两优培九剑叶衰老过程光合膜功能及蛋白质复合物的变化

为探讨高产杂交稻两优培九在衰老过程中,剑叶光合膜蛋白质复合物的含量变化规律及其与光能吸收、转化、传递的关系,以大田栽培自然衰老剑叶为材料,利用活体叶绿素荧光动力学技术,并结合类囊体膜蛋白质复合物蓝绿温和胶电泳分析。结果表明,两优培九剑叶叶绿素含量、光合性能、类囊体膜蛋白稳定性等都在抽穗期达到顶峰,随后开始衰退,在扬花期、灌浆期尚保持较高水平,而进入籽粒成熟阶段衰退明显;随着衰老进程,光合膜蛋白质复合物有序非同步降解,稳定性为LHCII > PSIIcore > PSIcore > ATPase & Cyt b₆/f > LHCI;PSI和PSII蛋白和相应电子传递活性的稳定性及下降幅度差异较大;衰老过程叶绿素a/b的不断下降与相对于反应中心更稳定的捕光天线有关,剑叶生长后期LHCII维持高水平保持了叶片对光能的吸收,并可能在调节光系统间能量分布和协助过剩能量耗散中起重要作用。     

水稻耐低温研究重要进展

水稻是中国最重要的粮食作物之一,低温寒害作为主要非生物胁迫,严重影响了水稻的产量和品质,对水稻的各个生长时期都有不同程度的危害。研究水稻耐低温的分子机制,培育高产优质的耐寒品种对保障中国粮食安全具有重要意义。为了进一步揭示水稻耐低温分子机制,本研究综述了近几十年来水稻低温信号途径研究方面的研究进展,发现在水稻的种子萌发期、幼苗期及孕穗期均克隆了若干个重要的耐低温基因,并初步解析了其基因功能和分子机制。但具体的作用机制及信号通路研究仍存在不足。今后的研究工作还需要发掘更多水稻耐寒基因及其作用机制,并鉴定重要的SNP位点,以期为水稻分子育种提供科学依据。     

生物有机肥对小麦生长发育的影响

试验以济麦22为材料,研究不同生物有机肥对小麦生长发育的影响。结果表明：在本试验条件下,施用生物有机肥可以使作物保持良好的生长发展态势,提高了小麦在苗期的根冠比,提高小麦旗叶中叶绿素的含量与叶面积指数,且能使叶绿素下降缓慢,延缓旗叶的衰老,从而达到旱地小麦增产的目的。     

水稻早衰突变体esl5的鉴定及其基因精细定位

叶片早衰直接影响作物产量和品质, 鉴定早衰突变体、图位克隆调控基因对于研究植物衰老机理具有重要的意义。以甲基磺酸乙酯诱变水稻籼型恢复系缙恢10号, 获得一个早衰突变体esl5 (early senescent leaf mutant 5), 本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、理化分析和基因定位等研究。结果表明, 与野生型相比, esl5的苗期叶片正常, 分蘖期呈黄绿色, 孕穗期开始叶片中上部逐渐黄化衰老; 衰老部位的细胞结构异常, 细胞膜降解, 叶绿体基质片层疏松、排列不规则, 光合色素含量和光合速率极显著下降。此外, esl5的·OH和H₂O₂含量极显著升高, SOD和CAT的活性则极显著降低。与野生型相比, esl5的生育期延长了20 d左右, 千粒重显著增加, 穗粒数、实粒数和结实率则显著降低。esl5受1对隐性核基因调控, 精细定位在第3染色体Indel标记Indel03-1和Indel03-2之间83.4 kb的物理范围内, 包含11个注释基因, 这为ESL5的克隆和功能研究奠定了基础, 也有利于水稻品种的遗传改良。     

基质引发对粳稻种子发芽及幼苗抗寒性的生理效应

研究基质引发对粳稻种子发芽期和幼苗期抗寒能力的影响,采用沙作为引发剂,以南方粳稻品种‘南农粳3786’和北方粳稻品种‘空育131’为试验材料,设置2℃萌发环境和14℃幼苗生长环境模拟冷胁迫,研究沙引发种子与未引发种子冷胁迫后幼苗抗寒性变化。结果表明,沙引发不同程度地提高了冷胁迫后粳稻幼苗中脯氨酸、可溶性糖的含量,降低了丙二醛的含量;提高了发芽率和成苗率,减少幼苗根系电解质的外渗,促进叶绿素的合成;提高了SOD、POD的酶活性。沙引发能够提高粳稻种子生长早期的抗寒性。     

