低磷诱导水稻化感抑草能力增强的分子生理特性

以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont为供体,以无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)为受体,采用水培的方法研究低磷(P,0.5 mg L-1)胁迫下稻/稗共培体系中水稻化感抑草作用的分子生理机制.结果表明,低磷条件下,化感水稻PI312777抑草效应增强,对稗草的保护酶活性及其它生理生化指标呈明显的抑制作用.进一步分析发现,低磷条件下,化感水稻PI312777根和叶组织中苯丙氨酸解氨酶活性及总酚含量上升,且明显高于非化感水稻Lemont.对水稻根系分泌物中酚类物质的HPLC分析结果表明,低磷条件下,从化感水稻PI312777根系分泌物中检出的酚酸类物质总量是正常磷素条件下的2.89倍,而非化感水稻Lemont中的则是正常磷素条件下的1.17倍.两个水稻品种根部和叶部酚酸代谢途径关键酶基因的差异表达分析结果表明,化感水稻PI312777酚酸代谢途径的4个关键酶基因均上调表达,而非化感水稻Lemont中只有苯丙氨酸解氨酶基因上调,其余均下调.可见,低磷条件下,化感水稻PI312777化感抑草能力增强与其酚酸代谢途径关键酶基因增强表达,代谢途径旺盛,进而导致酚酸类物质含量增加有关.     

镧对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响

选择10mg·L-1La(N03)3作为生物调控因子,通过营养液培养实验,研究了水稻(Oryza sativa L.)幼苗在遭受镉胁迫(50mg·L-1和100mg·L-1两种CdCl2处理)后,稀土元素镧对抗氧化酶(SOD和CAT)活性、脂质过氧化产物MDA含量、质膜透性、叶绿素质量分数、根系活力、幼苗生长及镉质量分数等生理生长指标的影响,以探讨稀土在重金属胁迫下对作物的防护效应。研究结果表明:水稻幼苗遭受镉胁迫的初期,镧对提高SOD和CAT的活性,降低MDA含量和质膜透性,提高叶绿素质量分数和根系活力有明显的正效应,但是随着镉胁迫程度的加重和胁迫时间的延长,这种作用开始下降,最后甚至与镉发生协同作用,不仅不能缓解镉对水稻幼苗的毒害,反而更加剧了镉对水稻幼苗的毒害,这说明适量的稀土元素对重金属胁迫下植物生长有一定的防护效应,但是这种效应与重金属胁迫的浓度大小、胁迫的时间长短有着密切的关系。此外,镉在水稻幼苗体内的富集规律是:根系>地上部,镉的富集与各处理组镉浓度之间有比较明显的剂量效应关系,但是,镧处理并未降低水稻幼苗地上部分及根系中镉的质量分数。     

低磷胁迫下不同水稻品种根系吸收能力差异的生理与遗传本质

在低磷（1mg L-1)和适磷水平（10mg L^-1)下，分别以混合培养方式研究了粳稻京系17（Oryza sativa ssp.japonica)(JX17)和粘稻窄叶青8号（Oryza sativa ssp.indica)(ZYQ8)对磷营养的反应。结果表明，低磷胁迫下，JX17较ZYQ8吸收更多磷素，干物重也显著增加。相反，ZYQ8则受到更强的磷胁迫，吸磷量和干物重降低，主要是因为JX17具有较高的吸磷速度，单位根长吸磷量大，即根系高亲和力磷酸盐转运蛋白表达强，最大限度地吸收可能利用的磷素，从而改善植株营养状况，同时又有较多的磷被分配到根系，使根第，根表面积和根干重相应提高，进一步增加了其在低磷胁迫条件下的竞争磷营养的优势。图3表2参17     

砷污染土壤对不同品种水稻生长的影响

重金属如何影响水稻(Oryza sativa L.)的生长及产量一直是粮食生产中的研究重点。利用盆栽实验,首次比较了砷(As)对三个品系(杂交稻、常规稻和糯稻)共20个品种水稻生长的影响,以期选定适合在As污染区种植的水稻品种。结果显示,不同品系水稻在As污染土壤中的生长显著不同,杂交稻的生长优于糯稻和常规稻,但糯稻和常规稻差异不显著,表明杂交稻更适宜在砷污染土壤种植。同一品系内不同品种水稻的生长也有较大差异,杂交稻II优804的干物质积累量最高,每株达到0.055g。     

