Changes in Endopeptidase Activity during Photosynthetic Declination in Rice Leaf

Two japonica rice varieties, Wuyujing 3 and 97-7, were used to study the changes in contents of soluble protein, free amino acids and endopeptidase activity during photosynthetic declination. The content of soluble protein in flag leaf of cv. Wuyujing 3 was higher than that of cv. 97-7, but decreased rapidly in Wuyujing 3. Free amino acids in flag leaf and the thirteenth leaf of Wuyujing 3 started to increase 10 days before the turning point of photosynthetic declination (TPPD), while it occurred just 1-2 days before TPPD in the flag leaf and the thirteenth leaf of 97-7. During reversible phase of photosynthetic declination, endopeptidase activity remained at a low level and increased slightly only in the later part of this phase. Then it rose up rapidly at irreversible decline phase and reached a very high level. For Wuyujing 3, the change in endopeptidase activity in the thirteenth leaf was parallel to that in flag leaf. However, for 97-7, the rapid increase of endopeptidase activity in the thirteenth leaf started later than that of flag leaf. The results implied that the rate of protein breakdown and conversion to transportable nitrogen in leaves of 97-7 was slower than that in leaves of Wuyujing 3 during photosynthetic declination and it led to relatively lower seed setting rate and fully filling grains rate in 97-7. This may be one of the important reasons why 97-7 could not bring the high yield potentiality into play and the findings may be taken into consideration while breeding for high potential varieties in future.     

水稻叶片光合功能衰退过程中内肽酶活力的变化

以两个粳稻品种武育粳3号和97-7作材料研究了光合功能衰退进程中叶片中可溶性蛋白质、游离氨基酸和内肽酶活力的变化。武育粳3号剑叶的可溶性蛋白质含量比97-7高,但其含量下降比97-7快。武育粳3号的剑叶和第13叶在光合功能衰老转折点到来之前10 d左右游离氨基酸含量开始上升,而97-7则在转折点之前1～2 d才开始上升。在光合功能衰退的可逆阶段,内肽酶的活力维持在较低水平,只是在可逆阶段的后期内肽酶的活力有轻微的升高。但进入不可逆阶段后,内肽酶的活力则急剧升高,并达到很高的水平。武育粳3号的第13 叶和剑叶中的内肽酶活力变化基本上是平行的,而97-7的第13叶内肽酶的活力急剧上升期却迟于剑叶。这表明,与武育粳3号相比,在97-7叶片衰老过程中,叶片中的蛋白质降解、转化为可输出氮的进程缓慢。这可能是97-7结实率不高、产量潜力不能充分发挥的一个重要原因。     

小麦新品种烟农5158及其亲本旗叶生理特性研究

在盆栽条件下,以小麦新品种烟农5158及其亲本鲁麦14号、烟农15号和烟航选2号为材料,研究烟农5158旗叶生理特性与亲本之间的差异.结果表明,烟农5158及其亲本旗叶净光合速率均在开花期达到最大,之后逐渐下降,在生育后期差异显著,烟农5158旗叶净光合速率始终高于其亲本.与亲本相比,烟农5158旗叶中抗氧化酶SOD、POD和CAT活性在生育后期下降缓慢且维持较高水平;烟农5158及其亲本旗叶中的SOD、POD和APX活性均随生育进程推进呈先升高后降低的趋势;花后7～28 d,烟农5158旗叶中POD活性显著高于其亲本.烟农5158与其亲本相比具有较高的可溶性蛋白含量,生育后期具有较低的MDA含量.烟农5158在生育后期具有叶片衰老缓慢、净光合速率高、抗逆性强的特点,这可能与它开花后旗叶中抗氧化酶活性较高、可溶性蛋白含量较高和MDA含量较低有关.     

