【目的】水稻(Oryza sativa L.)是中国最重要的粮食作物,也是盐胁迫敏感作物。研究水稻盐胁迫响应基因表达,发掘水稻耐盐基因对水稻抵御盐胁迫的分子机制及解析其调控网络,为培育耐盐水稻品种奠定基础。【方法】以水稻品种日本晴种子为试验材料,在1/2MS培养基培养条件下对其进行盐处理(150 mmol·L-1 NaCl),对盐处理和非盐处理21 d的根系进行小分子量RNA组学测序。通过生物信息学分析,以log2 Fold Change(log2FC)>1或<-1为筛选条件,寻找在盐胁迫和非盐胁迫条件下差异表达的miRNA和tRF(tRNA-derived RNA fragments),分析其靶基因,并通过实时荧光定量PCR对测序结果及靶基因进行验证。【结果】以至少一组数据RPM(Reads Per Million reads)>500和log2FC>1或<-1为筛选条件,共得到31个差异表达miRNA,其中8个为盐胁迫诱导miRNA,23个为盐胁迫抑制miRNA,这些差异表达miRNA属于12个miRNA家族,其中8个miRNA家族在拟南芥、玉米和小麦等物种中也被报道为盐胁迫信号响应miRNA,包括盐胁迫抑制的osa-miR397、osa-miR396、osa-miR156、osa-miR167、osa-miR1432和盐胁迫诱导的osa-miR159、osa-miR168、osa-miR164。其余4个miRNA家族osa-miR1882、osa-miR1876、osa-miR1423和osa-miR5077尚未见与盐胁迫相关的报道。通过靶基因预测,得到这31个差异表达miRNA的靶基因共162个。此外,盐处理后,水稻根系产生的34—38nt tRF数量显著多于非盐处理材料,说明tRF的产生并非随机,而是通过某种特定机制响应高盐信号,诱发tRNA特异性加工而产生。以RPM>50和log2FC>1或<-1为筛选条件,检测到盐胁迫诱导的5’端tRF 3个,3’端tRF 3个,这些tRF由6个tRNA加工产生。推测这些差异tRF是潜在的水稻盐胁迫响应tRF。【结论】共检测到12种水稻根系中盐胁迫响应miRNA,其靶基因多为转录因子编码基因,推测其通过对其靶基因转录因子的转录后调控参与了盐胁迫响应的表达调控。其中8个水稻盐胁迫响应miRNA家族是不同物种间保守的通用盐胁迫响应miRNA。另外,从转录组水平挖掘出水稻盐胁迫响应tRF,并鉴定了6个盐胁迫诱导表达的tRF。

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。

为比较不同氮素形态下水稻与早稻对水分胁迫的响应状况,采用营养液培养,通过供应不同形态氮素及PEG(6000)模拟水分胁迫的方法,对水稻、旱稻生长状况及相关指标进行了分析和评价。结果表明:(1)水分胁迫条件下,铵态氮营养水稻(或旱稻)叶片和地上部干重与正常水分条件下的相应处理相比无明显差异,而其余两种氮形态营养水稻与早稻的叶片和地上部干重明显低于正常水分条件下的相应处理;(2)铵态氮营养水稻(或旱稻) 在受到水分胁迫后,其吸水量的降低幅度明显小于硝态氮营养水稻(或旱稻);(3)水分胁迫条件下,硝态氮营养水稻和旱稻伤流液pH值低于正常水分条件下的相应处理,铵态氮和铵硝混合营养水稻和旱稻的伤流液pH...

研究了NaCl胁迫对耐盐性不同的水稻品种Pokkali (耐盐 )和Peta (盐敏感 )叶片的净光合速率、气孔导度、细胞间隙CO2 浓度、叶绿素含量、PSⅡ光化学效率 (Fv/Fm)和RuBP羧化酶活性的影响。结果表明 :随着NaCl胁迫时间和浓度的增加 ,供试品种的净光合速率、Fv/Fm和RuBP羧化酶活性下降 ,气孔导度减小 ,细胞间隙CO2 浓度先降低后升高 ,而气孔限制值则相反 ,Chl、Chla、Chlb含量和Chla/Chlb均先升高后降低。耐盐品种体内上述指标的增减幅度小于盐敏感品种 ,盐胁迫下水稻净光合速率降低的原因 ,短时间内以气孔限制因素为主 ,长时间时以非气孔限制因素为...

