OsMYB调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用

基因表达调控是水稻化感作用形成的重要基础。本研究对化感水稻PI312777(Oryza sativa L.)的Os MYB(CT829537)基因分别进行过表达(overexpression,OE)和RNA干扰(RNAi),再与稗草(Echinochloa crusgalli,BYG)共培养,以野生型PI312777为对照。结果发现,与稗草共培养下CT829537-OEPI312777的酚类代谢关键酶基因表达上调,根系及其水培液中的总酚酸浓度增加,抑草能力增强;相同处理下CT829537-RNAi PI312777则相反,其酚类代谢关键酶基因较野生型植株表达下调,总酚酸浓度降低,抑草能力下降。这表明Os MYB(CT829537)通过调节化感水稻的酚酸类物质合成进而影响其抑草能力。     

土壤微生物对长雄野生稻及其化感潜力后代抑草作用的影响

明确土壤微生物对化感作物田间抑草作用的影响及其机制,对农田杂草绿色防控具有重要意义。长雄野生稻(Oryzalongistaminata)是培育化感水稻的优良抗原,然而目前尚不清楚土壤微生物对该野生稻及其后代化感抑草作用的影响。本试验以非化感亚洲栽培稻(RD23)作为参照,通过温室盆栽试验对比研究了土壤微生物对长雄野生稻及其中化感潜力后代(RL169)的抑草效应,并分析了与其共培稗草的根际土壤微生物群落结构特征和对稗草养分吸收与利用的影响。结果表明:1)土壤微生物显著增强了长雄野生稻及其化感后代(RL169)的抑草效应(P<0.05),而对非化感亚洲栽培稻(RD23)则无明显影响;方差分析表明,土壤微生物、根系分泌物和不同化感潜力水稻互作(土壤微生物×根系分泌物×不同化感潜力水稻)对稗草的株高、根长和生物量具有显著影响(P<0.05)。2)长雄野生稻及其化感后代(RL169)改变了稗草根际土壤微生物的群落结构,降低了稗草根际土壤细菌的多样性水平和丰富度,与其共培稗草的根际细菌在科、属和种水平的数量显著低于非化感亚洲栽培稻(RD23)处理组(P<0.05)。3)长雄野生稻...     

从化感水稻根际土壤中筛选抑草细菌的研究

从化感水稻PI312777根际土壤中筛选具有抑草作用的细菌,为开发抑草微生物资源提供科学依据。以稀释涂布平板法筛选菌株,以莴苣、稗草为受体,实验室生物测试和盆栽试验相结合,确定候选菌株的抑草活性。实验室生物测试结果表明,有2个菌株Z1和Z2的发酵液对莴苣具有强抑制作用,且对稗草根长的抑制率为50%~60%,株高的抑制率为40%~50%。盆栽试验结果表明,Z1和Z2的发酵液对稗草根长的抑制率分别为28.1%和27.0%,株高的抑制率分别为8.85%和4.48%。菌株发酵液对3种水稻的根长有促进作用,对株高没有影响或小的抑制作用（抑制率3%）。结果表明水稻化感抑草作用与根际微生物有关,暗示从化感水稻根际土壤中筛选抑草细菌是一个可行的思路。     

不同肥料种类对连作烟草根际土壤微生物功能多样性的影响

烟草连作障碍是制约烟草产量与品质的关键因素。以连作12年的烟草土壤为对象,施用不同肥料, 调查施肥后的土壤对连作烟草作物的生长、土壤微生物功能多样性的影响及其对土壤化感自毒的调节作用。结果表明,烟草根际土壤化感自毒潜力以施用常规复合肥最大,施用农家肥最小。基于Biolog平板法的微生物功能多样性研究表明,施用常规复合肥利于氨基酸类、胺类物质为碳源的微生物生长;施用有机肥利于羧酸类物质为碳源的微生物生长;而施用农家肥则利于糖类、脂肪酸、酚酸类物质为碳源的微生物生长。土壤微生物利用单一碳源的主成分分析结果表明,与碳源利用相关的主成分1、主成分2可分别解释变量方差的74.37%和25.63%。在主成分分离中有主要贡献的是糖类、脂肪酸类、酚酸类碳源。相关性分析结果显示,烟草土壤的化感自毒潜力与以糖类和酚酸类物质为碳源的微生物AWCD值呈显著正相关,而与以脂肪酸类物质为碳源的微生物AWCD值呈显著负相关。此外,农家肥施用最利于微生物生长,有机肥次之,常规复合肥最差。     

