硫化氢提高水稻磷吸收转运的生理和分子机制

目的 低磷胁迫是限制水稻产量的主要因素之一。水稻淹水条件下产生H₂S,然而,H₂S作为信号分子是否参与调节水稻响应缺磷胁迫还未可知。方法 在正常磷和低磷条件下测定水稻H₂S含量,揭示H₂S在水稻响应缺磷胁迫中的作用。用2 μmol/L H₂S前体物质NaHS预处理水稻1 d,然后在加磷和低磷条件下培养6 d,测定水稻体内总磷含量、酸性磷酸酶活性、抗氧化酶活性、木质部汁液磷含量、磷转运子基因表达以及根系构型变化,从而探究H₂S参与调节水稻响应缺磷胁迫的生理和分子机制。结论 低磷胁迫下,水稻根系和地上部H₂S含量显著增加。NaHS预处理水稻显著增加低磷条件下水稻体内有效磷和总磷含量,提高根系酸性磷酸酶活性,提高抗氧化酶活性、木质部汁液磷含量和磷转运子基因表达水平,同时还改变水稻根系构型,增加总根长、总根表面积、总根体积和总根尖数,从而促进低磷条件下水稻对外界磷的吸收和转运,最终缓解缺磷胁迫。     

水稻根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答

研究水稻耐低磷机制,对高效利用土壤磷的水稻品种改良具有重要意义。应用基因芯片和qRT-PCR技术,分析了耐低磷水稻品种仪2434和低磷敏感品种通粳981根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答。水稻叶片磷含量的测定结果表明,低磷胁迫下仪2434的叶片磷含量较对照降幅小,这表明仪2434较通粳981具有更强的磷素吸收利用能力。基因芯片检测结果表明,在低磷胁迫下的仪2434根系中,PHR1、osa-miR399s和SPXs基因的表达诱导、激活磷饥饿信号途径;APA、PAPs、MPE、PA、PEPC和VDAC1、C4-DT/MAT等基因的表达诱导,增强有机磷水解酶和有机酸的合成和分泌,促进介质中难溶性磷的活化;OsPT2、OsPT6基因的表达诱导,促进仪2434根系对磷的高效吸收。qRTPCR检测结果表明,仪2434根系中与磷饥饿信号转导、磷活化、磷高效吸收相关的8个代表性基因(PHR1、SPX、PAP、APA、PEPC、MFS、OsPT2、OsPT6)的表达水平均随低磷处理时间的延长呈逐步增高的趋势;经低磷处理后,所检测的8个基因在仪2434根系中的转录水平均显著高于其在通粳981根系中的转录水平,PHR1、APA、OsPT2在通粳981根系中的表达诱导作用不明显,且仪2434根系组织和根系分泌的酸性磷酸酶活性较通粳981增强更显著,这可能是仪2434较通粳981对低磷胁迫有较高耐性的主要机制之一。     

水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米,因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前,虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰,但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述,探讨了未来研究的方向。     

水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米，因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前，虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰，但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述，探讨了未来研究的方向。     

水稻对镉的吸收和转运的分子机理

日益严重的稻田镉污染威胁着中国生态安全和食品安全,培育低镉积累品种以降低稻米镉含量或者培育耐镉品种以用于植物修复是治理稻田镉污染的理想手段,阐明植物对镉的吸收和转运的分子机理是培育低镉品种和耐镉品种的前提。综述了水稻等植物对镉的吸收和转运的生理机制以及镉吸收、转运、隔离及外排过程中参与的各种镉诱导转运蛋白功能的研究进展有利于低镉积累水稻品种的培育,并促进水稻作为植物修复模式植物在降低土壤镉污染的生态治理中的应用。     

低磷胁迫下水稻根系的发生及生长素的响应

 研究了5个磷浓度下（0,10,50,100,300 μmol/L）水稻植株的生物量以及水稻根系发生和伸长,并测定正常供P（300 μmol/L）与低磷(10 μmol/L)条件下水稻不同部位生长素浓度以及生长素外流蛋白OsPIN家族基因的表达情况。结果表明,与正常供P处理相比,随着供P浓度的降低,水稻地上部的干质量降幅显著,进而导致根冠比显著增加;与正常供P处理相比,低P处理的水稻根冠比增幅约为100%。水稻种子根、不定根和侧根的长度随供P浓度降低而显著增加,而不定根数及侧根密度随着供P浓度的降低而降低。与正常供P处理相比,低P处理的水稻倒1叶、根茎结合处和根系的生长素浓度显著上升,增幅分别为85%、161%和86%,差异达显著水平。RT PCR结果表明,与正常供P相比,低P处理24 h和96 h的水稻根系OsPIN5a表达上调。低P胁迫下水稻生长素合成和从地上部到根系极性运输的增强是水稻根系发生对低P胁迫响应的重要生理机制之一。     

