水稻抽穗后剑叶衰老过程中光合关键酶的基因表达

协优 930 8、培矮 6 4s/ 9311和汕优 6 3三个超级高产水稻品种抽穗后 ,剑叶中光合速率减小、叶绿素含量下降、SOD活力降低和MDA含量上升的幅度不同 ,显示它们开花结实过程中叶片衰老的速度不同 ,以汕优 6 3衰老最快 ,协优 930 8最慢 ,培矮 6 4s/ 9311居中。Northern杂交和免疫定量研究表明 ,汕优 6 3和培矮6 4s/ 9311剑叶rbcS(Rubisco小亚基基因 )和rca(Ru bisco活化酶基因 )mRNA的表达随抽穗后天数的增加而下降 ,而协优 930 8在抽穗后第 10天才开始下降 ;Rubisco和Rubisco活化酶蛋白含量的下降趋势与rbcS和rcamRNA的变化趋势相似。因此 ,水稻抽穗后剑叶衰老过程中光合能力的下降与光合关键酶基因(rbcS和rca)表达下降密切相关     

Effects of Nitrogen Deficiency on Gas Exchange,Chlorophyll Fluorescence,and Antioxidant Enzymes in Leaves of Rice Plants

Gas exchange, chlorophyll (Chl) fluorescence, and contents of photosynthetic pigments, soluble proteins (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBPCO), and antioxidant enzymes were characterized in the fully expanded 6^th leaves in rice seedlings grown on either complete (CK) or on nitrogen-deficient nutrient (N-deficiency) solutions during a 20-chase period. Compared with the control plants, the lower photosynthetic capacity at saturation irradiance (P _max) was accompanied by an increase in intercellular CO₂ concentration (C_i), indicating that in N-deficient plants the decline in P _max was not due to stomatal limitation but due to the reduced carboxylation efficiency. The fluorescence parameters _PS2, F_v/F_m, electron transport rate (ETR), and q_P showed the same tendency as P _max in N-deficient plants. Correspondingly, a higher q_N paralleled the rise of the ratio of carotenoid (Car) to Chl contents. However, F_v/F_m was still diminished, suggesting that photoinhibition did occur in the photosystem 2 (PS2) reaction centres. In addition, the activities of antioxidant enzymes on a fresh mass basis were gradually lowered, leading to the aggravation of membrane lipid peroxidation with the proceeding N-deficiency. The accumulation of malonyldialdehyde resulted in the lessening of Chl and soluble protein content. Analyses of regression showed PS2 excitation pressure (1 - q_P) was linearly correlated with the content of Chl and inversely with soluble protein (particularly RuBPCO) content. There was a lag phase in the increase of PS2 excitation pressure compared to the decrease of RuBPCO content. Therefore, the increased excitation pressure under N-deficiency is probably the result of saturation of the electron transport chain due to the limitation of the use of reductants by the Calvin cycle. Rice plants responded to N-deficiency and high irradiance by decreasing light-harvesting capacity and by increasing thermal dissipation of absorbed energy.     

NaCl胁迫对马齿苋光合作用及叶绿素荧光特性的影响

以马齿苋为材料,采用温室盆栽法研究了14 d NaCl胁迫处理对其幼苗生长、光合作用和叶绿素荧光特性的影响.结果显示:(1)马齿苋幼苗的鲜重和株高在25 mmol·L-1 NaCl胁迫时与对照无显著差异,但其随着NaCl浓度的继续增加均显著降低,且其生物量受到的抑制早于株高.(2) NaCl胁迫下,马齿苋幼苗叶片净光合速率(Pn)降低,胞间二氧化碳浓度(C1)增大,且两者的变化幅度随着NaCl浓度增加而增大.(3)NaCl胁迫下,马齿苋幼苗叶片的初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、恒态荧光(Fs)、恒态荧光与初始荧光差值(△F0)、PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)均降低,叶片光化学荧光猝灭系数(qP)也在NaCl胁迫下降低,而非光化学荧光猝灭系数(NPQ)则上升;在0～50 mmol·L-1NaCl胁迫下,幼苗叶片各荧光参数下降幅度小于其他高浓度NaCl胁迫.研究表明,在NaCl胁迫条件下,马齿苋幼苗叶片的光合作用受光抑制伤害,但在低浓度NaCl下能够较多地将光能用于光化学反应,光抑制程度较低,保持了较高的净光合速率,明显减轻盐胁迫对植株生长的影响,表现出一定的耐盐性.     