冬小麦叶片显微结构和光合特性与产量的关系

为了解冬小麦叶片显微结构和光合特性与产量的关系,采用大田跟踪对比调查方法,对8个高产冬小麦品种的叶片显微结构、光合特征及产量性状进行分析。结果表明,小麦不同叶位叶片主要由规则环状细胞组成,各叶位叶片规则细胞的平均环数为1.7~4.5环。随叶位升高,叶肉细胞平均环数及上表皮和下表皮气孔密度均有增加的趋势。各品种旗叶叶绿素含量最大峰值出现在5月10日前后;旗叶可溶性蛋白含量变化与叶绿素含量变化相似,最大值陆续出现在5月7-20日。各品种叶片叶肉细胞平均环数和平均光合速率均以旗叶最高。但品种间光合势、叶源量的差异与叶肉细胞和叶绿素含量并不完全一致。品种间产量性状的差异主要表现在生物产量与经济系数上。生物产量与倒2叶光合势呈显著正相关,与倒3叶光合势呈极显著正相关。综上可见,光合性能好且光合产物能够有效转运进入籽粒,是小麦品种获取高产的必要特征。     

氮肥运筹对豫中地区冬小麦旗叶生理及籽粒产量的影响

为探讨豫中地区冬小麦合理高效的氮肥运筹模式,以百农矮抗58为试验材料,采用裂区试验设计,研究了氮肥施用量及运筹模式对冬小麦旗叶生长生理及籽粒产量的影响。结果表明,氮肥运筹对冬小麦旗叶叶绿素含量、净光合速率、硝酸还原酶活性及可溶性蛋白含量的影响均达显著水平。随施氮总量的增加,旗叶叶绿素含量、净光合速率和可溶性蛋白含量均表现不同程度的升高,硝酸还原酶活性也保持较高值。在基肥相同的条件下,增加拔节期追氮量能显著提高旗叶叶绿素含量、净光合速率、硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量。施氮总量相同时,拔节期追氮量较多的处理对基施氮肥较少的处理有一定的补偿效应。氮肥运筹对籽粒产量的影响达极显著水平,其中N120＋150模式下的穗粒数及粒重最高,N120＋210模式下小麦成穗数及籽粒产量最高。综上,豫中地区生态环境下,施纯氮270 kg.hm-2,其中基施氮肥120 kg.hm-2、拔节期追施氮肥150 kg.hm-2的N120＋150处理是较为合理的氮肥运筹模式。     

花生不同叶位叶片衰老差异的研究

在大田条件下，研究了高产花生品种鲁花11号和辐8707主茎不同叶位叶片衰老的差异。结果表明：花生主茎展开18片叶(饱果期)时，主茎叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、可溶性蛋白质含量(Pr)、超氧化物歧化酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性逐渐升高，顶3-6叶达最大值，向下逐渐降低。叶片丙二醛(MDA)含量、活性氧(O2^-)释放速率随叶位的降低逐渐升高，顶6叶后开始迅速升高。花生主茎顶1-3叶属快速生长叶，顶4-6(7)叶属缓慢衰老叶，顶7(8)-10叶属迅速衰老叶。两品种间差异不大，辐8707叶片的衰老稍早于鲁花11号。     

垄作栽培对冬小麦根系活力和旗叶衰老的影响

为了明确垄作栽培条件下冬小麦根系活力与旗叶衰老的变化规律,采用垄作种植方式与传统平作栽培相比较的方法,研究了2种不同种植方式对2个小麦品种烟农19和济麦19根系活力及旗叶衰老的影响。结果表明,垄作栽培中由于小麦种植在垄顶上,0-60 cm土层根系干重较平作栽培增加12％以上,深层土壤(20-60 cm)根系活力得到极显著提高。在垄作栽培条件下,小麦生育后期旗叶叶绿素含量和光合速率较传统平作均有显著提高。开花15 d后,垄作栽培条件下的SOD、CAT、POD活性及可溶性蛋白质含量等较传统平作栽培均有显著提高,MDA含量显著降低。垄作栽培与传统平作栽培在同等节水条件下有利于提高小麦深层根系活力,延缓旗叶衰老。     

