植物化感物质对种子萌发的影响及其生态学意义

化感现象作为植物之间的一种相互作用方式,在农林业生产中广泛存在。合理利用植物之间的化感作用,对于生产实践具有重要的指导意义。研究表明,化感物质可促进或抑制不同物种种子的萌发过程,这对于植物的生长发育、植物群落的组成与分布以及生态系统的平衡有着重要影响。本文从化感物质对种子萌发的影响与其生态学意义两个方面进行了综述。一方面,在阐述化感作用影响种子萌发的基础上,进一步总结了化感物质抑制植物种子萌发的生理生化机制。包括:化感物质通过抑制胚根和胚轴的伸长,破坏亚细胞结构,干扰植物激素及活性氧的合成与代谢,造成细胞损伤,从而阻碍种子萌发;抑制种子中储存物质的代谢,阻碍种子萌发过程中的物质以及能量转换,导致种子萌发受阻等。另一方面,本文从化感作用在抑制农田杂草及影响生态系统稳定性两个方面,阐述了化感物质调控种子萌发的生态学意义。讨论了农作物的化感抑草作用,农林业生产中的化感自毒作用以及化感作用造成的生物入侵等,以期为农林业生产提供借鉴。最后,根据目前研究进展,对本领域未来研究方向进行了展望和讨论。

植物种子寿命的生理及分子机制研究进展

种子寿命是衡量种子质量高低的关键指标之一,直接关系到种子萌发、萌发后幼苗的生长发育以及作物产量高低。种子寿命的调控是一个复杂的生物学过程,影响种子寿命的因素包括环境因素、种子自身的结构、营养成分组成及含量以及调控种子寿命相关的关键基因。研究储藏过程中种子生理生化指标的变化,以及相应关键基因的生物学功能,掌握调控种子寿命的生理及分子机制,对于减少种子内部能量消耗,进一步延长种子寿命具有重要意义。该文综述了近年来国内外有关调控种子寿命的生理及分子机制,重点阐述了调控种子寿命的相关关键基因的研究进展,并讨论了各种外部因素对种子寿命的调控机理。

四川玉米-大豆带状套作复合群体产量变异及其影响因素分析

选取四川省射洪、仁寿、广安3个典型丘陵农业生态区,调查了各区域2004-2012年的玉米-大豆套作复合群体的产量及其构成因素的变化,探讨了玉豆套作复合群体最大理论产量及其同各构成因素间的关系。结果表明,就玉米-大豆套作而言,四川存在大面积的中低产地块,其比例高达80.2%。根据实际产量计算获得的射洪、仁寿、广安玉豆复合群体最大理论产量显著高于各自的实际最高产量,说明提升潜力巨大。通径分析表明,在不同区域内,复合群体主要的产量构成因素对群体产量的贡献率有差异,其中大豆和玉米的有效株数最为重要。此外,土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾含量的差异,是导致复合群体产量差异的主要肥力因素。因此,玉米大豆套作高产栽培技术应以增加播种密度为核心,提高玉米有效穗数和大豆有效株数,辅以有效的土壤改良措施,这是玉豆复合群体高产、稳产的重要保证。

Karrikins信号传导通路及功能研究进展

Karrikins是从野火烟中发现的一类具有促进某些植物种子(如拟南芥、野燕麦)萌发的信号分子。自2004年其结构首次被解析以来,目前已经发现6种不同形式的Karrikin,其活性各有不同。虽然Karrikins被发现的时间较短,但其已成为植物分子生物学领域的研究热点。研究发现,Karrikins除促进种子萌发以外,还具有调控植物光形态建成、叶片发生等过程等生物学功能;此外,Karrikins与植物激素独脚金内酯(Strigolactone)在结构、信号传导通路等方面具有非常高的相似性。本文从Karrikins的发现史、信号传导通路、生物学功能及生态学意义等方面综述了其最新的研究进展,并探讨了Karrikins领域未来的研究方向。

生长素调控种子的休眠与萌发

植物种子的休眠与萌发,是植物生长发育过程中的关键阶段,也是生命科学领域的研究热点。种子从休眠向萌发的转换是极为复杂的生物学过程,由外界环境因子、体内激素含量及信号传导和若干关键基因协同调控。大量研究表明,植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)和赤霉素(Gibberellin acid,GA)是调控种子休眠水平,决定种子从休眠转向萌发的主要内源因子。ABA与GA在含量和信号传导两个层次上的精确平衡,确保了植物种子能以休眠状态在逆境中存活,并在适宜的时间启动萌发程序。生长素(Auxin)是经典植物激素之一,其对向性生长和组织分化等生物学过程的调控已有大量研究。但最近有研究证实,生长素对种子休眠有正向调控作用,这表明生长素是继ABA之后的第二个促进种子休眠的植物激素。本文在回顾生长素的发现历程、阐释生长素体内合成途径及信号传导通路的基础上,重点综述了生长素通过与ABA的协同作用调控种子休眠的分子机制,并对未来的研究热点进行了讨论和展望。

除草剂研发及其复混使用的现状与展望

除草剂又称除莠剂,是可以有效消灭或抑制杂草生长的一类化学或生物药剂。近年来,化学除草剂种类的不断增加以及除草技术的日趋完善,极大地变革了传统的劳动生产方式。但是,化学除草剂的不合理使用,使生态环境遭到破坏,同时对食品安全造成威胁。如何降低化学除草剂对环境的污染,并进一步提高除草效率,是目前除草剂领域研究的热点。发展新型绿色环保的除草剂,也是农业可持续发展和绿色生产中亟待解决的问题。因此,生物除草剂以其低污染、无残留等优势,引起了人们的广泛关注。如何正确、安全、高效地使用除草剂或利用不同植物之间的化感作用来防除和抑制杂草的生长已成为当前研究的热点。本文综述了化学和生物除草剂的研究进展、使用现状,并对除草剂不合理使用所导致的药效降低以及引发的一系列环境问题展开阐述,着重讨论不同类型或成分的除草剂或助剂复混使用在农业生产、环境保护和生态平衡中的重要作用,并在此基础上探讨除草剂领域未来的主要研究方向。