一株抑草真菌发酵液中的抑草成分分析

为了鉴定从桉树根际筛选到的微生物的抑草潜力和抑草成分,以桉树根际土壤中筛选到的一株真菌为材料,利用生物测试验证菌株发酵液的抑草潜力,利用GC-MS对菌株发酵液抑草成分进行验证。结果表明,不同浓度菌株发酵液对稗草的根长、株高和干重都有显著的抑制作用,对稗草根长抑制率最大为稀释50倍时,抑制率为7.55%;对稗草株高和干重抑制率最高为原液,抑制率分别为56.53%和25.46%。GC-MS鉴定共检测到86个物质,含氮化合物最多,占59.10%,其次为羧酸及酯类化合物,占19.26%。抑草物质生物测试结果表明,邻香豆酸、柠檬醛和胡椒碱在低浓度时对莴苣的根长和株高都有很强的抑制作用。表明该菌株能够产生多种化感物质的结构类似物,使得菌株发酵液具有很强的抑草作用,具有开发为微生物除草剂的潜力。     

化感物质松香酸对辣椒种子萌发、幼苗生长及根际微生物的影响

为揭示辣椒连作障碍的机理,本试验探讨了松香酸对辣椒种子萌发、幼苗生长和根际微生物种群数量的影响.利用GC-MS分析的方法,研究了辣椒根系分泌物和连作土壤中的化感物质.结果表明:辣椒根系分泌物和连作土壤的主要化感物质为松香酸、十四酸甲酯、十八酸甲酯和(2-乙基-6甲基苯)-N-(乙氧甲基)-2-氯代乙酰胺.并采用模拟的方法,研究了化感物质松香酸对辣椒种子萌发、幼苗生长发育及根际微生物的效应.对松香酸的生物测定结果显示,当浓度为0.05 g/L时,松香酸促进辣椒种子萌发和幼苗生长发育,其余浓度则表现为抑制作用,并且随着浓度的加大抑制作用增强,当浓度为0.25 g/L时抑制作用最大.同时外源松香酸使根际微生物总量和放线菌数量(A)减少,真菌(F)和细菌(B)的数量增加,B/F比值升高,而A/F比值降低.本试验结果说明松香酸对辣椒种子萌发、幼苗生长和根际微生物有较强的自毒作用.     

邻苯二甲酸二丁酯对茄子根际土壤黄萎菌数量及土壤微生物组成的影响

以西安绿茄为试材,采用不同浓度的邻苯二甲酸二丁酯处理自根茄,研究了其对茄子根际土壤黄萎菌数量及土壤微生物组成的影响,探讨根系分泌物邻苯二甲酸二丁酯对茄子根际土壤黄萎菌和土壤微生物种群的调控作用。结果表明:邻苯二甲酸二丁酯处理抑制了茄子根际黄萎菌的增殖,以0.5 mmol/L浓度处理效果最好,在开花期各处理中黄萎菌数量极显著低于对照;总体上,嫁接茄子根系分泌物模拟物质邻苯二甲酸二丁酯表现出增加了茄子根际微生物总量,降低真菌数量、增加了细菌和放线菌数量,提高了茄子根际土壤细菌与真菌的比例以及放线菌与真菌的比例。     

玉竹根际土壤化感作用研究及化感物质的鉴定

通过对玉竹根际土壤提取液的生物学试验和有机化合物的分离鉴定,探讨玉竹连作障碍与化感作用的关系。采用浸提法制备不同浓度的玉竹根际土壤浸提液,用室内生物测定法测定玉竹的化感效应;采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)鉴定玉竹根际土壤有机化合物。结果表明：玉竹根际土壤浸提液能显著抑制玉竹自身根茎芽胞发芽率、幼苗苗高及根鲜重,且随浸提液浓度的升高,这种抑制作用增强。在玉竹根际土壤浸提液中鉴定到24个化合物,包括有机酸、酮、醛等化感物质,其中很多被报道是化感物质。可得出结论：玉竹根际土壤浸提液对自身根茎芽胞和幼苗生长具有明显的化感作用,且自毒效应具有一定的浓度依赖性,推断化感作用可能是造成玉竹连作障碍的原因之一。     