重穗型杂交稻Ⅱ优6078生育后期生理特性研究

测定了籼粳稻亚种间重穗型组合Ⅱ优６０７８和对照汕优６３生育后期剑叶中叶绿素含量与净光合速率（Ｐｎ）、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）与过氧化物酶（ＰＯＤ）活性、可溶性蛋白质含量与硝酸还原酶（ＮＲ）活性、内源激素（ＺＴ、ＧＡ３、ＩＺＺ）含量。结果表明,Ⅱ优６０７８生育后期叶绿素含量高,光合能力强,且叶片衰老缓慢,内源激素含量高,是Ⅱ优６０７８获得高产的重要原因。     

有限和无限结荚习性大豆叶片解剖及光合特性的比较研究

利用浮力法测定了大豆主茎不同节位叶片体积、厚度、密度、叶内空间体积及叶片和叶肉密度,结合叶片光合速率、可溶性蛋白及叶绿素含量的测试,分析了各性状在大豆植株上的立体表现,比较了叶形相似的有限和无限结荚习性两个大豆品种主茎叶片结构及光合性状的差异。结果如下: 叶片在初生叶,7—8和13—16节复叶较厚,以单位叶面积表示的光合速率,可溶性蛋白含量,叶绿素含量也在初生叶,7—8和13—16节复叶出现峰值。上述峰值的位置与叶片体积、叶肉体积、叶内空间体积、叶片密度、叶肉密度的峰值位置相似,这表明叶片的光合活性等特性与叶片的解剖结构有密切的关系。 虽然上述性状在以单位叶面积表示时两品种间差异较小,但以整叶表示时差异较大,尤其在中上部节位的叶片上表现更明显,这是因为有限结荚习性的早丰1号中上部节位的叶片较无限型的长农4号同节位的叶片面积大,因而上述性状在早丰1号植株上的分布近似倒塔形,而在长农4号则近似纺缍形。     

不同气孔密度水稻剑叶光合特性及蔗糖代谢研究

以叶片不同气孔密度(高、中和低气孔密度)水稻品系为试验材料,在齐穗期研究水稻剑叶光合特性、糖分含量和蔗糖代谢酶活性。结果表明,水稻叶片中蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶活性与气孔密度呈极显著正相关;蔗糖合成酶活性与气孔密度呈显著正相关。高气孔密度水稻叶片Rubisco活性、净光合速率、蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶活性显著高于低气孔密度水稻;不同叶片气孔密度与中性转化酶呈显著负相关。研究认为,气孔密度增加提高了水稻叶片光合效率,促进了蔗糖积累及蔗糖代谢酶活性提高,有利于更多光合产物——蔗糖向籽粒转运。     

开放式空气CO2浓度增高和施氮量对水稻结实期叶片内肽酶活力的影响

 利用农田开放式空气CO2浓度增高 (free air CO2 enrichment,FACE) 系统,CO2浓度设正常CO2 (ambient, AMB) 和高CO2 (FACE,AMB + 200 μmol/mol) 2个水平,施N量设低氮 (LN,15 g/m2,以纯氮计)、中氮 (NN,25 g/m2)和高氮 (HN,35 g / m2) 3个水平,对水稻品种武香粳14结实期剑叶和倒2叶的内肽酶活力变化情况进行了研究。结果表明: 1) 同AMB相比,FACE处理使剑叶抽穗后10 d、20 d以及倒2叶抽穗到抽穗后20 d内肽酶活力明显提高,但使剑叶成熟期内肽酶活力明显下降;使剑叶抽穗后10 d、20 d和成熟期以及倒2叶抽穗到成熟期内肽酶比活力明显提高;FACE对抽穗后10 d、20 d叶片内肽酶活力和比活力影响较大,而对抽穗期和成熟期的影响较小。同LN相比,HN使灌浆前期叶片内肽酶活力明显降低,灌浆中后期则呈增加趋势;HN降低了叶片各期内肽酶比活力,灌浆前期降幅大于后期。 2) 同AMB相比,FACE使叶片抽穗后10 d至成熟期可溶性蛋白含量明显降低;同LN相比,HN明显减缓FACE处理对抽穗后10 d至成熟期功能叶片可溶性蛋白含量的影响。 3）除成熟期叶片可溶性蛋白含量与内肽酶活力呈正相关外,结实期剑叶及倒2叶可溶性蛋白含量与对应时期内肽酶活力呈显著负相关。上述结果说明,FACE处理下水稻剑叶及倒2叶结实中后期可溶性蛋白含量明显下降与结实期叶片内肽酶活力的变化关系密切。     

