白叶枯病菌效应子XopN在拥有OsSWEET11同源基因的水稻品种上发挥毒性作用

【目的】黄单胞菌细胞外泌蛋白质(Xanthomonas outer proteins, Xops)是植物病原黄单胞菌高度保守的毒性效应子或毒性辅助组分,通过细菌Ⅲ型分泌系统分泌到细菌细胞外部,然后转入植物细胞而发挥病理作用。水稻黄单胞菌水稻致病变种即水稻白叶枯病菌的标准菌株PXO99^A分泌的XopN是一种毒性效应子,通过影响寄主免疫反应而使水稻发病。但是,XopN对病菌毒性的影响是否因水稻品种的不同而异,还有待研究。【方法】利用同源双交换技术,先敲除了PXO99^A的XopN基因,获得了∆XopN突变体,又经过遗传互补,得到了回补菌株∆XopN/XopN。通过营养肉汤液体培养,测定了XopN对病菌繁殖能力的影响;根据文献选用14个水稻品种,通过接种实验,测定了PXO99^A对这些品种的毒性与XopN敲除或回补的影响;在XopN发挥毒性作用的水稻品种上,测定了隐性抗病基因OsSWEET11/xa13与显性感病基因OsSWEET11/Xa13受病菌侵染而表达的情况,分析了XopN敲除或回补的影响。【结果】在营养肉汤液体培养过程中,病菌突变体菌株∆XopN的繁殖速度明显低于野生型PXO99^A。PXO99^A、∆XopN和∆XopN/XopN接种水稻后,根据其在水稻叶片组织内的繁殖量及随后产生的白叶枯病症状的严重程度,将供试的14个水稻品种分为两种情况。一是感病程度与病菌XopN是否敲除或回补无关,这有10个水稻品种（IRBB1、IRBB3、IRBB8、IRBB10、IRBB14、IR24、IRBB203、IRBB204、IRBB205和IRBB211）,PXO99^A、∆XopN和∆XopN/XopN对它们的毒性无明显差别。二是XopN对病菌毒性发挥作用的水稻品种,包括高度感病的3个品种（IRBB208、Asominori和日本晴）和低感品种IRBB13。与PXO99^A或∆XopN/XopN相比,∆XopN对这4个水稻品种的毒性大为降低。在IRBB13上,病菌侵染对隐性抗病基因OsSWEET11/xa13在叶片内的表达发生抑制作用,这一效应与XopN的毒性功能相关。相反,日本晴显性感病基因OsSWEET11/Xa13却受病菌侵染的诱导,在叶片内的表达水平大幅度提高。IRBB208和Asominori携带OsSWEET11/Xa13同源基因,该同源基因在叶片内的表达水平也因病菌侵染而大幅提高。在这4个水稻品种上,PXO99^A和∆XopN/XopN能够诱导OsSWEET11/Xa13或其同源基因表达,但∆XopN无此作用。另外,XopN对病菌在非寄主植物烟草上诱发过敏反应有量变贡献,相比PXO99^A或∆XopN/XopN,∆XopN引起过敏反应的程度有所降低。【结论】XopN是一个有限广谱性效应子,在拥有OsSWEET11同源基因的水稻品种上发挥毒性作用。XopN也是病菌繁殖所需要的,对病菌在非寄主植物上诱导过敏反应有一定贡献。     

不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对大气CO2浓度升高响应的差异

目的 探明不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对FACE(大气CO₂浓度增高)响应的差异。方法 以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE对不同类型水稻产量、氮素吸收利用的影响。结果 1）FACE处理极显著提高了水稻产量,平均增加24.17%, 常规籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高;2）FACE处理显著增加了单位面积穗数,常规粳稻增幅最大,并显著增加了杂交籼稻和常规籼稻每穗粒数;3）FACE处理显著提高了成熟期吸氮量和氮素籽粒生产效率,成熟期吸氮量平均增加21.23%,杂交籼稻增幅最大, FACE和对照均以常规籼稻最高;氮素籽粒生产效率平均增加7.33%,杂交籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高。成熟期吸氮量对产量促进作用略大于成熟期氮素籽粒生产效率;4）FACE处理降低了植株含氮率,成熟期平均下降0.105个百分点,常规粳稻降幅最大。FACE处理极显著提高植株干物质量,成熟期平均增加23.95%,常规籼稻增幅最大;FACE处理显著提高常规籼稻和杂交籼稻成熟期单穗吸氮量,分别增加10.79%、13.93%,但常规粳稻下降了9.60%;FACE处理显著提高了成熟期群体吸氮强度,平均增加22.29%,杂交籼稻增幅最大。FACE处理对水稻全生育期天数无显著影响;FACE处理显著提高茎鞘、叶片、穗各器官吸氮量,叶片增幅最大,平均增加51.86%,杂交籼稻增幅最大;FACE处理显著提高了不同生育阶段吸氮量,抽穗-成熟阶段增幅最大,平均增加108.90%,杂交籼稻增幅最大;5）植株干物质量、单穗吸氮量、吸氮强度、穗吸氮量、抽穗-成熟阶段吸氮量对成熟期总吸氮量的促进作用分别大于植株含氮率、单位面积穗数、生育天数、茎鞘叶吸氮量、移栽-分蘖和分蘖-抽穗阶段吸氮量;6）FACE处理显著提高了氮肥偏生产力,降低了每百千克籽粒需氮量,前者平均增加24.16%,常规籼稻增加最多;后者平均降低4.7%,常规籼稻降幅最大。结论 FACE处理可显著提高水稻产量和氮素吸收利用效率,但品种间差异较大。     

