储藏方式和时间对三峡水库消落区一年生植物种子萌发的影响

为了明确不同储藏方式和储藏时间对三峡水库消落区4种1年生植物稗(Echinochloa crusgalli)、苍耳(Xanthium sibiricum)、合萌(Aeschynomene indica)和水蓼(Polygonum hydropiper)种子萌发能力的影响,筛选出有利于其萌发的最佳储藏方式及时间,采取5种储藏方式(室温、冷藏、冷冻、干沙、湿沙)、8个储藏时间段(30、60、90、120、150、180、210、240d)对种子进行储藏实验。在光照培养箱昼25℃/夜20℃和周期性光照(昼12h/夜12h,光强100μmol·m-·2s-1)条件下进行种子萌发,每次萌发持续时间为30d。结果显示:(1)稗、苍耳和水蓼的种子在湿沙储藏条件下萌发起始时间缩短,种子萌发率、萌发指数高于其它储藏方式;湿沙储藏条件下,稗的种子储藏90-180d萌发率达到80%以上,苍耳的种子储藏180d萌发率达(64±2)%,水蓼的种子储藏30-240d萌发率均超过90%。(2)冷冻储藏能有效地解除合萌种子休眠,显著提高其种子萌发率和发芽指数;冷冻储藏90-180d合萌的种子萌发率均超过80%,之间没有显著差异。(3)果皮是限制苍耳种子萌发的主要因素之一,而去除果皮对合萌种子萌发没有显著影响。研究结果建议:采用种子来进行消落区植被恢复和重建时,稗、苍耳和水蓼的最佳储藏方式是湿沙储藏,合萌的最佳储藏方式是冷冻储藏。结合三峡水库水位调度原则,在适宜的储藏方式下,本实验中储藏120-180d的种子能够应用于消落区实地播种中。     

模拟水淹对三峡库区常见一年生草本植物种子萌发的影响

根据三峡水库水位运行时间, 设计了30、75、115、155、195和240天共6个水淹时间梯度(T-1、T-2、T-3、T-4、T-5和T-6), 采用模拟水淹的方法, 研究了不同水淹时间对三峡消落带4种常见的一年生草本植物稗(Echinochloa crusgali)、金狗尾草(Setaria pumila)、马唐(Digitaria sanguinalis)和荩草(Arthraxon hispidus)种子萌发的影响。结果表明: 1)随着水淹处理时间的增长, 这4种植物的萌发率基本上呈现先增高后降低的趋势。稗和荩草在T-1-T-5的种子萌发率显著高于对照(CK) (p < 0.05), T-6和CK之间差异不显著。金狗尾草T-2、T-3的萌发率显著高于CK (p < 0.05), T-1、T-4-T-6与CK之间无显著性差异。马唐在水淹处理(T-1-T-6)的萌发率均显著高于对照(CK), 但长时间水淹处理(T-4-T-6)对萌发的促进作用要低于短时间水淹处理(T-1-T-3)。这说明一定时间的水淹有利于打破种子休眠并提高种子萌发率。2)一定时间的水淹处理加快了稗、金狗尾草、马唐和荩草的萌发进程。对照组种子的日萌发率较均匀, 萌发曲线较平缓。而水淹处理的种子多集中在3-5天内大量萌发。和对照相比, 一定时间的水淹处理显著提高了这4种植物种子的萌发指数, 缩短了种子的萌发持续时间, 提早了种子萌发高峰时间和达到50%萌发率的时间。长时间的水淹对种子的萌发进程影响不大。3)总体来说, 稗、金狗尾草、马唐和荩草在各个处理下的萌发率均较高(> 40%), 可以考虑作为三峡消落带植被恢复的备选物种。     