转C4光合酶基因水稻的CO2交换和荧光特性

用转PEPC、PPDK、NADP_ME、PEPC PPDK酶基因水稻 (OryzasativaL .)及原种为材料 ,研究了光合作用对光照、温度、CO2 的响应和光抑制条件下的叶绿素荧光特性 ,结果如下 :1.转C4 光合酶基因水稻的饱和光合速率比原种高 ,其中转PEPC、PEPC PPDK双基因水稻的光饱和点比原种高 2 0 0 μmol·m-2 ·s-1,饱和光合速率比原种分别高5 1.6 %和 5 8.5 % ;转PEPC基因水稻的羧化效率比原种高 49.3% ,CO2 补偿点降低 2 6 .2 % ;在高温 (35℃ )下 ,转PEPC基因水稻的光合速率比原种高 17.5 %。 2 .经光抑制处理 8d后 ,转PEPC、PEPC PPDK酶基因水稻的PSⅡ光化学效率 (Fv/Fm)和光化学猝灭 (qP)下降 2 0 % - 30 % ,非光化学猝灭 (qN)增加了约 30 % ;但原种的Fv/Fm 和qP下降了 5 0 %多 ,qN变化不明显 ,表明转C4 光合基因水稻耐光抑制能力增强。这些结果为用生物技术提高水稻光合效率研究提供了新的依据和途径     

水分胁迫下大丽花光合及叶绿素荧光的日变化特性

以大丽花品种‘粉西施’为试验材料,采用盆栽方法,研究了不同土壤含水量处理对‘粉西施’叶片光合及荧光特性日变化的影响。结果表明:随着水分胁迫程度的加深,大丽花叶片的Pn、Tr和Gs日平均值均降低,Ci日平均值在轻度和中度胁迫下降低,在重度胁迫下升高;在轻度和中度水分胁迫下大丽花Pn降低的主要原因是气孔限制,而重度水分胁迫下是非气孔因素;Pn在水分胁迫下的日变化曲线由单峰型变成双峰型,出现"午休"现象,且Tr和Gs在水分胁迫下的日变化曲线和Pn一致,但Ci日变化较平稳,与Pn相反。随着水分胁迫程度的加深,大丽花叶片的初始荧光(F0)日平均值升高,日变化曲线呈倒"V"型,PSⅡ反应中心可能破坏或可逆失活;Fm、Fv/Fm和ΦPSⅡ日平均值均降低,日变化曲线呈"V"型。水分胁迫使大丽花光抑制程度加深,抑制了PSⅡ的光化学活性,致使用于光化学反应的光能及实际光化学效率降低。研究结果发现,大丽花品种‘粉西施’在不同水分胁迫下都产生了光合作用的光抑制而使净光合速率降低;光合机构可适应轻度和中度水分胁迫而发生可逆失活,没有受到不可恢复的伤害,而重度水分胁迫降低了叶片的光合机构活性,加剧了光抑制程度,严重限制了光合作用;适宜大丽花生长的土壤含水量应为田间最大持水量的30%以上。     

转C4光合酶基因水稻的CO2交换和荧光特性

用转PEPC、PPDK、NADP-ME、PEPC+PPDK酶基因水稻(Oryza sativa L.)及原种为材料 ,研究了光合作用对光照、温度、CO2的响应和光抑制条件下的叶绿素荧光特性,结果如下: 1.转C4光合酶基因水稻的饱和光合速率比原种高,其中转PEPC、PEPC+PPDK双基因水稻的光饱和点比原种高200 μmol*m-2*s-1,饱和光合速率比原种分别高51.6%和 58.5%;转PEPC基因水稻的羧化效率比原种高49.3%,CO2补偿点降低26.2%;在高温(35 ℃)下,转PEPC基因水稻的光合速率比原种高17.5%.2.经光抑制处理8 d后,转PEPC、PEPC +PPDK酶基因水稻的PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qP)下降20%- 30%,非光化学猝灭(qN)增加了约30%;但原种的Fv/Fm和qP下降了5 0%多,qN变化不明显,表明转C4光合基因水稻耐光抑制能力增强.这些结果为用生物技术提高水稻光合效率研究提供了新的依据和途径.     

