水杨酸引发提高低温下水稻种子萌发活力的生理与分子效应

【目的】研究水杨酸(SA)引发对低温下水稻种子萌发活力的影响及生理响应,揭示SA引发对脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)代谢途径相关基因以及细胞壁松弛基因的诱导模式,为水稻种子低温萌发研究提供理论依据。【方法】以籼型三系杂交水稻泰丰优208种子为材料,通过种子引发处理,分析SA对种子低温萌发活力及生理的影响,并通过qRT-PCR技术分析ABA、GA和扩展蛋白基因响应SA引发的表达模式。【结果】低温(15℃)显著推迟水稻种子萌发进程。在低温下萌发1 d种子中,其内源SA浓度是常温(28℃)下的1.7倍;但对于5 d的幼苗而言,低温下的SA浓度仅为常温下浓度的0.6%。SA引发可有效提高种子在低温下的萌发活力,尤其以2000μmol·L^(-1)SA效果最为显著,该浓度显著提高了低温下种子的发芽指数、活力指数、芽长、根长、鲜重和干重,其中活力指数分别为未引发种子(CK1)和水引发种子(CK2)的3和2倍。在生理指标方面,SA引发提高了低温萌发过程中种子的可溶性糖、脯氨酸以及活性氧含量,增加了总淀粉酶、β-淀粉酶、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低了丙二醛(MDA)含量。与CK1相比,2000μmol·L^(-1)SA引发将种子ABA含量降低了79%,同时将IAA和GA1含量增加了32.2%和2.66倍。在基因表达方面,对于2000μmol·L^(-1)SA引发的种子,ABA合成基因OsNCED2和OsNCED3的表达量分别比CK1降低了94.26%和90.24%;而ABA分解基因OsABA8’ox2和OsABA8’ox3的表达量分别为CK1的5.9和3.9倍。与CK1相比,SA引发显著上调了GA合成基因OsCPS1、OsKAO和OsGA20ox1的表达量,并显著下调GA分解基因OsGA2ox2和OsGA2ox6的表达量。在几个候选的细胞壁松弛因子扩展蛋白基因中,除了OsEXPB11外,其余几个同源基因均在一定程度上被引发而上调表达。与CK1相比,2000μmol·L^(-1)SA引发分别使OsEXPA2、OsEXPB4和OsEXPB6的表达量上调12.2、5.9和6.1倍。【结论】SA引发可显著缓解低温对于水稻种子萌发和幼苗生长的影响。可能是由于SA提高SOD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA的产生,增加可溶性糖和脯氨酸的含量,进而增强种子和幼苗对于低温的耐受能力。另一方面,SA引发通过降低种子内源ABA含量,增加GA1含量,增强总淀粉酶和β-淀粉酶活性,促进细胞壁松弛相关基因的表达,从而促进低温下的种子萌发和幼苗生长。

植物组织培养试管苗玻璃化现象研究进展

综述了组织培养中易出现玻璃化苗的植物种类、玻璃苗的形态解剖特征、生理生化特征、玻璃苗的成因以及防治玻璃苗形成的措施等。易出现玻璃化的植物种达80多种,其中草本植物多于木本植物。玻璃苗的组织含水量明显高于正常苗;糖代谢发生障碍,降解加快,利用滞缓;蛋白质含量及酶活性降低,叶绿素含量显著低于正常苗。取材部位及外植体大小、光照、温度、封口材料、培养基的类型、植物激素等条件不适合都可能引起玻璃化现象。提出了相应预防措施,为克服试管苗玻璃化提供有效的参考。

水稻穗萌及其调控的研究进展

水稻穗萌是指水稻种子成熟后期尚未脱离母株之前在穗上发芽的现象。穗萌给农业生产特别是水稻制种造成巨大损失,这一现象与品种遗传特性相关,外界环境也同样起着重要的作用。尽管存在大量有关玉米、小麦等禾谷类作物穗萌机理的报道,但有关水稻穗萌的内在机制仍不十分清楚。本文主要从种子含水量、环境温度、水解酶活性、脱落酸和赤霉素含量、品种遗传特性以及主效微效基因的调控等多个方面概括了水稻穗萌的生理和分子机制,同时也总结了农业生产上从育种、栽培、化学药剂和生物技术途径调控穗萌的多种措施。以期为今后水稻穗萌机理研究以及农业生产上防止穗萌发生提供新的参考。

