水杨酸和茉莉酸诱导水稻化感关键基因C4H的表达分析

【目的】肉桂酸4-羟化酶(C4H)是苯丙烷合成途径次生代谢的重要酶,通过对不同化感潜力水稻中4个C4H基因:OsOlgO82O000、OsO2g467O00、OsO2gO4676O0、OsO5gO32O7O0的表达分析,研究它在不同化感潜力水稻中的区别,有助于揭示水稻化感抗(耐)性的内在机制。【方法】选用非化感水稻Lemont和化感水稻PI312777,进行水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)处理,通过q-PCR对4个C4H基因的表达进行分析比较,同时以水稻叶片水浸提液测定其对稗草根生长的影响。【结果】经过JA和SA处理的非化感水稻Lemont叶片水浸提液对稗草根生长的抑制率分别提高了22%和18%,而化感水稻PI312777的抑制率分别提高了40%和28%。q-PCR结果表明,JA和SA处理后,Os01g0820000和C)s02g0467000在2种水稻中相对表达量相似;而Os02g0467600和Os05g0320700两个基因在PI312777中相对表达量上调程度均高于Lemont,表明这2个基因在PI312777中可能更多的参与到C4H的合成代谢。【结论】JA和SA处理后的2种水稻化感潜力增强,OSO2gO4676O0和OSO5gO32O7O0在PBl2777和Lemont中表达差异较大,因此推测这2个基因是造成2种水稻化感潜力不同的重要因素。

RAPD和ISSR标记对水稻化感种质资源遗传多态性的分析

运用RAPD和ISSR技术分析水稻化感种质资源的遗传多态性。从供试材料中筛选到具有多态性的RAPD引物 12条 ,ISSR引物 7条。RAPD引物共扩增到 85条清晰的多态性条带 ,多态性条带比率为 6 9 4 %。ISSR引物共扩增到 34条清晰的多态性条带 ,多态性条带比率为 5 3 0 %。对两种标记结果进行UPGMA聚类分析 ,结果极其类似 ,呈极显著的正相关 (r=0 74 )。聚类结果表明 ,地理位置相近的品种聚为一类。部分具有较强化感作用潜力的水稻品种亲缘关系很近 ,表明控制其化感作用性状的基因可能是等位的相同基因。而部分化感作用潜力差异显著的水稻品种聚为一类 ,这是由于人类在长期高产品种的定向选择过程中 ,水稻化感作用性状不被注意而丢失 ,遗传基础日益狭窄的原因。

外源水杨酸调控水稻化感抑草作用及其分子生理特性

为了探讨外源水杨酸(SA)调控水稻化感抑草效应的可行性,研究了不同浓度的外源SA对强化感水稻PI312777抑草效应的影响及其生理生化特性,并运用实时定量RT-PCR(FQ-PCR)技术检测SA介导的关键酶苯丙氨酸解氨酶基因(ZB8)的相对表达量.结果表明:外源SA能够诱导水稻化感抑草效应增强,而且这种诱导效应与SA的浓度和处理时间相关.叶面喷施SA后,PI312777对稗草的抑制率显著提高,其根系活力、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性增强,过氧化氢酶(CAT)活性降低;而伴生杂草稗草的相应生理指标的变化趋势则相反.PI312777植株中的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增强,总酚含量升高.0.2mmol.L-1的SA诱导水稻化感抑草效应最显著,该浓度下目的基因ZB8的相对表达丰度随处理时间先上调后下调,在24h达到表达高峰.