Physiological Characters and Gene Mapping of a Yellow Leaf and Early-senescence Mutant osyes1 in Rice

【Objective】Leaf is a main photosynthetic organ and its color mutants of rice are ideal materials for the study of photosynthesis, chlorophyll biosynthesis and metabolism, and chloroplast development in plants. 【Method】The mutant osyes1 (Oryza sativa yellow-leaf and early senescence 1) was obtained through 60Co γ-radiation treatment of indica cultivar Zixuan 1. The seedlings of osyes1 and its wild type were treated with exogenous H2O2. The SOD and CAT activities, ROS level, MDA content, soluble protein contents, chlorophyll contents, the net photosynthetic rate and chloroplast ultrastructure were analyzed for osyes1 and its wild type leaves at heading stage. The main agronomic traits of osyes1 and its wild type plants were analyzed under field conditions at maturation stage in Hangzhou. The recessive individuals in F2 population derived from osyes1/02428 were used to locate the gene by the map cloning method.【Results】The yellow-leaf and early-senescence symptoms started at 3- or 4-leaf stage, and gradually spread to all of the leaves after heading. Due to the early-senescence of the leaves of the mutant osyes1, its major agronomic traits including plant height, panicle length, grain number per panicle and the seed setting rate were markedly reduced. Moreover, the mutant osyes1 exhibited hyper-sensitivity to exogenous H2O2. The physiological analysis indicated that the contents of chlorophyll and the activities POD and CAT in the third-top leaf was significantly lower than those in the flag leaf and the second-top leaf in wild-type (WT) plants, but all of them in the mutant plants were significantly lower than those in its WT. Compared with the WT plants, the contents of MDA, H2O2 and O2− followed a steady increasing trend in the flag, second-top and third-top leaves of the mutant, while their soluble protein levels were progressively dropping. Genetic analysis confirmed that osyes1 was controlled by a single recessive nuclear gene, which was mapped to a region of 708 kb flanked by two SSR markers (RM21353 and RM21384) on the short arm of chromosome 7. 【Conclusion】In this work, the main agricultural traits were significantly reduced in osyes1 for the yellow leaf and early senescence. OsYES1 was located in a 708 kb range between RM21353 and RM21384 by map-based cloning strategy.     

超级稻上部叶片光合能力的研究

2003年,以超级杂交稻组合GD-1S/RB207为材料,研究了水稻上部叶片的光合能力.结果表明,水稻剑叶中部的净光合速率(Pn)最高,上部次之,基部最低,并且叶片不同区段的气孔导度(Gs)和羧化效率(CE)呈现同样的变化趋势.对于不同叶位的叶片而言,Pn,Gs和CE自上而下逐渐降低.相关分析表明,Pn与CE的相关性都远高于Pn与Gs的相关性,而且Pn与胞间CO2浓度(Ci)呈负相关.因此得出结论:水稻叶片光合能力高低的决定因素是Rubisco的羧化活性而不是气孔导度.另外,虽然不同分蘖剑叶的Pn与Gs呈正相关,但是与Ci呈负相关,也说明气孔导度不是叶片光合能力高低的决定因素.     