大型水库消落带中西来稗种子耐淹性沿高程梯度的种内分化

大型水库消落带中西来稗种子耐淹性沿高程梯度的种内分化 在水文节律稳定、每年蓄水时间很长且水位涨落落差很大的水库中,生长在水库库岸消落带不同高程区域中的植物每年要面对长时间的不同强度的水淹,这种每年发生持续的水淹胁迫可能会导致水库库岸消落带中生长的植物的种子耐淹能力发生种内分化。西来稗(Echinochloa crusgalli var. zelayensis)是在三峡水库消落带中自然生长的优势一年生植物,在三峡水库消落带植被及消落带生态环境保护中发挥着重要作用。本研究的目的在于探究三峡水库消落带中生长的西来稗种子的耐淹能力是否已发生种内分化,以及此分化的发生是否与较弱的种子扩散能力有关。在本研究中,采集来自三峡水库消落带不同高程区域中生长的西来稗种子,在三峡水库即将蓄水时将所有采集的种子放置于三峡水库消落带中4个不同高程位置接受不同深度不同时长的水库蓄水水淹,同时把所有采集的种子也放置于不会被水库蓄水淹没的非消落带河岸上作为对照处理;测定种子在水中的漂浮持续时间和蓄水期间水库水位上涨速度以量化在水库蓄水水位上涨时种子的扩散能力,水库蓄水结束水退后检测放置于水库消落带和非消落带河岸上的种子的种子完好率、种子萌发能力和成苗率。研究结果发现,在经历三峡水库蓄水水淹后,西来稗种子的完好率和最终成苗率随种子母株在消落带中所处的高程的增加而显著降低,表明在三峡水库成库运行七年后,在三峡水库消落带中生长的西来稗的种子耐淹能力已发生了种内分化。三峡水库蓄水水位上涨时西来稗种子在水中较短的漂浮持续时间和水库蓄水时较慢的水位上升速度限制了西来稗种子的水媒传播和扩散距离,从而有利于西来稗种子的耐淹能力发生种内分化。     

三峡水库消落区不同生活史类型植物群落的空间分布格局

为探究三峡水库消落区不同生活史植物群落随海拔梯度及水库干流沿程的空间分布规律,于2017年8月至2017年9月对三峡水库干流消落区植被进行了调查。研究结果表明:(1)三峡水库消落区植被的植物物种丰富度随距大坝里程距离的缩短而呈现逐渐减小的趋势。(2)三峡水库消落区不同生活史类型植被群落盖度对水淹梯度胁迫的响应呈现相反的变化规律:随着消落区高程的升高,一年生植物对消落区植被覆盖度的贡献逐渐增加,而多年生植物对植被群落覆盖度的贡献逐渐降低。但是,在消落区的任一高程区域,多年生植物物种盖度均要大于一年生植物物种盖度。(3)采用TWINSPAN植被分类方法可对9个样地607个样方的三峡水库消落区植被划分为25个组,其中苍耳+狗牙根群落Ass.Xanthiumsibiricum+Cynodon dactylon(含213个样方)、狗牙根群落Ass.Cynodon dactylon(包含137个样方)、狗牙根+香附子群落Ass.Cynodon dactylon+Cyperus rotundus(含55个样方)、狗牙根+酸模叶蓼群落Ass.Cynodon dactylon+Polygonum lapathifolium(40个样方)、苍耳+藿香蓟群落Ass.Xanthiumsibiricum+Ageratum conyzoides(38个样方)等为消落区的优势植物群落,群落特征明显表现出对水位涨落及小生境差异的适应。     

三峡水库消落区植被在差异性水淹环境中的分布格局

人工水库修建引发的差异性水文节律是决定消落区植被群落格局的主要因素,高强度水淹环境中水淹胁迫是影响植被的重要因子而低强度水淹环境中物种竞争是影响植被的重要因子。为了探究差异性水淹环境中三峡水库消落区植物的水淹耐受能力及光资源竞争能力(植物株高)对植被群落分布格局的影响,对三峡水库典型消落区不同水淹强度下生长的植被进行了研究,结果表明:(1)典型消落区调查共发现有植物41种,其中高耐淹低竞争能力型植物4种,其生物量在所有物种生物量中的占比达70.99%,低耐淹高竞争能力型植物23种,其生物量占比为28.02%,低耐淹低竞争能力型植物14种,生物量占比不足1%,消落区内无高耐淹高竞争能力型植物物种分布;(2)高耐淹低竞争能力型植物在水淹强度大的消落区区域占优,低耐淹高竞争能力型植物在植物物种竞争压力大的消落区区域占据主导,低耐淹低竞争能力型植物在消落区中仅有零星分布;(3)消落区植被生物量格局随着高程增加呈现出先增加后减少的趋势。研究差异性水淹环境对三峡水库消落区植被分布的影响,可以为深入理解消落区植被分布格局的形成机制和大型水库消落区植被恢复与重建提供理论依据。     