利用cDNA-AFLP技术分析旱作促进水稻种子根伸长过程中的基因表达

短期旱作促进水稻种子根的伸长。利用cDNA—AFLP技术分析种子根根尖在旱作条件下差异表达的基因,同时比较这些基因在种子根尖、侧根和不定根原基区的表达差异。在1640个片段中,70个在种子根根尖中受旱作诱导,其中24个被克隆并测序。2个基因分别编码丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)和腺嘌吟转磷酸核糖基酶(APRT),并用电子拼接技术获得水稻的APRT全长cDNA;另一个经cDNA末端快速扩增法延长后仍无同源序列。Northern杂交验证了这3个基因的cDNA—AFLP表达谱。这是首次报告使用cDNA—AFLP技术研究水稻根组织的差异表达基因。     

利用Ac/Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记转基因植株的方法

获得无选择标记转基因植株是进行重复转基因及消除转基因植株中标记基因潜在危害性的关键。实验采用了Ac／Ds转座子系统在水稻(Oryza sativa,L．)中进行无hpt选择标记的转基因。将含有目的基因bar的Ds元件和hpt标记基因置于同一个T-DNA中,通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)EHAl05介导将Ac-T-DNA及Ds-T-DNA分别转入到不同的水稻植株,再将单拷贝的Ac-T-DNA植株与单拷贝的Ds-T-DNA植株杂交得到同时含有Ac和Ds元件的F1植株,Fl自交产生F2后代,F2植株中转座后的Ds元件与T-DNA独立分离,在总共100株F2水稻植株中筛选得到2株只含有Ds元件插入而无hpt标记基因的转基因水稻植株。结果表明,利用Ac／Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记的转基因植株是可行的。     

镉对茶条槭和五角槭光合作用和叶绿素荧光特性的影响

以北方阔叶树种茶条槭(Acer ginnala)和五角槭(Acer mono)2年生苗木为材料,采用土壤和风化砂混合物作为盆栽基质,设置0(CK)、10、50、100、200 mg·kg-1 5种土壤镉浓度,研究了土壤镉胁迫对苗木叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:随着土壤镉胁迫浓度增加,茶条槭净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)先升后降,胞间二氧化碳浓度(Ci)则先降后升,且均在10 mg·kg-1 Cd2+时达到峰值或谷值;同时五角槭的Pn逐渐降低,Ci持续升高,Gs和Tr则先升后降且均在10 mg·kg-1 Cd2+时达到峰值.随土壤镉处理浓度的增加,茶条槭和五角槭的Fv/Fm、Fv/F0和qN均呈先升后降趋势,ΦPSⅡ则均持续下降;qP在茶条槭表现为先升后降,而在五角槭则逐渐下降.所有指标(除Ci外)在随镉浓度的变化过程中,其上升幅度均为茶条槭大于五角槭,而下降幅度则为五角槭大于茶条槭.研究发现,重金属镉通过破坏或抑制光合作用过程来影响茶条槭和五角槭的生长,高浓度镉导致的Pn下降是由非气孔限制因素所致;茶条槭对土壤镉的耐性大于五角槭,100和50 mg·kg-1 Cd2+可能分别是茶条槭和五角槭对土壤镉污染的耐受极限.     

银杏叶片衰老过程中光合生理特性及叶绿体超微结构的变化

选取自然条件下生长的雌雄银杏植株为实验材料,测定了银杏叶片在衰老过程中部分光合生理指标及叶绿体超微结构的变化。检测结果表明：银杏叶片在衰老过程中净光合速率、叶绿素含量均呈下降趋势,SOD、CAT、APX活性均先上升后下降,MDA含量则一直呈现上升趋势。叶片衰老过程中叶绿体类囊体膜片层逐渐松散,直至膜结构逐渐解体,叶绿体内油脂颗粒增大增多,最终解体。雌雄银杏植株在各项生理指标上差异不显著。     

小麦黄化突变体光合作用及叶绿素荧光特性研究

对小麦自然黄化突变体及其突变亲本(西农1718)的叶绿素含量、光合速率及叶绿素荧光动力学参数进行比较分析.结果显示:(1)突变体金黄株、绿黄株、黄绿株的叶绿素含量均显著低于突变亲本,总叶绿素含量分别为突变亲本的17%、24%和58%,表明该突变体为叶绿素缺乏突变体;3个突变体叶绿素a与叶绿素b的比值(Chl a/Chl b)均小于突变亲本,而且突变体叶绿素含量越低,Chl a/Chl b比值越小,说明该突变体Chl a下降幅度大于Chl b.(2)金黄株净光合速率在孕穗期、开花期仅为突变亲本的5.7%、2.4%;绿黄株净光合速率显著低于突变亲本,为突变亲本的57.7%、43.3%;而叶绿素含量仅为突变亲本一半的黄绿株,其净光合速率接近突变亲本,表明该黄化突变体叶绿素含量在一定范围内单位叶绿素含量的光合效率较高.(3)突变体Fo均显著低于突变亲本;金黄株、绿黄株的Fm,Fv,qP,qN显著低于突变亲本;金黄株Fv/Fm比值(0.671)显著低于突变亲本.研究表明,叶绿素含量在一定范围内减少,未引起突变体叶绿素荧光动力学参数(Fo除外)显著改变,而当叶绿素含量较大程度减少时,这些荧光参数会急剧降低.     