水稻磷效率差异的生理生化特性

以磷效率差异显著的IR71379—2B—10—2—3-1(磷低效型)、IR7133l-2B-2-1(中间型)及IR74(磷高效型)3个品种为供试材料，采用水培法研究了它们对磷的吸收效率、运输效率及植株体内磷的利用效率，进而研究了其对低磷胁迫的根系形态学和生理生化机制的适应性反应．结果表明：水稻磷效率的高低是由基因型对磷的吸收效率，运输效率及利用效率综合作用的结果．磷高效基因型IR74和磷效率表现为中间型的IR71331-2B-2-1具有高的磷吸收效率．旺盛的根系生长，高的根系活力，Km、Cmin小，Imax大及相对酸性磷酸酯酶(APase)活性高等是水稻对磷高效吸收的特征．但品种不同特征也有别，本试验中的IR74对磷高的吸收效率主要是由于根系生长旺盛，根系吸收面积大所致，而IR71331-2B-2-1高的磷吸收效率则主要缘于根系活力强，Imax大．低磷胁迫下，叶片中核糖核酸酶的活性也大大升高，约是对照的10～15倍，但品种间无显著差异．图2表6参21     

(N-[2-(2-氧-1-咪唑烷基)乙基]-N '-苯基脲(EDU)对环境臭氧胁迫下的水稻和小麦生长的影响

通过对作物定期喷施不同浓度(0、150、300和450 mg·L-1)的N-[2-(2-氧-1-咪唑烷基)乙基]-N'-苯基脲(ethy lenediurea,EDU)溶液,研究EDU对环境O3胁迫下水稻“粤晶丝苗2号”(Oryza sativa L.Yuejingsi 2)和小麦“北农9549”(Triticum a...     

水稻对低磷反应的基因型差异及其生理适应机制的初步研究

选取构建水稻分子连锁图谱的两个亲本ＪＸ１７和ＺＹＱ８为材料,在３低磷胁迫下,对磷营养效率有关指标进行分析,结果表明,ＪＸ１７在与磷吸收效率有关的生理指标,如根干重、根分泌质子、根分泌有机酸等方面,都明显优于ＡＹＱ８,说明ＪＸ１７表现较高的相对干物重,低磷胁迫反应不敏感。     

低磷胁迫下木豆利用磷的基因型差异及其机制

以木豆[Cajanus Cajan(L.)Millsp]MD2、MD5、MD7为材料,采用水培试验方法研究了木豆对磷的吸收、利用的基因型差异及其机理。结果表明:低磷(P1 μmol·L-1)胁迫下,木豆对磷素的吸收和利用效率存在明显的基因型差异,其中MD2、MD7属于磷素吸收、利用效率较强的基因型,而MD5为磷素效率较低的基因型。低磷培养16d后,磷高效的基因型的根/冠比显著增加,根分泌的酸性磷酸酶(APA)活性较高,说明木豆对磷素的吸收效率与植株的根冠比及根分泌的酸性磷酸酶活性有关。在低磷胁迫下,虽然MD7、MD2的含磷量较低,但是磷素利用效率和根尖中APA活性较高,说明根中高APA活性是磷利用效率高的重要原因之一。     

低磷胁迫对水稻地上部钙、镁吸收和积累的影响

采用瓮栽试验系统研究了低磷(P)胁迫条件下不同P效率水稻基因型在分蘖期、孕穗期和成熟期的钙(Ca)、镁(Mg)营养特性.结果表明,低P胁迫对不同基因型水稻Ca、Mg吸收的影响因生育期、基因型和部位不同而不同.分蘖期时,低P胁迫使水稻体内Ca含量增加,低P敏感基因型水稻地上部Mg含量增加,耐低P基因型则Mg含量降低.孕穗期时,低P胁迫使不同基因型水稻体内Ca、Mg含量下降.至成熟期,除99056外,其它基因型籽粒内Ca、Mg含量均降低;除99012外,其它基因型茎叶中Ca、Mg含量也降低.各个时期低P胁迫都降低了Ca、Mg在水稻地上部分的积累量,耐低P基因型只在孕穗期表现出相对的优势.低P胁迫同时降低了成熟期茎叶内Ca、Mg向籽粒的转移,但99056却例外.低P胁迫下,较之低P敏感基因型,耐低P基因型水稻对Ca、Mg的吸收和积累并没有表现出明显的优势.图4表7参26     