根部水淹和土壤养分提升对三峡库区消落带水蓼生长和繁殖特性的影响

水淹和土壤养分是影响三峡库区消落带植物生长的主要环境因子。消落带不同高程的植物长期经历不同的淹水强度和土壤养分条件。该研究假设同一物种来自于消落带不同高程的植株可能产生性状分化, 从而对根部淹水和土壤养分变化具有不同的生长和繁殖响应策略。为了验证以上假设, 选取在三峡库区消落带高低高程均广泛分布的物种水蓼(Polygonum hydropiper)为研究对象, 采集自然种群的种子。在温室同质园条件下, 研究了根部水淹和土壤养分提升对高低高程水蓼植株生长和繁殖特性的影响。研究结果表明根部水淹显著或趋于显著降低了水蓼植株功能叶的叶长、叶宽、总分枝数、叶生物量、花生物量和总生物量; 低养分处理显著或趋于显著降低了水蓼植株的总节数、总分枝数、根生物量、花生物量和总生物量, 表明根部水淹和低土壤养分对水蓼的生长和繁殖能力具有抑制作用。同时, 根部水淹和土壤养分的交互作用显著影响植株的根生物量, 表明根部水淹条件下高土壤养分更有利于植株根生物量的积累。高高程植株的根生物量和叶生物量显著或趋于显著高于低高程植株, 而低高程植株的始花时间早于高高程植株, 且繁殖分配也显著高于高高程植株, 表明高低高程水蓼植株对资源的分配策略不同。该研究结果表明水蓼的生长和繁殖特性受根部水淹和土壤养分共同限制, 但对根部水淹条件下高土壤养分生境具有较好的适应性; 同时, 低高程植株可以通过调整其生长和繁殖特性以提高对所处生境胁迫的适应性。     

三峡水库运行对淹没区及消落带植物多样性的影响

三峡水库采取"冬蓄夏泄"(冬季水位175 m,夏季145 m)的运行方式,自2007年水库试验性蓄水以来,淹没区(348 km2)原陆域植物及其群落大量消失,形成永久性水域和逐渐适应消落带环境的植物群落。本文分析了三峡水库运行对淹没区及消落带植物多样性的影响,结果表明:(1)蓄水前,三峡水库淹没区共有维管束植物769种(隶属121科400属),优势植物生活型为一年生草本、多年生草本和灌木;蓄水后维管束植物下降到约300种,其中一年生草本所占比例由蓄水前的26.42%上升为45.46%,多年生草本由蓄水前的44.43%下降为32.47%,木本植物(乔木和灌木)由蓄水前的23.71%下降到15.15%,灌木已不再是优势植物生活型;(2)消落带形成初期(2008-2010年),植物种类连续3年呈下降趋势,一些物种如狗牙根(Cynodon dactylon)、苍耳(Xanthium sibiricum),在连续几次高强度的淹水后竞争优势表现明显;(3)消落带物种多样性随着高程的升高而增加,其中物种丰富度指数呈指数上升趋势,低高程区158 m处为8,中高程区164 m处为10,高高程区170 m处则达到13,而Shannon指数则呈S形增长趋势,其两个拐点分别出现在150和171 m处。由于三峡水库消落带刚形成8年,这种时空变化趋势及其原因还有待于进一步研究。     

