稻镰状瓶霉对水稻白叶枯病的生物防治

本文研究了野生稻暗色有隔内生真菌稻镰状瓶霉与水稻的共生关系,通过根部接种DsRED荧光标记菌株,观察稻镰状瓶霉在水稻根系内的定殖,并对其抗白叶枯病特性进行调查,结果发现：经叶部接种白叶枯病菌后,对照组发病严重,病级集中在7级和9级,分别占比43.33%和34.67%,病情指数为79.26;相比之下,接种了稻镰状瓶霉的水稻植株发病较轻,叶片病斑面积小,并伴随零星黑色过敏性坏死斑出现,未发病植株占8%,72%的植株病级为1级,病情指数仅为15.26。稻镰状瓶霉对水稻白叶枯病的防治效果达到80.75%。稻镰状瓶霉的定殖能够引起叶片中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性极显著提高,分别是对照组的5.26、12.08和10.53倍;诱导PR1a和PR1b显著上调表达8.71和3.37倍,AOS、OsSAUR2和EL5基因显著下调表达0.28、0.57和0.65倍。利用野生稻内生真菌防控水稻白叶枯病,在国内外尚属首次,可为水稻白叶枯病的生物防治提供新途径。     

AM真菌摩西管柄囊霉对干旱胁迫下枳抗氧化酶基因表达的影响

测定分析了接种丛枝菌根（AM）真菌摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae对正常供水与干旱处理的盆栽枳Poncirus trifoliata实生苗生长、活性氧代谢及抗氧化酶基因表达量的影响。结果表明,7周干旱处理显著降低了根系菌根侵染率。接种摩西管柄囊霉显著促进了干旱处理的枳植株生长,增加了根系体积和叶片相对含水量,显著降低了叶片脯氨酸含量,同时也上调了干旱处理的枳叶片精氨酸脱羧酶基因（PtADC1和PtADC2）和超氧化物歧化酶基因（PtFe-SOD和PtMn-SOD）、过氧化物酶基因（PtPOD）和过氧化氢酶基因（PtCAT1）的表达,因而维持了一个相对更低的活性氧水平（如过氧化氢）,有利于增强植株的抗旱性。     

AM真菌增强孔雀草耐阴性的效应

于温室盆栽不同光照条件（遮光率分别为0%、24%、48%、72%、96%）下,对孔雀草Tagetes patula进行接种丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza,AM）真菌幼套近明球囊霉Claroideoglomus etunicatum、摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae、球状巨孢嚢霉Gigaspora margarita和不接种对照处理,测定孔雀草菌根侵染率、生长指标和生理指标,旨在评价AM真菌对孔雀草耐阴性的影响。结果表明,供试AM真菌均能侵染孔雀草根系形成典型的丛枝菌根,不同遮光处理均以接种F. mosseae的侵染效果最佳,强光及弱光均不利于AM真菌侵染,当遮光率为24%时,孔雀草生长状况最佳。与不接种对照相比,接种F. mosseae显著提高了孔雀草株高、茎粗、叶面积、根冠比、比叶重、着花数和花茎,单花花期延长,提高了根系活力、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和可溶性糖含量,降低了脯氨酸含量,光补偿点下降,光饱和点升高,最大净光合速率增大。结果表明,适当遮荫有利于孔雀草生长发育,接种AM真菌能增强孔雀草对光照的适应能力,促进植株生长发育,减缓弱光造成的损伤,增强其耐阴性,且以接种F. mosseae效果最好。     

稻鸭共作下水稻植株的壮秆效应及生理特性

通过田间小区对比试验,分析了稻鸭共作下水稻植株的壮秆效应及其相关生理特性.结果表明：由于鸭子在稻田的活动使水稻植株形态发生了明显变化,植株碳水化合物含量、植株碳氮比、茎秆干物质输出率都明显增加,茎秆基部节间长度比对照缩短2.88%,茎粗增加64.90%,茎秆强度和抗倒伏指数也分别提高了11.78%和10.95%;稻鸭共作提高了水稻深层根系比例和根系活力,黑根比例降低了16.63%.因此,稻鸭共作对水稻植株有壮秆效应,提高了植株的抗逆性,有利于水稻稳产高产.     