无载体主干序列的bar和cecropin B 基因表达框共转化水稻

基因枪等直接转化法可将去除质粒载体主干序列的外源基因表达框导入植物基因组,消除质粒主干序列对植物基因组的影响,同时由于转基因分子较小,比较容易实现多个基因的共转化,在植物基因工程育种上有重要的应用价值,研究了基因枪介导外源基因表达框（包括启动子、基因开放阅读框和终止子）转化水稻的影响因素和转基因的整合模式,结果表明：（1）基因枪介导外源基因表达框转化水稻的频率约在0.1%～0.5%之间,非选择标准基因与选择标记基因的共转化频率约为50%～60%,增加基因表达框DNA浓度可提高转化率。相同基因构建物对不同品质水稻的转化率不同,基因构建物的侧边序列对基因枪转化的品种差异可能具有重要影响。（2）非选择标记基因cecropin B表达框在水稻基因组内整合模式简单,仅有1～3个拷贝;筛选标记基因bar表达框却比完整质粒转化后的整合模式复杂得多,插入拷贝数在4～14个之间,线形基因表达框的游离DNA末端和CaMV 35S启动中子重组热点介导的转基因重组可能是导致bar基因表达框复杂整合的重要原因。     

田间大豆叶片成长过程中的光合特性及光破坏防御机制

田间大豆叶片在成长进程中光饱和光合速率持续提高,但气孔导度的增加明显滞后.尽管叶片在成长初期就具有较高的最大光化学效率,但是仍略低于发育成熟的叶片.随着叶片的成长,光下叶片光系统Ⅱ实际效率增加;非光化学猝灭下降.幼叶叶黄素总量与叶绿素之比较高,随着叶面积的增加该比值下降,在光下,幼叶的脱环氧化程度较高.因此认为大豆叶片成长初期就能够有效地进行光化学调节;在叶片生长过程中依赖叶黄素循环的热耗散机制迅速建立起来有效抵御强光的破坏.     

3种C3木本植物绿色组织C4酶活性、色素含量及叶绿素荧光参数的比较

对3种C₃木本植物丁香（Syringa meyeri）、杨树（Populus alba）、落叶松（Larix gmelinii）叶片和树枝绿色组织相关指标分析发现：3种植物叶片Chl.a+b含量均显著高于树枝,但是树枝较叶片Chl.a/b比值差异不明显（丁香、落叶松）（p>0.05）或显著高（杨树）(p<0.05)。单位叶绿素内各酶活性显示,丁香树枝PEPC、PEPCK、PPDK、NADP-ME、NADP-MDH酶活性分别是叶片的2.4、4.1、3.2、4.5和1.9倍;杨树树枝分别是叶片的2.1、15、6.3、6.3和2.8;落叶松树枝分别是叶片的6.8、6.3、4.3、4和5.5倍,而单位鲜重内各酶活性显示出的树枝与叶片的差异均小于单位叶绿素的相应结果。种间比较发现,杨树叶片和树枝5种酶活性均显著高于丁香和落叶松。树枝绿色组织内C₄酶活性普遍高于相应叶片的事实说明,木质化绿色组织内可能存在C₄酶相关的生化过程。丁香与落叶松树枝的电子传递速率、PSⅡ效率大于叶片,杨树叶片的相应值大于树枝,相关分析表明,这种高的C₄酶活性并没有显著影响叶绿素荧光参数（p>0.05）,显示出树枝绿色组织和C₃植物叶片内C₄酶对光合影响的复杂性。     

施肥与品种及其种子大小对冬小麦光合及叶绿素荧光特性的影响

以土垫旱耕人为土为供试土样,采用4个冬小麦品种、3种播种方式和4种施肥方式进行盆栽试验,研究施肥、品种和种子大小对小麦叶片光合和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:(1)在开花期和灌浆期,旗叶叶绿素相对含量(SPAD值)均为NP配施最高,其平均值分别比对照显著增加17.83%和13.01%;NP配施条件下,在开花期和灌浆期SPAD均为大粒单播较高并显著高于小粒单播;开花期和灌浆期SPAD分别以远丰998和咸农39最高并显著高于其它品种,平均比最低的白芒麦分别高17.68%和18.75%.(2)对旗叶净光合速率来说,开花期的NP配施处理比对照略有下降,而单施N和P分别比对照显著降低13.03%和23.17%,灌浆期的平均值以NP配施最高且比对照显著提高6.95%;小偃6号在开花期显著高于其余品种4.01%~6.19%(P<0.05),而白芒麦和咸农39则在灌浆期具有较明显优势,均分别显著高于其余品种约16.60%~26.91%;在开花期和灌浆期,2种单播方式平均值相近且显著高于混播方式.(3)就叶片Fv/Fm和Fv/Fo值而言,NP配施明显高于其它施肥处理,且NP均衡供应时远丰998和混播方式具有明显优势.可见,氮磷配施有利于提高各品种SPAD值、Pn以及叶片Fv/Fm和Fv/Fo比值,能有效改善植株的光合特性;施肥与品种、施肥与播种方式以及播种方式与品种存在显著交互作用,宜因种施肥.     

