水稻根系通气组织与根系泌氧及根际硝化作用的关系

通过根箱土培试验研究了不同产量籼稻品种中旱22(ZH,高产品种)及禾盛10号(HS,低产品种)苗期根系生长、通气组织发育、根系径向泌氧量(radial oxygen loss,ROL)以及根表和根际土壤硝化强度差异。结果表明,除水稻播种40 d时二者根数量和根干重无显著差异外,ZH根直径、根数量和根干重均显著高于HS,二者差异尤其表现在根系生物量差异。两个水稻品种在距根尖20 mm处均可见辐射状通气组织,ZH皮层薄壁细胞已经完全崩溃形成连接中柱和外皮层的纵向气腔,而HS皮层薄壁细胞未发生完全离解,但仍能观察到明显的连接中柱和外皮层的纵向气腔的形成。同时ZH外皮层厚壁细胞体积较小,排列紧密,细胞壁增厚程度大;而HS外皮层厚壁细胞体积相对较大,排列疏松,细胞壁增厚程度相对较小。表明高产品种通气组织发育比低产品种更加完善,表现为ZH根孔隙度(porosity of root,POR)显著高于HS,且高产品种对水稻根系ROL的屏蔽作用较低产品种更强,为根系提供更充足的氧气供应,促进根系生长。除了水稻播种后40 d时ZH和HS单根ROL无显著差异外(P<0.05),ZH单株、单位重量以及单根ROL均显著高于HS(P<0.01)。两个水稻品种硝化强度均表现为根际土壤显著高于根表土壤 (P<0.01),前者大约是后者的3-6倍。两个品种根表土壤硝化强度无显著差异,而ZH根际土壤硝化强度均显著高于HS。相关性分析结果表明水稻根际土壤硝化强度和整株水稻ROL呈极显著正相关关系(r=0.803,P<0.01),和水稻POR也呈现极显著正相关关系(r=0.808,P<0.01),同时和根系直径、数量和干重均呈极显著正相关关系(P<0.01)。而根表土壤硝化强度和以上指标均无相关关系。由于硝化作用是好氧过程,因此高产品种由于根系发达,通气组织发育好,相应ROL也较大,造成根际土壤氧气含量高,从而可能导致根际土壤硝化强度显著高于低产品种。     

转Bt水稻土壤跳虫群落组成及其数量变化

以转Bt水稻恢复系"克螟稻"(Cry1Ab纯合基因型)和"华恢1号"(Cry1Ab+Cry1Ac融合基因型)以及融合基因型转Bt水稻杂交系"Bt汕忧63",及其对照亲本水稻"秀水11"、"明恢63"和"汕优63"稻田土壤跳虫类群为对象,系统研究转Bt水稻种植下土壤跳虫群落组成及其数量动态变化,以评价不同基因型和不同育种品系转Bt水稻种植下稻田土壤生态安全性。结果表明,转Bt水稻种植导致土壤跳虫个别稀有类群的消失,并显著影响半土生和真土生类群以及土壤跳虫总量,但对群落多样性、均匀度和种类丰富度等影响不显著。与对照亲本相比,Cry1Ab转Bt稻田半土生类群和土壤跳虫总量及其种类丰富度指标显著增加了54.7%、44.4%和26.7%;Cry1Ab+Cry1Ac转Bt杂交稻田球角跳属百分比和真土生跳虫数量显著增加了212.3%和180.4%。就恢复系处理而言,与Cry1Ab转Bt水稻相比,Cry1Ab+Cry1Ac转Bt水稻种植导致棘跳属、球角跳属和原等跳属百分比以及半土生跳虫数量分别显著降低了62.1%、56.7%、61.8%和43.4%,同时,显著提高了裔符跳属百分比达88.2%。就Cry1Ab+Cry1Ac融合基因型转Bt水稻而言,与恢复系相比,转Bt杂交稻种植导致球角跳属和原等跳属百分比,半土生类群和土壤跳虫总量及其种类丰富度和群落多样性显著增加了312.9%和171.6%,302.4%和233.2%,以及54.0%和26.7%,同时,显著降低了裔符跳属百分比达65.5%。     