水蓼对水淹胁迫的耐受能力和形态学响应

水蓼(Polygonum hydropiper)是一种分布于三峡地区消落带的常见分布种之一,通过模拟4～5月的水淹节律,测定了水蓼对水淹的适应能力和形态学的响应机理.结果表明,在所有的水淹时间胁迫处理下,水蓼均能保持100%的存活率,并能正常开花结果.该植物主要是通过叶片形态的变化和不定根的形成来适应水环境的变化.水淹初期阶段植株叶片的长与宽及叶片的平均面积有显著下降,但随着植株不定根的不断形成与生长,植株叶片的形态可恢复到正常状态.水淹对植株的株高、分枝数、分枝长、节间距都没有显著影响,表明植株形态整体不会受到水淹的影响.而植物根、茎、叶的生物量虽在不同处理之间有所变化,但是都没有达到显著水平,不定根的生物量差异在各处理之间显著.说明水蓼在形态学上对水淹有着适应机制且具有较强耐水淹能力.结合三峡库区消落带未来水位变化的情况,认为水蓼将能适应三峡水库消落带生态环境变化而生存在消落带,并可用于三峡水库退化消落带的生态治理.     

三峡水库峡谷地貌区消落带优势植物种群生态位

采用相邻格子法布设样方,对三峡水库峡谷地貌区海拔155~181 m的植被进行调查。以植物重要值为指标筛选消落带优势植物,并计测消落带优势植物和非消落带同种植物的生态位宽度、生态位相似性比例和生态位重叠值。通过消落带与非消落带比较,研究消落带优势植物种群的生态位特征及形成机制,为消落带植被恢复和重建中适生植物筛选及植物种的科学配置等提供理论依据。结果表明:(1)经历多次水库水位涨落后,消落带出现了10种优势植物,这些植物生态位宽度的大小排序是:鳢肠、毛马唐、鬼针草、狗尾草、稗、金色狗尾草、苍耳、狗牙根、香附子、水蓼;消落带上生态位相似性比例较大的种对是:毛马唐-稗、鳢肠-苍耳、鬼针草-水蓼;生态位重叠值较大的种对是:鬼针草-水蓼、鳢肠-苍耳、狗牙根-香附子、毛马唐-稗。生态位宽度大的植物种,与其他植物种的生态位相似性比例和生态位重叠值也大。(2)消落带优势植物生态位相似性比例大于0.5的占51%,非消落带的同种植物仅占31%;消落带优势植物种间生态位重叠值大于0.5的占67%,非消落带的同种植物仅占44%。消落带大多数优势植物的生态位宽度、生态位相似性比例以及生态位重叠值较高,反映出消落带优势植物间的生态位分化程度较低,种间竞争较为激烈,群落的稳定性较差。(3)不同植物的生物学特性以及对水陆交替变化环境的适应能力和生境的稳定程度,是导致消落带优势植物和非消落带同种植物生态位特征出现差异的主要原因。     

三峡水库消落区模拟水淹对4种草本植物生长的影响

通过对狗牙根(Cynodon dactylon)、香附子(Cyperus rotundus)、芦苇(Phragmites australis)和羊茅(Festuca ovina)等4种草本植物在长江实际水域进行模拟水淹试验,水淹深度为5 m、10 m、15 m、20 m和25 m,水淹时间为180 d,出水恢复时间为50 d,观测其水淹期间以及出水后盖度的变化,揭示不同水淹条件对4种试验植物生长的影响,从而进一步探讨每种植物在三峡水库消落区植被修复过程中适宜种植的高程。结果表明:水淹导致植株盖度下降,水淹深度越低盖度下降越显著;出水后,除香附子和芦苇在深度为25 m的处理组不能进行恢复生长外,其余皆能恢复生长,但随着水淹深度的加深,越难恢复至淹前水平;各适生植物在消落区的适宜生存范围和最适生存范围:狗牙根和羊茅,175 m～150 m和175 m～155 m;芦苇,175 m～155 m和175 m～160 m;香附子,175 m～155 m和175 m～165 m。     

