水稻衰老相关突变体的研究进展

衰老是植物介于成熟和死亡之间的一个阶段,是植物一个完整生命周期所经历的必然阶段。植物衰老阶段包括生物大分子的降解,细胞结构的解体和营养物质的再利用等。衰老受多种因素调控影响,本文在简述衰老过程中生理生化变化和衰老影响因素的基础上,对水稻衰老相关突变体的研究进行重点阐述,旨在了解水稻衰老的遗传因子,为进一步研究水稻的发育调控,培育抗衰老水稻提供参考。     

水稻中抑制衰老的嵌合基因的基因枪转化和表达分析

利用基因枪法把抑制衰老的嵌合基因导入水稻恢复系HP121和偏籼型品系8706,经PCR、点杂交以及Southern杂交分析, 证明外源基因已整合到水稻基因组中.通过叶片细胞分裂素含量和叶绿素含量的测定以及形态观察,表明抑制衰老的嵌合基因在部分转基因水稻中表达,叶片衰老得到延迟.转基因植株后代符合3:1遗传规律.     

水稻小穗退化的影响因素及遗传研究进展

小穗是构成水稻产量的基础,栽培育种过程中小穗时常退化,严重影响水稻产量,因此开展小穗退化研究十分必要。本文对小穗退化的影响因素、相关QTL和基因的定位与克隆的研究现状进行了简要总结分析,并对今后应加强小穗退化的生理生化机理,小穗退化相关QTL的定位和有利基因挖掘,小穗退化的分子调控机理等的深入研究进行展望,以期为利用分子育种技术解决小穗退化对农业生产不利的问题奠定基础。     

水稻产量形成的生理生态研究进展

水稻产量形态规律是水稻育种和栽培的基础理论，已成为作物学研究的热点课题。从产量构成、光合生产和源库结构方面简介了水稻产量形成规律的生理生态研究进展，分析了3个方面的研究特点和构成产量形成过程的网络关系。同时水稻产量形成是一个动态过程，水稻产量性状的最终表现决定于其生长发育过程中众多基因的表达、调控和相互作用，提出应用现代发育遗传学与分子生态学的理论和方法，深入研究水稻产量的形成规律。     

番茄果实中成熟衰老相关small RNAs的最新研究进展

番茄(Lycopersicon esculentum)是研究果实成熟衰老的模式材料,其成熟是一个多基因调控的高度协调的遗传调控过程,伴随着色泽、质地、风味、香气和其他代谢等许多显著的生理生化变化.近年来,small RNAs作为一种新型的转录后调控因子受到越来越多的关注,几乎参与了动植物中所有的生理和生化过程.在植物中参与生长发育、果实成熟、生物和非生物胁迫反应等过程.本文系统地综述了番茄果实中small RNAs的分离鉴定现状,对番茄果实中与乙烯信号途径、颜色、风味、软化等代谢途径相关的small RNAs进行了系统总结,并展望了未来small RNAs在果实成熟过程中的相关研究方向.     

水稻抗寒生理机制及相关基因研究进展

近年来,黑龙江年粮食总产量超越河南,成为全国第一产粮大省。然而地处寒冷地带的东北地区,温度也成为了威胁水稻产量的主要因素。因此,收集整理水稻低温胁迫下的生理机制及相关基因调控研究意义重大。基于此,主要分析了水稻应对低温胁迫的复杂生理活动及相关基因研究,旨在为今后的水稻品种培育奠定理论基础。     