水稻黄绿叶调控基因YGL18的克隆与功能解析

叶色突变体往往伴随着叶绿素含量变化及叶绿体结构异常,是研究叶绿体发育与光合作用相关基因功能的重要材料。该研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻(Oryzasativasubsp.indica)品种华占(HZ)获得黄绿叶突变体,将其命名为ygl18 (yellow-green leaf 18)。与野生型相比,黄绿叶突变体ygl18自三叶期起叶片开始变黄且程度不断加深,同时伴随着光合速率与叶绿素含量下降,且结实率、千粒重及有效穗数均显著降低。透射电镜观察结果显示, ygl18的叶绿体结构紊乱,基质片层疏松,发育受到抑制,与叶片出现黄绿色表型一致。遗传分析表明, ygl18突变性状受1对隐性等位核基因控制,这对等位基因位于水稻第3号染色体长臂标记InDel2和InDel3之间115.2 kb范围内。进一步研究发现该突变体表型是编码铁氧还蛋白FdC2的基因LOC＿Os03g48040的5’UTR发生突变所致。通过CRISPR转基因实验验证了该基因对表型的控制作用。研究结果揭示了叶色调控网络的遗传基础,可为今后选育高光效水稻品种提供新线索。     

水稻生育期对褐飞虱和白背飞虱卵巢发育及起飞行为的影响

研究了取食分蘖初期、拔节期和孕穗抽穗期稻株上的褐飞虱和白背飞虱成虫的卵巢发育和起飞情况。其中,水稻生育期对褐飞虱的影响相对较小,不同生育期稻株上试虫的卵巢发育级别羽化后的4d内均无显著差异,羽化后第5天的褐飞虱在孕穗抽穗期卵巢发育最快,分蘖初期最慢,拔节期居中。褐飞虱的起飞率在各个生育期均无显著差异。白背飞虱卵巢发育、起飞率均受水稻生育期的显著影响,在水稻分蘖初期,卵巢发育最快,孕穗抽穗期则卵巢发育最慢,拔节期居中,水稻分蘖初期,起飞率最低,孕穗抽穗期起飞率最高,拔节期居中。结果表明,水稻生育期对两种飞虱卵巢发育和起飞行为的影响明显不同。认为水稻生育期对两种飞虱卵巢发育与起飞行为的不同影响,应是水稻田间白背飞虱发生较早、褐飞虱发生较晚的一个重要原因。     

荚膜红细菌的分离鉴定及其协同固氮作用

从上海南汇县的水稻根系中分离得到一株光合固氮菌ＳＤＨ２,经形态、细胞膜结构、生理生化等特征的分析鉴定,以伯杰细菌鉴定手册第九版和ＪＦＩｍｈｏｆｆ的光合硫细菌和绿硫细菌的生理学和分类^［１］一文为依据,确定该菌为荚膜红细菌Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒｃａｐｓｕｌａｔｕｓ。同时,发现该菌与水稻根表的其它固氮菌之间具有协同生长和协同固氮效应。     

