基本信息
- 項目名稱：
- 不同化感潛力水稻響應稗草脅迫的機理分析
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 運用植物化感作用控制田間雜草被視為21世紀可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術之一，因而引起世界各國同行專家的極大關注，然而當前水稻化感作用研究，主要集中在生理生化層面，逆境條件下水稻化感作用研究則主要以營養(yǎng)脅迫為主。關于稗草脅迫下水稻化感潛力變化的機理分析，查新結果顯示，已報道的文章數(shù)量仍然極少。本作品運用抑制消減雜交技術（SSH）、實時熒光定量PCR技術（qRT-PCR）及高效液相色譜（HPLC）和氣質(zhì)聯(lián)用色譜（GC/MS）等技術從形態(tài)、生理生化、基因組響應、代謝途徑、物質(zhì)組成等多角度揭示稗草脅迫下，水稻化感潛力變化的機理。對于促進化感作用盡快應用于生產(chǎn)，意義重大。
- 詳細介紹：
- 本研究以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont（均引自美國）為供體，收集自田間的稗草為受體。在水培條件下，采用化感—競爭分離法分析不同密度稗草脅迫下（稻/稗比例分別為，20/0，20/5，20/10，20/20），不同化感潛力水稻的生存策略。同時進一步運用抑制消減雜交技術（SSH），實時熒光定量PCR技術（qRT-PCR）及高效液相色譜（HPLC）和氣質(zhì)聯(lián)用色譜（GC/MS）等，深入揭示不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻的響應機理。 不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻的生存策略分析結果表明，化感水稻PI312777對共培稗草的化感抑制作用隨著稗草密度的增加而增大，非化感水稻Lemont則相反。而在資源競爭方面，隨著共培稗草密度的增大，化感水稻PI312777資源競爭能力略有減弱趨勢，而非化感水稻Lemont反而增強。同時本研究發(fā)現(xiàn)，不同密度稗草脅迫下，化感水稻PI顯著抑制共培稗草的保護酶系（SOD、POD、CAT）活性、光合生理指標及其營養(yǎng)吸收與利用能力。然而不同化感潛力水稻是如何抑制共培稗草的生長呢？ 對于上述提出的疑問，本研究從供體出發(fā)，進一步運用抑制消減雜交技術（SSH）分析不同化感潛力水稻在稗草脅迫下，水稻根部基因組的響應。結果表明，稗草脅迫下化感水稻PI312777有36個基因表達上調(diào)，非化感水稻Lemont有12個基因表達上調(diào)。其中化感水稻PI312777與植物生長、細胞分裂、蛋白質(zhì)代謝、植物脅迫響應、信號轉(zhuǎn)導相關基因29個表達上調(diào)。而非化感水稻Lemont只有12個基因表達上調(diào)。可見化感水稻PI312777在響應稗草脅迫的能力上比非化感水稻Lemont靈敏，且化感水稻PI312777在稗草脅迫下具有更強的生長能力，表現(xiàn)在生長相關基因大量上調(diào)表達。同時本研究結果還發(fā)現(xiàn)，稗草脅迫下，化感水稻PI312777與化感物質(zhì)酚酸、萜類代謝相關的3個基因表達上調(diào)，而非化感水稻Lemont中未發(fā)現(xiàn)。因此本研究推測，不同密度稗草脅迫下化感水稻PI312777化感抑草潛力變化可能與其酚酸及萜類代謝相關。因此本研究進一步運用實時熒光定量PCR技術（qRT-PCR）分析，不同密度稗草脅迫下不同化感潛力水稻酚酸及萜類代謝途徑關鍵基因的差異表達。結果表明，化感水稻PI312777酚酸代謝7個關鍵酶基因均上調(diào)表達，且隨著共培稗草密度的增加而增大。而非化感水稻Lemont，除苯丙氨酸解氨酶基因，其余基因均下調(diào)表達，且隨著共培稗草密度的增加下調(diào)倍數(shù)增大。而在萜類代謝途徑上不同化感潛力水稻萜類代謝相關基因呈現(xiàn)微弱的上調(diào)趨勢。 在此基礎上本研究進一步運用HPLC及GC-MS技術檢測不同化感潛力水稻品種根系分泌物中的酚酸和萜類物質(zhì)。結果表明，隨著稗草密度的增加，與對照相比化感水稻PI312777根系分泌物中酚酸類物質(zhì)含量 從1.63倍上升至3.65倍，而非化感水稻Lemont則無顯著變化。可見共培稗草可誘導化感水稻PI312777分泌更多的酚酸類物質(zhì)，且隨著稗草密度的增加而增大，此結果再次驗證前述分子結論。同時萜類物質(zhì)檢測結果表明，在低密度稗草脅迫下化感水稻PI312777萜類物質(zhì)含量呈現(xiàn)略微的上升趨勢，而在高密度稗草脅迫下則上升幅度增大。非化感水稻Lemont則基本變化不顯著。 