Increased grain yield and biomass allocation in rice under cool night temperature

Abstract

The effects of different night temperatures on grain yield were examined in rice (Oryza sativa L. Akita-63) during the ripening period. Plants were grown under two different night temperatures (22 and 27°C) from anthesis to harvesting. The day temperature was maintained at 27°C in both treatments. Although the final biomass at harvest did not differ between the treatments, the dry weight of the panicles was significantly greater in the cool night temperature treatment. This increase in panicle weight was associated with increases in the 1000-kernel weight and the ratio of filled spikelets. Although panicle respiration in the high night temperature treatment decreased to almost zero just after the cessation of grain filling, the net CO₂ fixation rate per day in the whole plant in this treatment tended to be higher, and this was associated with a higher level of starch accumulation. After grain filling, the starch content decreased and the final dry weight of other plant parts, including dead organs and new tillers, was greater in the high night temperature treatment. Thus, the noted decline in yield at the high night temperature led to changes in carbon allocation to new sinks for vegetative reproduction at the whole plant level. From these results, we considered the possibility that a cool night temperature tends to favor carbon allocation to panicles, resulting in higher yield.     

紫花苜蓿乙酰CoA硫解酶的生物信息学分析与同源建模

[目的]对紫花苜蓿中的乙酰CoA硫解酶进行生物信息学分析与同源建模。[方法]应用生物信息学软件预测紫花苜蓿乙酰CoA硫解酶的理化性质、亲/疏水性、卷曲螺旋结构、糖基化位点、活性位点、亚细胞定位、二级结构、结构域及三维高级结构。[结果]该蛋白质是一个极疏水性蛋白,含403个氨基酸,理论等电点为6.95;包含1个明显卷曲螺旋结构、5个糖基化位点、1个硫解酶结构域;二级结构中α-helix(Hh)占39.95%、Extended strand(Ee)占16.38%、Random coil(Cc)占43.67%;Ramachandram结构检测表明预测蛋白质残基的二面角有90%以上位于黄色区域,符合立体化学能量规则。[结论]为该蛋白功能的探索提供了一定的理论参考。     

噻嗪酮在水稻中的消解动态数学模型研究

采用GC-ECD法测定噻嗪酮在水稻(Oryza sativa L.)中的残留水平,建立Rayleigh动态模型、双室降解模型、阻滞动力学模型、指数负增长函数模型和灰色预测GM(1,1)模型等不同类型的数学模型,然后对其进行拟合度检验.结果表明,Rayleigh动态模型的拟合度最高,噻嗪酮在生态环境中的降解过程典型地受农药本身的化学分子结构、环境、施药次数和施药浓度等诸多因素的共同影响,应用Rayleigh动态模型可以很好地模拟噻嗪酮在水稻中的残留消解动态.     

外质体H2O2和木质素积累在镍诱导的水稻对白叶枯病系统抗性中的作用

[目的]植物外质体是病原入侵的结构和生理性屏障.本文研究外质体反应在镍诱导的、对白叶枯病系统抗性中的作用,以探讨植物对病原和重金属交叉抗性的生理机制. [方法]以0.5、1.0和2.0mol·L~(-1)硝酸镍喷施三叶期水稻幼苗的第二叶及以下部位,3 d后在未处理的第三叶接种稻白叶枯菌(xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo),接种后12d调查病情.测定了2.0 mol·L~(-1)镍处理或/和Xoo接种的幼苗第三叶外质体中愈创木酚POD(G-POD)、NADH-POD,二胺氧化酶(DAO)活性、H_2O_2和木质素含量.[结果]镍诱导了幼苗对白叶枯病的系统抗性,其中2.0 mmol·L~(-1)镍的诱导效果最佳.镍处理下,第三叶外质体液(AWF)中和细胞壁结合的G-POD、NADH-POD,以及AWF中DAO的活性和H_2O_2水平快速上升,木质素含量显著提高;镍诱导且接种组中,上述指标均明显高于未诱导但接种组.另外,产生H_2O_2的POD的抑制剂NaN_3降低了镍诱导的H_2O_2积累水平和对白叶枯病的系统诱抗效应,而NADPH氧化酶抑制剂(diphenyleneiodonium chloride)预处理则无明显影响.[结论]本研究结果提示,NADH-POD和DAO活性上升是镍诱导外质体H_2O_2产生的原因;外质体H_2O_2和木质素在细胞壁中的积累可能参与了镍诱导的水稻对白叶枯病系统抗性的建立.     

