封面说明

正植物的根根部定植植着特定的的微生物物组,其组成往往往受到到土壤环境境和植物物基因因型的影响响。根系系微生物与与植物间间的相相互作用能能够影响响植物的各各项生命命活动动。水稻是是重要的的粮食作物物,我国国目前前广泛种植植的水稻稻品种包括括籼稻和和粳稻稻,二者的的根系微微生物组存存在显著著差异异。本期胡胡雅丽等等"水稻典典型品种种日本本晴和IR224根系微微生物组的解析"一文文用多样性性比较、机器学习习及网络络分析析等方法对对旺盛生生长期的日日本晴(粳稻)和IR24 (籼籼稻)的根根系微生物物组进行行了全全面比较,以期为为深入探究究水稻根根     

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。     

驯化对作物微生物组多样性和群落结构的影响及作用途径

植物与共存微生物的相互作用对植物的生长、发育、健康等具有重大影响。人类驯化导致现代作物品种与其野生祖先在生理遗传特性、生长环境等方面存在明显差异, 这必然会影响作物与其微生物组的相互作用。理解驯化对作物微生物组的影响及其作用机理, 是充分应用微生物组进行作物改良或人工育种的重要理论基础。结合课题组前期研究基础, 该文综述了驯化对作物地下和地上部分细菌和真菌(尤其是益生菌和病原菌)群落组成和多样性影响的研究现状; 并结合驯化对作物植株形态、根系构型、根系分泌物等生理特征以及生长环境的影响, 分析了驯化塑造作物微生物组的作用途径, 提出了该领域值得重点关注的研究和发展方向。     

转cry1 Ac/cpti基因水稻对土壤氨氧化细菌群落组成和丰度的影响

【背景】氨氧化细菌是驱动硝化作用的关键微生物,其群落多样性变化对土壤氮素转化具有重要意义。转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变对土壤微生物群落产生影响。【方法】本研究通过田间定位试验,利用特异引物进行PCR-DGGE（聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳）和荧光定量PCR,分析了种植转cry1 Ac/cpti双价抗虫基因水稻第3、4年土壤中氨氧化细菌群落组成和丰度的变化。【结果】水稻各生育期（分蘖期、齐穗期和成熟期）内,转cry1 Ac/cpti基因杂交稻Ⅱ优科丰8号（GM）的土壤氨氧化细菌16S rRNA基因群落组成、多样性指数与其对应的非转基因杂交稻Ⅱ优明恢86（CK）间均没有显著差异;以DGGE条带为基础的氨氧化细菌群落组成的冗余分析（RDA）显示,GM和CK的土壤氨氧化细菌群落组成只与水稻生育期存在显著相关性（P=0.002和0.018）;同时,水稻各生育期内土壤氨氧化细菌16S rRNA基因丰度在GM和CK间也没有显著差异,但均随水稻生长而变化且在齐穗期达到最高（P〈0.05）。【结论与意义】稻田土壤氨氧化细菌的群落组成与丰度在水稻不同生育期存在差异,但在转cry1 Ac/cpti基因水稻和非转基因水稻间没有显著差异,即一定时期内种植转cry1 Ac/cpti抗虫基因水稻不会影响土壤氨氧化细菌的群落组成和丰度。     

植物对土壤微生物多样性的影响研究进展

土壤微生物作为土壤中较为主要的组成部分,在一定程度上反映了微生物构成的要素,同时对植物正常的生长以及发育具有重要的作用。植物与土壤微生物之间存在着多种多样的联系,植物类型、植物多样性、植物的基因组成、植物根系的发展以及植物不同的生长状况都对土壤微生物有着重要影响。本文从土壤微生物多样性出发,针对植物对土壤微生物多样性的影响进行了研究,希望进一步促进土壤微生物的发展以及生态系统的稳定。     

水稻长日抑制基因PhyB的多样性及区域适应性初探

Phy 是在长日照条件下抑制水稻开花的关键基因,但目前对水稻PhyB基因的遗传基础还不清楚,研究其分子遗传机制,对于培育光周期适应性广的品种以及扩大水稻种植区域具有重要意义。本研究选择78份亚洲栽培稻(34份籼稻和44份粳稻)及47份野生稻进行测序,对Phy B基因的核苷酸多态性、单倍型进行分析,计算籼稻、粳稻和野生稻的遗传多样性。结果表明,Phy B基因共有28个单倍型,其中有2个高频率的单倍型分别存在于2个栽培稻亚种中。从Network图可以看出栽培稻分为2组(A组和B组),A组栽培稻包括全部的籼稻和4个粳稻个体,B组栽培稻全是粳稻品种。亲缘地理学分析发现,A、B两组栽培稻具有明显不同的地理分布格局,且A组和B组开花时间差异显著,说明Phy B基因的2个高频率单倍型在2个栽培稻亚种中具有区域适应性,Phy B基因在栽培稻中具有明显的驯化信号,随着水稻种植区域的扩大,进化出适应不同地域特有的等位基因,导致开花时间对不同地区的区域适应性及多样性。     

