根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落;反之,根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制,是生命科学研究关注的热点,也是农业微生物利用的关键问题。近期,中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究,发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落,且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用,促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础,展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

水稻典型品种日本晴和IR24根系微生物组的解析

植物的各项生命活动与其根系微生物组密不可分,且根系微生物组的组成易受到植物生长环境和基因型的影响。为进一步探究中国北方地区种植的不同品种水稻根系微生物组的差异及其相互作用机制,本研究以种植于北京昌平和上庄农场的水稻典型品种日本晴(Nipponbare)和IR24为研究对象,基于16S rRNA基因扩增子测序技术获得根系微生物组序列,利用多样性分析、组成型分析、机器学习的随机森林和网络分析等方法,对旺盛生长期的两种不同品种的水稻根系微生物组进行详细比较。研究发现,种植地点和水稻基因型显著影响了水稻根系微生物组的群落结构,不同基因型导致了根系微生物组在物种分类组成上以及细菌间相互关系的差异,而且根系微生物组能作为生物标记跨地点区分宿主的基因型。本研究结果为深入理解我国北方种植的水稻根系微生物组的组成规律以及从根系微生物与植物互作的角度对品种进行改良提供了数据和理论基础。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落; 反之, 根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制, 是生命科学研究关注的热点, 也是农业微生物利用的关键问题。近期, 中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究, 发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落, 且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用, 促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础, 展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

水稻籼粳杂交试管受精的研究

水稻离体试管受精虽有籼稻品种间(张廷壁1983)和粳稻品种间(岳绍先等1986)的杂交获得成功,但籼粳稻亚种间的杂交尚未见报道。我们在这方面作了初步试验,获得成功。供试材料有6个籼稻品种(万利籼、79-1163、85B-181、广陆矮四号、紫稻、新银糯)和5个粳稻品种(喜峰、1002118、辛实、日本晴、85-287)。配成7个组合、每个组合设置4个处理①正交:以籼稻为母本授以粳稻父本的花粉。②反交:以粳稻为母本授以籼稻父本的花粉。③     

基于根际与凋落物际评价转Bt水稻对土壤线虫群落的影响

转基因作物在商业化推广前,有必要评价其对非靶标土壤生物的生态影响。根系和凋落物与土壤的界面是代表植物直接影响土壤的两个典型活性微域,即根际和凋落物际。基于室内盆栽实验构建水稻根际和凋落物际,比较了这两个高活性微域中转Bt水稻克螟稻(KMD)与亲本水稻秀水11(XSD)对土壤可利用资源、微生物学性质和线虫群落的影响。结果表明:转Bt水稻对土壤性质的影响依赖于水稻生育期和微域的变化。与XSD相比,KMD在苗期和拔节期显著提高了凋落物际土壤可溶性有机氮含量(P0.05);在苗期显著降低了凋落物际土壤铵态氮含量,但在成熟期显著提高了凋落物际与交互微域土壤的铵态氮含量(P0.05)。与亲本水稻相比,转Bt水稻分别在苗期和成熟期显著提高了凋落物际土壤微生物生物量碳和活性,而在拔节期和成熟期显著降低了根际土壤微生物生物量氮含量(P0.05)。微域间的交互作用显著影响土壤微生物生物量、可溶性有机碳和氮、线虫总数和各食性线虫的数量(P0.05)。转Bt水稻总体上降低了土壤线虫总数,尤其在苗期和拔节期的凋落物际土壤中达到显著水平。重复测量方差分析表明转Bt水稻显著影响土壤食细菌(P0.01)和食真菌(P0.05)线虫数量,及线虫群落的通道指数和富集指数。水稻收获后KMD秸秆的Bt蛋白含量显著高于亲本,全部KMD处理的土壤样品中Bt蛋白含量无显著变化,因而转Bt水稻对土壤生物学性质的影响可能并非来源于Bt蛋白的作用,而更可能来自于水稻生长性状和凋落物性质的差异。     

籼稻原生质体培养和植株再生

用籼稻IR52、IR8和IR45的幼花序和幼胚愈伤组织在LS培养基建立了稳定的悬浮培养物。悬浮系的建立经历三个阶段:褐变期,长根期,成熟期。建立了适合籼稻原生质体生长的Y8培养基,其植板率显著高于KPR和PCM培养基。悬浮细胞系间差异明显,只有部份系可以提供有分裂能力的原生质体或具看护活性。以上三个品种的原生质体均分裂良好,但只有IR52和IR8分化出苗,其中IR52分化率1.25%,得再生植株50余株,移至田间生长结实正常。     