3个紫花苜蓿乙烯应答因子基因的克隆与分析

【目的】克隆3个紫花苜蓿乙烯应答因子基因,分析其在不同条件下的表达特性;构建植物表达载体并转化烟草,对转基因烟草的耐盐性进行初步鉴定。【方法】根据已获得的cDNA序列设计引物,扩增MsERF5、MsERF8和MsERF11的DNA序列,并分析基因结构;利用半定量RT-PCR技术分析其组织表达特异性和胁迫条件下的表达特性;通过农杆菌介导的方法转化烟草,鉴定盐胁迫条件下转基因烟草的表型和生理生化特性,初步验证其功能。【结果】MsERF5、MsERF8和MsERF11都不包含内含子。MsERF5在根、叶和花蕾中的表达量高于茎和花;MsERF8在根和叶中的表达量高于茎、花蕾和花;MsERF11在叶中的表达量最高;3个基因都能被多种非生物胁迫（盐、干旱、铝）和激素（脱落酸、赤霉素、乙烯利、水杨酸和茉莉酸甲酯）诱导,但表达模式不同。在盐浓度为200 mmol•L-1的筛选培养基上只有导入目的基因的愈伤组织能产生不定芽,250 mmol•L-1 NaCl处理再生植株10 d,转基因植株和野生型植株叶片的电导率和可溶性糖含量均呈现上升趋势,但野生型植株叶片的电导率显著高于转基因植株,可溶性糖含量则显著低于转基因植株（P＜0.05）;转基因植株和野生型植株叶片的叶绿素含量均呈现下降趋势,野生型植株叶片叶绿素含量显著低于转基因植株（P＜0.05）;盐胁迫条件下,转化不同基因的再生植株的电导率、叶绿素和可溶性糖含量没有显著差异（P＞0.05）。【结论】3个紫花苜蓿乙烯应答因子基因都不包含内含子,其表达具有组织特异性,都能被多种非生物胁迫和激素诱导,能够使烟草愈伤组织在含盐培养基上形成不定芽并最终产生转基因植株,且转基因植株的耐盐性高于野生型植株。     

水稻TWH1基因启动子的克隆及表达分析

启动子是基因表达的重要调控元件。利用PCR方法克隆了控制水稻颖壳发育的候选基因TWH1的启动子,并将启动子片段与GUS报告基因融合构建了重组表达载体。通过农杆菌介导的方法将其导入水稻愈伤组织,转基因植株经GUS染色分析显示,各个发育时期的茎秆、叶片、叶鞘、雌雄蕊和孕穗期的颖壳中都有GUS活性表达,但在根和抽穗后的颖壳中未检测到GUS活性。该结果对进一步研究TWH1基因的功能奠定了基础。     

燕麦Actin基因片段的克隆及序列分析

【目的】克隆与分析燕麦肌动蛋白基因片段.【方法】根据其他植物Actin基因的保守序列设计一对简并性引物,以燕麦叶片总RNA为模板,采用RT-PCR的方法扩增出Actin基因片段并克隆到PUCm-T载体,进而转化大肠杆菌E.coli DH5α感受态细胞.阳性克隆经PCR鉴定后进行测序.【结果】扩增片段长678bp,共编码225个氨基酸;所得序列与GenBank中注册的Actin基因序列的同源性均在85%以上,与其他肌动蛋白的氨基酸序列的同源性达93%以上.【结论】系统进化分析表明,扩增到的燕麦肌动蛋白基因与羊草、长穗偃麦草和黑麦草等植物的肌动蛋白基因亲缘关系最为密切.     