基施有机肥替代无机氮肥分蘖肥后移对水稻产量及生长的影响

为研究有机肥替代无机N肥的有效途径,以主推粳稻品种“南粳5055”为材料,利用小区试验研究基施有机肥替代无机N肥分蘖肥后移对水稻产量及生长的影响。结果表明：基肥不施无机氮肥或者施用有机肥替代无机N肥高峰苗数会增加,会推迟高峰苗出现时间。有机肥替代无机N肥使抽穗期剑叶、倒2叶、倒3叶叶基角变小,倒3叶叶长增加,延缓抽穗后顶三叶叶绿素含量的下降速度,通过增加有效穗数、千粒重实现增产,对水稻农艺性状影响不大,主要影响是株高。     

促芽肥对头季稻灌浆后期叶片蛋白质表达的影响

为探究促芽肥对头季稻的调控效应,以Ⅱ优1273为材料,在头季稻齐穗后18 d设置施用促芽肥和未施用促芽肥2种处理,采用比较蛋白质组学的方法和技术,并结合相关生理指标测定,分析了促芽肥对头季稻灌浆后期叶片蛋白质表达及相应生理特性的影响。不同促芽肥处理的头季稻灌浆后期叶片蛋白质经双向电泳分离后共获得了15个差异表达的蛋白质点,涉及头季稻灌浆后期叶片的光合碳同化、电子传递与光合磷酸化和抗逆抗衰老响应等,分析结果表明,头季稻后期剑叶中与光合碳同化、电子传递与光合磷酸化相关蛋白随灌浆进程呈下降趋势,施用促芽肥能明显减缓其下调幅度,从而使头季稻灌浆后期剑叶具有相对较高的叶绿素含量和净光合速率,提高了头季稻灌浆后期的干物质积累和源供应能力;还能明显提高头季稻灌浆后期剑叶中与抗性相关蛋白的表达量,从而增强稻株的活性氧清除能力,抑制功能叶的膜脂过氧化作用,延缓头季稻灌浆后期剑叶的衰老速率,从而显著提高了头季稻的结实率和产量。     

肥料运筹对晚稻产量及根系和叶片衰老进程的影响

为了解施肥对水稻生长和衰老进程的影响,通过肥料运筹田间试验,研究晚稻产量及根系和叶片衰老的变化规律。结果表明,不施肥处理及缺N处理在整个生育进程中根系伤流量及叶绿素含量均低于其他处理,且生育后期衰老速率快于其他处理,有机无机肥配施(NPK+OM)处理在整个生育进程中根系伤流量及叶绿素含量均保持最高水平,且后期衰老速率明显慢于其它处理;不施肥或偏施肥处理水稻产量显著低于氮磷钾配施处理;NPK+OM处理产量最高为7.55 t/hm2,比不施肥(CK)处理增产35.51%;水稻叶绿素含量衰减率与根系伤流衰减率呈极显著正相关(P<0.01);水稻产量与根系伤流量和叶绿素含量衰减率呈极显著负相关。这一结果表明：氮磷钾配施,尤其是氮磷钾配施有机肥有助于延缓杂交水稻的衰老进程,对提高杂交水稻产量作用明显。     