蘖穗氮肥追施比例对水稻灌浆成熟期 Rubisco 和 GS 同工型基因表达量的影响

【目的】 氮素营养影响着水稻灌浆过程中核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶/加氧酶 (Rubisco) 和谷氨酰胺合成酶 (GS) 基因转录表达量,研究其变化动态及其与不同形态氮含量的关系,旨在为阐明氮素营养对光合效率和籽粒蛋白质积累的影响分子调控机理提供理论依据。 【方法】 选用寒地粳稻穗数型高产品种和穗重型超级稻品种进行盆栽试验。施肥比例为 N∶P₂O₅∶K₂O = 1∶0.5∶1,氮肥 50% 作为基肥,其余作分蘖肥和穗肥追施,分蘖肥和穗肥比例为 10%∶40%、20%∶30%、30%∶20%、40%∶10%。分析了水稻灌浆过程中 Rubisco 和 GS 基因转录表达量及不同形态氮的积累动态。 【结果】 增加穗肥氮素施用量可显著提高水稻灌浆过程中叶片和籽粒的全氮、铵态氮、硝态氮含量;增加穗肥比例不同程度的上调了 Rubisco 大亚基和小亚基基因的 mRNA 表达量,其中OsRBCSL、OsRBCS2 和OsRBCS4 表达上调显著,OsRBCS3 和OsRBCS5 表达上调较小;穗肥比例增加延长了 Rubisco 各亚基基因高表达持续时间,增加了水稻灌浆中期和后期叶片中OsGS1;1 和OsGS2 基因的转录表达量以及籽粒OsGS1;1 基因的转录表达量和整个灌浆过程中OsGS1;3 基因的转录表达量。Rubisco 五个亚基基因的转录表达量与叶片 NO₃–-N 和全氮含量间以及叶片和籽粒中 GS 基因的转录表达量与 NH₄+-N 和全氮含量间均呈显著或极显著的正相关。 【结论】 在灌浆过程中OsRBCL 基因和 GS 基因的转录表达量变化动态不因品种或氮素营养不同而发生质的变化,不同基因对氮素营养的响应程度并不相同,增加叶片 NO₃–-N 和全氮含量,可以显著提高 Rubisco 基因的转录表达量,增加灌浆成熟期叶片和籽粒的 NH₄+-N 和全氮含量,可以显著提高叶片和籽粒的 GS 基因转录表达量。      

水稻耐盐生理及分子调节机制

土壤钠盐积累导致的土壤盐渍化程度越来越严重,已成为制约水稻产量和品质的重要因素之一。钠离子是引起水稻盐胁迫伤害的主要离子,研究钠离子在水稻植株体内的吸收运输机制,及水稻应对盐胁迫的生理分子调节机制,有助于抗盐品种的选育以及盐碱地的综合治理与利用。本文综述了水稻对盐信号的感应及盐分在水稻体内的吸收转运特征;分析了盐分进入水稻机体后对植株形态及生长发育的影响;探讨了水稻为缓解盐分伤害,诱发的渗透调节、养分、抗氧化系统、激素等生理调节机制,以及通过抗逆蛋白差异性表达和耐盐相关基因应激表达,来控制水稻体内离子平衡,保护膜系统及光合系统的分子调节机制。同时,本文对提高水稻耐盐性提出了外源调控措施,并对该领域的研究进行了展望。     

水稻中抑制衰老的嵌合基因的基因枪转和表达分析

利用基因枪法把抑制衰老的嵌合基因导入水稻恢复系ＨＰ１２１和偏籼型品系８７０６，经ＰＣＲ，点杂交以及Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交分析，证明外源基因已整合到水稻基因中。通过叶片细胞分素含量和叶绿素含量的测定以及形观察，表明抑制衰老的嵌合基因 部分转基因水稻中表达，叶片衰老得到延迟。转基因植标后代符合３：１遗传规律。     

棉花早期光诱导蛋白基因GhELIP1序列及表达分析

植物早期光诱导蛋白(ELIP)参与到植物逆境胁迫响应和果实成熟过程中。对棉花Gh ELIP1基因进行了研究分析,发现该基因全长582 bp,编码193个氨基酸,属于叶绿素a/b结合蛋白超家族。系统发育关系分析表明,Gh ELIP1蛋白与棉花中的其他4个ELIP蛋白亲缘关系最近,其次是可可。表达分析表明,Gh ELIP1基因在衰老叶片中的表达量最高,表明Gh ELIP1基因参与棉花叶片的衰老调控。该研究结果可为在棉花中进一步阐明Gh ELIP1基因的功能奠定基础,为棉花生物技术和分子育种提供优异的基因资源。     

Senescence of Top Three Leaves in Field‐Grown Rice Plants

Abstract

The top three leaves play important roles in biomass production and grain yield of rice (Oryza sativa L.) crop since the three leaves not only assimilate majority of carbon for grain filling during ripening phase, but also provide large proportion of remobilized‐nitrogen (N) for grain development during their senescence. The objectives of this study were to (a) compare senescence of the top three leaves and (b) compare the changes in N, chlorophyll, and ribulose‐1,5‐bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) contents of the top three leaves after their full expansion in field‐grown rice plants. When the basis of comparison among the top three leaves was plant age in terms of days after transplanting (DAT), senescence generally started earliest in ?3rd leaf, intermediate in ?2nd leaf, and latest in flag leaf. If the basis of comparison among the top three leaves was leaf age in terms of days after full leaf expansion (DAFE), it was not clear which leaf senesced earlier. Senescence rate was generally greatest in flag leaf, intermediate in ?2nd leaf, and smallest in ?3rd leaf. Ribulose‐1,5‐bisphosphate carboxylase/oxygenase content declined earlier, and at a faster rate than N and chlorophyll contents during the senescence of all top three leaves. Correlation analysis indicated a close relationship between N and chlorophyll contents. Ribulose‐1,5‐bisphosphate carboxylase/oxygenase content correlated with N content better than with chlorophyll content. The suitability of N, chlorophyll, and Rubisco contents for quantifying the leaf senescence of field‐grown rice plants is discussed.     