磷转运蛋白OsPT6在水稻武育粳7号苗期磷素吸收利用中的作用

磷转运蛋白OsPT6为水稻Pht1家族成员之一,具有吸收和转运磷酸盐双重功能。以水稻高产品种武育粳7号的OsPT6超表达转基因材料为试材,研究磷转运蛋白OsPT6在武育粳7号磷素吸收利用中的作用。结果表明:1)OsPT6在武育粳7号的地下部表达丰度较高,同时在地下部和地上部该基因均受缺磷诱导表达量显著增加。2)OsPT6超表达后,转基因植株生长良好。正常供磷和低磷处理35d后,OsPT6超表达植株地上部和地下部干物质量都显著增加。3)OsPT6超表达转基因材料在不同浓度磷素处理后,各组织全磷含量有所增加,其中营养器官尤为显著。     

钙离子与硫化氢互作缓解铝对水稻根系伸长抑制作用的机制

【目的】阐明钙离子与硫化氢相互作用缓解水稻铝毒害的分子和生理机制。【方法】以Kasalath为试验材料,选取0μmol/L和30μmol/L AlCl3,0.1 mmol/L和0.5 mmol/L CaCl₂,0.2μmol/L NaHS和100μmol/L硫化氢清除剂亚牛磺酸(HP)作为处理浓度,将种子置于30℃培养箱中黑暗培养24 h后取水稻根系,通过测定水稻根系伸长量、总铝含量、细胞汁液中铝含量、质外体中铝含量、细胞壁中铝含量、果胶含量、果胶甲酯酶活性以及OsSTAR2、Os NRAT1和Os FRDL4相对表达量,探究钙离子与硫化氢互作缓解铝对水稻根系伸长抑制作用的机制。【结果】铝胁迫下,相较于0.1 mmol/L CaCl₂处理,0.5 mmol/L CaCl₂处理显著提高了水稻根系伸长量、硫化氢含量、总钙含量和细胞质中钙含量,显著降低了水稻根系的总铝含量,细胞液、质外体和细胞壁中的铝含量。铝胁迫下,硫氢化钠预处理后,水稻根系的伸长量在两种钙浓度下均显著增加,水稻的根尖铝含量、根系总铝含量、细胞液中铝含量、质外...     

NaCl胁迫对水稻苗期生长及离子吸收和转运的影响

通过室内水培试验,探讨了NaCl胁迫对水稻苗期生长及离子吸收与转运的影响。结果表明,NaCl胁迫促使株高下降和生物量积累减少,且随着NaCl浓度增加,株高和生物量积累降幅增大,但长白9号降幅均较小。较低浓度NaCl胁迫下,各材料叶片中Na+浓度增幅显著小于根和茎部,但随浓度增加,越光叶片Na+浓度增幅大于根和茎部。长白9号叶片和根部K+/Na+显著高于越光。NaCl胁迫降低了各器官Ca2+吸收量,且随浓度增大,Ca2+吸收量降低。生长叶对NaCl胁迫响应最敏感,下降幅度最大,成熟叶次之。根的Ca2+的降幅最小。从材料上看,长白9号各器官降幅均低于越光。     

大豆磷胁迫响应研究进展

磷是影响植物生长和发育的重要大量元素之一。土壤中有效磷含量很低,限制了大豆生长,在磷胁迫下大豆会产生一系列适应性的变化。大豆如何适应低磷胁迫环境和高效吸收利用土壤中有限的有效磷已经成为当前的研究热点。文章综述了低磷胁迫下,大豆植株形态、生理生化指标的变化,基因水平的差异表达和磷胁迫下mRNA的表达,并对大豆对磷胁迫响应研究方向作了分析与展望,以期为大豆耐低磷研究及磷高效大豆品种改良提供理论依据和新思路。     

根表铁膜对水稻磷素吸收影响研究进展

磷（P）对水稻生长的影响仅次于氮。P在土壤中含量丰富,但由于其难溶性及土壤的高吸附性,可被植物直接吸收利用的活性P含量很低。根表铁膜对土壤中的P有很强的吸附作用,在一定程度上是植物的营养库,铁膜中的P是植物吸收的重要P源。有关根表铁膜与水稻P吸收的关系已有很多报道,是促进还是抑制作用情况比较复杂。本文综述了水稻根表铁膜的形成原因、对P的吸附与解吸附能力以及对水稻吸收利用的影响,并对今后开展根表铁膜对水稻P吸收的调控机理研究提出几点建议,同时对根表铁膜调控水稻P吸收的应用前景进行了展望。     

磷素水平对杂交水稻生长发育和磷素运移的影响

通过水培试验和32P标记,研究了不同P素水平下P素营养对杂交水稻D68生长发育的动态影响以及P在杂交水稻体内的运移动态。结果表明,P对杂交水稻生长发育起十分重要的作用,施P对杂交水稻发育特别是根系的生长发育、根系活性和地上部分干物质积累产生了极大的影响。通过32P标记结果表明,杂交水稻体内P的吸收累积、运移分布规律主要与根系活力和施P水平有关。P胁迫条件下杂交水稻根系中P含量较高而地上部分较低,P转移到地上部分的百分率较低;P充足条件下,稻株体内P主要累积在茎、叶中;根系活性的增强则进一步促进了P素养分的吸收以及P在杂交水稻体内的向上运移。同时P在杂交水稻体内的运移与水稻代谢和生长中心的转移密切相关,营养生长期P主要集中在茎、叶中;进入生殖生长期后,P由茎、叶向穗部转移,促进稻穗的生长发育。P在杂交水稻体内运移对杂交水稻P素营养具有极其重要的意义。     