镉污染条件下水稻对假单胞菌TCd-1微生物修复的生理响应

微生物在修复重金属污染土壤中发挥重要作用。为阐明假单胞菌TCd-1降低水稻镉吸收的机理,通过加镉土培盆栽试验,在10 mg/kg镉处理下,对比研究了接种菌株对2种镉耐性不同水稻品种(特优671、百香139)镉含量、根系活力、光合作用、抗氧化酶活性及抗氧化物质含量的影响。结果表明：与10 mg/kg镉处理相比,接种假单胞菌TCd-1后水稻“特优671”和“百香139”的根、茎、叶、糙米的镉含量分别依次降低了30.4%、39.1%、40.7%、29.2%和52.2%、51.7%、18.4%、38.8%;提高了2种水稻的根系活力、光合作用,促进了水稻的生长;“特优671”、“百香139”叶片的超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)活性分别提高了7.3%、138.5%,过氧化物酶(Peroxidase, POD)活性提高了82.0%、106.2%,过氧化氢酶(Catalase, CAT)活性提高了58.8%、172.7%;叶片的类黄酮含量提高了139.4%、73.6%,总酚含量提高了27.2%、23.1%;超氧阴离子含量降低了44.2%、29.0%,丙二醛(Mal...     

Lysobacter antibioticus 13-1菌株抗菌物质鉴定及对水稻白叶枯病的防治效果

【目的】为了明确对水稻白叶枯病具有优质防效的生防细菌——抗生素溶杆菌13-1菌株抗菌物质及对白叶枯病的防治效果。【方法】研究采用高效液相色谱、质谱、13C核磁共振谱、氢核磁共振谱、电喷雾质谱等分析方法。【结果】13-1产生4种抑菌活性组分:6-甲氧基-10-氧基-1-吩嗪醇、吩嗪、吩嗪-1-羧酸及1-羟基-6-甲氧基吩嗪。4种吩嗪类物质对水稻白叶枯病原细菌均具有抑菌活性。田间小区试验表明,菌株13-1发酵液对水稻白叶枯病的防效在60%以上。【结论】研究明确了菌株13-1产生的抗菌物质为吩嗪类物质,这是国内关于吩嗪类物质控制水稻白叶枯病的首次报道。     

籽粒镉低积累水稻地上部镉高积累遗传特性分析

农田土壤镉（Cd）污染日益严重,导致稻米Cd含量超标事件频繁出现,使粮食安全问题备受关注。因此,合理利用Cd污染农田、降低水稻籽粒Cd含量成为亟待解决的问题。籽粒Cd低积累水稻雅恢2816的地上部具有较强的Cd积累能力,研究旨在弄清其地上部Cd积累能力的遗传稳定性,进一步揭示控制该性状的遗传基础,为利用分子标记辅助选育地上部Cd富集能力强、籽粒Cd安全的水稻提供途径。以水稻雅恢2816和3个不同品种水稻分别组配获得的F₁为研究对象,分析地上部Cd积累相关性状的杂种优势。进一步以优势组合C268A/雅恢2816构建F₂作图群体,对地上部Cd积累相关性状进行QTL定位分析。结果表明：（1） F₁地上部Cd积累相关性状杂种优势明显,遗传稳定性强。地上部Cd积累相关性状属数量性状,F₂中/超亲分离现象明显。（2）在第4、6号染色体上共挖掘到1个控制水稻地上部生物量和3个控制地上部Cd积累量的QTL位点,分别为qSB-6、qSCdA-4、qSCdA-6-1和qSCdA-6-2,表型贡献率为10.6%—14.4%,且增效等位基因均来自雅恢2816。（3）地上部Cd积累量与地上部生物量、Cd含量,根、糙米的生物量、Cd积累量,根-地上部转移系数均呈极显著正相关,与地上部-籽粒转移系数呈极显著负相关,存在4个QTL集簇区Cl-4-1、Cl-6-1、Cl-6-2和Cl-6-3。（4）区间marker 04171-marker 04197控制着地上部生物量和Cd积累量,与控制糙米Cd含量的QTL不重叠。研究表明：籽粒Cd低积累水稻雅恢2816携带控制地上部Cd高积累的等位基因,可在世代间稳定遗传,QTL位点qSCdA-4、qSCdA-6-1、qSCdA-6-2是控制该性状的重要遗传基础,可为分子标记辅助选育地上部Cd高积累、籽粒Cd低积累水稻提供理论依据。     