氮素胁迫下强、弱化感水稻萜类代谢途径中关键酶基因差异表达的FQ-PCR分析

运用实时荧光定量PCR技术研究低氮条件下化感与非化感水稻异戊二烯代谢途径中关键酶基因的表达差异。结果表明,与正常氮条件下相比,低氮条件下化感和非化感水稻与萜类物质合成相关的12个关键酶基因表达发生了不同程度的变化,其中,化感水稻PI312777有6个基因表达下调,6个基因则上调;而非化感水稻Lemont有7个基因表达下调,5个基因表达上调。在供氮条件从高向低改变的过程中,两水稻中有11个基因的表达行为（上调或下调）相同,从分子水平上,证实了它们萜类代谢相关基因在响应供氮环境变化的行为生态上是相同或相似的。低氮引起两水稻催化生成与化感物质相关的单萜、倍半萜、二萜、三萜类物质的合成酶基因表达量均显著下降,从而认为营养胁迫引起水稻化感抑草作用增强与萜类物质代谢变化无关。还讨论了营养胁迫引起萜类物质代谢变化与内源激素合成和生长速率减缓的关系,认为水稻甲羟戊酸代谢途径支路中3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA合酶、3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA还原酶和甲羟戊酸激酶相关基因表达量不同程度的上调,维持了生长所必需的激素水平。     

植物根际分泌物与土壤微生物互作关系的机制研究进展

为揭示植物与土壤微生物之间互作关系的途径与机制,综述了根际有益微生物对植物生长发育的促进作用以及植物根际分泌物对土壤微生物的影响这2个方面的研究进展,主要分述了根际促生微生物PGPM对植物生长发育的促进作用;生防微生物BCA对植物生长发育的促进作用;根系分泌物的组成;根系分泌物的功能;根系分泌物影响土壤微生物的途径等方面的内容。指出植物与土壤微生物之间互作关系机理的研究还不够深入,对PGPM菌株的筛选和适应能力的研究,生防微生物的生态适应性及对靶标病原菌的作用机制研究,对根系分泌的分离鉴定方法的优化及化感作用途径等需要更深入探究。今后应加大现代分子生物学技术在相关研究中的应用,将分子生物学技术与传统培养方法相结合,进一步揭示植物与土壤微生物之间的互作关系。     

Root-mediated Allelopathic Interference of Nettle-leaved Goosefoot (Chenopodium murale) on Wheat (Triticum aestivum)

A study was conducted to determine the potential and nature of root‐mediated allelopathic interference of Chenopodium murale on wheat. Early growth of wheat reduced significantly in agar medium where C. murale seedlings were previously growing as well as in rhizosphere soil of C. murale. The reduction in wheat growth was due to the presence of inhibitory metabolites released by roots of C. murale in the growth media. Even the soil incorporation of root residues also reduced the wheat growth in terms of seedling length and seedling dry weight. Only a partial amelioration in growth inhibition occurred upon charcoal supplementation or nitrogen fertilization in these amended soils. Root residues did not reduce the available nutrients in the soil, which was rather nutrient rich. These results indicated the definite role of allelopathy of C. murale roots in retarding wheat growth. Root amended soils contained significantly higher amount of phytotoxic phenolics as the putative allelochemicals, which were ferulic acid, vanillic acid, p‐coumaric acid and benzoic acid. The study concluded that C. murale roots and their exudates exerted allelopathic effects on wheat by releasing water‐soluble phenolic acids as putative allelochemicals in soil.     