綜上所述，本研究結果表明，不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻在響應稗草脅迫時采取不同的生存策略：1、稗草脅迫下化感水稻PI312777主要通過提高自身化感物質(zhì)的分泌量來抑制共培稗草的生長；在低密度稗草脅迫下，化感水稻PI312777主要以分泌酚酸類物質(zhì)為主，在高密度稗草脅迫下，則是以酚酸為主，萜類為輔的形式。2、稗草脅迫下，非化感水稻Lemont主要通過提高自身的資源競爭能力來影響稗草的生長。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 運用植物化感作用控制田間雜草被視為21世紀可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術之一，因而引起世界各國同行專家的極大關注，本實驗小組所在的研究所已在這方面研究做了長達14年的研究積累，取得許多重要成果。但目前制約化感作用盡快運用于生產(chǎn)的關鍵是化感作用易被環(huán)境所調(diào)控，特別是逆境下常常使化感抑草作用增強，其分子機制還需要深入揭示。充分揭示這一過程的分子機制，對于促進化感作用盡快應用于生產(chǎn)，意義重大。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、本作品從形態(tài)、生理生化、基因組響應、代謝途徑、物質(zhì)組成等多角度揭示水稻化感作用潛力變化的機理。 2、本作品運用化感-競爭分離法，再次證實了化感作用存在的真實性。 3、本作品是本研究所成員在全國第九屆挑戰(zhàn)杯（三等獎），第十屆挑戰(zhàn)杯（一等獎、三等獎）獲獎作品的進一步延續(xù)。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 1、本作品明確化感水稻的抑草作用是由化感作用引起的，解決了長期以來國際爭論的焦點問題。 2、本作品揭示了水稻化感作用是可調(diào)控的，為充分利用水稻化感作用奠定基礎。 3、本作品為植物源生物除草劑的開發(fā)提供理論基礎。
學術論文摘要
- 本研究以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont（均引自美國）為供體，收集自田間的稗草為受體。在水培條件下，采用化感—競爭分離法分析不同密度稗草脅迫下（稻/稗比例分別為20/0，20/5，20/10，20/20），不同化感潛力水稻的生存策略。同時進一步運用抑制消減雜交技術（SSH）、實時熒光定量PCR技術（qRT-PCR）及高效液相色譜（HPLC）和氣質(zhì)聯(lián)用色譜（GC/MS）等，深入揭示不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻的響應機理。本研究結果表明，不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻在響應稗草脅迫時采取不同的生存策略：1、稗草脅迫下化感水稻PI312777主要通過提高自身化感物質(zhì)的分泌量來抑制共培稗草的生長；在低密度稗草脅迫下，化感水稻PI312777主要以分泌酚酸類物質(zhì)為主，在高密度稗草脅迫下，則是以酚酸為主，萜類為輔的形式。2、稗草脅迫下，非化感水稻Lemont主要通過提高自身的資源競爭能力來影響稗草的生長。
獲獎情況
- 1、第十一屆全國作物生理學術研討會 2、第七屆全國化學生態(tài)學學術研討會 3、2008年中國作物學學術年會
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 參考技術： 1、化感-競爭分離法； 2、抑制消減雜交； 3、熒光定量PCR； 4、高效液相色譜（HPLC）； 5、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）；
同類課題研究水平概述
- 本作品探討不同密度稗草脅迫下水稻化感潛力變化的分子機理。根據(jù)2008年科技查新，當前水稻化感作用研究，主要集中在生理生化層面。逆境條件下水稻化感作用研究則主要以營養(yǎng)脅迫為主。關于稗草脅迫下水稻化感潛力變化的機理分析，查新結果顯示，已報道的文章數(shù)量仍然極少。如韓國Kim從苯丙氨酸解氨酶活性高低來揭示稗草脅迫下水稻化感潛力變化機理。何華勤運用差異蛋白質(zhì)組學的手段探討稗草脅迫下水稻蛋白的差異表達等。然而本研究從形態(tài)、生理生化、基因組響應、代謝途徑分析、代謝物質(zhì)成分分析等多角度揭示了稗草脅迫下，水稻化感潛力變化的機理。該類研究在國內(nèi)外還未見報道，創(chuàng)新性明顯。 同時，本作品是在本研究所成員于全國第九屆挑戰(zhàn)杯（三等獎），第十屆挑戰(zhàn)杯（一等獎、三等獎）獲獎作品基礎上的進一步延續(xù)。