水稻化感作用的机制与应用的研究进展

水稻是我国的主要粮食作物,其与周围植物的相生相克作用(化感作用)得到越来越多的重视。简要介绍了近来国内外对水稻对高等植物的化感作用的研究成果,介绍其化感作用途径、化感物质的分离、鉴定、可能的作用原理及在生产实践中的应用。

水稻化感物质抑草作用机理的分子生物学探析

水稻化感物质在我们日常生产活动中的作用主要为,抑制水稻附近植物的生长,也就是抑制杂草种子的生长。这项技术主要是通过对植物内部的细胞进行破坏,影响植物体内激素的正常发展,从而使植物无法进行光合作用和呼吸作用等。水稻化感作用在我国农业发展史上是一项重要的关键性的发展,这一技术采用科学的生物学技术,在保护水稻正常生产的情况下对其他植物采取抑制生长的办法。本文主要通过对水稻化感物质抑草作用机理进行分子生物学的探析,致力于将这一技术在我国得到更好的推广。

水稻品种化感潜力的双重评价与筛选

以初筛获得的7份水稻品种为材料,用特征次生物质标记法在HPLC上测定化感指数AI值并结合田间小区试验进行双重评价与筛选,得到3份既具高化感指数又具较高田间抗草活性的水稻化感品种(系),它们是:我国台湾品种I-Kung-Pao、Parahainakoru和大陆品种HB-1。它们对无芒稗根长抑制率分别达57%、64%、55%,均超过50%;其化感指数分别是0.61、0.56、0.59,均与美国化感潜力品种PI312777的化感指数0.59相近;结果表明,水稻品种I-Kung-Pao、Parahainakoru和HB-1是我国宝贵的化感品种资源。

稗草根系分泌物诱导下水稻化感抑草潜力及根际土壤微生物多样性变化

采用土壤抑草圈法研究水稻/稗草共培下,稗草种植液诱导对水稻化感抑草潜力及根际土壤微生物多样性的影响.结果表明,稗草种植液诱导显著提升了化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont对稗草生长的抑制作用.PI312777对稗草株高、鲜重和干重的抑制率分别增加5.17%、5.03%和5.77%;Lemont分别增加7.18%、5.49%和1.99%.诱导处理后2种水稻根际土壤细菌、真菌和放线菌数量均没有显著变化,但诱导后非化感水稻Lemont根际真菌/细菌比率更接近化感水稻PI312777.诱导处理提高了2种水稻根际微生物碳源利用率,化感水稻PI312777根际土壤微生物对氨基酸类、羧酸类、胺类和多聚物类碳源的利用程度都显著提高,分别提高1.16、1.44、1.1倍和1.33倍;非化感水稻Lemont根际土壤微生物对糖类、氨基酸类、羧酸类和胺类碳源的利用程度都显著提高,分别提高1.80、1.90、2.54和1.61倍.相关性分析表明,水稻根际土壤微生物对酚酸类、羧酸类和胺类碳源的利用程度与稗草抑制率呈显著正相关.本研究结果表明诱导提高水稻化感抑草潜力与根际土壤微生物的变化密切相关,诱导提高水稻酚酸类物质分泌释放引起了土壤微生物变化,对水稻化感抑草作用起重要的调节作用.(图3表3参36)

稗草种植液诱导对不同化感潜力水稻生长和土壤酶活性的影响

采用抑草圈法研究化感水稻PI31277和非化感水稻Lemont在稗草种植液诱导下对水稻化感潜力的影响,以及对水稻生长和水稻根际土壤酶活性的影响.结果表明:稗草种植液诱导可以增强化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont对稗草株高的抑制,抑制率分别提高5.17%和7.18%.诱导处理对化感水稻PI312777的生长指标的提高并不显著,对非化感水稻Lemont叶片叶绿素含量和氮素含量都有显著提高,分别提高1.21倍和1.11倍.诱导处理后,化感水稻PI312777根际土壤的多酚氧化酶、蔗糖酶和磷酸单酯酶活性显著提高,分别提高1.12倍、1.84倍和1.45倍;非化感水稻Lemont只有磷酸单酯酶活性显著提高1.92倍.本研究表明,化感水稻诱导提高化感作用与土壤酶活有间接关系,而非化感水稻诱导提高竞争作用主要通过提高生长优势来实现.