【目的】分析水稻OsRCI2-9的功能,进而解析其耐低磷胁迫的作用机制,以利于磷高效作物的改良与选育。【方法】通过对比分析水稻磷信号中心调控因子OsPHR2超表达(OsPHR2(O))与干涉(OsPHR2(Ri))转基因植株和野生型植株基因芯片数据,发现一个在OsPHR2(O)背景下诱导表达的RCI2家族基因——OsRCI2-9,首先利用实时荧光定量PCR对芯片数据进行验证。然后根据TIGR上的基因序列设计引物,扩增其全长cDNA;进而利用DNAStar来寻找其开放阅读框,并利用TMHMM2.0对蛋白序列的跨膜结构进行预测;在Phytozome中利用BLAST搜索拟南芥和玉米中的同源基因,并将...

【目的】强光胁迫能够抑制植物光合作用，严重时造成光合器官破坏，影响作物生长和产量。以Ｔ－ＤＮＡ插入突变体为材料，研究水稻ＡＢＣ１（ＡＣＴｉｖｉＴｙ ｏｆ ＢＣ１ Ｃｏｍｐｌｅｘ）激酶基因ｏｓ ＡＢＣ１Ｋ３响应强光胁迫的生理功能。【方法】根据水稻基因组注释数据库预测的ｏｓ ＡＢＣ１Ｋ３不同转录本共有序列设计引物，采用３′ＲＡＣｅ对ｏｓ ＡＢＣ１Ｋ３可变剪接进行验证；从水稻Ｔ－ＤＮＡ插入序列数据库中获得该基因的Ｔ－ＤＮＡ插入突变体ｏｓＡＢＣ１Ｋ３，通过加代繁殖和ｐＣＲ检测取得纯合突变体，调查突变体株高、结实率、种子大小等农艺性状，采用ＡＲＮｏＮ法测定叶片色素含量，利用ｌｉ－６４００便携式光合测定系．．．

【目的】探究盐胁迫对黄瓜(Cucumis sativus L.)和白籽南瓜(Cucurbita maxima×Cucurbita moschata)根系边缘细胞(root border cells,RBCs)的影响,评价黄瓜和白籽南瓜耐盐的细胞学机制。【方法】以‘津研四号’黄瓜和‘金甲砧’白籽南瓜种子为试验材料,采用浸种法和悬空培养法,研究0(对照),50,100,150和200 mmol/L NaCl溶液对其种子发芽率、根长、根鲜质量、根系活力以及根系边缘细胞数目、活率、黏胶层厚度和凋亡率的影响。【结果】随着NaCl浓度的增加,黄瓜和白籽南瓜种子的发芽率呈先升高后降低趋势,其中黄瓜种子的发芽率较白籽南瓜种子降低更明显;黄瓜和白籽南瓜的根长、根鲜质量和根系活力均呈下降趋势,且黄瓜的降低幅度较白籽南瓜更大。与对照相比,NaCl处理降低了黄瓜和白籽南瓜根系边缘细胞的数目和活率,且黄瓜降低幅度较白籽南瓜更明显;但NaCl处理却增加了黄瓜和白籽南瓜根系边缘细胞的黏胶层厚度和凋亡率。在NaCl浓度相同时,白籽南瓜根系边缘细胞的黏胶层厚度大于黄瓜,根系边缘细胞的凋亡率则小于黄瓜。【结论】根系边缘细胞(RBCs)能提高植物抵御NaCl胁迫的能力;白籽南瓜因具有较多的根系边缘细胞数目、较高的根系边缘细胞活率、较厚的黏胶层和较低的根系边缘细胞凋亡率,致使其抵御NaCl胁迫的能力强于黄瓜。