NP配施对平茬后云南松苗木N、P、K化学计量比的影响

为了解NP配施对平茬后云南松（Pinus yunnanensis）苗木各器官N、P、K化学计量比的影响,分析云南松苗木不同器官（根、茎、叶、萌条）的ω（N）∶ω（P）、ω（N）∶ω（K）、ω（P）∶ω（K）化学计量比的季节变化特征,探讨各器官间N、P、K化学计量比的相关性及其变异来源。采用N、P二因素三水平的3×3回归设计开展不同施肥试验,并对苗木采样测定,研究NP配施对平茬后云南松根、叶、茎及其萌条N、P、K化学计量特征的影响。结果表明：平茬后云南松苗木不同器官的营养元素分配没有统一的规律,展现出丰富的变异。随着施肥季节的变化, ω（N）∶ω（P）在根、茎和萌条中逐渐下降,在叶中先下降后上升,但总体差异不大。单施N肥、P肥和NP配施均对云南松苗木生长的影响产生一定差异,总体来看NP配施更有利于促进苗木的生长,且以处理5（N₁P₁）表现为极显著（P<0.01）。云南松苗木各器官N、P、K化学计量比主要受N×P交互作用的影响,其次是N,影响最小的是P。除在根和叶中ω（N）∶ω（P）与ω（N）∶ω（K）之间相关性发生改变之外,其余两两间的正负相关性均保持不变,而 ω（N）∶ω（P）与ω（P）∶ω（K）、ω（N）∶ω（K）与ω（P）∶ω（K）的相关性均随着施肥季节的变化相关性发生改变,且相关系数降低,分别受P和K的调控。平茬改变植株体内的营养元素含量,不同施肥处理促使云南松各器官中N、P、K化学计量特征差异极显著（P<0.01）。NP配施可以有效缓解单施N肥、P肥对植株的限制作用,使养分处于一个平衡状态,从而满足植株对生长的需要。     

丛枝菌根真菌调控根系构型与矿质元素平衡提高西瓜植株耐盐性的研究

丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza,AM）真菌可通过多种途径或机制来增强植物的耐盐性,进而促进植株的生长发育。本研究在盆栽条件下设西瓜Citrullus lanatus品种‘京欣四号’幼苗接种变形球囊霉Glomus versiforme和不接种以及施加和不施加100mmol/L NaCl共4个处理,测定植株根系菌根侵染状况、根系构型及其根茎叶中钾（K）、钙（Ca）、磷（P）、钠（Na）含量、K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na和植株生长状况等。AM真菌显著增加了盐胁迫下西瓜植株总根长度、根表面积、根体积和根尖数量,改善了根系构型;促进了西瓜根系对K、Ca和P的吸收,提高了茎Ca和P含量、根系K和P含量、K⁺/Na⁺和Ca²⁺/Na⁺,而降低了根Na⁺含量;茎P和Na⁺、叶K和Ca的含量显著高于其他器官相应含量。典范对应分析表明,根系K含量、K⁺/Na⁺和Ca²⁺/Na⁺与总根长度、主根长度、根表面积、根体积、根尖数量、根平均直径呈正相关;叶K⁺/Na⁺与主根长度呈正相关;根系Na⁺含量与根系总根长、根平均直径和根尖数量呈负相关。接种AM真菌改善了矿质元素平衡及其分配状况。盐胁迫后西瓜植株对菌根的依赖性增强。结果表明,K、Ca、P是AM真菌介导植物耐盐性的关键养分;K⁺/Na⁺和Ca²⁺/Na⁺是重要的矿质元素平衡指标,接种AM真菌能调控植物根系构型和矿质元素平衡状况,从而缓解盐胁迫对西瓜生长的抑制作用,提高植株的耐盐性。     