镉胁迫对不同水稻品种幼苗根系形态和生理特性的影响

为了解植物根系对重金属镉的反应,以水稻秀水63和秀水09为试验材料,采用溶液培养方法,研究不同浓度镉(0、1、5、10、25、50、100 μmol·L~(-1))对水稻幼苗根系形态和部分生理特性的影响.结果表明:1 μmol·L~(-1)镉处理对2个水稻品种根系生长有一定的促进作用,表现为植株干质量、根系总长度、根系表面积、根体积和根系活力均略有升高.但随着镉浓度(5～100 μmol·L~(-1))增加,表现出一定的抑制效应,与对照相比,秀水63和秀水09分别在10 μmol·L~(-1)和25 μmol·L~(-1)镉处理时的根系干质量、根系总长度、根系表面积、根体积和根系活力明显受到抑制,而根系平均直径、质膜透性均有所增加.不同浓度镉胁迫对两个水稻品种直径≤1.5 mm的根系生长影响最大,其中高于10 μmol·L~(-1)镉胁迫下,秀水63直径≤1.5 mm根系长度、根系表面积和根系体积分别降低了11.89%～55.39%、10.77%～57.27%和18.37%～67.35%,秀水09分别降低了6.84%～40.48%、8.55%～42.79%和16.50%～52.42%.本实验结果表明,2个水稻品种对镉胁迫存在着一定的差异,秀水09对Cd胁迫的耐受能力要强于秀水63.     

磷水平对不同耐低磷水稻苗根系生长及氮、磷、钾吸收的影响

选取3个耐低磷水稻基因型99011、580和99112及1个磷敏感基因型99056为材料，采用营养液培养，比较了它们在不同磷水平下苗期根系的生长状况及对氮、磷、钾的吸收情况，结果表明，耐低磷基因型适应低磷的能力较强，它们具有较长的根系、较大的根体积和根干重，其中99011和580表现尤为突出，且它们的根系受磷水平变化的影响明显小于敏感基因型99056；0．081～0．161mmol／L的磷处理更有利于耐低磷基因型根系的发育，并且促进氮和钾的吸收，此时，植株能够吸收较正常磷处理更多的氮和钾；而磷敏感基因型99056吸收氮和钾的量随供磷水平的下降而减少，并且吸收磷的总量受磷水平变化的影响显著较3个耐低磷基因型大。     

不同干旱胁迫强度下白刺花幼苗叶片的生理生化反应

植物代谢产物和抗氧化酶活性与干旱胁迫强度的定量关系是评估植物适应干旱能力的重要科学问题.本文采用盆栽试验设计,设置土壤田间持水量(FC)80%、60%、40%、20%4个干旱胁迫处理.研究了不同强度的干旱胁迫梯度上2 a生白刺花(Sophora davidii)幼苗叶片内丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白质、光合色素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的变化特点.发现:(1)MDA与Pro含量随着干旱胁迫强度的增加呈线性增加趋势.(2)蛋白质和光合色素含量在干旱胁迫梯度上呈"钟型"抛物线变化趋势,在60%～40%FC下含量最高.(3)4种抗氧化酶活性的变化趋势不尽相同.其中SOD与APX的活性在干旱胁迫梯度上的反应均表现为多项式变化规律,即在中度干旱下的活性显著升高.而重度胁迫下降低;CAT活性变化规律与SOD和APX活性的变化正好相反;POD活性则表现为倒钟型趋势.60%FCT活性最低.综合分析表明,可溶性蛋白质和光合色素的含量、SOD、APX、CAT以及POD不仅能够较好地指示干旱胁迫对幼苗叶片的生理生化伤害程度,并且可反应叶片开始受胁迫伤害的土壤干旱水平.但是MDA和Pro含量则无法指示;60%FC左右的土壤含水量是白刺花2 a生幼苗叶片生理生化代谢受到伤害的干旱强度的阈值.图3参26     

不同形态磷对黑藻生长和生理特性的影响

研究了Hoagkand培养液中分别以磷酸二氢钾、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、甘油磷酸钠、ATP-Na为磷源时黑藻的生长及生理活性变化.获得了不同形态磷培养黑藻的干重、根系生长以及叶绿素含量、光合、呼吸、磷含量等指标.研究结果表明,磷酸二氢钾对黑藻的生长及生理活性影响最显著,是黑藻吸收的最佳磷形态;有机磷不利于根系生长,叶绿素a/b较高;六偏磷酸钠和焦磷酸钠促进根系早发,光合生产力低于磷酸二氢钾,叶绿素a/b高于磷酸二氢钾试验组.ATP-Na试验组黑藻呼吸率最高,甘油磷酸钠试验组黑藻光合生产力最高.各实验组黑藻磷含量均增加,黑藻对各形态磷均能吸收利用.图5表4参24     