【目的】研究短期低氧胁迫对水稻幼苗根系生长、呼吸功能和氮代谢的影响，探讨短期低氧胁迫影响水稻幼苗根系形态、分蘖、生物量的积累、根系呼吸强度以及氮代谢的生理机制，并分析低氧胁迫对水稻幼苗根系功能和氮代谢相关酶活性的影响，为探明低氧胁迫对水稻幼苗的伤害及其保护机制奠定基础。【方法】正式试验于２０１５年在中国水稻研究所网室进行。采用国际水稻研究所营养液配方进行水培试验，以春优８４和秀水０９为材料，移栽行间距为２０ ｃｍ，移栽７ ｄ后利用在线溶氧仪设定２个氧浓度：低氧（０—１ ｍｇ·Ｌ－１）和对照（常规水培，不进行氧调节，水稻在自然状态下生长），处理时间为１２ ｄ。采用便携式溶氧仪（ＨＡｃＨＨＱ３０ｄ．．．

在盐、碱胁迫条件下,分析水稻苗期的根数和根长并定位其QTL位点,为水稻的耐盐性和耐碱性的遗传机制及分子标记辅助育种提供理论基础。以盐碱敏感水稻品种东农425与强耐盐碱水稻品种长白10为亲本构建的重组自交系(RIL)为作图群体,在盐胁迫140 mmol/L的NaCl和碱胁迫0. 15%Na_2CO_3的处理条件下,以正常浇灌为对照,进行水稻苗期时根数和根长的测定,利用QTL IciMapping v3. 3软件的完备区间作图法(ICIM)分别对盐、碱胁迫和对照条件下水稻的根数和根长进行QTL分析。检测到18个加性效应QTL,在第1,2,3,4,5,7,8,9和10染色体上,LOD值为2. 01～3. 35,表型变异的贡献率为6. 02%～20. 06%。自然条件下,检测到4个与根数相关的QTL,qNRN7-2贡献率最大,为12. 46%,未检测到根长相关的QTL。在盐胁迫下,共检测到5个与根长、根数相关的QTL,qSRN3的贡献率最大,为20. 06%。在碱胁迫下,共检测到与根数和根长相关的3个QTL,qARN2的贡献率为12. 99%; qARL3和qARL5的贡献率分别为7. 04%和8. 88%。共检测到4个自然条件与盐胁迫差值的根数和根长相关的QTL,其中,qNSRN8-2和qN-SRL1贡献率较大,分别为14. 01%和14. 12%。在自然条件与碱胁迫的差值条件下,共检测到2个与根长、根数相关的QTL,分布在3,10号染色体上;检测到1个与根数相关的QTL,位于3号染色体上的qN-ARN3,贡献率为6. 02%;检测到1个与根长相关的QTL,位于10号染色体上的qN-ARL10,贡献率为7. 45%。在盐胁迫和碱胁迫条件下,水稻苗期的根数和根长都受到明显影响,相对于盐胁迫,水稻对碱胁迫更为敏感。

以3个水稻品种为材料,在萌发期和幼苗期进行不同pH下NaHCO3 与NaCl胁迫处理,测定了水稻幼苗鲜重、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量及根系活力变化。结果表明, 发芽期胁迫3 d后,NaHCO3 处理开始抑制根系生长, NaCl处理到第6天才抑制幼苗地上部生长。幼苗期胁迫处理时,鲜重减少,根系活力显著降低,MDA累积,脯氨酸大量积累。这些变化与胁迫时的pH明显相关。在相同胁迫处理下,品种213 较其它2个品种耐逆性相对较强。