The Exploitation of Crop Allelopathy in Sustainable Agricultural Production

Crop allelopathy may be useful to minimize serious problems in the present agricultural production such as environmental pollution, unsafe products, human health concerns, depletion of crop diversity, soil sickness and reduction of crop productivity. Several crops including alfalfa, buckwheat, maize, rice, rye, sorghum, sunflower, wheat, etc. are affected either by their own toxicity or phytotoxin exudates when their residues decompose in the soil, that show strong suppression on weed emergences. Allelopathic crops when used as cover crop, mulch, smother crops, green manures, or grown in rotational sequences are helpful in reducing noxious weeds and plant pathogen, improve soil quality and crop yield. Those crop plants, particularly the legumes, incorporated at 1–2 tons ha⁻¹ (alfalfa, buckwheat, rice by-products), which can give weed reduction and increase of rice yield by 70 and 20 %, respectively, are suggested for use as natural herbicides. Allelochemicals from allelopathic crops may aid in the development of biological herbicides and pesticides. Cultivating a system with allelopathic crops plays an important role in the establishment of sustainable agriculture. The introduction of allelopathic traits from accessions with strong allelopathic potential to the target crops will enhance the efficacy of crop allelopathy in future agricultural production.     

OsPAL2;3对水稻化感抑制稗草能力的调控作用

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL,EC 4.3.1.5)是调控酚酸类化感物质合成的关键酶。PAL在水稻中为多基因家族,化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont中,相同PAL基因成员的启动子组成序列均存在差异,并以OsPAL2;3、OsPAL2;4基因启动子序列的差异最大,且PI321777的OsPAL2;3基因启动子的驱动活性高于Lemont。过表达OsPAL2;3基因,使PI312777和Lemont的抑草率分别提高11.11%和5.56%。过表达OsPAL2;3同时增强OsPAL2;3、OsC4H、OsCCA、OsCOL、OsOMT等基因的表达,增加水稻的原儿茶酸和香草酸含量。Co-IP结合质谱鉴定结果显示,OsPAL2;3蛋白与转酮醇酶、碳酸酐酶、果糖二磷酸醛缩酶、ATP合酶α亚基、ATP合酶β亚基等相互作用,调控水稻的苯丙氨酸代谢途径。本研究表明,OsPAL2;3的转录水平高低是P1312777和Lemont化感抑草能力差异的原因之一;OsPAL2;3与多个蛋白互作共同调控酚酸类化合物合成,该基因可用于提高水稻化感抑草能力的育种研究。     

植物化感作用研究进展

化感现象广泛存在于植物界,植物之间的化感作用对生态系统有着不可忽视的影响。但是有关化感作用的研究才刚刚起步,还停留在主要化感物质的生物和化学鉴定方面,在化感作用的机理以及应用仍需要更进一步的探究。笔者综述了植物化感作用的定义,化感物质的种类及其相互之间的关系,化感物质的作用机制,并介绍了化感作用在农业生产中的应用及其前景,展望了化感作用研究的范围和方向。     

天山雪岭云杉森林化感物质对种子萌发的影响

［目的］化感作用很有可能是云杉森林更新障碍的主要机制之一,云杉森林中各类型化感物质对种子萌发与幼苗存活各阶段影响的异同尚不十分明确。［方法］本文以雪岭云杉种子、两种单子叶植物(小麦、苏丹草)种子和两种双子叶植物(白萝卜、辣椒)种子为材料,利用培养皿滤纸法分析雪岭云杉森林的七种化感物质(对羟基苯甲酸、阿魏酸、肉桂酸、3,4-二羟基苯乙酮、香草酸、绿原酸和香豆素)对种子萌发的影响。［结果］结果表明：(1)在七种化感物质的作用下,单子叶植物苏丹草种子表现出“低促高抑”的抑制效果,且浓度越高,抑制作用越强。而双子叶植物辣椒和雪岭云杉种子发芽率则出现“浓度效应”;(2)七种化感物质的自毒效应强于化感效应,且高浓度香豆素对雪岭云杉种子发芽的抑制效应最强,可能是云杉重要化感物质;(3)三类化感物质对单双子叶植物化感作用强度的总趋势为：香豆素类﹥酮类﹥酚酸类,但不同酚酸类物质对种子萌发的抑制强度存在较大差异。［结论］因此,雪岭云杉森林化感物质对5种植物种子具有不同程度的化感作用,且化感作用强度与化感物质种类及浓度密切相关。