水稻新品种测试的标准品种DNA指纹图谱多样性分析

以植物新品种特异性、一致性和稳定性(DUS)测试指南中选定的49个水稻标准品种为材料,采用农业行业标准(NY/1433-2077)中推荐的24对水稻SSR引物进行DNA指纹图谱构建和遗传多样性分析。结果表明,24对SSR引物在19个籼稻和30个粳稻品种中分别检测到141和156个等位变异,平均每对引物可以检测到5.88(籼稻)和6.50(粳稻)个等位变异;籼、粳稻类群中24对SSR引物的平均Shannon's多样性指数分别为1.5141(1.0460~1.9959)和1.4389(0.4677~2.4503);经聚类分析后,籼、粳稻群体内品种间的相似系数分别介于0.45~0.81和0.36~0.76,取相似系数0.72为阈值,可将19个籼稻和30个粳稻品种分别分为16类和28类。由此可见,本研究的49个品种的遗传多样性丰富。结合形态性状和基因型聚类分析结果,可将现有的49个水稻DUS测试标准品种减少到46个。     

栽培稻种质资源的深根比鉴定评价北大核心CSCD

干旱是水稻生产中最严重的非生物胁迫,增强根系对深层土壤水分的吸取能力是提高水稻抗旱性的重要育种目标。为筛选优异抗旱稻种资源,本研究对2234份栽培稻种质资源进行了以深根比为鉴定指标的避旱性鉴定评价,在水分梯度抗旱大棚中对131份具有不同深根比的种质进行了孕穗期抗旱性鉴定评价。供试材料的深根比变异范围为8.6%~60.1%,平均深根比为25.8%,47.2%材料的深根比集中在20%~30%之间,25.2%材料的深根比低于20%,深根比超过40%的高深根比种质仅占6.1%;国外材料中高深根比种质比例达到了24.4%,其次是上海(17.9%)和湖南(15.6%),广东、贵州和广西的高深根比种质比例均低于1%;地方品种的深根比略高于育成品种(系),地方品种的高深根比种质比例也高于育成品种(系);粳稻深根比高于籼稻深根比,粳稻中高深根比种质比例是籼稻的3.6倍;在籼稻种质中,湖南籼稻材料中高深根比种质比例较高,而广东、广西和贵州等省的籼稻种质中都只有1份高深根比种质。孕穗期抗旱性鉴定结果显示,高深根比种质中的高抗旱材料比例是低深根比材料的3.2倍、是中等深根比材料的2.0倍。综合分析干旱胁迫和正常水分条件下的结实率以及两种情况下的每穗粒数比值和结实率比值等抗旱性鉴定指标,筛选获得26份抗旱性优异材料,可作为水稻节水抗旱育种优良亲本和应用于抗旱基因挖掘。     

基于加权共变化网络分析水稻根系微生物群落间的差异

为了解水稻根系微生物群落间的差异,比较水稻根内、根表以及根际3个生态位微生物群落组成差异;探究水稻根系生态位之间、变化种群间的相互关系;以期为今后水稻根系微生物研究提供具有参考价值的依据.本研究利用WGCNA算法对水稻根系3个生态位的微生物群落数据分别构建共表达网络,找出根内、根表以及根际微生物群落间的差异网络,以网络为单位比较分析不同生态位间微生物群落的差异,并基于共变化网络分析进一步探究差异种群间的相互关系.通过WGCNA算法对水稻根系3个生态位的微生物群落进行共表达网络分析,结果发现:在水稻根内-根表-根际3个生态位间,微生物群落构成的共表达互作网络存在差异.进一步分析3个生态位间差异网络,发现根际-根表差异网络中的OTUs分布于6个门18个属中,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,72.97％);在根际-根内差异网络中的OTUs分布于9个门35个属,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,66.36％)、放线菌门(Actinobacteria,9.09％)、拟杆菌门(Bacteroidetes,10.9％);根表-根内差异网络中的OTUs分布于12个门36个属中,其中优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,41.41％)、拟杆菌门(Bacteroidetes,10.10％)、厚壁菌门(Firmicutes,12.12％)、疣微菌门(Verrucomicrobia,10.10％).Rhodobacter、No-vosphingobium等3个核心菌属、Blvii28、Dechloromonas等6个核心菌属和Cellvibrio、Geobacter等5个核心菌属,分别在根际-根表差异种群微生物共变化网络、根际-根内差异种群微生物共变化网络和根表-根内差异种群微生物共变化网络中起重要的调控作用.     