野老鹳草Geranium carolinianum种子的萌发条件

为明确野老鹳草Geranium carolinianum种子的休眠特性及萌发适宜的环境条件,采用培养皿法和盆钵法研究野老鹳草种子萌发和出苗适宜的条件,记录种子萌发数,计算种子萌发率、平均萌发时间及萌发指数。结果显示,野老鹳草具有较长的休眠期,新采集的野老鹳草种子在室温干储210 d后可以解除休眠;在10~25℃的恒温条件下种子萌发率均在93.8%以上;有无光照及光周期的长短对种子的萌发无影响;对酸碱度不敏感,在pH 4~10范围内种子萌发率均在91.3%以上;对水势具有一定耐受力,抑制50%种子萌发率所需的水势为-0.42 MPa;盐分对野老鹳草种子萌发具有一定抑制作用,当盐浓度达到160 mmol/L时基本不能萌发;此外,种子在土壤垂直深度5 cm以内时仍然可以出苗,对播种深度适应性较强。表明野老鹳草种子具有较长休眠期,土壤层积可解除种子休眠;而且野老鹳草种子对温度、光照、土壤酸碱度、播种深度适应性较强,水势及盐分对种子萌发有一定影响。     

Community structure and carbon and nitrogen storage of sagebrush desert under grazing exclusion in Northwest China

Overgrazing is regarded as one of the key factors of vegetation and soil degradation in the arid and semi-arid regions of Northwest China.Grazing exclusion(GE)is one of the most common pathways used to restore degraded grasslands and to improve their ecosystem services.Nevertheless,there are still significant controversies concerning GE’s effects on grassland diversity as well as carbon(C)and nitrogen(N)storage.It remains poorly understood in the arid desert regions,whilst being essential for the sustainable use of grassland resources.To assess the effects of GE on community characteristics and C and N storage of desert plant community in the arid desert regions,we investigated the community structure and plant biomass,as well as C and N storage of plants and soil(0-100 cm depth)in short-term GE(three years)plots and adjacent long-term freely grazing(FG)plots in the areas of sagebrush desert in Northwest China,which are important both for spring-autumn seasonal pasture and for ecological conservation.Our findings indicated that GE was beneficial to the average height,coverage and aboveground biomass(including stems,leaves and inflorescences,and litter)of desert plant community,to the species richness and importance values of subshrubs and perennial herbs,and to the biomass C and N storage of aboveground parts(P<0.05).However,GE was not beneficial to the importance values of annual herbs,root/shoot ratio and total N concentration in the 0-5 and 5-10 cm soil layers(P<0.05).Additionally,the plant density,belowground biomass,and soil organic C concentration and C storage in the 0-100 cm soil layer could not be significantly changed by short-term GE(three years).The results suggest that,although GE was not beneficial for C sequestration in the sagebrush desert ecosystem,it is an effective strategy for improving productivity,diversity,and C and N storage of plants.As a result,GE can be used to rehabilitate degraded grasslands in the arid desert regions of Northwest China.     

夏玉米产量时空变化及气候年型分析

定量分析夏玉米同一品种产量及产量构成要素时空变化,探讨造成产量时空差异的气候年型组合变化特征。基于2004～2013年夏玉米种植区郑单958多点田间试验数据分析表明,夏玉米区域平均产量为9 055 kg/hm~2,年际差为1 635 kg/hm~2,变幅为18.1%;地点差4 258 kg/hm~2,变幅为47.1%。夏玉米区域平均千粒重为313 g,年际变幅为13.1%;地点变幅为27.8%。夏玉米区域平均穗粒数为479,年际变幅为18.0%,地点变幅为38.7%。千粒重的增加导致夏玉米产量显著增加。穗粒数显著降低和时空差异大是造成产量波动和时空差异变幅大的主要原因。夏玉米产量和产量构成要素,低产点受各气候要素变化的影响显著;平产点受温度和日最高温度大于33℃的天数影响显著;高产点受降水影响显著。     

稻稗HJHL-715种群对五氟磺草胺的抗药性水平及抗性机理分析

为明确东北稻区稻稗Echinochloa oryzoides HJHL-715种群对五氟磺草胺的抗性水平及抗性机制,采用整株生物测定法测定稻稗种群对五氟磺草胺的敏感性,明确抗性种群的交互抗性和多抗性情况,研究3种细胞色素P450抑制剂对其敏感性的影响;并应用分子生物学方法进行稻稗的乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase,ALS)离体活性测定、ALS基因序列分析及其表达量测定。结果表明:在东北稻区,五氟磺草胺对稻稗HJHL-715种群鲜重的抑制中剂量GR50为62.53 g/hm^2;稻稗HJHL-715的ALS基因序列中未发现氨基酸突变,其ALS离体活性与敏感种群的ALS离体活性无显著性差异,ALS基因表达量显著低于敏感种群。1-氨基苯并三唑(1-aminobenzotriazole,ABT)、胡椒基丁醚(piperomyl butoxide,PBO)、马拉硫磷3种P450抑制剂显著提高了稻稗HJHL-715种群对五氟磺草胺的敏感性,使其对五氟磺草胺的GR50由原来的62.53 g/hm^2分别下降到5.78、5.02、3.53 g/hm^2。表明东北稻区已经出现了对五氟磺草胺具有高水平抗性的稻稗种群,稻稗HJHL-715种群对五氟磺草胺的抗性很可能是由细胞色素P450介导的代谢增强所致。