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<正>光合作用"开关"使水稻产量提高30%阿肯色州立大学的科学家发现了一种蛋白质,作用类似"开关",能够激活增强水稻光合作用活性的基因,使水稻产量提高30%。研究人员将这种蛋白质名为高产水稻蛋白(HYR),能使植物应对胁迫、生长旺盛并产量增加。HYR调节子调节光合作用这一个复杂过程。在温室中,利用HYR调节子的植物比其他品     

水稻中硅的营养功能及生理机制的研究进展

尽管硅还没有被列为植物生长的必需营养元素,但它在水稻生长发育、产量与品质形成、矿质营养吸收以及逆境生理等方面都具有重要的作用。硅不仅是水稻细胞结构成分和组成物质,还参与调节水稻各种生理生化代谢过程,促进光合作用,改善冠层结构,增强抗倒伏能力,提高群体质量,促进产量、品质和肥料吸收利用效率的协同提高。硅通过物理途径或生理生化途径增强水稻对重金属、盐渍、干旱、紫外线、高温等非生物胁迫以及病虫生物胁迫的抵抗力。还展望了水稻中硅研究的未来发展。     

植物盐胁迫应答蛋白质组学分析

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一,揭示植物盐胁迫应答的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础.近年来,人们利用高通量蛋白质组学技术分析了拟南芥、水稻等19种植物的盐胁迫应答蛋白质表达图谱.从植物类群(盐生植物和甜土植物)、组织器官(根、地上部分/茎、胚根和胚轴、叶片、花序和配子体)、细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞生物)和亚细胞结构(叶绿体、质膜和质外体)几方面整合分析了植物盐胁迫应答蛋白质组表达模式特征,主要特征包括:(1)盐生植物通过全面调节细胞骨架重塑、离子转运和区隔化、渗透平衡、活性氧(ROS)清除、信号转导、光合作用和能量代谢等信号与代谢网络体系,获得相对较高的抗/耐盐能力;(2)植物地上部分(叶片、茎、配子体)或光合组织细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞盐藻)通过调节参与光合作用、碳和能量代谢、ROS清除过程蛋白质的表达模式应对盐胁迫环境;(3)植物地下部分(根、胚根)通过调控信号转导和离子转运相关蛋白质感知/传递盐胁迫信号并维持离子平衡;(4)花序中参与渗透调节、转录调控、蛋白质加工和ROS清除的蛋白质在盐胁迫条件下变化显著;(5)叶绿体通过调控参与光合作用、蛋白质加工和周转,以及氧化还原系统平衡等过程应对盐胁迫;(6)质外体中参与细胞壁代谢、胁迫防御和信号转导过程的蛋白质受盐胁迫影响明显;(7)细胞膜中参与维持膜结构稳定、物质/离子运输和信号转导过程的蛋白质对植物盐胁迫应答具有重要作用.这些分析为深入研究植物耐盐的分子机制提供了重要信息.     

植物的自我补偿调节

植物在生长过程中,总会不可避免地碰到外界不利因素的侵害。这种因素,包括生物的和非生物的制约和直接危害。对此,植物常通过自我补偿调节作用,使受损害的程度降低到最低限度。植物的这种自我补偿调节功能,是普遍存在的,就外部形态看,可使不定芽抽生、调整分蘖成穗,延缓生育期提高结实率;在内部生理变化上,可增强光合作用强度,提高光合效率、调整养分或光合产物运输线路等。日本有关资料报道,水稻在分蘖期遭受二化螟为害,可以在以后的分蘖中得到极大的补偿。当早稻抽穗期受二化螟为害,被害率不到10％的情况下,其产量与未受害的田块相比几乎没有什么差别。江苏省农科院测定,单季杂交水稻分     

硅和干旱胁迫对水稻叶片光合特性和矿质养分吸收的影响

硅被认为是植物生长的有益元素,它能增强植物对非生物逆境和生物逆境胁迫的抗性。以抗旱性不同的一对水稻近等基因系w-14-和w-20为实验材料,采用盆栽实验,研究了干旱胁迫下硅处理对水稻生长性状、光合生理特性和矿质养分吸收的影响。结果表明,在正常水分条件下硅处理对水稻的生长及生理特性没有明显影响。干旱胁迫显著降低水稻植株的生长,叶绿素含量、叶绿素荧光参数Fv/Fm及Fv/F0值显著降低,光合作用受到明显抑制。加硅能提高干旱胁迫条件下水稻植株的生物量、水分利用效率、叶片叶绿素含量、净光合速率和蒸腾速率,而气孔导度和细胞间隙CO2浓度则下降。无论干旱与否,施硅后水稻的叶片硅含量均显著上升。两个水稻品系叶片的无机离子含量在干旱胁迫条件下均呈显著增加的趋势,而硅处理后材料w-14的叶片K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+含量分别降低16.38%,24.50%,19.70%,21.52%,18.58%,w-20则分别降低11.64%,12.11%,16.06%,11.11%和19.15%,并使之回复到与对照更接近的水平。研究结果表明了硅提高水稻植株的抗旱性与光合作用的改善和矿质养分的调节有关。     

