作物耐低磷机制研究进展

磷是作物生长发育必需的营养元素之一,在作物的生命过程中发挥重要作用。作物在长期进化过程中形成了一系列低磷适应机制,主要涉及土壤磷的活化、吸收、转运和内部磷的循环、再利用等过程。从作物低磷胁迫下的根系形态、根系分泌物、与微生物共生体系、分子机制4个方面综述了作物耐低磷机制的最新研究进展,旨在为作物栽培调控及耐低磷作物品种的改良与选育提供借鉴。

OsGRF1基因在水稻形态和生理响应低磷胁迫中的作用研究

前期研究表明,低磷胁迫会显著诱导水稻生长调控因子1 (Oryza sativa L. growth-regulating factor 1,OsGRF1)基因的表达。以低磷敏感型水稻品种通粳981为材料,构建OsGRF1过表达株系和OsGRF1敲除株系。通过设置正常磷、低磷2种水培条件,研究OsGRF1基因对水稻形态、生理性状的调控作用,并探讨OsGRF1基因在水稻对低磷胁迫响应中的作用。结果表明:低磷胁迫导致供试水稻分蘖减少、根系增长、株高变矮、叶片变小、根系活力下降、总叶绿素含量降低、抗氧化酶活性和原花青素含量升高;OsGRF1基因负调控水稻的分蘖、对磷吸收、根系活力、原花青素含量;OsGRF1基因正调控水稻的株高、根长、叶片大小、总叶绿素含量、抗氧化酶活性。综上,低磷条件下水稻分蘖减少、根系活力下降、根系增长、抗氧化酶活性升高与低磷诱导OsGRF1基因的表达相关;低磷条件下叶片总叶绿素含量减少、原花青素含量增加与低磷诱导OsGRF1基因的表达无关;且低磷胁迫下OsGRF1基因的诱导表达有利于缓解低磷所导致的水稻株高变矮、叶片变小、总叶绿素含量减少。

1,2,4-三氯苯和萘对水稻抽穗期叶片光合特性的影响

研究了1,2,4-三氯苯(TCB)和萘(NAP)对抽穗期水稻叶片光合特性的影响。结果表明,随TCB和NAP胁迫浓度的增加,叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、光合电子传递量子效率(ΦPSII)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)均呈下降趋势;而且TCB对以上指标的影响明显大于NAP的影响,汕优63的敏感性要大于武运粳7号;有机污染胁迫下,光合速率下降的原因,在低浓度时主要由于气孔限制引起,而在较高浓度下由气孔限制和非气孔限制共同引起。较高浓度的有机污染物使光合作用受到明显抑制,最终导致水稻产量显著降低。在各叶绿素荧光动力学参数中,以PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)和非光化学猝灭系数(qN)对有机污染胁迫最为敏感。建议将这两个参数作为衡量水稻发生有机污染伤害的参考指标。

1,2,4-三氯苯和萘对水稻幼苗生长的影响

以水稻汕优63和武运粳7号为材料,在室外遮雨塑料棚下进行培养与处理,研究了1,2,4-三氯苯(TCB)和萘(NAP)对水稻种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响。结果表明:①TCB和NAP对水稻种子发芽率几乎无影响,对幼苗株高、根长、根数有显著抑制作用,在水培条件下,较低浓度的TCB(10mg.L-1)、NAP(20mg.L-1)可显著抑制根系的伸长生长,但低浓度的有机污染物促进武运粳7号根数增加;②低浓度的TCB和NAP对水稻幼苗根系活力影响较小,但高浓度的污染物则显著抑制根系活力,影响根的吸收功能;③两有机污染物均导致水稻幼苗叶绿素含量的下降,Rubisco酶活性也明显受到抑制;④叶片中ATP含量随处理浓度增加而呈先降低后升高的变化趋势,而根系中ATP含量则呈先升高后降低的趋势;⑤地上部和根系中丙二醛(MDA)含量均随有机污染物浓度的增加而呈上升的变化趋势。研究结果显示,水中微量的1,2,4-三氯苯和萘均会明显影响水稻幼苗的生长,这对水稻育秧期水质管理具有重要的参考意义,同时,根长可作为确定有机污染物发生事件的植物形态学参考指标。

