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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 不同化感潛力水稻響應(yīng)稗草脅迫的機(jī)理分析
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 運(yùn)用植物化感作用控制田間雜草被視為21世紀(jì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)之一，因而引起世界各國(guó)同行專家的極大關(guān)注，然而當(dāng)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(yíng)養(yǎng)脅迫為主。關(guān)于稗草脅迫下水稻化感潛力變化的機(jī)理分析，查新結(jié)果顯示，已報(bào)道的文章數(shù)量仍然極少。本作品運(yùn)用抑制消減雜交技術(shù)（SSH）、實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)（qRT-PCR）及高效液相色譜（HPLC）和氣質(zhì)聯(lián)用色譜（GC/MS）等技術(shù)從形態(tài)、生理生化、基因組響應(yīng)、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(jī)理。對(duì)于促進(jìn)化感作用盡快應(yīng)用于生產(chǎn)，意義重大。
- 詳細(xì)介紹：
- 本研究以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont（均引自美國(guó)）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(jìng)爭(zhēng)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(shí)進(jìn)一步運(yùn)用抑制消減雜交技術(shù)（SSH），實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)（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(yīng)機(jī)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(jié)果表明，化感水稻PI312777對(duì)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(jìng)爭(zhēng)方面，隨著共培稗草密度的增大，化感水稻PI312777資源競(jìng)爭(zhēng)能力略有減弱趨勢(shì)，而非化感水稻Lemont反而增強(qiáng)。同時(shí)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(hù)酶系（SOD、POD、CAT）活性、光合生理指標(biāo)及其營(yíng)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(zhǎng)呢？ 對(duì)于上述提出的疑問，本研究從供體出發(fā)，進(jìn)一步運(yùn)用抑制消減雜交技術(shù)（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(yīng)。結(jié)果表明，稗草脅迫下化感水稻PI312777有36個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，非化感水稻Lemont有12個(gè)基因表達(dá)上調(diào)。其中化感水稻PI312777與植物生長(zhǎng)、細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)代謝、植物脅迫響應(yīng)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因29個(gè)表達(dá)上調(diào)。而非化感水稻Lemont只有12個(gè)基因表達(dá)上調(diào)?？梢娀兴綪I312777在響應(yīng)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(qiáng)的生長(zhǎng)能力，表現(xiàn)在生長(zhǎng)相關(guān)基因大量上調(diào)表達(dá)。同時(shí)本研究結(jié)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(guān)的3個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，而非化感水稻Lemont中未發(fā)現(xiàn)。因此本研究推測(cè)，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(guān)。因此本研究進(jìn)一步運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)（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(guān)鍵基因的差異表達(dá)。結(jié)果表明，化感水稻PI312777酚酸代謝7個(gè)關(guān)鍵酶基因均上調(diào)表達(dá)，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(dá)，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(guān)基因呈現(xiàn)微弱的上調(diào)趨勢(shì)。 在此基礎(chǔ)上本研究進(jìn)一步運(yùn)用HPLC及GC-MS技術(shù)檢測(cè)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(jié)果表明，隨著稗草密度的增加，與對(duì)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(wú)顯著變化?？梢姽才喟薏菘烧T導(dǎo)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(jié)果再次驗(yàn)證前述分子結(jié)論。同時(shí)萜類物質(zhì)檢測(cè)結(jié)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(shì)，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(jié)果表明，不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻在響應(yīng)稗草脅迫時(shí)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(lái)抑制共培稗草的生長(zhǎng)；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(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)影響稗草的生長(zhǎng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 運(yùn)用植物化感作用控制田間雜草被視為21世紀(jì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)之一，因而引起世界各國(guó)同行專家的極大關(guān)注，本實(shí)驗(yàn)小組所在的研究所已在這方面研究做了長(zhǎng)達(dá)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(yùn)用于生產(chǎn)的關(guān)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(qiáng)，其分子機(jī)制還需要深入揭示。充分揭示這一過程的分子機(jī)制，對(duì)于促進(jìn)化感作用盡快應(yīng)用于生產(chǎn)，意義重大。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1、本作品從形態(tài)、生理生化、基因組響應(yīng)、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(jī)理。 2、本作品運(yùn)用化感-競(jìng)爭(zhēng)分離法，再次證實(shí)了化感作用存在的真實(shí)性。 3、本作品是本研究所成員在全國(guó)第九屆挑戰(zhàn)杯（三等獎(jiǎng)），第十屆挑戰(zhàn)杯（一等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)）獲獎(jiǎng)作品的進(jìn)一步延續(xù)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(zhǎng)期以來(lái)國(guó)際爭(zhēng)論的焦點(diǎn)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(chǔ)。 3、本作品為植物源生物除草劑的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)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(guó)）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(jìng)爭(zhēng)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(shí)進(jìn)一步運(yùn)用抑制消減雜交技術(shù)（SSH）、實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)（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(yīng)機(jī)理。本研究結(jié)果表明，不同密度稗草脅迫下，不同化感潛力水稻在響應(yīng)稗草脅迫時(shí)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(lái)抑制共培稗草的生長(zhǎng)；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(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)影響稗草的生長(zhǎng)。
獲獎(jiǎng)情況
- 1、第十一屆全國(guó)作物生理學(xué)術(shù)研討會(huì) 2、第七屆全國(guó)化學(xué)生態(tài)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì) 3、2008年中國(guó)作物學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- 參考技術(shù)： 1、化感-競(jìng)爭(zhēng)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(jī)理。根據(jù)2008年科技查新，當(dāng)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(yíng)養(yǎng)脅迫為主。關(guān)于稗草脅迫下水稻化感潛力變化的機(jī)理分析，查新結(jié)果顯示，已報(bào)道的文章數(shù)量仍然極少。如韓國(guó)Kim從苯丙氨酸解氨酶活性高低來(lái)揭示稗草脅迫下水稻化感潛力變化機(jī)理。何華勤運(yùn)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)的手段探討稗草脅迫下水稻蛋白的差異表達(dá)等。然而本研究從形態(tài)、生理生化、基因組響應(yīng)、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(jī)理。該類研究在國(guó)內(nèi)外還未見報(bào)道，創(chuàng)新性明顯。 同時(shí)，本作品是在本研究所成員于全國(guó)第九屆挑戰(zhàn)杯（三等獎(jiǎng)），第十屆挑戰(zhàn)杯（一等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)）獲獎(jiǎng)作品基礎(chǔ)上的進(jìn)一步延續(xù)。