UV-B辐射增强对不同大麦品种生理特性的影响

通过大田试验,研究了UV-B辐射增强对不同生育期3个大麦(Hordeum vulgare)品种光合和蒸腾生理特性的影响。试验设对照(自然光)和辐射增强(辐照强度14.4 kJ.m-2.d-1)2个UV-B辐射水平。结果表明,UV-B辐射增强明显抑制大麦光合作用和蒸腾作用。与对照相比,UV-B辐射增强可降低叶片叶绿素含量、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率,但对胞间CO2摩尔分数基本没有影响。不同大麦品种对UV-B辐射增强响应的敏感性存在差异,单2号对UV-B辐射增强较为敏感,而苏啤4号较不敏感。     

施用缓/控释氮肥对玉米苗期土壤生物学活性的影响

采用盆栽试验并模拟田间生态环境,研究了施用不同种类缓/控释氮肥对玉米苗期土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性、微生物生物量碳和氮含量的影响。结果表明,在玉米苗期,施用脲酶抑制剂nBPT涂层尿素及醋酸酯淀粉包膜脲酶抑制剂nBPT涂层尿素对土壤脲酶活性有显著抑制作用,脲酶活性分别为49.25和48.13μg.g-1.d-1(以NH3-N计);施用不同种类缓/控释氮肥时土壤硝酸还原酶活性普遍增强,其活性在0.76~1.03μg.g-1.d-1(以N计)之间,但相互间无显著差异,脲酶抑制剂nBPT对土壤硝酸还原酶活性无显著作用;施用不同种类缓/控释氮肥时土壤微生物生物量碳、氮含量变化趋势一致,施用脲酶抑制剂nBPT涂层尿素时微生物量最多,微生物量碳、氮含量分别为248.19和56.53 mg.kg-1,施用丙烯酸树脂包膜脲酶抑制剂nBPT涂层尿素时微生物量最少,微生物碳、氮含量分别为104.80和23.94 mg.kg-1。施用不同种类缓/控释氮肥时土壤生物学活性的变化特点表明,丙烯酸树脂包膜与脲酶抑制剂nBPT涂层相结合的缓/控释肥料控释效果最好。     

水稻不同时期吸收的氮素的行为

为研究水稻不同时期吸收的氮素在其体内的行为，作者利用^15NH^4＋和^15NO3^-双标记，对Indica水稻亚种（品种Hinohikari）进行水培，在分蘖期、幼穗分化期、开花期施用，将培养液卢州）20mg／L的NH4NO3换成相同质量浓度的^15TH4NO3或NH4^15NO3；部分水稻在一周后收获，其他分别在分蘖期、幼穗分化期、开花期、成熟期收获。植株分成根系、地上部的底部、地上部的顶部、旗叶和穗部，对各自的全氮、^15N进行测定，计算植物的总吸收量。从施用量、植株总吸收量以及三部分总和的植株氮残存量的比较来研究氮素在两种水稻亚种中的行为。研究结果表明，各个时期的^15NH4NO3或NH4^15NO3处理下水稻的N吸收总量上没有差别，但1周后收获的^15NH4-N处理的水稻中^15N的含量比^15NO3-N要高得多，直到成熟期收获的水稻都有同样的结果，这意味着各个时期吸收的NH4-N和NO3-N有着不同的损失量，吸收的NO3-N比NH4-N要损失得多。水稻叶片的氮素损失可能以N2O和NH3的形式。不同氮肥形态的处理下转移到穗部的氮素的量和来源也不相同，在NH4^15NO3的处理中穗部的^15N主要来自地上部的底部，而在^15NH4NO3的处理中穗部的^15N主要来自分蘖期吸收的^15N，少量来自成熟期并且^15N主要来自植株的各个部分。     