毛竹叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态

对福建永春毛竹(Phyllostachyspubescens Mazel ex H.de Lehaie)叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态进行了研究,并对元素内吸收率RE1(以元素的干重含量为计算单位,mg/g)、RE2(以单位叶片的元素含量为计算单位,mg/leaf)以及RE3(以单位叶面积的元素含量为计算单位,mg/cm2)进行了比较.叶片衰老过程中,平均叶重量、叶面积及比叶重分别下降了19.55%、15.16%和5.07%.叶重量与叶面积下降百分率的季节变化趋势一致,说明毛竹叶片存在一定的重量与面积比率.在不同的元素内吸收率比较中,N和K的元素内吸收率均为正,Ca均为负,表明叶片衰老过程中N和K的元素含量从衰老叶片中转移至植株的其他部位,而Ca在老叶中累积.N、P、K、Ca和Mg5种元素平均的元素内吸收率高低顺序均为RE2＞RE3＞RE1,反映出以元素的干重含量为计算单位和以单位叶面积的元素含量为计算单位的元素内吸收率偏低.     

毛竹叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态

对福建永春毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel ex H.de Lehaie)叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态进行了研究,并对元素内吸收率RE_1(以元素的干重含量为计算单位,mg/g)、RE_2(以单位叶片的元素含量为计算单位,mg/leaf)以及RE_3(以单位叶面积的元素含量为计算单位,mg/cm~2)进行了比较。叶片衰老过程中,平均叶重量、叶面积及比叶重分别下降了19.55％、15.16％和5.07％。叶重量与叶面积下降百分率的季节变化趋势一致,说明毛竹叶片存在一定的重量与面积比率。在不同的元素内吸收率比较中,N和K的元素内吸收率均为正,Ca均为负,表明叶片衰老过程中N和K的元素含量从衰老叶片中转移至植株的其他部位,而Ca在老叶中累积。N、P、K、Ca和Mg 5种元素平均的元素内吸收率高低顺序均为RE_2>RE_3>RE_1,反映出以元素的干重含量为计算单位和以单位叶面积的元素含量为计算单位的元素内吸收率偏低。     

水稻中一个新的MYC基因的克隆及其分析

在水稻基因组序列中发现类似MYC序列的同源序列,并设计引物成功克隆了一个水稻OsMYC基因(GenBank登录号：AY398581),并对其进行了分子结构分析。OsMYC基因具有典型的DNA结合结构域：碱性区域／螺旋-环-螺旋(bHLH)基序,与其他MYC类似基因的蛋白序列比对结果表明,OsMYC基因与AtMYC2、MYC7E和PG1等氨基酸序列一致性分别是78%、48％、46％,而在bHLH区的一致性分别为95％、84％、77％,N端保守区的一致性分别为81％、54％、52％;位于bHLH区域内的核定位信号区则完全一致;系统进化树分析结果表明,该基因与AtMYC2、MYC7E和PG1等位于同一亚类。此外,该基因主要在营养器官中表达,茎秆中表达最强,根和叶片中较弱,并且能被外源ABA或Fe^3 所诱导,这与AtMYC2、MYC7E基因的表达模式基本相同。该基因是水稻MYC转录因子家族的一个新成员。     

栽培稻旱胁迫叶片相关性状的遗传解析

利用籼稻窄叶青8号(ZYQ8)和粳稻京系17(JX17)衍生的加倍单倍体(DH)群体127个株系,2002年在杭州采用田间断水法栽培,在水分胁迫下,对叶片的卷叶、相对含水量和电导率3个性状进行了评价和QTL分析。结果表明,3个性状在DH群体中均存在双向超亲分离,接近正态分布,受数量性状基因的控制;检测到影响这些性状的6个QTL,其中卷叶3个(qLR—1,qLR—5和qLR—11)、相对含水量2个(qRWC—1和qRWC—6和电导率1个(qERC—6）。旱胁迫时,目测卷叶方便易行,适于对大批品种或资源筛选,对抗旱栽培稻品种的筛选和利用具有一定的指导意义。