臭氧胁迫对水稻光合作用与产量的影响

采用开顶式气室（OTC）,对水稻“3694繁”（Oryza sativa L.3694 Fan）进行田间原位臭氧（O3）熏气实验,研究了不同O3浓度熏气处理下水稻光合色素、气体交换参数以及产量的响应。实验设置分4个水平：过滤大气组（CF,10 nL.L^-1）、自然大气组（NF,40nL.L^-1）和两个不同浓度的O3处理组（O1：100 nL.L^-1;O2：150 nL.L^-1）。结果表明：（1）与CF组相比,两个不同浓度的O3处理均导致水稻叶片光合色素含量大幅度下降,加速水稻的衰老过程;（2）在实验进程中,O3处理导致水稻叶片气体交换参数发生显著变化,饱和CO2浓度的净光合速率（Psa）t、气孔导度（Gs）、水分利用效率（WUE）、气孔限制值（Ls）和羧化效率（CE）均呈现下降趋势,表明O3浓度的升高使水稻光合作用对CO2的利用效率降低,水稻在灌浆期对O3最为敏感;（3）O3处理使水稻产量损失明显,当AOT40值达到2.32μL.L^-1h时,就能导致水稻产量10%的减产。     

功能叶早衰突变体水稻后期自然衰老的生理特性研究

生育后期功能叶早衰已成为限制杂交水稻产量和品质发挥的重要因素。为探究生育后期功能叶早衰生理特性的变化,以生育后期功能叶早衰的突变体(ospls2)和野生型水稻浙恢7954为材料,对其生育后期上部3片功能叶的叶绿素含量、叶绿素荧光、活性氧(ROS)、抗氧化保护酶系统和可溶性糖进行比较分析。结果表明,突变体ospls2功能叶叶绿素含量、叶绿素a/b值和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)均随着生育后期叶片的衰老明显降低,且明显低于相同叶位的野生型,初始荧光(F₀)表现则相反;在水稻生育后期,突变体ospls2功能叶的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均明显低于野生型,且随着叶片的衰老明显降低。其中,CAT活性的降低时间晚于APX,表明在水稻生育后期叶片自然衰老过程中,突变体ospls2功能叶H₂O₂含量早期上升主要与APX活性降低有关,而后期的升高则与CAT活性的降低有关。POD活性在水稻叶片自然衰老过程中可能与ROS合成有关,而并未起到抗氧化保护酶的功能。本研究为水稻生育后期耐早衰品种的选育提供了理论依据。     

干旱条件下不同温型小麦叶片衰老与活性氧代谢特性的研究

试验研究干旱条件下不同温型小麦叶片衰老和活性氧代谢特性结果表明,与暖型小麦相比,冷型小麦叶片叶绿素和可溶性蛋白质含量下降缓慢,丙二醛含量低,累积速度慢,而保护性酶超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性降幅小,且籽粒灌浆中后期各酶活性均较高。小麦叶片衰老和活性氧代谢特性与其温度型归属关系密切,可借助冠层温度进行抗旱材料生理代谢性状的判别。     