寒地水稻种质资源稻瘟病抗性研究

为了筛选出优异的水稻稻瘟病抗性材料,收集并整理我国黑龙江省、吉林省、辽宁省以及日本、韩国共203份水稻种质资源,按照不同的育成时期、来源进行分类,利用2a的抗病鉴定结果进行资源评价。结果表明:旱育稀植时期育成的品种稻瘟病抗性有很大的提高,韩国的水稻资源有更好的稻瘟病抗性。资源的年际间抗性有差异,应对材料进行多年、多点的鉴定。因此,在利用自然条件对育种材料抗稻瘟病筛选后,用接菌的方式对自然感病筛选出的未发病材料进行接菌鉴定能提高抗病鉴定的准确性。     

碳离子束辐照水稻诱变效应及突变体的筛选

【目的】丰富水稻Oryza sativa L.突变体库,快速创造稳定遗传的新种质,为重离子辐照诱变机理研究和水稻遗传育种提供丰富的基础材料。【方法】利用碳离子束辐照水稻品种‘IR-55’、‘IR-60’、‘三粒寸’和‘云南陆稻’原种进行诱变,并对诱变后代的多个农艺性状进行多代跟踪调查。【结果】4个水稻品种突变株系株高、剑叶长、穗长和粒长宽比等性状呈现出较大变异幅度,且具有明显的正向或负向性,结实率表现出明显的下降趋势,最低为2%。利用随机选取的SSR分子标记引物对突变体进行遗传多样性检测发现,突变株系与原种的遗传多样性表现出明显的差异,表明重离子辐照诱变引起DNA序列较大片段的改变,而不是微小的点突变。【结论】碳离子束辐照对水稻株高、剑叶长和粒型等多个农艺性状产生正向或负向的诱变效应,在诱变后代中可以筛选出一批农艺性状变异的水稻新种质。     

水稻NBS-LRR类抗稻瘟病蛋白Pik-h的互作蛋白筛选

【目的】利用酵母双杂交系统,以组成抗稻瘟病基因Pik-h介导的抗病反应途径。【方法】以含抗稻瘟病基因Pik-h的近等基因系IRBL8为材料,取稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)GD0193接种12和24 h后的水稻叶片,等量混合后提取总RNA,按照2个紧密连锁且功能独立的Pikh-1和Pikh-2蛋白为诱饵,在水稻叶片中筛选与之互作的蛋白,以便深入研究抗病基因Pik-h的酵母双杂交试剂盒（Make Your Own “Mate&Plate” Library System）的要求构建水稻叶片靶标cDNA文库。利用快速重组克隆的方法构建pGBKT7-Pikh1和pGBKT7-Pikh2诱饵载体,并分别将它们转化至酵母菌株Y2H Gold,提取细胞总蛋白后利用Western blot检测Pikh1和Pikh2的表达情况,并对这2个诱饵载体自激活和毒性分析后进行酵母双杂交筛选。提取SD/-Ade/-Leu/-Trp/ -His/X-α-Gal筛选平板培养基上呈蓝色的酵母单克隆的质粒,将其分别与对应的诱饵载体共转化酵母菌株Y2H Gold,涂布于筛选平板培养基上进行互作的重复验证,将通过重复验证的质粒测序分析所得的序列比对水稻基因组数据库以确定目的基因,并对这些基因进行gene ontology（GO）注释分析以确定其分子功能、生物过程及细胞组成。【结果】靶标cDNA文库的库容量约为2.2×10⁶,插入片段长度均大于400 bp,表明水稻cDNA文库质量高。诱饵载体pGBKT7-Pikh1和pGBKT7-Pikh2均能在酵母细胞中正确表达出对应的Pikh1及Pikh2蛋白,无自激活活性而且对酵母无毒性作用,符合文库筛选的要求。利用含有诱饵载体的酵母菌株Y2H Gold与靶标文库菌株Y187结合（Mating）的方式筛选,获得13个与Pikh-1相互作用的蛋白、5个与Pikh-2相互作用的蛋白,其中有2个与Pikh-1及Pikh-2同时存在相互作用。这些蛋白包括4个在逆境响应或激素信号转导过程中起到重要作用的（辅）转录因子、3个信号蛋白、4个参与光合作用的叶绿体蛋白、1个含有U-BOX结构域的蛋白及4个未知功能蛋白。【结论】成功构建了适宜于研究抗病基因（R基因）介导反应途径的酵母双杂交cDNA文库,筛选出Pik-h的互作蛋白,为进一步研究Pik-h或其他抗稻瘟病基因介导的抗病机制打下了基础。