低甲烷排放转基因水稻是实现水稻低碳生产的理想材料.土壤微生物驱动了稻田甲烷的产生,低甲烷排放转基因水稻土壤微生物群落组成的变化不仅影响稻田甲烷排放,也关系到土壤微生态系统的稳定性.通过对细菌16S rRNA基因、真菌ITS基因的高通量测序及mcrA、nifH、amoA和nirS等功能基因的荧光定量PCR,分析了低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)与野生型水稻(MH86)土壤微生物群落间的差异.结果显示:稻田土壤细菌群落的α-多样性指数在86R27-3与MH86间无明显差异,且仅在水稻分蘖期86R27-3的土壤真菌群落多样性指数Shannon、Simpson及均匀度指数Pielou_e显著高于MH86(P＜0.05);β-多样性分析表明土壤细菌或真菌群落组成在86R27-3与MH86间均没有显著差异;但在水稻齐穗期:86R27-3 土壤的放线菌门(Actinobacteria)、罗泽真菌门(Rozellomycota)的相对丰度显著高于MH86(P＜0.05),而酸杆菌门(Acidibacteria)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度显著低于MH86(P＜0.05);土壤微生物群落功能预测显示,86R27-3 土壤氮、硫和锰代谢细菌功能群丰度显著低于MH86(P＜0.05),如分蘖期的土壤硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、硫代硫酸盐呼吸及硫呼吸,齐穗期和成熟期的好氧亚硝酸盐氧化及成熟期的锰氧化等;与MH86相比,86R27-3的土壤真菌功能群丰度有减有增,如在水稻不同生育期内的其未定义腐生物银耳目、嗜热囊菌科、镰刀菌属及韦斯特氏菌功能群丰度显著降低(P＜0.05),而其分蘖期的动物内共生体腐生生物毕赤酵母属和未定义腐生物马勃科功能群丰度显著提高(P＜0.05).定量PCR分析表明86R27-3 土壤中的产甲烷细菌mcrA基因丰度显著低于MH86(P＜0.05),同时,土壤固氮菌nifH基因、氨氧化细菌amoA基因及反硝化细菌nirS基因的丰度在86R27-3土壤中也显著降低(P＜0.05).综上所述,低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)对土壤细菌或真菌的群落组成没有影响,但可引起主要细菌或真菌种类的相对丰度及某些细菌或真菌功能群丰度发生变化,并显著降低了稻田土壤微生物功能基因丰度.

[目的]甲氨基阿维菌素苯甲酸盐是高效治理鳞翅目(Lepidoptera)害虫的新型抗生素类生物源杀虫剂.本研究旨在探究甲氨基阿维菌素苯甲酸盐对水稻害虫白背飞虱Sogatella furcifera的亚致死效应.[方法]采用稻茎浸渍法以不同浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理的水稻苗饲养白背飞虱3龄若虫,72 h后计算甲氨基阿维菌素苯甲酸盐对白背飞虱3龄若虫的LC10,LC25和LC50值;采用稻茎浸渍法以LC10,LC25和LC50浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理的水稻苗饲养白背飞虱3龄若虫48 h,测定F0代雌成虫寿命和单雌产卵量;统计F1代卵历期、1-5龄若虫历期、成虫寿命、成虫前历期、总发育历期、成虫产卵前期、成虫总产卵前期和单雌产卵量,构建年龄-龄期两性生命表;利用Timing-MSChart软件预测白背飞虱未来60 d种群动态.[结果]处理72 h时甲氨基阿维菌素苯甲酸盐对白背飞虱3龄若虫的LC50,LC25和LC10值分别为0.831,0.222和0.068 mg/L.与对照组相比,LC10,LC25和LC50浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理使白背飞虱F0代雌成虫平均寿命分别缩短了 7.19％,24.81％和34.21％,单雌产卵量分别减少22.24％,31.22％和41.53％;LC25浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理显著延长了 F1代5龄雌若虫历期,LC50浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理显著延长了 F1代雄成虫寿命和总发育历期,LC25和LC50浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理显著延长了 F1代成虫产卵前期和总产卵前期,且显著降低了内禀增长率(r)和周限增长率(λ);LC50浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理下F1代净增殖率(R0)显著降低,LC25浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理下F1代平均世代周期(T)显著延长;LC10,LC25和LC50这3个亚致死浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐处理明显抑制了白背飞虱种群增长.[结论]亚致死浓度甲氨基阿维菌素苯甲酸盐胁迫会显著影响白背飞虱成虫寿命和繁殖能力,并降低其后代种群数量,该研究结果可为农业田间科学防治白背飞虱提供理论依据.

[目的]德夸菌素(decoyinine,DCY)是一种新型植物生长调节剂.本研究旨在探究DCY浸种处理对商用水稻品种徐稻10与湘两优900抗褐飞虱Nilaparvata lugens的影响.[方法]利用年龄-龄期两性生命表测定和比较了褐飞虱初孵若虫取食不同浓度[0(清水对照),25,50和100 mg/L]DCY浸种处理的徐稻10和湘两优900植株后的生长发育、成虫繁殖力及种群生命表参数,并模拟其60 d内的种群增长情况.还调查了 100 mg/L DCY浸种处理对褐飞虱雌成虫蜜露分泌量、体重及取食和产卵偏好的影响.[结果]与取食对照稻株相比,褐飞虱初孵若虫取食不同浓度DCY浸种处理的徐稻10植株后,若虫历期显著延长,成虫繁殖力(单雌产卵量)显著下降,种群参数净增殖率R0、内禀增长率rm和周限增长率λ显著降低,平均世代周期T和种群倍增时间DT显著升高;褐飞虱初孵若虫取食不同浓度DCY浸种处理的湘两优900植株后,若虫历期显著缩短,单雌产卵量显著下降,仅平均世代周期T显著升高,其他种群参数无显著差异.在两种水稻上,60 d种群模拟的结果表明3个处理组的种群大小都小于对照组的.取食100 mg/L DCY浸种处理的徐稻10与湘两优900稻株的褐飞虱雌成虫的蜜露分泌量和体重都显著低于取食对照组稻株的.取食和产卵选择试验表明,褐飞虱雌成虫更倾向于在对照稻株上取食和产卵.[结论]DCY浸种处理徐稻10与湘两优900后会提高其对褐飞虱的抗性.