三峡库区狗牙根对深淹胁迫的生理响应

选取三峡库区自然消落带野生狗牙根(XC)和非消落带野生狗牙根(FC)为研究对象,采用三重复裂区设计试验,主区为两品种,副区为6个不同深度水淹处理(0,1,2,5,10m和15m),分析了各处理植株几种酶活性和碳水化合物含量的变化情况.结果显示:①不同生境狗牙根受深淹胁迫后,丙二醛(MDA)都呈递增趋势,表明狗牙根在深淹胁迫下受到了不同程度的膜脂过氧化伤害,且随胁迫程度的增加受伤害增大.②超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和醇脱氢酶(ADH)活性较对照都有所增加;XC处理POD和SOD的最大值出现在5m深水淹处理,而FC出现在2m深处理,且XC 5米深淹处理GR值较对照和其他处理明显大;各受淹处理地下茎可溶性糖含量和淀粉含量都保持在较高水平.③从抗氧化酶活性和ADH活性的变化规律,以及淹水胁迫下植株的能量代谢情况,初步得出XC与FC都具有一定的耐淹性,且XC较FC具更耐深淹的能力,表明狗牙根作为禾本科植物遗传上具有一定的耐淹性,自然消落带狗牙根因长期生长于水淹胁迫环境,耐淹能力得到了进一步强化.从狗牙根对深淹胁迫的生理响应上,证明狗牙根是宜用于三峡水库消落带植被恢复的物种.     

三峡库区9种植物种子萌发特性及其在植被恢复中的意义

三峡大坝蓄水后形成的库区消涨带面临植被消亡、生态退化等问题。为了筛选出适用于库区消涨带植被恢复的植物, 将9种1年生植物种子放置在库区消涨带不同海拔进行水淹(W 165-8 m, 121 d;W 155-18 m, 230 d;W 147-26 m, 271 d), 然后在实验室条件下进行萌发, 研究在消涨带淹水胁迫下这些种子的萌发特性。结果表明: (1) 除马唐(Digitaria sanguinalis)、小蓬草(Conyza canadensis)、金色狗尾草(Setaria glauca)种子在各条件下萌发率都较低外, 不同水淹条件对萌发率影响不同: 与新鲜种子相比, W 165水淹后, 旱稗(Echinochloa hispidula)和婆婆针(Bidens bipinnata)种子萌发率显著上升, 其余种子萌发率均显著下降; W 155水淹后, 所有种子的萌发率都显著下降且只有鱧肠(Eclipta prostrate)、黄花蒿(Artemisia annua)、合萌(Aeschynomene indica)3个物种有萌发, 萌发率分别为11.0%、7.3%和2.7%; W 147水淹后, 旱稗和婆婆针种子萌发率显著上升, 鱧肠种子无显著差异, 其余种子萌发率显著下降。(2) 鱧肠、黄花蒿、婆婆针和旱稗种子比其它物种更耐水淹。W 165水淹后, 鱧肠、黄花蒿、婆婆针、旱稗种子萌发率分别为44.7%、42%、20.7%和4.3%, W 147水淹后分别为76.3%、23%、15%和26.3%, 高于其他物种。(3) 水淹后种子萌发时间格局也受到影响, 大部分种子起始萌发时间推迟、萌发速度变慢。鱧肠、黄花蒿、婆婆针和旱稗的种子对三峡库区消涨带的水淹胁迫具有一定的适应能力, 可根据它们对水淹条件适应能力的差异在消涨带不同海拔高度进行植被恢复。     

长期水淹条件下香根草(Vetiveria zizanioides)、菖蒲(Acorus calamus)和空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)的存活及生长响应