黑麦草与入侵杂草紫茎泽兰苗期的相对竞争力

为研究利用黑麦草(Lolium perenne)替代种植治理外来入侵杂草紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)再入侵或新入侵丢荒地,采取复合deWit取代试验设计方法用盆栽植物研究了黑麦草和紫茎泽兰在苗期的相对竞争力,观察在若干密度梯度每密度下不同比例条件下两种植物的相对产量、相对产量总和以及竞争攻击力等参数,并比较其表型特征在不同竞争格局下的异同.黑麦草与紫茎泽兰在所有密度及其比例下的相对产量总和(RYT)均近似于1.0,说明这两种植物面临着对相同资源的直接竞争.竞争的结果是,在所有密度及其比例下,紫茎泽兰混种时的生物量均显著小于单种时的生物量(即相对产量RY小于1.0);而黑麦草的相对产量(RY)变化则恰恰相反.黑麦草的株高和地上生物量并不受混种竞争的显著影响(与单种无显著差异),分蘖数反而高于单种,表现出很强的竞争性;而紫茎泽兰在混种竞争下的株高、分株数和地上生物量均显著低于单种(无竞争),表现出较弱的竞争性.对利用黑麦草替代种植治理紫茎泽兰在机械防治后再入侵以及对丢荒地新入侵问题的可行性进行了讨论.图1表3参18     

4种温度条件下制备的稻草炭对环丙氨嗪的吸附特征

在200、400、600和800℃条件下利用稻草厌氧热解制备稻草生物质炭,测定稻草炭的矿物结构、表面性质和元素组成,研究稻草炭对废水中环丙氨嗪的吸附特征,为环丙氨嗪废水处理和农作物秸秆的资源化利用提供参考.结果表明,稻草炭含有石英、方解石和氯化钾晶体等矿物成分,主要元素为C、O、Si.傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和比表面积测定结果表明,稻草炭具有明显的多孔结构和丰富的含氧有机官能团,高温制备(≥600℃)的稻草炭比表面积较大.随着烧制温度的增加,稻草炭对环丙氨嗪的吸附量明显增加.Langmuir方程拟合得到200、400、600和800℃条件下制备的稻草炭对环丙氨嗪的最大吸附量分别为4 200、6 365、144 865和167 084 mg· kg-1,接近于商品活性炭的最大吸附量(177 305 mg·kg-1),600和800℃条件下制备的稻草炭对环丙氨嗪的最大吸附量分别是等量稻草秸秆的16.8和20.1倍.稻草炭对环丙氨嗪的吸附过程符合一级动力学方程,环丙氨嗪初始质量浓度为100和200 mg·L-1时,高温制备的稻草炭达到吸附平衡的时间分别为5和8h左右.环丙氨嗪初始质量浓度为500 mg·L-1时,pH值为5～ 10范围内,支持电解质为1～100 mmol·L-1 NaNO3条件下,环丙氨嗪在600和800℃制备的稻草炭上的吸附没有受到pH值和离子强度的明显影响.     

外源钙对两种价态锑胁迫下水稻幼苗吸收积累锑和钙的影响

通过溶液培养试验,研究外源钙对两种价态锑[Sb(III)和Sb(Ⅴ)]胁迫下水稻吸收积累锑和钙的影响。结果表明,这两种价态的Sb对水稻生长均有抑制作用,Sb(III)比Sb(Ⅴ)对水稻毒害更明显,施Ca可缓解Sb对水稻的毒害。Sb(III)和Sb(Ⅴ)的添加对水稻根系和茎叶吸收积累Ca影响不一致。当溶液中的Ca浓度为5.0 mmol·L-1时,添加三价Sb 10和30μmol·L-1均可以显著地降低水稻茎叶中的Ca含量15.7%和49.4%,但是添加Sb(Ⅴ)浓度为30μmol·L-1时,却分别提高水稻茎叶和根系Ca含量26.2%和50.4%。Ca的添加可以显著地降低水稻根系和茎叶对两个价态Sb的吸收积累。在30μmol·L-1Sb(III)处理下,添加5.0和20 mmol·L-1的Ca可导致水稻根系和水稻茎叶Sb浓度分别比对照处理降低19.0%-79.4%和42.6%-71.8%;在30μmol·L-1Sb(Ⅴ)处理下,添加5.0和20 mmol·L-1的Ca可导致水稻根系和水稻茎叶Sb浓度分别比对照处理降低34.3%-70.6%和74.1%-84.6%。Ca的添加对Sb在水稻根系和茎叶中的富集系数和分配比率也有显著影响。综上所述,可以通过施用Ca肥来防治农田Sb污染,降低Sb对人体健康的危害。