外源NO对UV-B胁迫下小麦幼苗生长、活性氧组分和光合特性的影响

为了研究外源NO对UV-B胁迫下小麦幼苗生长、活性氧组分以及光合特性的影响,以ML7113小麦为受试材料,以硝普钠(Sodium nitroprusside,SNP)作为外源NO的供体,预先用0.1 mmol/L的SNP浸种24 h,设置4个处理组：对照组(CK)、紫外线UV-B胁迫处理组(B)、UV-B胁迫和SNP复合处理组(B+SNP)、SNP单独处理组。待幼苗生长7天后取其叶片进行可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O₂^-)、过氧化氢(H₂O₂)、气孔密度、光合色素及叶绿素荧光参数等指标的测定。结果表明,NO供体SNP能显著增加经UV-B胁迫后小麦幼苗的株高,并使其小麦幼苗可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量分别提高19.69%、15.25%、41.36%,同时使其小麦叶正面气孔密度增大10.34%。SNP单独处理使得光合色素（叶绿素和类胡萝卜素）的含量较CK分别提高12.43%和5.99%,叶绿素荧光参数Fv/Fm和Fv/F0较CK显著提高0.5%和5.16%。此外,SNP能使小麦幼苗丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)的含量较CK显著降低27.30%和74.92%,超氧阴离子(O₂^-)的产生速率较CK显著降低24.47%。通过体内相关生理指标物质含量的变化来响应UV-B胁迫对小麦幼苗造成的伤害,而适宜浓度的外源NO(0.1 mmol/L)可以缓解UV-B胁迫下对小麦幼苗的伤害作用,从而增强小麦幼苗对UV-B胁迫的适应能力。     

四甲基戊二酸对夏玉米光合生产特征的调控效应

为研究四甲基戊二酸(TGA)对夏玉米光合特征和产量的调控效应, 2018、2019年在中国农业科学院新乡试验基地开展大田试验,以中单909 (ZD909)和京农科728 (JNK728)为试验材料,设置5个TGA施用梯度(0、75、150、225和300 g hm~(–2))。结果表明,适宜剂量的TGA处理可提高玉米产量、延缓玉米生育期内功能叶的衰老速率,增强灌浆期的净光合速率,试验条件下TGA的最佳施用量为150 g hm~(–2)。在TGA最佳施用量下, ZD909和JNK728的产量相比对照2年平均分别增加8.7%和11.7%。2个品种玉米生育期内叶绿素含量、可溶性蛋白含量和光合势相比对照平均分别增加14.3%和19.7%、18.7%和22.7%、10.9%和16.9%;而叶片衰老速率相比对照平均降低了55.9%和56.5%;灌浆期的净光合速率相比对照平均分别增加44.0%和58.4%。相关性分析表明,玉米产量与生育期内叶片衰老速率呈显著负相关,而与灌浆期净光合速率呈显著正相关。综上, TGA处理能够提高叶片叶绿素和可溶性蛋白含量,延缓玉米叶片衰老速率,并提高了灌浆期净光合速率,进而实现玉米增产。     

水稻早衰突变体esl3的鉴定与基因定位

叶片早衰直接降低作物的光合作用、产量和品质。因此,鉴定早衰突变体和研究其基因功能对于作物的遗传改良具有重要的作用。esl3来源于水稻籼型恢复系缙恢10号的EMS诱变库,苗期叶片中上部即呈现褐化枯萎,该特征一直持续到植株成熟。与野生型相比,突变体衰老部位叶绿素和光合速率极显著下降,绿色部位光合色素和光合速率则略有升高。农艺性状分析发现,结实率无显著变化,有效穗、穗长、穗粒数、千粒重、株高和干物质重则显著或极限著下降。遗传分析表明,esl3叶片早衰枯死性状受1对隐性核基因控制。利用391株日本晴/esl3的F₂突变型单株,最终把ESL3基因定位在第5染色体SSR标记RM19085和Indel标记Ind05-2之间,物理距离91 kb,包含14个注释基因,为下一步调控基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻早衰突变体psls1的基因定位及克隆

水稻叶片早衰直接影响作物的光合效率,减少产量,降低品质。深入研究早衰的分子机制对控制和延缓衰老具有重要意义。本文报道了一个早衰突变体psls1(premature senescence leaf with spots)的基因定位及克隆结果。突变体在发育到七叶期以后,叶片自下而上叶绿素含量下降,过氧化氢过量积累,突变体叶片逐渐黄化至枯萎;其他农艺性状如株高、分蘖数、主穗长、结实率和穗粒数也相应变差。电镜观察进一步发现,psls1衰老叶片中叶绿体降解、类囊体基粒片层模糊,嗜锇颗粒明显增多。遗传分析表明,psls1受1对隐性基因控制,利用psls1×IRAT129杂交组合F2分离群体中的1690个早衰个体,将基因PSLS1定位在第7染色体分子标记ZS-3和ZS-8之间89 kb的范围内。测序研究发现,区间内一个编码铁氧还依赖的谷氨酸合酶基因LOC_Os07g46460的第2外显子末位的G被替换为A,导致转录本的错误剪切,突变体的c DNA缺失了57 bp碱基片段。在突变体中该基因表达量下降,谷氨酸合酶活性降低,其产物谷氨酸含量显著下降、其他氨基酸代谢紊乱。水培低氮处理下可诱发突变体psls1早衰。研究结果表明,由于PSLS1突变使得谷氨酸合酶失活,氮代谢异常而导致突变体psls1早衰。     