水稻黄绿叶基因的克隆及应用

进一步提高水稻产量，最大限度满足国家对食物安全的需求是水稻遗传育种的重大任务。水稻干物质产量的90％-95％来自光合作用。目前高产水稻光能利用率也仅1．5％-2．0％。理论上，植物光能利用率可达13．0％-14．0％，水稻理想的光能利用率应达3．0％-5．0％。因此，培育高光效的超高产品种是提高产量的主要途径之一。长期以来，水稻光合作用的相关研究大多停留在生理水平上，同时，传统的杂交育种手段在改良水稻光能利用方面至今尚未取得令人满意的结果，而叶色突变体是开展光合作用研究的理想材料。     

硅提高植物抗旱性的生理机制研究进展

干旱作为限制作物产量和品质的主要非生物胁迫之一,对全球社会、经济和生态造成巨大损失。在全球气候变化背景下,提高植物抗旱性的重要性日益突显。硅能够提高植物的抗旱性：外源硅的施用可以影响气孔导度,改变蒸腾速率,改善植物水分状况;通过调节气孔动力学、合成光合色素,促进光化学反应,从而改善光合作用;此外硅可通过渗透调节以平衡植物对矿质元素的吸收,以及调节抗氧化防御系统,减轻植物在干旱胁迫中的氧化损伤。总结了硅对干旱胁迫下植物水分利用、光合作用、矿质元素吸收、抗氧化系统、植物激素代谢等方面的作用及相关生理机制。建议未来从复合逆境胁迫、低硅积累植物等方面进一步揭示硅提高植物抗旱性的作用机制,从而为农林生态系统合理利用硅素来提高生产效率提供科学依据和理论基础。     

利用蛋白质组学技术揭示的植物高温胁迫响应机制

高温是限制植物生长和产量的主要非生物胁迫因子.近年来,蛋白质组学研究为我们从系统生物学水平深入认识植物高温胁迫应答的复杂的分子机制提供了重要信息.目前,已经分析了模式植物拟南芥、主要粮食作物(大豆、水稻和小麦)、耐热植物(匍匐剪股颖、马齿苋、假虎刺),以及野生毛葡萄、胡杨、苜蓿、半夏等应答高温胁迫过程中的蛋白质组变化特征.这些研究共鉴定到838种响应高温胁迫的蛋白质,其中534种蛋白质表达受到高温诱导,304种蛋白质表达受到抑制.本文整合分析了上述植物在应对不同程度高温胁迫(30～45 ℃处理0～10 d)时蛋白质表达模式的变化特征,为解释高温胁迫应答网络体系中重要的信号与代谢通路(如：信号转导、胁迫防御、糖类与能量代谢、光合作用、转录、蛋白质合成与命运、膜与转运等)的变化提供了证据和线索,为深入认识植物应答高温胁迫的分子调控机制奠定了坚实的基础.     

植物中氧化还原系统对光合作用的调节

植物中氧化还原系统对光合作用有着重要的调节作用,通过一些氧化还原蛋白在光照和黑暗中结构改变,使植物体内的氧化还原系统发生变化,实现对光合作用的调节。     

水分管理调控水稻氮素利用研究进展

水、氮是调控水稻生长发育的两个重要环境因子。通过"以水调氧"增加根际溶氧量(如干湿交替、好氧栽培等)能够提升土壤硝化势和氧化还原电位,刺激土壤氮的矿化作用,使水稻处于NH+4与NO-3混合营养中,并能通过诱导水稻的生理特性及改善根系的吸收功能增强其抗旱性能,提高水稻产量及氮素利用率。光合作用是形成干物质的主要途径,土壤氮水平、氮形态与水稻光合速率紧密相关,提高叶片光合速率将有助于提高水稻的氮素利用率和产量。从稻田水分管理对土壤氮素形态特征、水稻氮吸收利用、光合速率及氮环境效应的影响等方面综述了国内外相关研究进展,并指出进一步的研究方向。     