1,2,4-三氯苯和萘对水稻产量及品质的影响

以汕优63和武运粳7号为材料,研究了两种有机污染物1,2,4-三氯苯(TCB)和萘(NAP)对水稻产量及其构成因子的影响并提出了减少籽粒中残留的调控措施。TCB明显降低两个水稻品种的移栽成活率,这是导致产量明显降低的主要原因;NAP对水稻移栽成活率影响较小。两种有机污染物都引起水稻抽穗期延迟。在产量构成因子中,每盆穗数和结实率是影响产量的两个主要因子。两种有机污染物均影响稻米品质,对稻米的垩白度影响最明显,其次是精米率、整精米率、蛋白质含量和直链淀粉含量,而对出糙率几乎无影响。TCB和NAP在水稻籽粒中都有残留,而NAP的含量几乎是TCB的10倍,表明NAP的生物可利用性要比TCB高。汕优63籽粒积累两种有机物的能力明显高于武运粳7号。增施有机肥以及N、P、K肥可明显减轻有机污染物的毒害作用,从而提高产量。上述结果说明,在污水灌溉实践中要注意控制秧苗移栽期灌溉水的质量,严格控制水中TCB尤其是NAP的含量,并通过适当的肥水等栽培措施进行调控,以保证产量和粮食安全。

γ射线辐照对四种蔬菜叶片SOD活性和MDA含量影响的回归分析

本研究采用曲线拟合、建立相应回归数学模型的方法 ,定量地描述了γ射线对蔬菜叶片中SOD、POD活性和MDA含量影响的动态过程 ;通过对上述动态方程参数的求解与分析 ,4种供试蔬菜对电离辐射的敏感性依次为落葵、莴苣和生菜、青菜。

单一重金属污染对水稻叶片光合特性的影响

以杂交稻协优818为材料,研究了Cu^(2+)、Hg^(2+)、Cd^(2+)3种重金属离子对水稻叶片光合特性的影响。试验结果表明:(1)Cu^(2+)在低浓度时引起叶片叶绿素含量降低,而Hg^(2+)、Cd^(2+)在低浓度时,则导致叶绿素含量增加;高浓度时,3种重金属均引起叶绿素含量降低。同时,低浓度时3种重金属离子均导致叶绿素a/b值升高;高浓度时则均引起叶绿素a/b值下降。(2)Cu^(2+)、Hg^(2+)、Cd^(2+)对水稻叶片叶绿素的吸收光谱均无明显影响,在活体条件下并未发生卟啉环中Mg^(2+)的置换。(3)Cu^(2+)、Hg^(2+)、Cd^(2+)均引起叶片希尔反应活力降低,即重金属污染明显影响光合作用。

半根干旱胁迫处理对水稻叶片光合特性和糖代谢的影响

试验以扬稻4 号为材料,利用水平分根系统在水稻抽穗后进行半根水分胁迫处理(即一半根系进行干旱处理,而另一半根系正常灌溉),引起水稻内源ABA 水平显著改变,而保证地上部植株水分状况基本不变,以研究内源ABA 对水稻抽穗后光合特性及籽粒灌浆方面的影响。试验结果表明: ①水平分根系统能保证稻株地上部分状况和正常对照植株相近,但能引起稻株地上部的ABA 水平显著提高。②分根处理显著抑制光合作用,降低叶绿素a 的含量,同时对1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的活性也有明显的抑制。③ 处理后植株叶片中蔗糖的有效浓度显著提高,而淀粉的积累则受到抑制。实验结果还表明,处理初期蔗糖磷酸合成酶活性呈现升高的趋势,而随着处理时间的延长,该酶活性受到抑制。

中小型钴辐照装置安全控制系统的改造与优化

目的 为了改造和优化中、小规模钴辐照装置的安全防护。方法 运用控制论的反馈原理对原有安全控制系统进行改造。结果 改造后该控制系统是安全有效的 ,体现了“纵深防御 ,冗余性 ,多样性 ,独立性”的辐射防护原则。结论 对早期中。

γ辐照对小麦种子延迟发光的影响

应用延迟发光的理论与方法,研究了γ辐照对扬麦13、扬麦15两个品种小麦种子的影响。结果表明:被测样品延迟发光的弛豫过程可以用非线性动力学方程Y=b1+b2e-b3t/1+b4t来进行描述,该方程对测量结果拟合的相关系数达到了99%以上。当t=0时,Y0=b1+b2,即样品的初始发光强度,在光照条件一定时,辐照剂量越高,样品的初始发光强度就越低。F测验结果表明不同辐照剂量对小麦种子初始发光强度的影响达到了极显著的水平,即受照剂量越高,初始发光强度越低,而两种供试小麦间的初始发光强度并无显著差异。结合处理种子苗期的生物学观察,样品(即种子)的初始发光强度与幼苗株高具有一致的变化趋势,即种子的初始发光强度越高,幼苗株高也高。因此,对辐射种子延迟发光过程的分析,可能是了解γ辐照对作物种子影响的一种快速可靠的检测方法。