木霉对盐渍逆境下枸杞根系氮素吸收和氮素利用效率的影响

本研究采集滨海盐渍土开展盆栽试验,分析施加有机肥、木霉菌剂及菌肥对枸杞氮素吸收、同化、积累和利用效率的影响,以揭示木霉对盐渍逆境下枸杞的促生机理。有机肥为木霉菌肥的灭菌物,不含木霉活菌,但两者氮、磷、钾等养分含量无显著差异。结果表明: 施加有机肥、木霉菌剂和菌肥处理较对照均显著提高了根系分生区NO₃^-、NH₄⁺内流速率和成熟区NO₃^-内流速率,且施加菌肥的提升幅度高于施加有机肥。与对照相比,盐渍土壤施加木霉菌剂及菌肥显著增加了根、茎、叶生物量和氮含量以及植株氮累积量,增强了枸杞根和叶中硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,提高了枸杞氮素吸收效率、光合速率、稳定碳同位素丰度值和光合氮素利用效率,而且施加菌肥的效果明显优于施加有机肥。综上,木霉能增强盐渍逆境下枸杞氮素吸收、同化和积累,提升光合固碳能力和氮素利用效率,最终促进植株生长。     

对马铃薯具促生抗病作用的砖红镰刀菌及其遗传转化体系构建

本研究从药用植物马比木Nothapodytes pittosporoides的花瓣中分离获得了1株真菌,经形态学与ITS分子共同鉴定为砖红镰刀菌Fusarium lateritium。使用该菌处理马铃薯后发现,显著增强了马铃薯对晚疫病菌的耐受性,处理组植株感染率为37.5%,相较对照组87.5%的感染率显著降低;植株生长测定发现,处理组的马铃薯生物量、株高、根系生物量和主根数相较于对照组分别提高了1.25、1.19、2.3、1.47倍,表明该真菌对马铃薯还具有促生作用。为探究砖红镰刀菌促生抗病的分子机理,检测了植物生长素合成和免疫防御相关基因的表达模式,结果表明处理组植株生长素合成相关基因（StYUC5）显著上调,而免疫相关激素茉莉酸和水杨酸合成相关基因（StPI-I、StPAL和StPR1A）也不同程度上调。由此推测,砖红镰刀菌通过调控植物激素相关基因的表达介导马铃薯的促生和抗病。为了进一步探究砖红镰刀菌对马铃薯促生抗病的分子基础,构建了其遗传转化体系,并进行了优化,获得了GFP标记菌株。     

一株内生砖红镰刀菌促进烟草生长和增强青枯病抗性

课题组前期报道了一株对马铃薯具有促生防病作用的内生砖红镰刀菌Fusarium lateritium (FL617)。为拓展该菌株的应用范围,本研究以同为茄科作物的烟草为研究对象,探究了砖红镰刀菌对其生长和抗病的影响。结果表明,与对照组相比,处理组叶表面积、主根数、叶片数、叶绿素a和叶绿素b含量分别提高了5.0、3.9、1.4、1.3和1.3倍;该结果表明砖红镰刀菌对烟草具有促生作用。生测结果表明,砖红镰刀菌增强了烟草对青枯病的抗病性,其青枯病病情指数下降约30%。植物激素合成相关基因表达模式分析,发现处理组植物激素合成相关基因表达显著上调(1.6-39.9倍);用青枯病菌Ralstonia solanacearum感染寄主植物后分析其水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和R基因信号相关基因的转录模式,发现与对照组相比,处理组SA、JA相关基因均显著上调(1.2-8.3倍),仅有一个R基因显著下调(50%)。进一步用GFP标记的菌株进行荧光定殖观察,发现植物根系周围簇生着带有绿色荧光信号的真菌菌丝,表明砖红镰刀菌可以定殖于烟草根系。综上所述,推测砖红镰刀菌F. lateritium能够通过定殖于烟草根系介导植物激素、免疫防御相关基因的表达从而影响植株的生长发育和抗病性。     