土壤环境下的根际微生物和植物互作关系研究进展

植物根系、土壤、根际微生物以及根际范围内其他因子等组成了根际微生态系统,在根际微生态系统中的不同组分之间存在着广泛的相互作用,其中以根系-土壤-微生物之间的相互作用网络最为复杂,同时也对整个根际系统的稳定和发展有着至关重要的影响.综述了近年来国内外对于土壤环境中根际互作关系研究的进展,探讨了土壤环境对植物和根际微生物群...     

长江下游不同类型水稻分蘖期耐淹能力比较

在分蘖期对长江下游稻作区主栽的9个水稻品种进行大田模拟没顶淹涝处理,研究淹涝胁迫对水稻植株农艺性状、生理指标和产量性状的影响,比较分析了常规粳稻、杂交籼稻和杂交粳稻对淹水胁迫环境适应性的差异.结果表明:淹水胁迫4d后,水稻株高及顶部全展3片叶长均比对照有不同程度的增加,伸长程度为杂交粳稻＞杂交籼稻＞常规粳稻.杂交粳稻的茎蘖数、绿叶数和地上部干质量损失率分别为18.0％、41.4％、13.2％,显著小于常规粳稻;杂交籼稻则介于杂交粳稻和常规粳稻之间,且整株死亡率显著低于常规粳稻.常规粳稻叶片中丙二醛(MDA)含量比对照增加1.91 μmol·g-1 FM,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性明显降低;杂交粳稻和杂交籼稻MDA含量分别降低2.32和2.10 μmol·g-1 FM,SOD和CAT活性显著提高.不同类型品种的减产程度差异显著,常规粳稻的产量损失率达到38.5％,显著高于杂交粳稻和杂交籼稻,杂交粳稻产量损失率仅为4.1％.长江下游水稻分蘖期的耐淹涝能力为杂交粳稻强于杂交籼稻,常规粳稻的耐淹能力最低.     

水稻籽粒直链淀粉含量的生态模型研究

在中国、日本和泰国不同生态环境下进行了多品种籼稻和粳稻的种植试验,通过分析水稻籽粒直链淀粉含量与纬度、海拔、温度、太阳辐射等气候生态因子的相互关系,确立了影响水稻籽粒直链淀粉积累的主要气候因子函数,并使用权重系数进一步修订各个气候生态因子对籽粒直链淀粉的作用,构建出基于生态效应(综合气候因子函数)的水稻籽粒直链淀粉含量预测模型.利用不同年份、不同生态点和不同品种类型的试验资料对所建模型进行了检验,籼稻和粳稻籽粒直链淀粉含量的预测误差(RMSE)平均分别为0.4%和0.5%;籼稻和粳稻种植区的预测误差(RMSE)平均为0.39%和0.50%,表明模型具有较好的预测性和实用性.     

不同水稻品种对稻纵卷叶螟生长发育、存活、生殖及飞行能力的影响

系统研究了稻纵卷叶螟在6种不同水稻品种(常规粳稻武育粳3号,杂交粳稻宁粳1号,常规籼稻TN1,杂交籼稻汕优63,超级杂交籼稻两优培九,超级杂交籼粳稻甬优9号)上取食后的发育历期、存活率、卵巢发育进度、繁殖力和飞行能力.结果表明,武育粳3号和宁粳1号能显著延长稻纵卷叶螟未成熟期的发育历期,降低其存活率,延缓卵巢发育进度,降低成虫繁殖率,并提高成虫的飞行能力;不同水稻品种间的影响存在显著差异,其影响从大到小排列为杂交粳稻＞常规粳稻＞常规籼稻＞杂交籼稻＞超级杂交稻.这说明,幼虫期营养对稻纵卷叶螟的生长发育、存活、生殖和飞行能力具有显著影响.     

连作障碍与根际微生态研究 Ⅰ. 根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低。许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用。本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素(土壤空气、湿度、养分与微生物)、活性物质(自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素)、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示。     