人工构建三峡库区消落区植被是控制消落区水土流失、保护消落区生态环境的重要措施,选择能够耐受长时间完全水淹的植物物种是该措施实施的关键.为了验证香根草、菖蒲、空心莲子草能否用于消落区植被的构建,实验模拟消落区的长期完全水淹条件,设置30d、60d、90d、120d、150d和180d等6个完全水淹时间水平,研究了3种植物在完全水淹条件下生长、生物量积累及存活状况.结果发现:(1)3种植物在经受长时间的完全水淹后有较高的存活率,180d全淹处理后,香根草、菖蒲和空心莲子草的存活率分别为87.5%、100%和50%.(2)这3种植物有不同的水下生长能力.全淹条件下,香根草生长缓慢,几乎没有产生新的叶片,总叶长也没有显著变化;菖蒲能够持续产生较对照植株更为细长的叶片,空心莲子草只在水淹初期(30d内)能够快速伸长地上部分的枝条,并迅速产生新叶片,但随水淹时间的延长,总枝条长及总叶片数没有再显著增加.(3)与对照植株相比,全淹处理抑制了3种植物总生物量的增加,但对3种植物的地上、地下部分生物量抑制程度不同.全淹条件下,香根草的地上部分和地下部分生物量与水淹0d水平(水淹处理开始前一天,下同)相比无显著变化,根冠比高于对照植株;菖蒲的地上部分生物量随水淹时间延长而降低,但却高于对照植株,地下部分生物量始终低于水淹0d水平,根冠比低于对照植株;空心莲子草的地上部分生物量与水淹0d水平相比无显著差异,但地下部分生物量与水淹0d水平相比大幅降低,根冠比低于对照植株.结果表明,这3种植物都有很强的水淹耐受能力,可应用于三峡库区消落区植被的构建.同时,发现植物对长期完全水淹的耐受能力很大程度上与植株在水下的生长情况及植株的营养储备水平相关,剧烈的水下生长会消耗大量的营养储备,进而造成植株存活率降低.植株在全淹条件下有限的生长能力及丰富的营养储备可能是耐淹物种的重要特征.     

Natural variation of submergence tolerance among Arabidopsis thaliana accessions

? The exploitation of natural variation in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) provides a huge potential for the identification of the molecular mechanisms underlying this variation as a result of the availability of a vast array of genetic and genomic resources for this species. Eighty-six Arabidopsis accessions were screened for natural variation in flooding tolerance. This forms the first step towards the identification and characterization of the role of candidate genes contributing to flooding tolerance. ? Arabidopsis accessions at the 10-leaf stage were subjected to complete submergence in the dark. Survival curves were plotted to estimate median lethal times as a measure of tolerance. Flooding-associated survival parameters, such as root and shoot oxygen content, initial carbohydrate content and petiole elongation under water, were also measured. ? There was a significant variation in submergence tolerance among Arabidopsis accessions. However, the order of tolerance did not correlate with root and shoot oxygen content or initial amounts of shoot starch and total soluble sugars. A negative correlation was observed between submergence tolerance and underwater petiole elongation. ? Arabidopsis accessions show considerable variation in the ability to tolerate complete submergence, making it a good species in which to identify and characterize genes and to study mechanisms that contribute to survival under water.     

The key regulator of submergence tolerance,SUB1A,promotes photosynthetic and metabolic recovery from submergence damage in rice leaves

The submergence‐tolerance regulator, SUBMERGENCE1A (SUB1A), of rice (Oryza sativa L.) modulates gene regulation, metabolism and elongation growth during submergence. Its benefits continue during desubmergence through protection from reactive oxygen species and dehydration, but there is limited understanding of SUB1A's role in physiological recovery from the stress. Here, we investigated the contribution of SUB1A to desubmergence recovery using the two near‐isogenic lines, submergence‐sensitive M202 and tolerant M202(Sub1). No visible damage was detected in the two genotypes after 3 d of submergence, but the sublethal stress differentially altered photosynthetic parameters and accumulation of energy reserves. Submergence inhibited photosystem II photochemistry and stimulated breakdown of protein and accumulation of several amino acids in both genotypes at similar levels. Upon desubmergence, however, more rapid return to homeostasis of these factors was observed in M202(Sub1). Submergence considerably restrained non‐photochemical quenching (NPQ) in M202, whereas the value was unaltered in M202(Sub1) during the stress. Upon reaeration, submerged plants encounter sudden exposure to higher light. A greater capability for NPQ‐mediated photoprotection can benefit the rapid recovery of photosynthetic performance and energy reserve metabolism in M202(Sub1). Our findings illuminate the significant role of SUB1A in active physiological recovery upon desubmergence, a component of enhanced tolerance to submergence.     

