水稻根系果胶去甲酯化促进细胞壁磷再利用的机制探究

在缺磷条件下,水稻根系细胞壁中的果胶组分能促进细胞壁磷的再利用,而其中的潜在机制仍有待进一步的研究。选取粳稻品种Nipponbare(Nip)和籼稻品种Kasalath(Kas)作为试验材料,研究了在缺磷条件下,水稻内源磷可利用水平的变化及其差异,并探究了产生这种差异的原因。结果表明:在缺磷处理后,水稻体内的可溶性磷含量迅速降低,而Nip根系和地上部的可溶性磷含量均一直高于Kas。同时Nip根系中释放出了更多的细胞壁磷,说明相对于Kas而言,Nip的内源磷再利用能力更强。缺磷胁迫时,与Kas相比,Nip可通过提高根系中的果胶甲酯酶活性,维持较低的果胶甲酯化度。体外试验又表明,甲酯化度越低的果胶,活化难溶态磷的能力越强。综上,缺磷胁迫下,水稻可通过提高根系果胶甲酯酶活性,将细胞壁的果胶甲酯化度维持在较低水平,从而促进细胞壁磷的释放来增加体内的可溶性磷含量,以供其他部位再利用。

不同铝耐性小麦内源磷再利用差异分析

植物体内磷的分配和再利用是植物对磷元素利用的具体表现,磷和铝是酸性土壤上限制作物生长的两大主要因子,因此,对不同铝耐性品种在磷再利用机制方面的研究具有重要意义。以小麦耐铝品种Atlas 66和铝敏感品种Scout 66为研究材料,研究有无磷供应下品种间磷含量与细胞壁及其组分磷含量以及果胶甲酯酶(PME)活性的差异。结果表明,与Scout 66相比,Atlas 66在缺磷条件下鲜质量和干质量相对较低,全磷和可溶性磷含量也相对较低,但品种间差异不显著。另一方面,在缺磷条件下,小麦耐铝品种Atlas 66磷相关基因表达量大多显著大于铝敏感品种Scout 66,说明在缺磷条件下,Atlas 66对磷的需求明显要高于Scout 66,以此来满足自身的生长发育需求。缺磷条件下,Atlas 66的根部细胞壁磷含量以及地上部果胶磷含量大多显著高于Scout 66,无论有无磷供应下Atlas 66与Scout 66的PME活性并没有显著差异,说明相比于Scout 66,Atlas 66在缺磷时细胞壁释放的可供植物再利用的磷显著减少,因而,Atlas 66对磷的需求提高,进一步验证了表达量的结果。综上所述,耐铝型小麦品种Atlas 66在整体磷含量上略低于铝敏感型品种Scout 66,更多的磷固定在Atlas 66细胞壁中不能释放,这可能也是其耐铝机制之一。

水稻细胞间磷酸盐高效循环再利用的机制解析

磷是作物生长发育必需的大量矿质营养元素。由于磷酸盐易被土壤所固定的特性,往往需要大量施用磷肥来满足作物需求,这造成了田间磷肥利用效率低且带来环境污染风险。提高作物体内磷素利用效率,减少对外界磷素供应的依赖是磷素养分高效的重要途径。目前,大量研究解析了作物磷素信号调控网络及其调控磷素吸收的分子生理机制,但针对作物自身磷素利用效率的研究相对较少,相关的植物营养生物学认知不足,尤其是体内磷素循环再利用的分子生理机制至今仍不清楚。一个重要限制因素是缺乏高效经济的植物细胞内磷含量检测技术。植物体内磷素转移再利用的主要形态为磷酸盐,因此,发展植物细胞水平的磷酸盐检测技术,并利用该技术解析磷信号调控网络如何响应外界磷素供应和体内组织细胞间磷酸盐分布,调节组织细胞间磷酸盐循环再利用机制具有重要的科学意义,并能为水稻田间磷素养分高效利用提供新的理论和技术。