化感水稻内生真菌发酵产物的抑菌活性评价及其对水稻保护性酶活性的影响

为探究化感水稻内生真菌对植物病原真菌的抑制作用及其对水稻生理特性的影响,本研究采用来自化感水稻6173中分离得到的12株内生真菌菌株,以水稻纹枯病、稻瘟病、恶苗病菌为指示菌株,通过平板对峙法研究了内生真菌菌株的抑菌活性,再采用牛津杯扩散法对初筛获得的抗性菌株进行抑菌活性复筛,并对筛选到的抑菌菌株抗菌物质的热稳定性及其对非化感水稻93067相关保护性酶活性的影响进行了研究。结果表明,菌株REF-04抑菌活性强,其对纹枯病菌抑制率达到50.63%,发酵液乙酸乙酯提取物抑制效果显著,抑菌圈直径达到18.6 mm;菌株REF-04发酵液乙酸乙酯提取物中抗菌成分具有较强的热稳定性,其发酵液能显著提高水稻苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性。本研究筛选获得的水稻内生真菌REF-04具有较好的抗菌活性,同时还能促进水稻幼苗保护性酶活性的提高,其作为生物农药具有一定的应用价值和开发前景。

化感水稻苗期茎叶组织中萜类物质检测和抑草活性分析

采用稻稗抑草圈土壤盆栽种植方法,微波萃取和气质联用色谱技术测定苗期强化感水稻PI312777与非化感水稻Lemont的茎、叶中萜种类及总萜、单萜、含氧单萜浓度,并进行比较分析.根据物质分析结果,进一步考察含氧萜类对稗草的抑制能力.结果表明:化感水稻PI312777显著抑制其周围稗草的生长,且其苗期茎叶中总萜、单萜以及含氧单萜含量均高于非化感水稻Lemont.验证结果表明,所选择的7种含氧单萜的混合溶液对稗草的株高和干重的抑制作用随着浓度的增高而升高,且低浓度的含氧单萜混合溶液对常规水稻Ⅱ优航无危害作用,因此化感水稻苗期自然分泌的含氧单萜物质是一种潜在的生态安全除草剂.

从化感水稻根际土壤中筛选抑草细菌的研究

从化感水稻PI312777根际土壤中筛选具有抑草作用的细菌,为开发抑草微生物资源提供科学依据。以稀释涂布平板法筛选菌株,以莴苣、稗草为受体,实验室生物测试和盆栽试验相结合,确定候选菌株的抑草活性。实验室生物测试结果表明,有2个菌株Z1和Z2的发酵液对莴苣具有强抑制作用,且对稗草根长的抑制率为50%~60%,株高的抑制率为40%~50%。盆栽试验结果表明,Z1和Z2的发酵液对稗草根长的抑制率分别为28.1%和27.0%,株高的抑制率分别为8.85%和4.48%。菌株发酵液对3种水稻的根长有促进作用,对株高没有影响或小的抑制作用（抑制率3%）。结果表明水稻化感抑草作用与根际微生物有关,暗示从化感水稻根际土壤中筛选抑草细菌是一个可行的思路。

水分和密度对化感水稻产量、品质及籽粒中Pb、Cd含量的影响

【目的】探讨化感水稻产量、品质及重金属含量与水分管理和种植密度的关系,更好地发挥化感水稻环境友好的特点。【方法】以‘化感稻3号’、‘化两优78号’以及早季的‘玉香油占’和晚季的‘百香占’为材料,研究不同水分管理(孕穗期晒田WN、孕穗期不晒田WS)和种植密度(高密度DH、当地种植密度DN)处理下稻米的产量、品质以及籽粒中Pb和Cd含量的变化。【结果】稻米产量和品质在不同水分和密度管理条件下差异不显著,但在品种间有显著差异,表现为‘化两优78号’产量高于其他品种。WSDN处理显著降低了常规稻‘百香占’的精米率,但对化感品种影响不显著。WS处理降低了稻米Pb和Cd含量,尤其是显著降低了化感稻米Cd含量。密度和品种对稻米Pb和Cd含量影响不显著。【结论】水分和密度处理对化感水稻的产量和稻米品质影响不显著,但WS处理能够显著降低化感水稻籽粒中Cd含量。