葡萄NCED基因家族进化及表达分析

9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物体内ABA生物合成的关键限速酶, 参与植物对干旱、外源ABA和高盐的响应过程, 降低环境胁迫对植株的危害。基于全基因组鉴定分析葡萄(Vitis vinifera) NCED基因家族成员, 探讨各成员的物种进化关系及各个基因成员在不同组织中的时空表达模式及对干旱、ABA和高盐(NaCl)胁迫的响应, 为进一步揭示该基因家族成员的生物学功能奠定基础。在葡萄基因组中共发现12个NCED基因。其推测的编码蛋白质长度在510 (VvNCED2)-625 aa (VvNCED10)之间。VvNCED蛋白的分子量最大值是70.53 kDa (VvNCED10), 最小值是57.85 kDa (VvNCED2)。在从祖先基因分化之后, 葡萄NCED基因发生了5次复制事件, 同时有2次丢失事件。NCED1/2、NCED3/4、NCED6/7和NCED9/10基因对被认为是通过片段复制产生。上述4对复制基因复制时间分布在3.08-120.0百万年前, 晚于单双子叶植物分化的时间。与对照相比, VvNCED1在ABA处理48小时后显著上调(72.1%), 而VvNCED2显著下调(84.0%)。VvNCED6只在干旱处理14、21和28天的根系中表达量高于对照, 分别为对照的2.49、1.05和1.09倍。VvNCED7只在干旱处理14天的根系中表达量高于对照, 为对照的1.07倍。在ABA处理72小时后, VvNCED3表达量较对照显著下调(59.5%), 而VvNCED4较对照显著上调(169.9%)。VvNCED3/VvNCED4分别在NaCl处理24和48小时出现显著性峰值, 较对照分别上调219.2%和114.4%。保守结构域不同组成和不同胁迫处理下差异表达模式是NCED蛋白发生功能分化的基础。推测NCED在进化过程中发生的功能分化有利于复制事件的发生。     

Engineering broad-spectrum disease-resistant rice by editing multiple susceptibility genes

Rice blast and bacterial blight are important diseases of rice (Oryza sativa) caused by the fungus Magnaporthe oryzae and the bacterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), respectively. Breeding rice varieties for broad-spectrum resistance is considered the most effective and sustainable approach to controlling both diseases. Although dominant resistance genes have been extensively used in rice breeding and production, generating disease-resistant varieties by altering susceptibility (S) genes that facilitate pathogen compatibility remains unexplored. Here, using CRISPR/Cas9 technology, we generated loss-of-function mutants of the S genes Pi21 and Bsr-d1 and showed that they had increased resistance to M. oryzae. We also generated a knockout mutant of the S gene Xa5 that showed increased resistance to Xoo. Remarkably, a triple mutant of all three S genes had significantly enhanced resistance to both M. oryzae and Xoo. Moreover, the triple mutant was comparable to the wild type in regard to key agronomic traits, including plant height, effective panicle number per plant, grain number per panicle, seed setting rate, and thousand-grain weight. These results demonstrate that the simultaneous editing of multiple S genes is a powerful strategy for generating new rice varieties with broad-spectrum resistance.     