缓释尿素与普通尿素配施对直播杂交籼稻叶片生长及产量的影响

【目的】逐步采用机械化直播的集约栽培模式已是水稻种植的主要趋势之一,本文研究了机械化水稻直播条件下,缓释尿素与普通尿素不同配施对水稻生长和产量的影响特征,为直播稻的高产高效施肥技术提供理论基础。【方法】以优质杂交籼稻‘宜香优2115’为材料,采用两因素裂区设计,主区为直播 (C_D) 和手插 (C_H) 两种栽植模式;副区为氮肥运筹方式,总施氮量150 kg/hm2,设普通尿素按基、蘖、穗肥配比为3∶3∶4 (U₃₀),普通尿素全量基施 (U₁₀₀),缓释尿素全量基施 (S₁₀₀) 及缓释尿素 (基肥) 与普通尿素 (穗肥) 配比为8∶2 (S₈₀)、6∶4 (S₆₀)、4∶6 (S₄₀) 6种肥料运筹方式,以不施氮肥 (CK) 为对照。调查了直播水稻的叶色变化、叶片生长、LAI、剑叶光合作用和叶片碳氮代谢及其与产量形成的关系。【结果】1) 直播稻产量略高于手插稻,前者有效穗数优势显著,后者优势在于每穗粒数,其产量差异表现取决于有效穗数和每穗粒数是否充分互补,具体体现在总颖花数,优势肥料处理在有效穗数和每穗粒数上协调性更强。2) 缓释尿素与普通尿素的配施处理下叶色表现,直播稻和手插稻分别呈“三黑三黄”和“二黑二黄”交替变化,直播稻的叶色相对较浅;直播稻叶片生长前快后慢,齐穗期LAI及齐穗后剑叶Pn值均较低,但其高效叶面积率较高,表明后期群体上部功能叶叶面积较大,群体质量较高;在叶片碳氮代谢上,直播稻中、后期叶片NSC/N较高,碳代谢较旺盛,两种栽植方式中高产处理后期叶片NSC/N相近,均较低,但代谢途径不同,直播稻主要通过增强氮代谢,手插稻则通过增强碳水化合物的同化进行调节。增加穗肥占比可有效优化直播稻中后期的叶片质量。3) 相关分析显示,孕穗期的叶片增长率、LAI、剑叶Pn及叶片NSC/N均与产量呈显著或极显著相关,表明孕穗期的叶片质量是影响产量形成的关键。4) 直播稻和手插稻分别在基肥 (缓释尿素) 与穗肥 (普通尿素) 配比为4∶6和8∶2下产量最高,分别达12.11 t/hm2和11.51 t/hm2,较普通尿素常规运筹 (U₃₀) 分别增产15.55%和5.40%。【结论】缓释尿素与普通尿素配施下,增大速效穗肥比例,前期控氮控群体,后期增氮壮个体,实现直播稻群体与个体的协调,增强后期氮代谢,有效调节叶片碳氮比,提高叶片质量防早衰,是增产的有效途径。     

抽穗后干旱复水对双季杂交晚稻产量形成和叶片δ13C及内源激素水平的影响

为探明生育后期干旱复水对双季杂交晚稻不同产量潜力品种产量的影响及其形成的生理机制,选择超级稻品种五丰优T025和对照品种金优207,于抽穗后进行干旱8d复水处理,分析了2个品种结实和产量、干旱前后倒二叶稳定碳同位素组成(δ13C)及内源激素含量的差异性。结果表明,干旱复水处理下2个品种水稻的结实率、千粒重及单株产量较对照(保持水层)表现出不同程度下降。其中,结实率五丰优T025和金优207分别下降12.07%和7.67%,千粒重下降5.23%和9.09%,单株产量下降13.54%和27.14%,差异均达显著或极显著水平,未发现产量补偿效应。抽穗后干旱处理下倒二叶δ13C值,五丰优T025大幅上升,复水后呈现出先下降,至第6天又开始上升的特点,金优207则大幅下降,复水后呈现先上升后下降再上升的特点,五丰优T025较金优207干旱复水处理与对照之间的差距更大。总体上,对照条件下,抽穗至其后20d,随生育推进,2个品种倒二叶内源ABA和GA₃含量呈上升而IAA含量则下降趋势,ZR表现出先上升再下降特点。干旱处理下2个品种表现为ABA含量上升,复水后呈先下降后上升特点,五丰优T025较金优207处理与对照之间差距更大;干旱复水处理条件下:2个品种IAA含量均下降,五丰优T025处理与对照间的差距明显小于金优207;五丰优T025 GA₃含量表现出先上升后下降再上升,金优207表现出干旱处理结束日急剧下降至最低点,复水后缓慢上升特点;2个品种ZR含量呈现出先上升至最高值再下降特点,五丰优T025较金优207处理与对照之间差距更小。抽穗后干旱处理将启动稻株体内抗衰老机制,复水后将在一定程度一定时间内激活稻株体内生长促进因子并抑制生长抑制因子,但其效果十分有限。     