不同灌水量对冬小麦各主要生育期根际微生物及根系生理活性的影响

根际微生物的组成与作物的根系生长发育密切相关。在植物不同的生长发育阶段,根际微生物的数量和质量有着显著差别。不同的生态环境对作物的生长发育以及栖居于其根部的根际微生物组成和生长繁殖亦有一定的影响。根系向外界分泌的各种有机物和无机物以及根系的各种死亡组织不断脱落到根的周围,便形成了特殊的根际微生物的生态环境。关于作物根际微生物的组成及其数量的变化(例如玉米、大豆、小麦、燕麦以及水稻等)在不同施肥和耕作条件下前人已有过一些报导,但对作为重要的农业生态因子——不同水分条件下的冬小麦根际微生物组成及其生理活性的报导至今鲜为看到。本文探讨了中国科学院北京大屯农业生态     

内蒙草原不同植物功能群及物种对土壤微生物组成的影响

为了分析不同植物群落组成对内蒙古典型草原土壤微生物群落组成的影响,本研究利用植物功能群剔除处理实验平台,采用荧光定量PCR(real-timePCR)和自动核糖体间隔区基因分析(automated ribosomal intergenic spacer analysis,ARISA)技术,对不同植物功能群组成的非根际土壤和常见物种的根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构进行了分析。结果表明,在非根际土壤中,不同植物功能群组成对细菌数量有显著影响,而对真菌数量及细菌和真菌的群落结构影响不明显;在根际土壤中,不同植物物种对细菌、真菌的数量都有显著影响。此外,聚类分析表明,不同物种的根际土中细菌和真菌的群落结构也有所不同,尤其以细菌的群落结构变化较为明显。研究结果表明不同植物物种可以通过根系影响土壤微生物群落组成。     

转cry1Ac/cpti基因水稻对土壤氨氧化细菌群落组成和丰度的影响

【背景】氨氧化细菌是驱动硝化作用的关键微生物,其群落多样性变化对土壤氮素转化具有重要意义。转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变对土壤微生物群落产生影响。【方法】本研究通过田间定位试验,利用特异引物进行PCR DGGE (聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳)和荧光定量PCR,分析了种植转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻第3、4年土壤中氨氧化细菌群落组成和丰度的变化。【结果】水稻各生育期（分蘖期、齐穗期和成熟期）内,转cry1Ac/cpti基因杂交稻Ⅱ优科丰8号（GM）的土壤氨氧化细菌16S rRNA基因群落组成、多样性指数与其对应的非转基因杂交稻Ⅱ优明恢86（CK）间均没有显著差异;以DGGE条带为基础的氨氧化细菌群落组成的冗余分析（RDA)显示,GM和CK的土壤氨氧化细菌群落组成只与水稻生育期存在显著相关性（P=0.〖KG-*8〗002和0.〖KG-*8〗018）;同时,水稻各生育期内土壤氨氧化细菌16S rRNA基因丰度在GM和CK间也没有显著差异,但均随水稻生长而变化且在齐穗期达到最高（P<0.〖KG-*8〗05）。【结论与意义】稻田土壤氨氧化细菌的群落组成与丰度在水稻不同生育期存在差异,但在转cry1Ac/cpti基因水稻和非转基因水稻间没有显著差异,即一定时期内种植转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻不会影响土壤氨氧化细菌的群落组成和丰度。     

根际细菌群落结构与装配对烟草根系生长性状的影响

植物根际微生物与植物生长密切相关,但根际微生物群落如何影响根系的发育情况仍研究甚少。本研究利用16S rRNA基因高通量测序技术检测了烟草的根际细菌群落,并探究了烟草根系不同发育情况与根际微生物群落差异的关联机制。结果表明：相比不发达根系（UDR）,发达根系（WDR）的根际细菌物种的丰度和多样性均较高,Gallionella和Luteimona等属的丰度显著增加,而Edaphobaculum、PLTA13和Rhodobacter等属的丰度则显著降低（P<0.05）;UDR的分子生态网络更加复杂,且物种间相互作用强,特别是合作行为,而WDR的网络关键节点数较多,其碳循环相关网络模块数与UDR相比增加;此外,WDR的根际细菌群落装配更趋向于发育聚集,且环境过滤在其中发挥了更重要的作用。总体上,本研究结果强调了根际微生物群落的结构组成、网络变化和群落装配在植物根系的生长过程中的重要作用,为植物根际微生物生态学研究提供了理论依据。     