硝态氮（NO3^—）对水稻侧根生长及其氮吸收的影响

侧根是植物吸收利用土壤养分的重要器官 ,其生长发育受内部遗传因子和外部环境矿质养分的影响。通过琼脂分层培养发现 :局部供应NO-3 可以诱导水稻 (OryzasativaL .)主根或不定根上侧根的生长。为研究旱种条件下NO-3 对水稻侧根发育及其N吸收的影响 ,设置了 3个蛭石培养实验 :分根处理、全株缺N、全株供N处理。分根处理 (一半根系供应 3mmol/LKNO3,另一半根系供应 3mmol/LKCl)结果表明 :局部供应NO-3 能够促进水稻侧根生长。而在全株处理下 ,N饥饿诱导了侧根的伸长。水稻根系对NO-3 的这两种反应都存在着显著的基因型差异。同时对地上部N浓度、可溶性总糖含量及N含量分析表明 ,这些生理指标在分根处理与全株加N处理中的差异均不显著 ,表明分根处理也能基本满足植株正常生长对N的需求。在分根处理中 ,水稻的N含量与分根处理中供N一侧的平均侧根长度存在显著正相关 ,这表明在养分不均一的介质中 ,侧根长度对水稻N素吸收具有十分重要的作用。而在N素充足的条件下 ,两者之间的相关性并不显著 ,这暗示在养分充足的环境下 ,侧根长度可能并不是决定根系吸收N素的主要因素     

硝态氮(NO-3)对水稻侧根生长及其氮吸收的影响

侧根是植物吸收利用土壤养分的重要器官,其生长发育受内部遗传因子和外部环境矿质养分的影响.通过琼脂分层培养发现:局部供应NO-3可以诱导水稻( Oryza sativa L.)主根或不定根上侧根的生长.为研究旱种条件下NO-3对水稻侧根发育及其N吸收的影响,设置了3个蛭石培养实验:分根处理、全株缺N、全株供N处理.分根处理(一半根系供应3 mmol/L KNO3,另一半根系供应3 mmol/L KCl)结果表明:局部供应NO-3 能够促进水稻侧根生长.而在全株处理下,N饥饿诱导了侧根的伸长.水稻根系对NO-3的这两种反应都存在着显著的基因型差异.同时对地上部N浓度、可溶性总糖含量及N含量分析表明,这些生理指标在分根处理与全株加N处理中的差异均不显著,表明分根处理也能基本满足植株正常生长对N的需求.在分根处理中,水稻的N含量与分根处理中供N一侧的平均侧根长度存在显著正相关,这表明在养分不均一的介质中,侧根长度对水稻N素吸收具有十分重要的作用.而在N素充足的条件下,两者之间的相关性并不显著,这暗示在养分充足的环境下,侧根长度可能并不是决定根系吸收N素的主要因素.     

3种功能型林木幼苗叶片与细根碳氮磷化学计量特征及其异速关系

为了比较不同功能型林木叶片与细根碳氮磷化学计量特征及其异速关系的差异,本研究以刨花楠(常绿阔叶)、福建山樱花(落叶阔叶)和福建柏(常绿针叶)的幼苗为对象,对其叶片和细根的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其计量比关系进行分析。结果表明: 3种树木幼苗的叶片与细根的C、N、P含量及其计量比存在显著差异,其中,叶片与细根的C含量及C/N、C/P均以刨花楠最高,N含量和N/P以福建山樱花最高,P含量以福建柏最高;3种幼苗叶片的C、N、P含量和C/P、N/P均高于细根。叶片的C、N、P含量及其计量比之间的异速关系与细根不同,且受功能型差异的影响;3种幼苗叶片的C/P与N/P之间存在着指数明显不同的异速关系,但其细根的N、P含量均为等速关系。3种幼苗叶片和细根的C、N、P含量及其计量比关系也存在差异;刨花楠叶片和细根的关系主要显示为叶片C含量与细根P含量的异速关系,福建山樱花则主要显示在叶片C、N含量及C/N、N/P与细根C/N、N/P间的异速或等速关系,而福建柏主要是叶片C含量与细根C、N、P含量间的异速关系,福建山樱花叶片与细根的养分分配更具协调性。3种幼苗叶片和细根对P的投资策略具有相似性。研究结果为实施林木苗期精准养分管理与高效培育技术等提供了科学依据。     