大豆响应荫蔽胁迫的形态及生理机制研究

在传统间套作基础上发展而来的"玉米-大豆带状复合种植"模式,能显著提高土地产出率,在不降低玉米的产出基础上净增加大豆产量,在中国西南地区得到了快速发展。但是,在该模式下,高位作物玉米对低位作物大豆形成荫蔽胁迫,限制了该模式的进一步推广。荫蔽胁迫下,红光/远红光比值(R:FR)下降,大豆的光能截获量显著减少,植株表现出下胚轴纤细、叶面积减小、叶柄细长、叶片变薄、易倒伏等典型的荫蔽胁迫表型,极大地限制了间套作大豆的产量和品质提升。因此,在生理和分子水平上研究大豆对荫蔽胁迫的响应机理,培育耐荫大豆品种,对指导间套作大豆生产具有理论和现实意义。本综述研究了农业生产中的荫蔽胁迫,荫蔽对间套作大豆农艺性状、光合作用及倒伏的影响,同时阐述了大豆响应荫蔽胁迫的生理及分子机制;并在此基础上,探讨了本领域未来的主要研究方向。

玉米/大豆间作增强大豆种子在萌发期间的抗逆能力

玉米/大豆间作模式下,低位作物大豆受到高位作物玉米的遮荫,导致大豆种子在发育期间受到荫蔽胁迫。为研究荫蔽胁迫对大豆种子在随后的萌发期间抗逆性的影响,本研究以大豆品种菏豆19、玉米品种浚单26为试验材料,采用1∶1玉米/大豆间作(intercropping,IC)模式,对照为净作大豆(monocropping,MC),大豆种子收获后,测定百粒重、蛋白质含量以及脂肪含量等性状;并分析其在萌发期间的抗逆能力(以高温、甘露醇、葡萄糖、聚乙二醇、Na Cl以及脱落酸进行胁迫处理);进一步以qRT-PCR分析了ABA信号转导相关基因的表达情况。结果表明,玉米/大豆间作模式下收获的大豆种子的百粒重、脂肪和蛋白质含量与净作大豆无明显差异;在上述非生物胁迫条件下,与对照相比,间作大豆种子具有较快的萌发速率,表现出较强的抗逆能力;qRT-PCR数据显示,在萌发过程中,间作大豆种子中ABA信号通路上的正调控基因Gm ABI4、Gm ABI5表达量较净作有所下调。因此,本研究表明玉米/大豆间作模式不会降低大豆种子品质,但是会通过削弱ABA信号,进而增强间作大豆种子在萌发期间的抗逆能力,提高其萌发期间对非生物逆境的适应性。

生物和非生物逆境胁迫下的植物系统信号

复杂多变的自然环境使植物进化出许多适应策略,其中由局部胁迫引起的系统响应广泛存在,精细调节植物的生长发育和环境适应能力。植物系统响应的诱导因素首先引起植物从局部到全株范围的信号转导,这类信号称为系统信号。当受到外界刺激时,植物首先在受刺激细胞内触发化学信号分子的变化,如茉莉酸和水杨酸甲酯等在浓度和信号强度方面发生变化;进而,伴随着一系列复杂的信号转换,多种信号组分共同完成系统响应的激活。植物激素、小分子肽和RNA等被认为是缓慢系统信号通路中的关键组分,而目前也有大量研究阐释了由活性氧、钙信号和电信号相互偶联组成的快速系统信号通路。植物系统信号对其生存和繁衍至关重要,其精确的转导机制仍值得深入研究。该文综述了植物响应环境的系统信号转导研究进展,对关键的系统信号组分及其转导机制进行了总结,同时对植物系统信号传递的研究方向进行了展望。

荫蔽胁迫对At-RS31基因mRNA可变剪切的影响

在密植或高低作物间套作模式下易产生荫蔽胁迫,进而影响产量与质量。因此,研究植物对荫蔽胁迫的响应机制具有重要的理论和实践意义。At-RS31基因编码植物可变剪切蛋白复合体的重要组成成分,其表达量高低是表征体内mRNA可变剪切强度的关键指标之一。本研究以拟南芥At-RS31基因为对象,通过荫蔽处理拟南芥幼苗,研究不同时间点At-RS31 mRNA转录本的变化趋势,以探究荫蔽胁迫对植物mRNA可变剪切的影响。表型分析表明,相对于正常光照,荫蔽胁迫下拟南芥下胚轴显著伸长。qRT-PCR分析表明,At-RS31总mRNA表达量在荫蔽胁迫下上升。进一步对At-RS31的两种主要异构体含量进行分析,结果显示,At-RS31mRNA-1和At-RS31 mRNA-3对荫蔽信号有着不同响应趋势:荫蔽极显著诱导At-RS31 mRNA-3表达,但对At-RS31 mRNA-1的表达无明显影响。因此,本研究表明,植物可能通过影响可变剪切因子At-RS31的mRNA各组分含量,调节At-RS31相关蛋白的表达,进而影响其他基因mRNA的可变剪切,以形成多种形式的mRNA,提高植物适应荫蔽环境胁迫的能力。