两个桉树无性系接种固氮菌造林试验效果初探

运用随机区组设计试验方法,连续观察育苗期和造林初期林木的生长情况,探讨了两个桉树无性系(巨尾桉无性系广林9号、尾巨桉无性系DH32-29以下简称无性系广9、无性系29)接种固氮菌的效应,结果表明:两种桉树无性系接种固氮菌增长效果显著。苗期试验,无性系广9及29接种后,地径分别比对照增长7.72%、20.18%,苗高增长量分别达5.02%、16.40%;造林7月龄时,接种固氮菌的的广9无性系及29无性系的地径生长量相对于对照组增长分别达35.93%、56.20%,树高增长量分别达35.74%、72.22%。统计分析结果表明:广9及29无性系接种固氮菌增长量均达显著水平,增长效果明显;其中以29无性系接种固氮菌效果较优。此外,接种固氮菌的林木还表现出一定的环境抗逆性,在遭受桉树枝瘿姬小蜂严重危害后能较快恢复生长。

生态种植在潮州单丛茶上的应用及推广

针对广东潮州市目前部分习惯种植模式下茶园管理粗放，导致的茶树病虫害抗性减弱、茶叶品质下降、农药残留等问题，以潮州市伴云茶业有限公司生态茶园为例，阐述了茶园生态种植模式在单丛茶栽培管理上的应用，并给出了推广模式建议。

相思树种组织培养中的难点及应对办法

在相思树种的组织培养中,经常出现污染严重、玻璃化苗、外植体褐变等现象。本文结合了近年来对相思树种的一些研究,对这三个现象产生的原因与相应的防治方法进行了综述,期望为以后相思树种组织培养工作的进展提供一定的理论依据与实践指导。

水稻种子TTC染色及萌发特性研究

【目的】开展水稻种子TTC染色试验条件及最佳组合筛选,探讨水稻种子萌发过程中主要生理指标的变化规律,对于完善水稻种子质量检测具有重要指导意义。【方法】应用单因素试验和正交试验设计比较种子吸水时间、TTC浓度、染色温度和染色时间4个因素对染色效果的影响,并筛选最佳的TTC染色试验组合;应用分光光度法测定不同萌发条件下水稻种胚内的淀粉酶活性和可溶性糖含量。【结果】被TTC染色的水稻种胚分为5种情况:整个胚染色较深,整个胚染色较浅,胚根被染色,胚芽被染色,盾片被染色。4个因素对水稻种子生活力的影响依次为:染色时间>染色温度>TTC浓度>吸水时间;水稻种子染色的最佳条件为:染色时间2 h,染色温度30℃,TTC浓度1%,吸水时间3 h。在不同萌发条件下,水稻种子中α-淀粉酶、β-淀粉活性和可溶性糖含量的变化与种子萌发率的变化趋势保持一致。【结论】TTC染色最佳组合下,水稻种子染色率能够准确地反映种子的生活力和萌发能力。淀粉酶活性和可溶性糖含量或可作为预测和评价水稻种子活力的重要生理指标。

大豆种子的生活力及萌发特性研究

为探究大豆种子生活力测定的最适染色条件以及种子萌发期重要生理指标的变化,采用单因素和正交试验设计筛选适用于大豆种子生活力检测的氯化三苯基四氮唑(TTC)染色最佳组合;并分析大豆种子在不同萌发环境下的发芽率和种子内源细胞壁水解酶的变化。单因素分析结果表明,有无吸胀处理对于种子染色至关重要,且低浓度(0.1%)的TTC溶液会显著降低种子的染色率。多因素正交试验结果表明,大豆种子染色的最佳条件是:吸胀时间6 h,TTC浓度1%,染色温度35℃,染色时间60 min。该组合下的种子染色率为98.5%。萌发率试验表明,光、暗条件对于萌发进程无显著的影响;高水量下大豆萌发受到抑制,而低水量下种子却有着较高的萌发率;在一定温度范围内,低温可推迟种子萌发,但却提高了种子的最终萌发率。酶活性试验表明,种子在光、暗条件下萌发时,种胚内的纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶和β-半乳糖苷酶活性无显著变化,而木葡聚糖内转糖基酶在光照下的活性却显著高于其在暗环境下的活性。在不同吸胀水量下,纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶活性无显著变化;β-半乳糖苷酶活性随着水量的增加逐渐上升,而木葡聚糖内转糖基酶活性却呈现与之相反的趋势。值得注意的是,萌发温度的升高能够显著增加4种细胞壁水解酶在大豆胚中的活性。综上,TTC染色结果对于快速判断大豆种子生活力,完善大豆种子质量检测技术规程具有重要的实践意义;探索大豆种子在不同萌发条件下的细胞壁水解酶活性有助于揭示双子叶植物种子萌发的机制。