植物内部磷循环利用提高磷效率的研究进展

【目的】磷素作为植物生长发育过程中必需的大量营养元素之一,因其在土壤中的难移动性使得根系对磷的获取有限。植物为满足其生长对磷素的需求,已经进化出一系列相应的机制提高对内部磷的再利用,以减少磷肥投入,保证产量的同时实现环境友好。本文以植物内部磷的高效利用为核心,重点剖析植物有机磷库与无机磷库中磷素的活化再利用的途径,综述释放出的无机磷在不同组织和器官中的转运过程,并对今后深入研究磷再利用的有关方向作出展望。【主要进展】植物体内磷的存在形式主要包括无机磷和有机磷两种。植物吸收的多余无机磷会被暂时储存在液泡中,并在植物缺磷时外流到胞质以满足植物对磷的需求,位于液泡膜的磷酸盐转运蛋白负责无机磷在液泡和胞质之间的分配。存在于核酸和磷脂中的有机磷在磷缺乏时由酶类(核酸酶、磷脂酶和紫色酸性磷酸酶等)水解并释放无机磷以供植物生长需要。植物遭受低磷胁迫,营养器官(老叶等)中活化的无机磷由多种磷酸盐转运蛋白转运到幼叶等新的生长中心被利用,从而显著提高磷的再利用效率。磷转运蛋白(PHTs)通过调控磷向籽粒的运输降低了磷在禾谷类作物籽粒中的积累,提高了磷利用效率,同时降低环境风险。【展望】现阶段的研究较为详细地阐述了植物体内磷素再活化的生理分子机制,但对磷转运功能蛋白参与特定磷转运过程的相关研究仍不够全面,比如液泡磷能调控细胞磷稳态,目前已鉴定得到的与其外排有关的转运蛋白极少,其调控机制也有待深入探索。国内外关于PHT1、PHT2、PHT3和PHT4蛋白如何将磷素从源器官转运到库器官缺乏系统的研究。无机磷库和有机磷库中磷的利用对植物应对缺磷的贡献也鲜有报道。因此,植物体内与磷再活化后转运利用相关的分子生物学调控机理还需进一步研究。

低磷胁迫下大麦叶片磷素利用特征

以大麦(Hordeum vulgare)磷高效基因型(DH110和DH147)和低效基因型(DH49)为材料,采用盆栽实验研究大麦在极低磷(25 mg·kg–1土)、低磷(50 mg·kg–1土)和正常磷(75 mg·kg–1土)处理下叶片的磷组分和酸性磷酸酶活性特征。结果表明,低磷胁迫显著降低大麦叶片的无机磷含量,但对难溶态磷含量影响较小。高效基因型上部叶核酸态磷含量显著高于低效基因型,而下部叶则显著低于低效基因型,是低效基因型的18.4%–91.4%。大麦下部叶酯磷含量和分配比例表现为高效基因型低于低效基因型,而上部叶仅在低效基因型中显著低于高效基因型。核酸态磷和酯磷在高效基因型叶片中的含量分配表明其上部叶的磷素营养状况较优,而下部叶易溶性有机磷的分解转化作用更强。低磷和极低磷胁迫下,下部叶酸性磷酸酶的活性显著增加,且高效基因型显著高于低效基因型,分别为低效基因型的1.29–1.41倍。磷高效基因型大麦通过提高下部叶酸性磷酸酶活性加强酯磷和核酸态磷的分解,转化为无机磷,增加可移动性磷源的含量和比例,以提高生育后期大麦的磷素再利用能力。

Recycling and Reusing Heat Energy During the Production of Powdery Phospholipid

The temperature is 56.5℃when acetone gas is rectified during the production of powdery phospholipid. If heat exchanger is added, heat energy that is reclaimed can be used by other heaters. On the basis of exchange hot water （51℃） 4m3 every minute, a factory with the productivity of powdery phospholipid being 10 ton a day can save 533.2 ton standard coal which is equivalent to 746.48 ton common coal. If this technique of saving energy and reducing emission could be widely used in correlative industries of all over the country, economic benefits will be prominent.

低磷胁迫下甘蓝型油菜酸性磷酸酶对磷效率的贡献分析

为探讨低磷胁迫下甘蓝型油菜酸性磷酸酶活性的基因型差异及其与磷效率的关系采用土培实验研究了磷高效基因型102和磷低效基因型105对有机磷和无机磷的利用及其根际土壤酸性磷酸酶活性差异;并采用水培实验研究了甘蓝型油菜根系分泌的酸性磷酸酶及不同叶片酸性磷酸酶的活性差异.结果表明,低磷胁迫能诱导根系及根系分泌的酸性磷酸酶活性升高;土培条件下,由于酸性磷酸酶的有效性受较多因素影响,植物的磷营养和磷吸收效率与根系分泌的酸性磷酸酶活性并不直接相关;缺磷胁迫下重组自交系群体叶片酸性磷酸酶活性与磷利用效率呈显著正相关,进一步表明低磷诱导的植株叶片酸性磷酸酶活性升高能促进体内磷的再利用,从而提高磷利用效率.