不同氮素水平下水稻生育后期叶片和籽粒的蛋白质组学

以超级杂交水稻“两优培九”为试验材料,运用蛋白质双向电泳技术研究了水稻生育后期不同氮素水平下（正常供氮水平的1/2,20 mg·L^-1;正常供氮水平,40 mg·L^-1;正常供氮水平的2倍,80 mg·L^-1）叶片和籽粒蛋白质组水平的变化,并鉴定分析了其差异蛋白质点（共鉴定出16个叶片蛋白质、9个弱势粒蛋白质、4个强势粒蛋白质）的生物功能.结果表明：生育后期氮素是通过影响与光合有关的酶的活化、CO₂的活化及光系统单位和电子传递链构成来影响和调节植物的光合作用;氮素可促进弱势粒中与能量合成和生长相关酶的表达;高氮水平不利于强势粒淀粉的合成,但充足的氮素对水稻物质累积及代谢具有重要作用.因此,在生育后期合理运用氮肥对提高水稻剑叶光合性能、增强源的功能、延缓功能性早衰及强化籽粒灌浆具有积极作用.     

植物源调节剂对水稻的影响

植物源调节剂是利用艾蒿为主要原料,首次用提取的混合物研制成的一种植物生长调节剂,使用80mg/L的植物源调节剂混合物水溶液,分别在水稻苗期、拔节期、孕穗期叶面喷洒,清水对照。结果表明:植物源调节剂使水稻增产11.38%,千粒重增加11.45%。株干重增加了17.1%。在灌浆期连续测定表明:相对于CK,穗粒重增加10.9%,叶绿素含量提高14.41%。品质分析结果为:可溶性糖含量提高15.57%、游离氨基酸含量提高18.52%、淀粉含量提高1.59%,可溶性蛋白质降低22.17%、粗纤维降低1.95%、粗脂肪降低1.22%。该植物源调节剂对水稻的生长和产量都有显著的促进效应。     

覆盖栽培中的二氧化碳施肥

光合作用是指作物利用太阳能将自然界中存在的二氧化碳（CO2）和水等无机物转化形成各种有机物质，这是作物生长发育而使人们有所收获的基础。光合作用的重要原料CO2在空气中浓度很低，仅有0．030％～0．040％，它常常限制许多植物的光合作用速率，影响作物产量。很多试验观察到，当大气中Co。浓度增加一两倍时，光合作用及作物产量可大幅度增加。用标记CO2喂给灌浆期水稻或小麦叶子，可以看到水稻小麦籽粒灌浆过程中大部分有机物是同化当时吸收的CO2形成的，因此在小麦或水稻抽穗开花期间增加田间CO2浓度可获得显著增产。棉田中增施C…     

水稻黄绿叶突变体研究进展

叶绿素是植物光合作用的重要色素,叶绿素的合成决定植物的光合效率,并且直接影响作物的产量和品质。叶绿素的合成及分解代谢是一个非常复杂的过程,在此过程中有较多的基因参与,其中任何一个基因发生突变都有可能影响叶绿素的合成及分解,从而使叶片表现出各种叶色变化或者会影响植物的生长。叶色突变体研究是探明叶绿体发育过程中基因功能的有效途径。因此,发掘和鉴定叶色突变基因,开展与叶绿素相关基因的定位、克隆及功能研究均具有重要的理论意义和应用价值。综述了水稻黄绿叶突变体的研究进展,旨在为研究水稻叶绿素生物合成途径和光合作用机制提供理想的材料,同时还可作为标记性状在杂种优势中进行利用。     

核糖核酸调节子的构建与即时检测中的应用*

合成生物学专注于可重复利用模块和元件的工程化设计,并在生物系统中表现出良好的行为和功能。在无细胞蛋白表达系统中,核糖核酸调节子作为即时检测中的重要传感元件,通过靶标分子的诱导使其自身结构发生变化,进而调控下游基因的表达。系统介绍不同类型的核糖核酸调节子及其作用原理,包括一代核糖核酸调节子、toehold开关、功能拓展的核糖核酸调节子和核糖开关。详细阐明构建核糖核酸调节子的设计-测试-分析过程:计算机辅助设计、基因表达测试和结构功能化分析。汇总基于核糖核酸调节子的体外即时检测应用,重点总结toehold开关介导的病原菌核酸检测和核糖开关参与的小分子检测。讨论当前无细胞即时检测的特点、挑战和发展趋势,为开发新型核糖核酸调节子和即时检测工具提供思路和参考。     