Stay green trait in grain sorghum: relationship between visual rating and leaf chlorophyll concentration

Post‐flowering drought tolerance is referred to as the stay green trait in sorghum. Plants with stay green resist drought‐induced premature plant senescence. In breeding programmes, stay green is evaluated under limited irrigation, post‐flowering moisture‐stress field conditions and visually scored at or soon after physiological grain maturity. The objective of this study was to investigate the relationship between the stay green rating and total leaf chlorophyll content. The parents B35 and Tx7000, and their 98 F, recombinant inbred lines were evaluated in replicated field trials under limited (post‐flowering stress) and full‐irrigation (non‐stress) conditions. After scoring the stay green trait of stressed plants, total leaf chlorophyll contents were measured with a chlorophyll meter (SPAD values) and a spectrophotometer method. The SPAD value had a significant linear relationship with total leaf chlorophyll (R²= 0.91) and with visual stay green rating (with R²= 0.82). Relative water content in top leaves of the stay green lines was about 81%, much higher than non‐stay green lines (38%), indicating that the stay green lines kept the stalk transporting system functioning under severe drought conditions, The results indicate that visual stay green ratings were a reliable indicator of leaf senescence an should be useful to sorghum breeders in evaluating progeny when breeding for drought tolerance.     

水稻叶曲线特征的机理模型

通过对水稻叶片的受力分析，推导了叶曲线方程，并进行了影响系数的参数化和方程求解。对叶曲线方程的灵敏度分析表明，方程较好地体现了叶长、叶宽、叶形、比叶重和叶片形变系数等参数对叶曲线的综合影响，与生产中水稻株型特征变化相一致。进一步利用三维数字化仪获得的不同品种类型水稻拔节期和孕穗期叶脉空间坐标试验数据对叶曲线方程进行了模拟分析，结果表明叶曲线方程可以合理而可靠地定量描述水稻叶曲线特征的动态变化规律。     

水稻开花期抗旱性鉴定指标的筛选

水稻抗旱性鉴定指标的筛选已成为水稻抗旱性研究课题的热点之一。本文利用10个水、旱稻品种（组合）,在开花期水分胁迫条件下,测定了剑叶叶绿素、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖含量,叶片相对含水量,株高,叶面积及光合速率等10项与抗旱性有关的形态和生理指标,进行了主成分分析和逐步回归分析。结果表明,水稻开花期叶片脯氨酸含量、叶片相对含水量、气孔导度、叶面积等4项指标对水稻的抗旱性有显著影响,可作为水稻开花期抗旱性鉴定指标。利用所建立的最优回归方程对供试品种（组合）进行了抗旱性预测,结果与它们在田间表现基本一致, 表明用这4个指标在开花期对水稻抗旱性进行鉴定是可行的。     

磁化水灌溉对农作物生长发育影响的研究进展

磁化水处理应用于农作物的生产实践是一个比较特殊的领域,国内外科研人员在开发磁化水的基础上开展了磁化水对农作物生长发育影响的诸多研究,比较了磁化水与普通水灌溉对种子发芽、秧苗生长素质、田间相关农艺性状及土壤理化性质影响的异同,表明磁化水对水稻生长发育调控和土壤改良效应有一定的影响。通过系统总结,发现磁化水对水稻及其他农作物表现出的差异主要集中于土壤特性、生长指标、叶片叶绿素含量、根系性状、产量及品质方面,同时磁化水灌溉影响水稻及其他农作物的生理特性。研究结果为磁化水灌溉在农作物生产中的推广应用提供参考依据。     