为了探讨局部根系水分胁迫下不同形态氮素对水稻幼苗氮素吸收、生理特性和根系生长的影响,以水稻品种金优402为材料,设置非胁迫、局部根系胁迫、全根胁迫3种水分条件和全硝、铵硝比为50/50、全铵3个氮素形态,采用PEG模拟水分胁迫的室内分根营养液培养方法,研究其氮素吸收和累积、光合速率、蒸腾速率、气孔导度及根长、根表面积、根体积的变化规律。结果表明,在局部根系水分胁迫下,两侧根系同时供应NH_4~+-N和NO_3~--N最有利于水稻氮素的吸收和累积,两侧根系均单一供应NO_3~--N的水稻氮素吸收和累积量最少;与未受胁迫处理的水稻相比,局部根系胁迫下两侧根系同时供应NH_4~+-N和NO_3~--N的水稻光合速率受影响较小,而气孔导度和蒸腾速率则明显下降。不同氮形态处理间,两侧根系同时供应NH_4~+-N和NO_3~--N的水稻光合速率和气孔导度均为最大,单一供应NO_3~--N的最小。在所有处理中,局部根系水分胁迫下两侧根系同时供应NH_4~+-N和NO_3~--N的水稻WUE最高。在局部根系水分胁迫下,两侧同时供应NH_4~+-N和NO_3~--N的水稻根长、根表面积、根体积绝大多数大于其他2种氮素形态,且受胁迫一侧和不受胁迫一侧根系相差较小。除左右根室均单一供应NO_3~--N的水稻外,局部根系胁迫处理的根长、根表面积、根体积均大于非胁迫处理。研究结果表明,局部根系水分胁迫和氮素形态耦合可以提高水稻幼苗的水、氮素吸收。

为分析根系特征与水稻适应水分胁迫的关系,以水稻(Oryza sativa L.)品种金优402为研究材料,用营养液培养方法,研究聚乙二醇(PEG)造成的水分胁迫对植物根系生长的影响。结果表明,经PEG-6000 50 g.L处理5 d的植株,其根干质量和活跃吸收面积增加,直径变粗,鲜质量、相对含水量和根长下降。+PEG处理的根活跃吸收面积比对照平均高6%,最多高47%。水分胁迫对根表面积和分形维数的影响比较复杂。水分胁迫前期根表面积下降,后期根表面积上升并超过对照。水分胁迫1 d后,根分形维数迅速上升并超过对照,水分胁迫5 d后又下降到对照以下,水分胁迫解除后,再次上升。根表面积与根干质量之间...

以4个对低磷反应不同的典型水稻品种为材料,对低磷处理10 d后各品种根系有机酸分泌量、酸性磷酸酯酶活性、根系活力等根系生理特性进行了比较研究。结果表明,低磷胁迫能促使水稻耐低磷品种根系分泌更多的有机酸,其有机酸分泌总量较对照平均增加了1.96倍,而敏感品种与对照之间无显著差异;低磷胁迫下各品种根系活力均有显著提高,2个耐低磷品种升幅相对较大,其根系TTC相对氧化强度平均为5.91,而敏感品种仅为1.83;各品种根系释放的酸性磷酸酯酶活性均明显高于对照,且敏感品种升幅相对较大。处理10 d后耐低磷品种根系生物量略高于对照。处理25 d后各品种根系生物量均显著高于对照,且耐低磷品种增幅更大。耐低磷...

采用室内营养液培养、聚乙二醇(PEG 6000)模拟水分胁迫的方法,在3种供氮形态下(NO3--N、NH4+-N和NO3--N与NH4+-N等体积混合),研究了在非水分胁迫及模拟水分胁迫(添加10%PEG,约相当于-0.15 MPa)下,苗期水稻根系的生长状况、水分吸收状况及木质部汁液特性。结果表明,水分胁迫抑制了供NO3--N营养水稻根系的生长,而对供NH4+-N水稻根系的生长没有影响;水分胁迫提高了NH4+-N营养水稻木质部汁液pH值,并增加其渗透势。提示:水分胁迫条件下,NH4+-N营养对根系生长及木质部汁液调节可能是氮素增强水稻抗旱性的原因之一。

养分胁迫会直接影响水稻的生长发育,相对于地上部分,根系往往较早感知环境胁迫。为了研究水稻根系对养分胁迫响应的分子机制,通过Illumina Hiseq2000平台测序,对氮素胁迫下水稻根系转录基因表达情况进行分析。结果表明,氮素胁迫诱导根系出现了2 270个差异转录基因,其中上调表达的有1 176个,下调表达的有1 094个。采用GO功能分类和Pathway功能注释,可将注释的基因划分为48个功能类别118条代谢途径,包括糖酵解、脂肪酸代谢、氧化磷酸化、氨基酸代谢、淀粉蔗糖代谢等生物学过程。部分根系关键基