灌浆期持续干旱对小麦光合、抗氧化酶活性、籽粒产量和品质的影响

为解析灌浆期持续干旱对优质强筋小麦生长发育的影响,以大面积推广种植的优质强筋早熟多抗小麦品种西农979为材料,从旗叶光合作用、抗氧化酶活性、籽粒淀粉和蛋白质积累过程等方面分析其在灌浆期不同阶段对干旱胁迫的响应特征。结果表明,与正常水分供应(CK)相比,干旱胁迫下花后10 d后小麦旗叶相对含水量下降,变化不显著,而POD、CAT和SOD活性升高,旗叶气孔导度、蒸腾速率、净光合速率等显著下降。随着干旱胁迫时间的延长,旗叶光合能力显著下降,活性氧清除酶活性均呈下降趋势,其中POD和SOD活性下降速度低于CK。灌浆期干旱胁迫显著降低植株结实率、籽粒长宽、饱满度、千粒重等,导致产量显著下降,并减少籽粒直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量及淀粉直支比,增加籽粒蛋白质含量。由此可见,灌浆期持续干旱会降低小麦光合能力,增强抗氧化能力,抑制籽粒淀粉合成和积累,影响植株结实、籽粒发育和品质形成。     

水分胁迫对春小麦光合和渗透调节物质的影响

为进一步了解春小麦的抗旱生理机制,以春小麦品种陇春26号为材料,采用盆栽法研究了中度和重度水分胁迫下春小麦旗叶光合参数和渗透调节物质含量的变化.结果表明,随土壤水分的减少,春小麦旗叶的叶绿素含量、光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率逐渐降低,可溶性糖和可溶性蛋白含量及酸性转化酶活性呈先增后减趋势,脯氨酸和丙二醛含量及过氧化物酶活性逐渐增强.中度水分胁迫的可溶性糖含量和酸性转化酶活性显著高于重度水分胁迫和正常供水对照;重度水分胁迫的可溶性蛋白含量显著低于中度水分胁迫和正常供水对照,而脯氨酸和丙二醛含量显著高于中度水分胁迫和正常供水对照.说明中度或重度干旱胁迫下春小麦旗叶光合速率降低是叶绿素含量降低和光合原料缺乏所致,脯氨酸含量和过氧化物酶活性升高有助于春小麦抵御干旱胁迫.     

水稻类病斑突变体wy3的鉴定和基因定位

在粳稻品种武育粳3号栽培群体中获得一个类病斑突变体wy3。该突变体类病斑出现于苗期,分蘖期扩散至整张叶片,属于扩散型类病斑突变体。相比野生型,突变体wy3的株高明显降低,有效分蘖数减少,穗长、每穗粒数、结实率均显著降低。遮光处理表明,突变体wy3类病斑的产生受自然光诱导。台盼蓝染色结果表明,类病斑部位有大量的死亡细胞。突变体wy3的光合色素含量和净光合速率较野生型显著降低,SOD、POD、CAT活性和MDA含量均显著高于野生型。遗传分析表明突变体表型受单隐性核基因控制,采用BSA将该基因初步定位在第2染色体短臂端粒附近。采用F2群体中1099株类病斑单株将基因定位在标记W2-17和W2-18之间28kb的物理距离内。测序结果表明,突变体wy3中的LOC_Os02g02000编码区(CDS)第375位碱基C缺失,导致翻译提前终止,突变体中该候选基因为OsHPL3的一个新等位基因。     