基因型和环境对小麦主要品质性状参数的影响

利用8个冬小麦品种（系）于2002年种植在8个不同地点的试验结果,分析了品种（系）、环境以及品种（系）与环境的互作对谷蛋白大聚合体（GMP）及其组成、面团揉混仪参数及烘烤品质等主要品质性状的影响。结果表明,基因型对GMP、高、低分子量谷蛋白亚基有显著影响,说明GMP及其组成主要受基因型控制;沉淀值、峰值时间（MPT）、8min带宽（8TW）受环境影响程度比基因型小;而品种、环境及其互作对面包体积都有显著影响。小麦品质性状间的相关系数受环境条件的影响,不同地点品质性状问的相关系数不同。品种（系）和地点的互作效应在同一品种不同地点间是不同的,即使在不利的环境下,也有表现好的品种（系）。综合考虑对烘烤品质的影响,烟台点和济麦20表现最好。因此,进行品质评价时,不同地点间不仅考虑蛋白质含量的变化,还要考虑蛋白质质量、GMP及其组成、沉淀值、中线峰值时间以及8min带宽的变化规律。     

药用植物微生物组及其与药用植物次生代谢产物的关系

药用植物是中药的原料,是中药产业的源头,其生长发育受遗传和环境等诸多因素的影响。以往研究强调植物基因型及生态因子对药用植物产量和品质的影响。近几年,随着人类微生物组研究的推进,植物微生物组作为植物整体的重要组成部分在药用植物的生长发育、品质形成甚至药效等方面的作用也日益受到重视,有关植物微生物组的多样性,微生物组在植物生长发育中的作用已有较详细的综述,而有关药用植物微生物组及其与药用植物次生代谢产物间关系的综述较少。本文重点总结了自2010年以来药用植物微生物组的研究进展,包括药用植物微生物组物种组成、功能及其与药用植物次生代谢产物产生的关系等,并对其在药用植物提质增效及其生态种植中的潜在应用进行了展望。     

锌肥对不同基因型大麦吸收积累镉的影响

对土壤添加不同Zn、Cd条件下两种基因型(Sahara和Clipper)大麦对Zn、Cd的吸收积累研究表明,在本实验条件下土壤添加Zn、Cd对植物地上部生物量没有显著影响,但土壤添加Zn抑制植物根系生长,在土壤不缺Zn情况下添加Zn<20mg·kg^-1时并没有对大麦体内Cd浓度产生显著影响;当土壤Zn添加量达到40mg·kg^-1时,植物体内Cd浓度明显降低,植物吸收Cd的总量随着土壤添加Zn的增加而显著下降,这主要是由于根系生物量的下降所致,两个基因型大麦品种Zn效率存在显著差异,但这一差异对植物吸收Cd的总量没有影响,Zn高效品种Sahara根部Cd浓度显著低于Clipper。     

环境、基因型及其互作对小麦主要品质性状的影响

  为了解环境(E)、基因型(G)及其互作(G×E)对小麦(Triticum aestivum)主要品质性状的影响效应, 连续两年进行了2组不同试验: 试验1在河南省5个不同纬度点分别种植强筋、中筋和弱筋6个小麦品种, 其品质性状的基因型差异相对较大; 试验2采用9个品种(多为中筋类型), 分别种植于我国主产麦区的8个省份, 其环境差异相对较大。研究结果表明, 2组试验中所有品质性状的基因型差异均达5%或1%的显著水平。试验2中所有品质性状的地点变异均达1%的极显著水平, 而试验1中仅蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、吸水率和延伸性的地点变异显著, 其多数加工品质性状的地点变异不显著。试验1中所以品质性状的地点×基因型互作均不显著; 而试验2中籽粒硬度、灰分、吸水率、形成时间、稳定时间和最大抗延伸阻力存在显著的地点×基因型互作。2组试验结果给我们的启示是: 1)基因型对多数品质性状的影响是第一位的, 因此生产中品种选择对获得理想的加工品质至关重要。2)地点对多数品质性状影响明显, 但其效应大小与试验的环境差异性有关。3)基因型与环境的互作效应明显小于基因型或环境主效应, 且受试验材料(基因型)与环境差异的影响。4)年际间多数品质性状有显著差异, 主要与灌浆期降雨、光照及温度条件有关; 过多降雨、较少日照时数及较低日均温对强筋小麦品质形成不利。     

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.     