多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物。研究表明多氯联苯具有毒物兴奋效应, 但其影响植物生长发育的机制尚不清楚。以毛白杨(Populous tomentosa)组培苗为材料, 探讨3 mg·L^-1 Aroclor1254对不定根分化、植物激素水平、与生长素相关的P009g125900、P006g142600和P002g222700基因表达、与细胞分裂素相关的P005g2489和P005g2376基因表达的影响。结果显示, Aroclor1254可促进毛白杨组培苗不定根分化, 缩短不定根初根时间与分化率达100%的时间, 提高不定根数目; 在不定根诱导期, 用Aroclor1254单独诱导, IAA/(ZR+dhZR)比值与阳性对照无显著差异, P006g142600、P002g222700、P009g125900、P005g2489和P005g2376基因表达变化趋势与IBA单独诱导下各基因表达变化趋势一致。为验证Aroclor1254是否具有生长素效应, 以玉米(Zea mays)和转生长素报告基因DR5::GUS的拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料, 观察Aroclor1254对胚芽鞘生长及DR5::GUS基因表达的影响。结果显示, 一定浓度的Aroclor1254对胚芽鞘的生长无显著影响, 但可诱导生长素报告基因表达。以上结果表明, 多氯联苯类化合物Aroclor1254虽不属于植物生长调节剂, 但具有毒物兴奋效应, 在一定浓度下具有类似生长素的生物学活性。     

氮添加和水分胁迫对红松、水曲柳幼苗生物量分配的影响

氮沉降和暖干化是我国东北地区面临的主要生态问题,它将对森林生态系统产生怎样的影响一直是生态学研究的热点.本研究以东北温带阔叶红松林中2个关键树种——红松和水曲柳为研究对象,探讨水分胁迫和氮(N)添加对其幼苗短期(55周)生长的影响.结果表明: 红松与水曲柳幼苗生长对N添加和水分胁迫的响应有明显差异.红松对水分胁迫更加敏感,在处理早期(10周)水分胁迫降低了红松幼苗叶生物量,提高了根生物量;N添加只在水分胁迫发生时显著减少了红松根和植株总生物量.水曲柳对N添加的反应更加敏感,氮添加迅速增加了水曲柳茎、根和总生物量;而只有持续的水分胁迫才对水曲柳的茎、根和总生物量有显著影响.红松和水曲柳在持续水分胁迫和N添加处理下,叶、根生物量占比和地上、地下生物量之比都趋于维持一个稳定值,说明两个树种都有很强的自我调节能力.以上结果说明,在未来干旱条件下,红松采取的是“积极”的调整策略,而水曲柳则是“被动”的适应策略,因而相比较而言,红松存活和适应能力可能更强;而在N沉降增加的环境下,水曲柳受益会更大.这些结果可为预测未来东北温带森林群落演替动态提供参考.     

Osa‐miR167d facilitates infection of Magnaporthe oryzae in rice

MicroRNAs (miRNAs) play important roles in rice response to Magnaporthe oryzae, the causative agent of rice blast disease. Studying the roles of rice miRNAs is of great significance for the disease control. Osa‐miR167d belongs to a conserved miRNA family targeting auxin responsive factor (ARF) genes that act in developmental and stress‐induced responses. Here, we show that Osa‐miR167d plays a negative role in rice immunity against M. oryzae by suppressing its target gene. The expression of Osa‐miR167d was significantly suppressed in a resistant accession at and after 24 h post inoculation (hpi), however, its expression was significantly increased at 24 hpi in the susceptible accession upon M. oryzae infection. Transgenic rice lines over‐expressing Osa‐miR167d were highly susceptible to multiple blast fungal strains. By contrast, transgenic lines expressing a target mimicry to block Osa‐miR167d enhanced resistance to rice blast disease. In addition, knocking out the target gene ARF12 led to hyper‐susceptibility to multiple blast fungal strains. Taken together, our results indicate that Osa‐miR167d negatively regulate rice immunity to facilitate the infection of M. oryzae by downregulating ARF12. Thus, Osa‐miR167d‐ARF12 regulatory module could be valuable in improvement of blast‐disease resistance.