水稻黄叶早衰突变体osyes1的生理特性和基因定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用最重要的器官。叶色突变体是研究光合作用、叶绿素合成代谢和叶绿体发育的重要材料。【方法】利用⁶⁰Co辐射诱变中籼恢复系自选1号,获得黄叶早衰突变体osyes1。幼苗期对突变体和野生型进行外源H₂O₂处理。抽穗期对突变体和野生型叶片进行超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、活性氧含量、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量、净光合速率测定以及透射电镜观察。成熟期考查突变体和野生型的主要农艺性状。以osyes1/02428的F₂群体中的隐性单株为作图群体,利用图位克隆方法定位OsYES1基因。【结果】osyes1的突变性状始于3~4叶期,水稻抽穗后,所有叶片均表现为黄叶衰老症状,致使突变体株高、穗长、每穗粒数及结实率极显著低于野生型对照。与野生型对照相比,突变体幼苗对外源H₂O₂更敏感。生理分析表明,孕穗期野生型倒3叶的叶绿素含量、过氧化物酶和过氧化氢酶活性极显著低于倒2叶和剑叶,而突变体的含量则极显著低于野生型且依次极显著降低;与野生型相比,突变体剑叶、倒2叶和倒3叶的丙二醛、H₂O₂和O₂^-含量极显著增加,而可溶性蛋白含量则相反。遗传分析表明,osyes1受一对隐性核基因控制,利用图位克隆技术将OsYES1基因定位于第7染色体短臂的RM21353与RM21384之间,物理距离为708 kb。【结论】由于osyes1叶片过早黄化衰老导致与产量相关的重要农艺性状显著下降。OsYES1基因定位在第7染色体两个SSR标记(RM21353和RM21384)之间的708 kb的物理区间内。     

限水灌溉下追氮水平对冬小麦旗叶光合特性及物质运转的影响

为给华北地区冬小麦节水栽培条件下氮肥合理运筹提供理论依据,以高产小麦品种周麦18为供试材料,在大田限水灌溉条件下,设置六个不同氮肥处理［各处理底施和追施氮量（底氮+追氮）分别为：0+0、120+0、120+60、120+120、120+180、120+240 kg·hm^-2］,研究了限水灌溉条件下追氮水平对冬小麦旗叶光合特性及物质运转的影响。结果表明,施氮量120+60 kg·hm^-2时,小麦产量最高,达到8 749 kg·hm^-2。限水灌溉条件下追氮水平对冬小麦旗叶光合特性及物质运转有较明显的调控效应,总体表现为,在0～120 kg·hm^-2范围内,随着追氮量的增加,旗叶净光合速率、气孔导度和叶绿素含量增大,胞间CO₂浓度降低,延缓了旗叶的衰老进程,延长了光合功能期,有利于光合产物的积累,而过高的追氮量（180～240 kg·hm^-2）并没有在更大程度上提高旗叶净光合速率和叶绿素含量以及降低胞间CO₂浓度;适当追氮（60 kg·hm^-2）虽然增加了花前贮藏物质和氮素的运转量,但运转率下降;过多的追施氮肥（120～240 kg·hm^-2）会导致花前贮藏物质和氮素运转量、运转率及对籽粒的贡献率显著降低。在本试验条件下,最适的施氮处理为120+60 kg·hm^-2。     

两优培九与其亲本剑叶光合特性的比较研究

比较研究了两优培九与其双亲成熟剑叶的光合特性.结果表明,两优培九在色素含量、净光合速率、电子传递活性以及能量的吸收、传递与转化(光谱分析、希尔反应、光合磷酸化和ATP含量)上都具有超亲优势.表明两优培九的高光合特性在成熟剑叶上得到了充分体现,这是其获得高产的生理基础.     

氮肥施用对旱地秸秆覆盖冬小麦旗叶生理特性的影响

为给旱地保护性耕作小麦水肥高效利用提供理论依据和建立合理的氮素管理模式,在渭北旱塬研究了秸秆覆盖下氮肥用量及施用时间对小麦旗叶光合特性及衰老的影响。结果表明,施氮量没有显著影响小麦花后旗叶的叶绿素相对含量(SPAD值)、光合速率和蒸腾速率,高氮用量明显增加小麦旗叶中丙二醛的累积,加速了旗叶衰老。氮素分次施用有延缓小麦旗叶SPAD值下降从而延缓旗叶衰老的作用,但是没有显著影响小麦旗叶的光合速率和蒸腾速率。秸秆覆盖较不覆盖显著提高了小麦旗叶的SPAD值、光合速率和蒸腾速率,并延缓了旗叶的衰老,进而提高了灌浆后期籽粒的灌浆速率,有增加千粒重的趋势。小麦籽粒产量变化范围为3 123~3 714kg·hm-2,试验年度氮素调控和秸秆覆盖均没有显著影响小麦的产量。