水稻根系遗传育种研究进展

根系作为水稻(Oryza sativa)植株的重要组成部分,在水稻生长发育过程中发挥多种作用,包括植物的固定、水分和营养物质的获取以及氨基酸和激素的生物合成等,其形态结构和生理功能与水稻产量和稻米品质以及抗性等密切相关。目前,通过遗传及生化等诸多手段,已挖掘到较多水稻根系QTLs与控制基因。该文综述了水稻根系QTL和基因的研究进展,并对未来根系研究进行展望,以期为进一步克隆水稻根系基因和完善水稻理想株型模型提供参考。     

水稻根系遗传育种研究进展

根系作为水稻(Oryza sativa)植株的重要组成部分, 在水稻生长发育过程中发挥多种作用, 包括植物的固定、水分和营养物质的获取以及氨基酸和激素的生物合成等, 其形态结构和生理功能与水稻产量和稻米品质以及抗性等密切相关。目前, 通过遗传及生化等诸多手段, 已挖掘到较多水稻根系QTLs与控制基因。该文综述了水稻根系QTL和基因的研究进展, 并对未来根系研究进行展望, 以期为进一步克隆水稻根系基因和完善水稻理想株型模型提供参考。     

植物HSP70蛋白家族分子进化特征及其表达模式分析

植物热激蛋白HSP70(heat shock protein 70)与植物抗逆性具有密切的关系,对其深入研究将有助于揭示植物的抗逆生理过程,从而为生产上降低逆境对植物的伤害提供重要的实践指导意义。目前,在模式植物拟南芥和水稻中,HSP70蛋白家族的遗传学和生化功能研究被广泛关注,但该基因家族植物中的系统分子进化、表达模式以及功能预测方面的研究仍不完善。本研究通过收集和整理拟南芥和水稻中所有的HSP70基因序列、基因结构和染色体定位等信息,对比分析了拟南芥和水稻中HSP70家族在分子进化方面的差异;同时,从转录水平上初步分析和阐明该家族基因在植物不同组织部位和不同发育时期的表达差异和功能分化。此外,本研究还围绕花药发育的过程,细致分析了HSP70家族基因的表达变化,推测该家族在花药不同时期可能所扮演的角色。本研究为全面理解HSP70家族在单子叶和双子叶植物中的功能异同分化、以及其参与植物生殖发育过程的功能研究提供重要的科学依据。     

天冬氨酸蛋白酶在拟南芥和水稻中的分子进化、表达模式以及在花药发育中的功能分析

天冬氨酸蛋白酶(aspartic proteases,APs)是一类功能多样化的酶,参与了植物大部分生理和发育过程,但其基因家族在植物中的系统分类、分子进化以及功能方面研究仍很欠缺。本研究收集整理了拟南芥和水稻中APs基因序列、分类、基因结构和染色体定位等信息,对比分析该基因家族在拟南芥和水稻中分子进化方面的差异;利用转录组数据阐明该家族基因在不同组织部位和不同发育时期的表达差异和功能分化。此外,本文还围绕花药发育的过程,细致分析了各亚家族APs基因的表达变化,推测APs在花药发育过程中的可能功能。     

不同硅吸收效率水稻品种根系对硅素水平的响应

为明确硅对水稻根系生长发育的影响,以4个硅吸收效率不同的水稻品种（高效吸收品种TN1、白香粳和低效吸收品种卷叶粳、一目惚）为材料,采用国际水稻研究所的营养液配方水培试验,设置0(T₁)、1.25 (T₂)和2 (T₃) mmol·L^-1 3个硅素水平,研究了不同硅素水平对不同基因型水稻根系和地上部干物质量、根条数、侧根数、根总长和根直径等的影响.结果表明：随硅素水平的提高,水稻各品种均表现为根系干物质量、根冠比、侧根数和根总长逐渐减少,地上部干物质量、根条数和根直径逐渐增大.较高的硅素水平有利于水稻不定根的分化发育,而不利于侧根的分化发育.在较低的硅素水平下,硅吸收效率高的基因型水稻TN1和白香粳的根干物质量和根冠比显著高于硅吸收效率低的品种卷叶粳和一目惚,其中白香粳的侧根数和根总长均显著高于卷叶粳和一目惚.可见,根总长和侧根数是引起水稻硅素吸收差异的主要原因.