亚热带几种典型稻田与旱作土壤中外源输入秸秆的分解与转化差异

选取亚热带四种典型母质(花岗岩风化物、第四纪红色粘土、板页岩风化物、近代河流沉积物)发育的稻田土壤,以毗邻的旱作土壤为对比,通过室内模拟培养试验研究45%田间持水量(WHC)条件下稻田和旱作土壤中外源输入秸秆矿化和转化的特征与差异。结果表明:在180 d的培养期内,所选4种稻田土壤中外源输入秸秆的累积矿化率(18%—21%)均显著低于对应的旱作土壤(21%—28%),外源秸秆的输入对土壤原有有机碳矿化的激发效应也是以稻田土壤(5%—30%)明显低于对应的旱作土壤(17%—65%)。外源秸秆在土壤中的分解产物主要向颗粒有机碳(POC)和铁铝结合态有机碳(Fe/Al-OC)分配,分配比例分别为9%—21%和12%—24%,其次为腐殖质碳(HMC)(11%—15%),而向微生物生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)分配的比例极小,分别仅为2%—7%和0.1%-0.7%。与旱作土壤相比,稻田土壤中外源秸秆的分解产物向POC、Fe/Al-OC和MBC分配的比例较高,分别为15%—21%、17%—24%和6%—7%,而旱作土壤为9%—17%、13%—18%和2%—4%。此外,外源秸秆分解产物向2000—250μm水稳性粗团聚体分配的比例也以稻田土壤(10%—13%)高于旱作土壤(6%—7%),其它粒径中稻田与对应的旱作土壤之间并无显著差异。本研究结果说明,稻田土壤中外源输入秸秆的矿化率低于旱作土壤的现象在不同母质类型的土壤中可能普遍存在,这可能与稻田土壤中外源秸秆分解产物受水稳性团聚体的物理保护、与氧化铁铝的化学键合以及向有机碳稳定组分的分配作用较强有关,从而贡献于稻田土壤较高的有机碳积累。     

13C脉冲标记法：不同生育期水稻光合碳在植物-土壤系统中的分配

定量生育期内植物光合碳在植物组织-土壤的分配规律,对于理解全球碳循环有着重要意义。采用~(13)C-CO_2脉冲标记结合室内培养,通过元素分析仪-稳定同位素联用(Flash HT-IRMS)分析植物各部分及土壤δ~(13)C值,比较了不同生育期下水稻光合碳在不同组织间的分配规律,并量化了水稻光合碳向土壤碳库的转移。结果表明:(1)水稻地上部和根系干物质量随水稻生育期的增加而呈现递增趋势,不同的生育期表现为:分蘖期拔节期抽穗期扬花期成熟期。而整个生育期的根冠比为0.2—0.4,分蘖期的根冠比最高,随着水稻生育期的增加而递减,到抽穗期以后根冠比稳定在0.2左右。(2)脉冲标记6h后,水稻地上部和地下部(根系)的δ~(13)C值在-25.52‰—-28.33‰,不同器官的δ~(13)C值存在明显分馏效应,且趋势基本一致,即茎杆(籽粒)叶片(根系);这种由于水稻生育期特性导致的各器官碳同位素分馏的现象,可用于指示不同生育期下水稻光合碳的分配和去向。(3)不同生育期~(13)C-光合碳在植物-土壤系统的分配规律不同,生长前期光合碳向根系及土壤中分配的比例高,具有较强的碳汇能力,而随生育期光合碳在根系及土壤中的分配比例呈下降趋势,但积累量不断增加。(4)不同生育期~(13)C光合碳在水稻-土壤系统中的分配比例差异明显。水稻分蘖期有近30%光合碳用于根系建成并部分通过根系分泌物进入土壤有机碳库(10%),而到成熟期则向籽粒中分配较多,而且光合碳在土壤中的分配比例也随生育期呈下降趋势。研究结果对稻田土壤有机碳循环过程和调控机制的揭示具有重要的理论意义。