9种魔芋属植物观赏价值及引种适应性评价

以9个原生种魔芋为试验材料,通过在深圳地区引种,观察并记录其生长发育、适应性、抗逆性、观赏价值表现情况并建立包括适应性、抗逆性、观赏性状等3个主要因子共13项次级因子的观赏性评价体系。结果表明:疣柄魔芋、珠芽魔芋抗逆性和适应性得分均较高,这2种魔芋引种后适应力强、发育良好、生命力旺盛,能很快适应深圳本地气候;野魔芋、疣柄魔芋、珠芽魔芋、南蛇棒综合观赏性得分较高,定植后植株紧凑,景观效果好,可大力引种并作为新优地被植物进行推广;魔芋和红柱魔芋引种生长势弱,观赏性表现不佳,不建议在深圳地区继续引种。

广东省农作物种质资源调查与分析

【目的】为了解和摸清广东省农作物种质资源家底,广东省2016年启动第三次全国农作物种质资源普查与收集行动。【方法】2016年7月至2018年12月,通过普查征集与系统调查收集相结合,对广东省92个农业县(市、区)进行实地访问和资源调查收集。【结果】(1)本次资源普查与收集涉及19个地级市,东西跨度约770 km,南北跨度约590 km,横跨粤西、粤东、粤北和珠三角地区687个镇(包括街道、乡、村委),实现了广东农业县(市、区)全覆盖。(2)广东省农作物种质资源在当地种植年代平均为45年,百年以上资源占8.9%;提供资源农户的平均年龄为56岁,2.72%农户为瑶族、壮族和畲族。(3)共收获资源6873份,收集粮食作物种质资源2288份、果树1445份、蔬菜2189份、经济作物766份、牧草绿肥3份、其他182份,涉及83科192属283种;粮食作物的食用豆、蔬菜的根茎类、果树的木本常绿果树、经济作物的糖茶桑烟等资源份数居多,占52.12%;份数居前十位的科有豆科、禾本科、葫芦科、薯蓣科、百合科、十字花科、姜科、天南星科、山茶科和芸香科,占70.3%;份数较多的种有大豆、水稻、豇豆、甘薯、花生、芋、茶树、丝瓜、姜、饭豆、南瓜、蒜、番木瓜、叶用芥菜、荔枝,占49.5%。【结论】广东省第三次全国农作物种质资源普查与收集行动基本摸清我省农作物种质资源家底,抢救性收集古老地方品种、古老育成种、野生近缘和濒危野生种质资源,为创新种质、获得突破性品种提供可能。

水稻组蛋白去甲基化酶基因OsJMJ719的克隆及表达分析

【目的】克隆水稻组蛋白去甲基化酶OsJMJ719基因,分析其在非生物胁迫下的表达模式,为探究OsJMJ719在非生物胁迫响应中的功能提供理论依据。【方法】以水稻品种中花11为材料,克隆获得完整的OsJMJ719基因,对其进行生物信息学分析,构建OsJMJ719与绿色荧光蛋白(GFP)融合表达载体35S::OsJMJ719-GFP,利用烟草瞬时转化体系和水稻原生质体转化的方法来观察蛋白的亚细胞定位,并应用实时荧光定量PCR技术分析OsJMJ719基因在水稻不同组织中的表达情况以及在非生物胁迫处理下的表达模式。【结果】OsJMJ719基因(LOC_Os02g01940)编码区长度为2994 bp,编码997个氨基酸,OsJMJ719启动子区域含有10个植物激素响应元件和3个环境胁迫调控相关元件。系统进化分析结果显示,OsJMJ719与沼生菰、粗山羊草、小麦和大麦中的JMJ蛋白有较高的同源性。亚细胞定位结果显示,OsJMJ719蛋白定位于细胞核内。荧光定量结果显示,OsJMJ719在种子中表达量较高,且该基因的表达受ABA、NaCl和PEG6000的诱导,推测其在非生物胁迫过程中起重要作用。【结论】本研究展示了OsJMJ719基因的表达蛋白在进化树中的位置及其同源性物种,揭示了其表达蛋白定位于细胞中的具体位置、蛋白的结构及特征,以及该基因主要受到哪些外界因素调控,为进一步研究OsJMJ719基因的功能提供基础资料。