化感水稻6173内生真菌发酵产物对水稻和稗草苗期生长及生理生化特性的影响

为了考察化感水稻品系6173内生真菌的生物学功能,采用6173分离出的12株内生真菌对非化感水稻93067和稗草进行种子萌发和生长试验,以常规萌发生长的水稻及稗草幼苗为对照,研究真菌发酵产物对两者萌发率、茎长、鲜重和相关酶活性变化的影响。结果表明,12株内生真菌中,7株真菌的发酵产物对水稻萌发起促进作用,11株真菌的发酵产物可促进水稻幼苗生长,其中塔宾曲霉和粘红酵母发酵液效果极显著。然而11株真菌的发酵产物对稗草萌发具有抑制作用,燕麦镰刀菌发酵液抑制效果极显著;试验组中塔宾曲霉、粘红酵母发酵产物均显著抑制了稗草的生长。初步筛选促水稻生长和抑制稗草作用明显的燕麦镰刀菌、塔宾曲霉和粘红酵母,其发酵产物都能显著降低稗草种子的脂肪酶活性。与对照相比,萌发24 h时,粘红酵母处理稗草种子可使脂肪酶活性下降82.61%;萌发96 h时,燕麦镰刀菌和粘红酵母菌处理稗草种子可使脂肪酶活性下降30.88%和36.50%。此外,塔宾曲霉和燕麦镰刀菌发酵产物能够不同程度地提高水稻幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性;燕麦镰刀菌能降低稗草幼苗的SOD、POD活性;同时塔宾曲霉能显著降低稗草幼苗POD活性。综上,化感水稻6173中分离出的内生真菌的发酵产物对普通水稻品种促生长和抑制作用并存,但对稗草主要是抑制作用,其作用可能主要通过抑制脂肪酶活性和抗氧化途径实现。本研究结果为农业生产中生物农药和微生物肥料的研发奠定了理论基础。

化感水稻内生真菌的分离鉴定及其发酵产物的生物学效应研究

以化感水稻品种‘PI312777’‘6173’和‘6180’为研究对象,从水稻根、茎和叶中分离获得70株内生真菌,采用形态学观察和rDNA-ITS区序列分析,对内生真菌进行分类鉴定。进一步以化感水稻‘PI312777’分离得到的粘红酵母和塔宾曲霉为试验菌株,通过不同稀释倍数的真菌发酵液对非化感水稻进行MS半固体培养基育苗试验,研究化感水稻内生真菌发酵产物对非化感水稻萌发率、株高等形态指标及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的影响。结果表明,从供试化感水稻品种中共分离得到17种内生真菌,经rDNA-ITS系统发育树分析鉴定为10个属,这些内生真菌主要分布在曲霉属(Aspergillus)(29.63%)、青霉属(Penicillium)(16.67%)和镰刀菌属(Fusarium)(12.96%)。不同稀释浓度塔宾曲霉发酵液对水稻幼苗生长均有促生作用,其中50倍稀释浓度处理可显著提高水稻幼苗的株高、根长及POD酶活性。粘红酵母菌发酵液5倍稀释浓度可显著提高水稻幼苗的PAL酶活性并对水稻幼苗有促生作用。稗稻共生条件下,塔宾曲霉和粘红酵母发酵稀释液对水稻均有促生效应。本研究可为化感水稻内生真菌进一步应用于水稻生产实践提供有益指导。

化感水稻品种对白背飞虱的抗性评价

为了发掘白背飞虱的抗性稻种资源,采用苗期抗性鉴定、分蘖期蜜露量测定和大田抗虫性鉴定的方法评价4个化感水稻品种(系)以及3个非化感水稻品种(系)对白背飞虱的抗性。结果表明,苗期鉴定中化感水稻品种化感稻3号和杂交稻华两优689表现为抗级;化感杂交稻组合化两优3号和华珍优3号表现为中抗;化感杂交稻组合农珍优3号表现为感虫,常规稻品钟象牙占和航美占表现为高感。苗期鉴定的抗性品种(系)中,化感稻3号、化两优3号和华两优689的蜜露分泌量显著低于感虫对照TN1,对白背飞虱的取食有明显的抑制作用。化感稻3号、化两优3号和华两优689等3个品种(系)的田间发生虫量显著低于感虫对照TN1,对白背飞虱表现出明显的控制作用。综合3项测定方法,初步鉴定化感稻3号、化两优3号、华两优689等3个品种(系)对白背飞虱具有一定的抗虫性,具有开发应用价值,为丰富水稻抗虫材料提供理论依据。