重金属对水稻光合作用和同化物输配的影响

光合速率测定表明,0.025～1.0mmolL的Cu2+、Cd2+和Hg2+显著抑制水稻叶片的光合速率,且抑制程度随Cu2+、Cd2+和Hg2+浓度的增高而增强。示踪动力学分析表明,0.5mmolL的Cu2+、Cd2+和Hg2+抑制光合产物在叶内不同状态间的转化,影响叶中光合产物的输出,导致叶内小分子糖的累积,使叶片光合速率受糖浓度增高的反馈调节而下降。电泳分析表明,Cu2+、Cd2+和Hg2+抑制叶内淀粉酶同功酶的表达,并进而抑制光合同化物在叶内可输配态和暂贮态之间的转化。

农药对水稻叶片丙二醛及叶绿素含量的影响

为研究农药对水稻生长的影响 ,测试了施药后水稻叶片中丙二醛及叶绿素含量的动态变化。结果表明 ,不同浓度农药处理的水稻叶片中丙二醛及叶绿素含量均受到不同程度的影响。随着农药处理浓度的加大 ,水稻叶片中丙二醛含量也在逐渐增加 ,影响的时间也加长 ;而叶绿素的含量却逐渐减少。

农药对水稻叶片光合产物输出速率影响的示踪动力学研究

在水稻品种、喷药时期及施药浓度方面研究了三唑磷、井冈霉素、吡虫啉等农药对水稻叶片光合产物输出速率的影响。试验应用放射性核素示踪的手段 ,在作物活体条件下 ,采用多探头作物活体养分测量仪采集了不同处理时水稻功能叶片标记光合产物的残留动态数据 ,运用动力学分析的原理和方法 ,建立了隔室分析模型和数学描述公式 ,求解了相应的输出速率常数K值。比较分析结果表明 ,施用供试农药后 ,均不同程度地降低了水稻叶片标记光合产物的输出速率 ,随着施药浓度的增加 ,产生的效应也增大 ;叶片光合速率的降低是造成叶片光合产物输出速率下降的主要原因之一。

重金属胁迫对水稻叶片过氧化氢酶活性和同功酶表达的影响

本文报道了浓度为 0 0 5～ 2 0mM的重金属Cu、Cd、Hg胁迫对 3个不同类型水稻品种幼苗叶片过氧化氢酶 (CAT)活性和同功酶表达的影响。结果表明 :( 1 )在胁迫浓度为 0 0 5～ 2 0mM范围内 ,CAT活性随Cu和Cd浓度的增高而持续下降 ;CAT活性随Hg浓度的增高表现为先下降 ,再略有升高 ,然后又明显下降 ,表明浓度为 0 0 5～ 2 0mM的Cu、Cd、Hg胁迫显著抑制 3个不同类型水稻品种幼苗叶片CAT活性。( 2 )应用聚丙烯胺浓度梯度电泳对CAT同功酶分析显示 ,正常情况下水稻叶片中有 1～ 2个CAT同功酶的表达 (武育粳叶片中表达 2个 ,扬稻 6号和汕优 81 8叶片中表达1个 )。 0 1mM的Cd胁迫能诱导武育粳叶片 ,0 1mM的Cd和Hg胁迫能诱导扬稻 6号叶片表达 1个新的CAT同功酶。尽管如此 ,正常表达的CAT同功酶仍受到重金属Cu、Cd。

ATP发光技术测定辐照前脱水蔬菜和调味品的含菌量

用ATP发光技术测定脱水蔬菜和调味品的初始含菌量,发现脱水蔬菜和调味品中细菌ATP的生物发光强度与其初始含菌量之间显著相关,从样品的制备到获得ATP发光强度结果的检测过程仅需1～2h。该技术可用于辐照灭菌前的微生物检测。