水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在种子萌发过程的时空表达特征及非生物胁迫下的表达模式。【结果】从PlantTFDB数据库鉴定获得13个水稻WOX基因家族成员(OsWOX1~OsWOX13),可分为3个分支,其中,远古进化支仅含1个基因,中间进化支和现代进化支分别含有6个基因。13个OsWOXs家族基因不均匀地分布在水稻的1、3、4、5、7、8、11号染色体上,其余5条染色体上则不含该家族基因,其基因结构之间存在较大的差异,暗示WOX基因功能具有差异性和多样性。13个水稻WOX蛋白均定位于细胞核,具有Homodomain superfamily保守结构域和10个保守基序,其中Motif 1和Motif 2位于每个蛋白的保守功能域中。OsWOXs基因启动子区域均含有较多的光响应元件和防御胁迫响应元件,种子特异性反应元件(RY-element)存在于OsWOX1、OsWOX9、OsWOX11和OsWOX12基因中。13个OsWOXs基因在水稻种子萌发及逆境胁迫下的表达模式存在明显差异。OsWOX8基因在萌发种子和幼苗中均呈较高的表达量,OsWOX9和OsWOX11基因在种子萌发期表达量较高,而OsWOX2、OsWOX6和OsWOX8基因在幼苗中的表达量较高。干旱胁迫下,幼苗中OsWOX1、OsWOX2、OsWOX4和OsWOX5基因的相对表达量分别是对照(CK)组的15.0倍、8.0倍、3.9倍和3.6倍,而种子中OsWOX3、OsWOX4和OsWOX7基因的相对表达量分别比CK组降低87.2%、86.9%和97.8%。【结论】相较于拟南芥和玉米,水稻WOX基因家族成员在系统发育进化上较先进,仅保留OsWOX8一个古老分支,且其启动子区域均含有大量光响应和胁迫响应元件,推测其在功能上偏向于参与光合作用和逆境应答方面。OsWOXs基因在水稻种子萌发、幼苗及各种非生物胁迫下呈现丰富多样的表达模式,其中OsWOX9和OsWOX11基因为调控种子萌发的关键基因。

水稻穗发芽研究进展

作物收获前的穗发芽是一个严重的全球性农业生产问题。经过漫长的驯化过程,栽培作物的休眠水平普遍低于野生祖先。尽管休眠期的缩短可能提高作物的繁殖代数和农业产值,但过早的休眠释放使作物在成熟收获前发生穗萌发,造成巨大的经济损失。从穗发芽的生理基础、穗发芽相关QTL和基因、穗发芽防控及展望等方面对水稻穗发芽现象进行梳理,认为高含水量是水稻种子萌发和穗发芽的先决条件,该过程中,淀粉酶活性增强和可溶性糖含量升高为穗发芽提供能量,水稻籽粒中植物激素ABA和GA的含量及种子对二者的敏感性是决定穗发芽的关键所在。近年来,穗发芽相关QTL及其功能基因的挖掘为阐明水稻穗萌机理以及培育穗发芽抗性品种提供重要依据。从长远来看,广泛开展水稻种质资源鉴评,尤其在野生稻、地方品种中寻找丢失的休眠基因,并通过分子育种途径聚集此类基因,培育抗穗萌品系(品种),对于解决穗发芽问题、提高水稻产量和品质、保证国家粮食安全具有重要意义。

种子萌发过程中胚乳的突破性研究

胚乳将许多种子的胚完全包裹,是这些种子萌发的物理屏障,其破裂与否是决定种子萌发与否的最后开关。胚乳破裂是胚生长产生由内向外"顶"的机械力量以及胚乳组织本身机械强度下降(胚乳弱化)的共同结果,而胚乳弱化则包括细胞壁的酶促和非酶促松弛机制。本文综述胚生长产生的机械力量、胚乳破裂的部位和方式、胚乳的组织结构及其细胞壁的化学组成、各种细胞壁降解酶及非酶的扩展蛋白(expansin)和活性氧在胚乳弱化中的作用等方面的研究进展。