土壤微生物对长雄野生稻及其化感潜力后代抑草作用的影响

明确土壤微生物对化感作物田间抑草作用的影响及其机制,对农田杂草绿色防控具有重要意义。长雄野生稻(Oryza longistaminata)是培育化感水稻的优良抗原,然而目前尚不清楚土壤微生物对该野生稻及其后代化感抑草作用的影响。本试验以非化感亚洲栽培稻(RD23)作为参照,通过温室盆栽试验对比研究了土壤微生物对长雄野生稻及其中化感潜力后代(RL169)的抑草效应,并分析了与其共培稗草的根际土壤微生物群落结构特征和对稗草养分吸收与利用的影响。结果表明:1)土壤微生物显著增强了长雄野生稻及其化感后代(RL169)的抑草效应(P<0.05),而对非化感亚洲栽培稻(RD23)则无明显影响;方差分析表明,土壤微生物、根系分泌物和不同化感潜力水稻互作(土壤微生物×根系分泌物×不同化感潜力水稻)对稗草的株高、根长和生物量具有显著影响(P<0.05)。2)长雄野生稻及其化感后代(RL169)改变了稗草根际土壤微生物的群落结构,降低了稗草根际土壤细菌的多样性水平和丰富度,与其共培稗草的根际细菌在科、属和种水平的数量显著低于非化感亚洲栽培稻(RD23)处理组(P<0.05)。3)长雄野生稻及其化感后代(RL169)显著降低了共培稗草对N、P和K营养元素的吸收与利用,且在土壤微生物作用下,长雄野生稻处理组稗草对N和P的吸收和中化感潜力水稻(RL169)处理组稗草对N的吸收显著降低;方差分析也显示,土壤微生物和不同化感潜力水稻极显著或显著影响稗草对N元素(P<0.01)或K元素(P<0.05)的吸收,但对P元素的吸收却无显著影响;另外,稗草养分的利用仅受到不同化感潜力水稻的显著影响(P<0.05)。综上所述,长雄野生稻及其化感后代(RL169)改变了稗草根际土壤细菌的群落结构,降低了其对营养元素N、P和K的吸收和利用,其化感抑草效应在土壤微生物的作用下被显著提高。本研究结果对进一步认清土壤微生物对水稻化感作用的影响以及对野生种质资源的开发利用均具有重要意义。

应用差异蛋白质组学方法分析作物化感作用的分子机理

试验旨在分析运用分子标记技术(QTL)和差异蛋白组学技术研究作物化感作用分子机理的差异性。首先运用差异蛋白组学技术探讨在生物胁迫(稗草)下水稻化感作用潜力变化的内在分子机理。分别用稗草和水稻的根系分泌物培养切自一株5叶龄化感水稻P I312777植株并经恢复的2个分蘖。7d后,提取处理和对照相同叶位叶片的全蛋白质并进行双向电泳,每张电泳胶片上获得800多个电泳胶点,其中差异表达的蛋白质点有4个。采用M ALD I-TOF-M S对各差异蛋白质点进行肽质量指纹图谱分析,经过SW ISS-PROT数据库查询,结果表明化感水稻P I312777在稗草胁迫下的特异蛋白分别与苯丙氨酸氨解酶(PAL)、硫还原型蛋白(T rx-m)、3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HM GR)和过氧化物酶(POD)相匹配。根据编码以上4个差异蛋白质的DNA序列,发现编码以上4个差异蛋白的基因分别位于水稻染色体4、7、8和12上的特定克隆位点,这就是与化感作用相关基因。前人也运用QTL方法开展作物化感作用的分子机理研究,但由于所采用的供体材料、受体植物及对表型性状的评价方法等的不同,定位结果存在较大的差异。综合比较两种方法后认为,运用差异蛋白组学技术分析水稻化感作用的分子机理,比QTL技术更加直接和深入。因为比较胁迫处理和对照植物组织的2-DE图谱将能鉴定出由表达候选基因编码的胁迫蛋白质,氨基酸残基序列的测定将揭示那些功能与胁迫性状密切相关的蛋白质,这种编码的基因就是兼具功能与表达的候选基因。