Analysis of genotypic variation for normalized difference vegetation index and its relationship with grain yield in winter wheat under terminal heat stress

Normalized difference vegetation index (NDVI), which is a measure of leaf greenness (chlorophyll content), is considered to be correlated with crop productivity. This study was conducted to examine genotypic variations for NDVI at different growth stages and its relationship to yield in winter wheat under terminal heat stress. Thirty winter wheat genotypes were evaluated at two locations in 2009–2010 and 2010–2011 in Uzbekistan. The NDVI was recorded at booting, heading, milk and dough stages. The wheat genotypes differed significantly for NDVI at each stage. Grain yield ranged from 3.9 to 6.1 t/ha. Wheat genotypes differed in per cent decline in NDVI from booting to dough stage. However, several high‐yielding genotypes maintained higher NDVI than low‐yielding genotypes when heat stress was evident. The findings suggest change in NDVI during heat stress could be a measure of tolerance. The positive correlation of NDVI with grain yield suggests that it could be used as an indirect selection criterion for identifying physiologically superior, high‐yielding wheat lines under terminal heat stress.     

利用高光谱参数预测水稻叶片叶绿素和籽粒蛋白质含量

通过温室水培试验,测定2个品种、4个供氮水平的水稻剑叶在抽穗期后不同生育期的高光谱反射率,及对应叶片的叶绿素、全氮以及籽粒蛋白等生化组分的含量。结合水稻光谱曲线特征以及氮素营养胁迫特点,利用统计相关分析法,研究了9个植被指数和8个微分参数与叶片叶绿素、全氮含量的相关性,结果表明这些相关性均达到正显著水平     

水稻苗期抗旱性指标的筛选

为探索水稻苗期抗旱性形态和生理机制，筛选苗期抗旱性指标，以15个水稻品种为试验材料，在干旱棚内系统研究了水、旱条件下苗期形态和生理指标的变化。结果表明，叶龄、心叶下倒数第1叶叶面积、叶鲜重、根长4个指标的相对值与反复干旱存活率显著或极显著相关，可作为苗期抗旱性的形态指标；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性，氨基酸（AA）、抗坏血酸（AsA）、还原性谷甘肽（GSH）、可溶性蛋白质、丙二醛（MDA）含量8个指标的相对值与反复干旱存活率显著或极显著相关，可作为苗期抗旱性的生理指标。通过主成分分析确立了SOD酶活性、GSH含量、叶鲜重和叶龄4个指标相对值为水稻苗期抗旱性的综合指标，以反复干旱存活率为因变量，4个综合指标为自变量建立的回归方程对供试品种的抗旱性进行预测效果较好。     

乐都紫皮大蒜叶片生长发育与果聚糖代谢的关系

为了探讨高原大蒜生长特性及其果聚糖代谢规律,分析叶片生长发育与果聚糖代谢的关系,本研究以"乐都紫皮大蒜"为材料,对不同发育期的大蒜叶片生长情况、生理指标及其果聚糖代谢关键基因的表达特征进行了解析。结果表明:随着生育期的延续,大蒜植株的最大叶长、最大叶宽和单株叶片数均稳步增加。叶片生理指标呈现先升高后降低的趋势,总叶绿素含量在花芽分化之前快速上升,在抽薹期达到最大值2.32 mg/g FW;组织含水量在鳞茎膨大初期达到最大值89.06%,随后急剧降低。在整个发育过程中,大蒜叶片蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶基因(1-SST)和果聚糖外切水解酶基因(1-FEH)表达量存在显著差异,从幼苗期至鳞茎膨大初期,1-SST基因表达量显著高于1-FEH。1-SST的表达在全生育期表现为"升高-降低"的趋势,在抽薹期,1-SST的表达量达到峰值,比幼苗期提高了17.51倍;1-FEH在全生育期的表达量均较低,呈现起伏波动的趋势,在收获期表达量最高,是苗期的2.41倍。综合分析说明,大蒜叶片叶绿素和果聚糖的合成高峰主要在抽薹期,抽薹期是大蒜叶片生长发育和果聚糖代谢的关键时期,大蒜可通过叶绿素的合成以及1-SST和1-FEH的差异表达进一步影响鳞茎果聚糖的累积。