云南栽培稻种SSR 遗传多样性比较

采用64个SSR标记对96份云南水稻(Oryz a sativa)地方品种和选育品种的遗传多样性进行比较分析。结果发现64个标记都具有多态性, 共检测到741个等位基因, 每个多态性位点检测到的等位基因数为2-29个, 平均11.57个; Nei基因多样性指数(He)范围在0.345(RM321)-0.932(RM1)之间, 平均为0.56。水稻品种的遗传多样性并非按地理位置均匀分布, 而是在相 似系数为0.17的水平上明显分为2个不同类群, 即籼稻类群和粳稻类群, 且籼粳亚种间的SSR多样性差异不明显, 籼稻平均等位基因数(Ap)和Nei基因多样性指数(Ap=10.6, He=0.46)与粳稻品种(Ap=10.7, He=0.48)十分接近, 可能与这些品种间存在一定频率的基因交流有关。糯稻和非糯稻在籼稻群和粳稻群中都有表现, 没有特别的分布规律。云南栽培稻选育品种与地方稻亲缘关系较近, 其遗传基础可能来源于云南水稻地方品种。本研究结果表明, SSR标记能较好地区分云南栽培稻品种, 且云南水稻地方品种遗传多样性丰富, 存在大量的优质性状可供育种实践选择。     

镉对水稻种子萌发的影响

以不同类型的319个水稻品种为研究对象,研究了10 mg·L^-1 Cd²⁺处理对水稻种子萌发的影响.结果表明:Cd²⁺对种子发芽率影响较小,对根系生长的影响显著,且大于对芽生长的影响;不同类型水稻种子萌发对Cd的响应差异较大,敏感顺序为粳稻>籼稻>杂交稻;两系不育系根系长度和根系数量受Cd的抑制程度显著高于三系.应用快速聚类方法,可以将参试品种划分为耐受型、中间型和敏感型3种不同的敏感类型.     

中国科学家绘制籼稻高质量参考基因组序列图谱

2005年多国合作的国际水稻(Oryza sativa)基因组测序项目绘制了粳稻(O.sativa subsp.japonica)品种日本晴的参考基因组序列。最近,中国科学家发布了2个籼稻(O.sativa subsp.indica)品种(明恢63和珍汕97)的高质量参考基因组序列,为籼稻的功能基因组学研究和分子育种应用提供了便利。     

水稻线粒体特异序列在细胞质多态性鉴定中的应用

为了开发一套用于水稻细胞质多态性鉴定的分子标记,本研究通过对已测序的4个水稻线粒体基因组CW-CMS、LD-CMS、Nipponbare和9311线粒体基因组进行比较分析,获得55个大于100 bp的线粒体特异序列,并开发出一套水稻线粒体特异序列分子标记。该套分子标记稳定可靠,在对随机选择的23个水稻品种的线粒体组型鉴定中,共有24个线粒体特异标记扩增出多态性,使用UPGMA法聚类分析,在相似系数为0.46,可以将23水稻品种分为2大类群,其中第一大群可分为两个小类群,类群Ⅰ为粳稻聚类群,该类群大部分为粳稻品种,同时也有2个籼稻品种,推测这两个品种细胞质来源于粳稻;类群Ⅱ包含两个籼稻品种,与粳稻的细胞质亲缘关系较近;而第二大聚类群全部为籼稻品种,大部分品种间多态性丰富。因此,该套水稻线粒体特异序列标记可用于水稻细胞质多态性鉴定分析,同时该类型分子标记的开发对于其他物种的细胞质多态性鉴定具有指导意义。     

小麦根系异养细菌生态分布的研究

植物自身是一个强有力的生态因子,它选择着一定种群的微生物在其根系定殖繁育。根际微生物的数量和种类,不仅因寄主植物的种类而有差异,同时亦与植物的生长状况和发育阶段甚为相关。在植物根系和根际微生物之间,二者紧密连结相互影响。当根的分泌物和脱落物多时,根际微生物的发育量也最大,在植物的根际形成一个旺盛的生物活动区,强烈地影响植物的生长发育。多年以来,国内外许多研究者曾为之瞩目,对两者的相关性研究颇为重视。曾经对小麦,水稻等根际微生物的优     

稻瘟病抗性基因Pita和Pib在我国水稻主栽品种中的分布

主效抗稻瘟病基因Pita和Pib在我国很多稻区表现高水平的稻瘟病抗性,被广泛应用于我国的水稻育种和生产.但这2个基因在国内主栽品种中的分布及利用情况一直缺乏详细的资料,致使育种利用上存在着盲目性.本研究利用源于Pita和Pib基因本身的特异性分子标记,结合稻瘟病菌接种鉴定,检测和分析了我国58份水稻主栽品种(杂交稻亲本)的Pita和Pib抗性基因型.结果表明,特籼占25、佳禾早占、密阳46、测64-7等4个籼稻品种携带Pita和Pib 2个基因;籼小占等4个籼稻品种(系)和早丰9号等5个粳稻品种携带抗性基因Pita;绵恢501等5个籼稻品种(系)和粳稻品种武育粳7号、辽粳454携带抗性基因Pib.