The beneficial effect of reduced elongation growth on submergence tolerance of rice

Adverse effects of elongation growth on tolerance to completesubmergence for up to 14 d were evaluated in rice seedlingsof cultivars which differed in submergence tolerance. Thereis a good negative correlation between per cent survival andelongation growth of genotypes during complete submergence (r= – 0.81). When elongation growth underwater is minimizedby application of a gibberellin biosynthesis inhibitor, percent survival increases by as much as 50 times for one cultivar.These effects are likely related to elongation growth since(i) addition of gibberellin had the opposite effect by reducingsurvival, and (ii) when the elongation inhibitor and gibberellinwere added together, there was no effect on elongation growthand the per cent survival did not change. A GA-deficient mutantof rice which had little elongation ability during submergenceshowed a high level of submergence tolerance when plants weresubmerged at equal initial dry weights and carbohydrate levelsrelative to a submergence-tolerant cultivar. These results areconsistent with the hypothesis that elongation growth competeswith maintenance processes for energy and hence reduces survivalduring submergence. The impact of these findings is that inenvironments where elongation ability is not required, thereis a potential to increase submergence tolerance of agriculturallyimportant cultivars by selecting for least elongation, at leastduring periods of complete submergence. Furthermore, this trade-offbetween stimulated elongation growth and submergence tolerancewill have important ecological consequences for the distributionof plant species in different flood-prone environments. Key words: Gibberellin, growth, Oryza sativa, rice, submergence     

Submergence tolerance of rice – A new glasshouse method for the experimental submergence of plants

A new method is described for evaluation of submergence tolerance of rice ( Oryza sativa L.) plants. Responses of a range of cultivars corresponded with known differences in field performance. The method 1) allows fast and effective determination of submergence tolerance, 2) allows screening of many plants in a small glasshouse area, 3) provides for recovery of superior plants for seed collection, 4) allows manipulation of many environmental variables to mimic the natural submergence environment, and 5) uses simple, inexpensive, readily available equipment. Physiological studies performed with this method gave results similar to those obtained from field studies and showed that submergence tolerance increased in older plants; it decreased with increasing depth, increasing temperature and with high or low light levels. The system is ideal for the rapid evaluation of rice germplasm under controlled conditions and physiological studies on the mechanism of rice submergence tolerance.     

A major locus for submergence tolerance mapped on rice chromosome 9

Submergence stress is a widespread problem in rice-growing environments where drainage is impeded. A few cultivars can tolerate more than 10 days of submergence, but the genes conferring this tolerance have not been identified. We used randon-amplified polymorphic DNA (RAPD) and restriction fragment length polymorphism (RFLP) markers to map submergence tolerance in 169 F₂ plants and the resulting F₃ families of a cross between a tolerant indica rice line, IR40931-26, and a susceptible japonica line, PI543851. IR40931-26 inherited strong submergence tolerance from the unimproved cultivar FR13A. Eight-day old F₃ seedlings were submerged for 14–16 days in 55-cm deep tanks, and tolerance was scored after 7 days recovery on a scale of 1 (tolerant) to 9 (susceptible). The tolerant and susceptible parents scored 1.5 and 8.4, respectively, and the F₃ means ranged from 1.6 to 8.9. Two bulks were formed with DNA from F₂ plants corresponding to the nine most tolerant and the nine most susceptible F₃ families. Of 624 RAPD primers used to screen the bulks, five produced bands associated with either tolerance or susceptibility. These markers were mapped to a region of chromosome 9 by linkage to RFLP markers. A submergence tolerance quantitative trait locus (QTL), here designatedSub1, was located ca. 4 cM from the RFLP marker C1232 and accounted for 69% of the phenotypic variance for the trait.