超级杂交水稻谷粒产量与叶光合速率的关系

在2000～2005年期间,通过测定几种超级杂交水稻与普通杂交水稻‘汕优63’的产量构成和叶片光合作用探讨了谷粒产量与光合作用的关系。结果表明:(1)4种超级杂交水稻‘培矮64S/E32’、‘P88S/O293’、‘金23A/611’和‘GD-lS/ RB207’的产量水平显著高于‘汕优63’,是对照的108%～120%。(2)与‘汕优63’相比,这些超级杂交水稻的株型好,上层叶片直立,穗大即每穗粒数多,是对照的125%～177%。(3)与‘汕优63’相比,这些组合第二叶的净光合速率显著提高,但第一叶即剑叶的未必都较高。(4)去半叶处理降低了‘GD-1S/RB207’的结实率,而去半穗处理显著提高了结实率。因此,这些超级杂交水稻的高产原因在于穗大、株型好以及群体光能利用效率高。增加单叶特别是剑叶的光合能力是克服谷粒产量的光合产物源限制和在未来的超级杂交水稻育种中实现产量潜力新突破的关键。     

植物光效生态学研究 Ⅰ.小麦光合作用午休的原因

本文报道了用小麦作材料,从作物生理生态特性方面研究了小麦光合作用午休的原因。试验结果证明:在中午前后,小麦叶片气孔开关数目与光合作用午休密切相关;大部分小麦光合作用午休与生物节律无关;中午遮光后,光合作用加强和生物学产量提高,说明光合产物的累积是形成光合作用午休的重要因素之一。     

硅素分期施用对镉污染水稻光合特性及物质积累的影响

硅(Si)可有效提高水稻对镉(Cd)的抗性,但关于优化硅肥管理对水稻耐Cd性、光合及物质积累等响应机制尚不明晰。采用受污染的农田土壤,通过盆栽试验研究移栽期施Si(T)、拔节期施Si(J)、移栽和拔节期等量分期施Si(TJ)对Cd污染水稻光合作用及物质积累的影响,以不施Si(CK)为对照。结果表明：施Si可明显提高Cd污染下水稻净光合速率,延长叶片光合功能,促进叶片Si沉积,增加Cd在叶中的固定,减少其向籽粒转移。与CK相比,TJ处理在全生育期具有较高的光合速率,产量显著高于其他处理。T、TJ、J处理叶片细胞壁Cd的固持量分别增加11.45%、24.16%和30.15%,且叶片Cd更多以惰性形态(包括果胶和蛋白质结合态Cd、不溶解性磷酸Cd和残渣态Cd)存在,导致叶片Cd转移系数降低,T、TJ、J较CK分别降低33.91%、56.67%和52.16%。此外,主成分分析结果表明,3种Si处理对水稻耐Cd性和光合特性的综合影响大小为TJ>J>T。综合考虑Si调控光合作用、产量、叶片和籽粒Cd浓度的效应,推荐Si素于移栽期与拔节期分期施用。     

活性氧在气孔运动中的作用

水分代谢是植物基础代谢的重要组成部分,气孔开关精细地调节着植物水分散失和光合作用。气孔运动受到多种因子的调控,保卫细胞内大量的第二信使分子是响应外界刺激、调节保卫细胞代谢方式、改变保卫细胞水势进而引起气孔开关的重要功能组分。细胞内的活性氧就是其中重要的成员之一。保卫细胞中的活性氧包括过氧化氢、超氧阴离子自由基和羟自由基等,这些活性氧可以通过光合作用、呼吸作用产生或通过专门的酶催化合成,在触发下游生理反应、完成信号转导后由专门的酶将其清除。在植物激素(脱落酸、水杨酸)、一氧化氮、质外体钙调素、细胞外ATP等因子调节气孔运动的过程中,活性氧都发挥了介导作用。该文对于近年来活性氧在气孔运动过程中发挥的作用方面的研究进展进行了综述。     

多效性基因Ghd7调控水稻剑叶面积

光合作用是植物的唯一能量来源,剑叶是水稻开花后进行光合作用的主要部位。Ghd7是一个多效性产量基因,能显著提高水稻产量。为了研究Ghd7对水稻剑叶形态的遗传效应,文章利用一个包含190个家系的BC2F2群体对水稻剑叶长度(FLL)、剑叶宽(FLW)和剑叶面积(FLA)进行QTL定位分析。在BC2F2群体,FLL、FLW和FLA性状表型值均显示为双峰分布,符合孟德尔单基因分离比,并均与每穗实粒数呈现显著正相关。在第7染色体上RM3859和C39分子标记间定位到FLL、FLW和FLA的QTL,分别解释变异的73.3%、62.3%和71.8%,均与Ghd7共分离。以珍汕97为轮回亲本,特青和明恢63分别为供体亲本,获得两个Ghd7近等基因系NIL(MH63)和NIL(TQ),FLL、FLW和FLA表型值均比珍汕97显著提高。另外,超表达Ghd7的合江19转基因植株的FLL、FLW和FLA表型值分别比合江19增加了8.9 cm、0.5 cm和17.8 cm2。这些结果表明Ghd7对调控剑叶面积起重要作用。