体积、根系的α-NA氧化量、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比与氮素利用效率呈显著或极显著正相关。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 植株的根冠比与氮素利用效率呈显著正相关, 而抽穗和成熟期则呈极显著负相关。氮高效型水稻在其一生中具有良好的根系形态和保持较强的根系活力, 为植株大量吸收和高效利用氮素奠定了良好基础。同时, 在水稻的生长过程中, 地下部与地上部的合理比例及协调生长也是促进植株高效吸收利用氮素的重要因素。     

过量表达OsYUC2转基因水稻幼苗对干旱和H2O2胁迫的生长生理应答

OsYUC2基因是控制水稻生长素合成的关键基因家族OsYUCs成员之一。本研究以过量表达pUbi-OsYUC2-GUS转基因水稻(G3株系)和野生型水稻(WT,Oryza sativa L .sppj.aponica,v.nipponbare,日本晴)为材料,分别比较了二者在干旱和 H2O2 胁迫下生长生理的变化。结果显示,20%PEG-6000和0.06% H2O2 处理条件下,G3的株高、初生根上侧根的长度(特别是不定根上侧根的数量和长度)都大于WT的;而G3的MDA和H2O2积累量则都少于WT的。与对照组比,PEG和H2O2处理后G3根系的GUS活性都降低且由均匀分布变为梯度分布,说明PEG和H2O2影响OsYUC2基因的表达部位和空间分布。相同处理条件下,G3根系与DR5-GUS转基因水稻根系GUS活性和分布样式的变化类似,显示PEG和H2O2减少生长素的积累并影响其梯度分布。OsYUC2过量表达在一定程度上缓解了由于PEG和 H2O2 胁迫导致生长素减少引起的伤害,转基因水稻幼苗的抗逆水平有所提高。