不同供氮形态下水稻苗期磷吸收累积与根系形态的关系

【目的】植物根系形态对于适应低磷胁迫具有一定的可塑性,对提高磷的吸收利用具有重要意义。因此,本研究以长江中下游地区主推的102个水稻品种为供试材料,研究根系形态与水稻幼苗磷吸收利用的相关性。【方法】采用国际水稻所营养液培养方法,研究在NH_4^+-N和NO_3^--N供应条件下苗期植株生物量、磷含量和磷素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】研究结果表明,在相同供氮水平(40 mg/L)下,供应NH_4^+-N时,水稻苗期平均生物量为67.87 mg/株,比供应NO_3^--N时高4.27 mg/株;水稻苗期平均磷含量为0.49%,比供应NO_3^--N时高0.10%;水稻苗期平均磷累积量为0.37 mg/株,比供应NO_3^--N时高0.10 mg/株。在NH_4^+-N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>总根长>分支数>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的规律;在NO_3^--N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>分枝数>总根长>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的趋势。在NH_4^+-N条件下,总根长、总根面积、分枝数、交叉数四个形态指标与植株生物量、磷含量、磷累积相关最为显著(P<0.01),而在NO_3^--N培养下,总根长、总根面积、根尖数、交叉数与植株生物量及磷素吸收累积指标相关性最为显著(P<0.01)。【结论】供应氨态氮,水稻营养指标与根系形态指标的相关性更高。水稻苗期根系总根长、总根面积、交叉数可作为水稻磷高效评价的重要指标。     

硫化氢对镉胁迫下小麦幼苗的生长及生理指标的影响

为了解硫化氢(H_2S)对Cd~(2+)胁迫下小麦幼苗生长的缓解机理,以小麦品种苏科麦一号为材料,在水培条件下,测定外源H_2S(供体为NaHS溶液)预处理对Cd~(2+)胁迫下(CdCl_2浓度为50μmol·L~(-1))小麦幼苗生长和生理指标的影响。结果显示,外源H_2S预处理显著提高Cd~(2+)胁迫下小麦幼苗的株高、地上部生物量、非蛋白巯基化合物含量、叶片光合色素含量、净光合速率、叶绿素荧光相关指标(PSⅡ的光合性能指数、单位激发态面积吸收的能量、用于还原Q_A和用于电子传递的能量、非光化学淬灭)和根部Cd含量;显著降低小麦叶片中的过氧化物质(丙二醛、过氧化氢和超氧根阴离子)含量及地上部分Cd含量和Cd转运系数。综上所述,外源H_2S预处理可清除Cd~(2+)胁迫小麦幼苗叶片中的活性氧自由基,减少其对光合色素分子的破坏,降低膜脂过氧化程度,保护光合电子传递系统,增加热耗散,提高光合能力,缓解Cd~(2+)对小麦幼苗生长的抑制,以50μmol·L~(-1)的NaHS效果最好。     

水稻盐胁迫应答的分子机制

水稻是一种对盐胁迫中度敏感的作物,它的耐盐性反应是个复杂的过程,包括对外界盐信号的感知和传递、特异转录因子的激活和下游胁迫应答基因的表达。综述了负责维持和重建离子平衡的Na+转运蛋白、转录调控因子和渗透调节基因的功能。它们的作用结果,或通过将盐离子隔离进液泡,或排出体外,或在胞质中积累大量渗透调节物质,最终使得植株表现耐盐性。     

Involvement of Antioxidative Defense System in Rice Seedlings Exposed to Aluminum Toxicity and Phosphorus Deficiency

Plants growing in acid soils may suffer both phosphorus (P) deficiency and aluminum (Al) toxicity.Hydroponic experiments were undertaken to assess the single and combination effects of Al toxicity and low P stress on seedling growth,chlorophyll and proline contents,antioxidative response and lipid peroxidation of two rice genotypes (Yongyou 8 and Xiushui 132) differing in Al tolerance.Al toxicity and P deficiency both inhibited rice seedling growth.The development of toxic symptoms was characterized by reduced chlorophyll content,increased proline and malondialdehyde contents in both roots and leaves,and increased peroxidase and superoxide dismutase activities in roots,but decreased in leaves.The stress condition induced more severe growth inhibition and oxidative stress in Yongyou 8,and Xiushui 132 showed higher tolerance to both Al toxicity and P deficiency.P deficiency aggravated Al toxicity to plant growth and induced more severe lipid peroxidation.