稻/稗共培抑草圈法结合主成分-聚类分析法筛选化感潜力水稻品种

筛选具有化感潜力的水稻是利用水稻化感作用进行杂草防控的重要工作.利用前期建立的有效种植体系——稻/稗共培抑草圈土壤盆栽法,测定14个水稻品种的6种化感潜力指标,结合主成分分析-聚类分析法进行归类分析得出潜在的化感水稻品种,再利用HPLC法验证这些水稻叶片酚酸化感物质含量聚类分析的结果.结果显示,无论是哪一种化感潜力指标,国际公认的化感水稻PI312777和Taichung Native1均显著高于非化感水稻Lemont,但其他11种水稻的变化趋势不一致.经过主成分分析得到的2个主成分反映了原化感潜力测定指标信息的86.55%,进一步根据14个水稻品种的主成分得分进行聚类分析,3种水稻可以归于化感水稻一类.HPLC分析结果表明,水稻品种371叶片酚酸总量与PI312777相比无显著差异,其他两种水稻187和287与Taichung Native1相比无显著差异,与聚类分析的归类结果基本一致.本研究表明利用抑草圈种植筛选系统,结合主成分分析法和聚类分析法可以准确地筛选出化感潜力水稻,本次筛选出来的水稻品种371、187和287号均可以作为潜在的化感水稻进行后续研究.

田间直播下化感水稻抑草作用及其根际土壤微生物生理特性动态

在人工除草与不除草的田间种植模式下,研究化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont苗期对田间杂草的抑制作用、根际土壤的化感潜力以及根际土壤微生物生理特性动态.结果显示,PI312777的田间抑草率在7叶期达85.82%.土壤-琼脂三明治法实验表明,5叶期的PI312777根际土壤对稗草干重抑制率显著高于3叶期,不除草处理下5叶期比3叶期增加了20.16%.在相同叶期下,PI312777的根际土壤微生物生物量碳及呼吸强度、细菌数量和土壤酶（脲酶、蛋白酶和蔗糖酶）活性均远高于Lemont,且不除草处理下显著高于除草处理.PI312777根际土壤抑草率和土壤微生物生理指标均表现为3叶期到5叶期之间的增幅最大.不除草处理下,化感水稻PI312777根际土壤微生物生物量碳、呼吸强度、细菌数量、脲酶活性、蛋白酶活性和蔗糖酶活性,5叶期比3叶期分别增加了53.11%、51.56%、38.97%、44.83%、60.00%和41.92%.本研究结果表明水稻化感作用与根际土壤微生物活动关系紧密,水稻化感物质引起土壤微生物变化,水稻化感作用是一个植物-土壤之间的相互作用过程.

两种不同化感潜力水稻CYP73A38基因及其启动子的克隆分析

水稻化感作用指水稻通过向环境中释放次生代谢产物来影响周围植物的生长。本研究以国际公认的化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont为材料,克隆肉桂酸-4-羟化酶(C4H)编码基因CYP73A38的cDNA序列进行对比分析,发现两种水稻在该基因的序列差异极小,存在6个位点差异。为了进一步揭示两种水稻化感潜力不同的原因,对CYP73A38启动子进行了克隆分析,获得CYP73A38基因启动子序列,该启动子序列包含CAAT-box、TATA-box、光响应元件、赤霉素响应元件、生长素响应元件、低温响应元件等多个顺式作用元件及MYB类转录因子结合位点,且差异位点均不在顺式作用元件上,由此推测两种水稻化感潜力的差异与基因结构没有相关性。不同化感潜力水稻CYP73A38基因及其启动子的克隆与序列分析,将为进一步研究CYP73A38基因的表达调控及其启动子功能分析提供参考,为加快水稻化感抗性品种的选育进程提供依据。