重金属胁迫对水稻不同品种超氧化物歧化酶的影响

用不同浓度的Cd2 + 、Cu2 + 和Hg2 + 处理花期的扬稻 6号 (籼稻 )、武育粳 8号 (粳稻 )和协优 81 8(杂交稻 ) ,测定各器官SOD活性 ,并进行SOD同功酶的电泳分析。结果表明 ,较高浓度重金属显著抑制各品种根系SOD活性 ,也抑制叶片SOD活性 ,但抑制程度因重金属种类和品种类型而异。各浓度均抑制武育粳穗SOD活性 ,但诱导扬稻 6号穗SOD活性增高。协优 81 8穗SOD活性受Cd2 + 抑制 ,但却受高浓度Cu2 + 和Hg2 + 诱导。≥ 2 0ppmCd2 + 、Cu2 + 和Hg2 + 均抑制水稻根系SOD同功酶表达 ,但诱导扬稻 6号和协优 81 8穗SOD同功酶表达。Mn SOD和Cu Zn SOD同功酶对重金属胁迫的敏感性不同 ,重金属对水稻根系Mn SOD的抑制程度明显高于Cu Zn SOD。

重金属胁迫对水稻萌发种子淀粉酶活性的影响

应用酶活性测定和聚丙烯酰胺浓度梯度凝胶电泳技术 ,研究了 3种不同浓度的重金属胁迫对不同类型水稻萌发种子中α,β-淀粉酶同功酶活性的影响。结果表明 :(1) 0 .0 5 m mol/ L的 Cu2 + ,Cd2 + ,Hg2 + 胁迫使水稻萌发种子中α-淀粉酶活性有所增高 ,而 >0 .0 5 m mol/ L的 Cu2 + ,Cd2 + ,Hg2 + 胁迫则导致水稻各品种萌发种子中β-淀粉酶活性显著降低。 (2 ) Cu2 + ,Cd2 + ,Hg2 + 胁迫使武育粳萌发种子中β-淀粉酶活性随重金属浓度的增高呈先上升后下降的趋势 ,并显著抑制 (尤其是 Hg2 + )扬稻 6号和汕优 818的β-淀粉酶活性。 (3) 0 .0 5 m mol/ L的 Cu2 + ,Cd2 + ,Hg2 +胁迫能明显诱导新的淀粉酶同功酶的产生 ,>0 .0 5 mm ol/ L 的 Cu2 + ,Cd2 + ,Hg2

重金属对水稻呼吸速率及相关同功酶影响的研究

采用室内培养液培养的方法,研究了重金属对水稻呼吸速率及相关同功酶的影响。结果表明,较高浓度(≥0.1m m ol·L-1)的重金属C u2+、C d2+和H g2+显著抑制扬稻6号和武运粳8号叶片的呼吸速率;供试浓度(0.025～1.0m m ol·L-1)的Cu2+、C d2+和H g2+强烈抑制上述两水稻品种根系的呼吸速率。对呼吸作用相关的几个重要酶同功酶的电泳分析表明,C u2+、C d2+、H g2+可通过影响水稻叶片和根系中的淀粉酶、苹果酸脱氢酶及细胞色素氧化酶同功酶来表达对水稻呼吸作用产生的影响,其中高浓度(≥0.5m m ol·L-1)C u2+、C d2+、H g2+抑制水稻叶片和根系呼吸作用的最主要原因与细胞色素氧化酶同功酶表达受到C u2+、C d2+、H g2+的抑制相关。

重金属对水稻过氧化物酶同功酶的影响

对重金属胁迫条件下扬稻 6号体内POD活性测定和POD同功酶的聚丙烯酰胺浓度梯度凝胶电泳分析表明 ,0 0 5mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +诱导扬稻 6号叶片和根系POD同功酶活性较对照提高 ,但≥ 0 5mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +抑制叶片分子量较小的POD同功酶的表达。 0 5～ 1 0mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +强烈抑制根系POD同功酶的表达。 0 0 5～1 0mmol L的Cu2 +、Cd2 +和Hg2 +显著诱导穗中POS同功酶的表达。

重金属胁迫引起的水稻和小麦幼苗DNA损伤

供试浓度的重金属Cu2 + 、Cd2 + 和Hg2 + 能在不同程度上导致水稻和小麦DNA损伤。 (1)Hg2 + ≥ 0 .0 2 5mmol L、Cu2 + 和Cd2 + ≥ 0 .1mmol L处理使水稻幼苗期外DNA合成速率显著高于对照 ,且当Cu2 + 、Cd2 + 和Hg2 + 浓度进一步增高时 ,水稻幼苗期外DNA合成速率呈现先上升而后较最大值有所下降的规律。 (2 ) 0 .1～1.0mmol L的Cu2 + 及 0 .1mmol L的Cd2 + 、Hg2 + 能引起水稻、小麦叶内DNA和蛋白质交联 ,并且这种和DNA交联的蛋白质易被胰蛋白酶水解。 (3) 0 .1～ 1.0mmol L的Hg2 + 及 1.0mmol L的Cd2 + 还能使水稻。