拔节期高温与涝交互胁迫对水稻生长发育的影响

黄淮地区水稻拔节孕穗期恰逢强高温和降水易发期,稻田易遭受高温和涝害双重胁迫,研究水稻对高温和涝及其交互胁迫的响应,可为探究高温与涝交互胁迫致灾机理及减灾措施提供参考。试验共设拔节期高温胁迫（T1）、高温×轻涝胁迫（T2）、高温×重涝胁迫（T3）、轻涝胁迫（T4）、重涝胁迫（T5）和全生育期浅水勤灌（CK）6个处理,研究了黄淮地区拔节期高温、淹涝及高温与涝胁迫对水稻形态指标和产量的影响。结果表明：1）拔节期高温（T1）、重涝（T5）和高温×轻涝（T2）胁迫会抑制水稻的生长,到成熟期,T1和T5处理水稻株高分别较CK显著降低了5.63和5.96 cm,且高温与涝胁迫较高温（或重涝）对水稻生长的抑制作用减弱;2）高温与涝胁迫促进了水稻叶面积的增加,且高温×重涝（T3）处理促进了水稻地上部干物质积累;3）除轻涝（T4）处理外,其他处理均显著降低水稻产量,其中,T2和T3处理分别较CK显著减产44.16%和22.29%,主要是因为结实率下降。但是,与高温胁迫相比,高温与涝交互能缓解胁迫,可以避免水稻大幅减产。     

Nutrient management and submergence-tolerant varieties antecedently enhances the productivity and profitability of rice in flood-prone regions

Abstract

Poor productivity of rice in rainfed lowlands is due to complete submergence as it is a major abiotic stress of these regions. For enhancing the rice productivity of these areas, better nutrient management options are required and results may even better when combined with stress tolerant cultivars, even when tested under natural conditions of farmers’ field. For supporting the above statement, the effect of nitrogen and phosphorus in graded doses was evaluated for submergence tolerance in controlled conditions and the results obtained were tested and validated at farmers’ field in Cuttack, Odisha, India. Shoot elongation, leaf senescence and lodging were lowest with the application of higher phosphorus (60?kg ha^?1). Highest dose i.e. 100-60-40 NPK kg ha^?1 resulted in higher plant survival of all the varieties by 90–170% over no nutrient application, it was also reflected in the higher growth after recovery, leaf greenness, leaf and stem growth, chlorophyll and carbohydrate concentrations and ultimately higher grain yield. At farmers’ field, application of basal P, K and post-flood N management practice resulted in overall better performance of Swarna and Swarna-Sub1 showing higher yield attributes leading to 65.7 and 37.9% higher grain yield, over conventional practices followed by farmers. Apart from that results were more positive if post-flood nitrogen was applied as urea foliar spray might be due to quick absorption of N by plant leaves and also spraying helps in removing the silt of flood water sticking to the leaf surface and facilitated the plants to photosynthesize and survive after desubmergence. These cost-effective management options may enhance the productivity and profitability of rice in the flood-prone areas where farmers hesitate to apply nutrients.     

干旱对玉米穗发育及产量的影响

干旱作为影响玉米产量的环境因素之首,对玉米植株形态、物质积累、生理作用、性器官发育等方面产生影响,最终降低穗粒数、粒重,导致产量降低。以雌雄穗发育为研究重点,本文综述了不同时期干旱对雌雄穗性状及开花吐丝间隔期的影响。玉米开花前遭遇干旱,延缓雌雄穗发育进程,减少分化小花数,增加籽粒败育,导致穗粒数降低;抽雄吐丝期间遭遇干旱,导致雄穗抽出困难、吐丝延迟,使开花吐丝间隔期拉长,严重时导致花粉、花丝超微结构发生改变,影响玉米授粉、受精过程,最终导致秃尖形成,穗粒数降低;灌浆期遭遇干旱导致叶片早衰,光合产物积累不足,籽粒灌浆受阻,粒重降低,最终均会导致产量下降。从源库关系角度分析,玉米灌浆期前干旱导致玉米产量降低的主要原因是穗粒数降低导致的库强不足;而灌浆期干旱主要是叶片早衰等营养器官发育受阻,限制同化物的积累及转运,此时源不足限制了产量的增加。     

移栽叶龄对水稻氮素吸收利用及~(15)N-肥料去向影响

利用15N示踪技术研究了不同叶龄移栽对水稻产量、氮肥吸收利用及其氮素去向的差异。结果表明,随移栽叶龄推迟,水稻产量显著降低,籽粒与秸秆氮肥吸收量、肥料利用率及其残留量也降低,而氮素损失增加。水稻所吸收的氮素约2/3来源于土壤氮,1/3来源于当季肥料施的氮。肥料利用率为20.8%~25.7%,氮肥残留率为17.9%~32.2%,有42.1%~61.3%的肥料损失。无论哪种叶龄移栽条件下,肥料主要残留在0~20cm土层中。研究表明水稻早栽能增加产量、提高肥料利用率,减少肥料损失,降低氮素对环境的污染。