[目的]明确新登记的真菌杀虫剂爪哇虫草菌Cordyceps javanica JS001在调控水稻生长和防御褐飞虱Nilaparvata lugens中的作用.[方法]室内分别用1 × 104,1 × 106和1 × 108孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸泡水稻种子48 h,以0.01％Triton X-100溶液浸种为对照,待培养8 d后,对水稻苗进行生长测定,并测定褐飞虱成虫对其的行为选择反应;通过气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)分析1 ×108孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种对水稻苗次生代谢化合物含量的影响.采用1 ×107孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液和清水(对照)分别浸泡水稻种子48 h,于种子直播50 d后,调查稻田中稻飞虱和蜘蛛个体数量.[结果]室内测定结果表明,与对照相比,1 ×106和1 ×108孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种处理不仅显著促进水稻种子发芽、水稻苗根和茎叶的生长,而且降低褐飞虱成虫对水稻苗的选择性.化合物分析结果表明,与对照相比,1 ×108孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种处理的水稻苗中防御性化合物过氧化氢、油酸、辛烷等含量显著增加,能吸引褐飞虱的化合物2-壬酮含量显著降低.田间试验结果表明,与对照相比,1 ×107孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种显著降低稻田中稻飞虱数量,但对捕食性天敌蜘蛛个体数量无影响.[结论]爪哇虫草菌JS001浸种处理不但能促进水稻苗的生长,而且能提高水稻对褐飞虱的防御能力.田间试验进一步明确了爪哇虫草菌JS001在增强水稻防御稻飞虱危害中的作用.这些结果可为爪哇虫草菌的应用及稻飞虱生物防治策略的制定提供新途径.

由稻黄单胞菌稻生致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)引起的细菌性条斑病(BLS)是水稻(Oryza sativa)生产上的重要病害,近年来其发病呈快速上升趋势,特别是在我国南方(包括江苏、浙江、福建和广东等地)稻区危害严重.种植抗病品种是防治BLS最理想的措施,但目前生产上严重缺乏可用于育种的优异抗病基因资源.通过人工接种鉴定筛选水稻种质资源,挖掘到2份高抗BLS材料(M1和D1).多菌株系接种结果表明,M1具有非小种特异性广谱抗病(RNS BSR)特征.经遗传群体分析表明,栽培稻M1携带单个显性抗BLS新基因Xo-3.通过混池测序和关联分析,将Xo-3基因初步定位在2号染色体上的一段候选区域内.抗BLS种质资源的挖掘及其抗性遗传基础的解析,将有助于理解水稻-Xoc互作机理,从而培育抗BLS水稻新品种和制定科学的防治BLS策略.

建立健全国家公园体制对于保护自然生态系统的完整性与生物多样性具有重要意义.作为首批试点单位之一,钱江源国家公园体制试点区(以下简称"钱江源")率先开展了集体林地地役权改革,并取得了良好效果.然而地役权改革是否以及如何影响钱江源土壤及其微生物,目前还缺乏系统评估.本研究对钱江源4个片区中不同改革模式下的水稻田表层土壤进行取样,每个片区内均采集4种模式的水稻田:公园内改革、公园内弃耕地、公园内未改革以及公园外未改革.利用高通量测序研究土壤微生物群落的组成与结构,并利用多元统计分析等剖析塑造微生物群落空间格局的驱动因素.结果发现,与其他3类土壤相比,弃耕地具有更低的氮磷等营养元素含量和重金属元素含量;其他3类土壤的理化性质则较为相似.在微生物方面,细菌群落以变形菌门(48.57％)和酸杆菌门(31.62％)为主;真菌群落以子囊菌门(78.31％)和担子菌门(16.38％)为主.不同模式下的细菌群落差异较大,尤其是弃耕地与其他3类均具有显著性差异,其他3类则较为相似.真菌群落的变异相对较小,仅公园外未改革和弃耕地间具有显著差异.细菌群落组成的空间变异与土壤环境因子显著相关,其中具有主要影响的前5个环境因子分别是pH、铬、全氮、有效磷和有机质.真菌群落组成的空间变异与土壤环境因子间未发现显著相关性.中性群落模型分析发现,中性过程对细菌和真菌群落组成差异的形成均有重要影响.综上,初步认为,存在水稻种植的情况下,地役权改革尚未对水稻田土壤及其微生物起到显著影响;放弃种植的弃耕地则可能已经处在再野化的初期阶段.因此,地役权改革是否以及如何影响长期耕作土壤的恢复,还需要结合长期的综合监测,才能作出更为科学合理的判断.

稻巨座壳引起的稻瘟病是一种重要的农作物真菌病害,该病害的发生和流行限制了水稻的产量,威胁全球粮食安全.细胞凋亡和自噬在稻巨座壳的致病性中起重要作用,抗细胞凋亡的存活因子 Svf1 在禾谷镰刀菌和核盘菌中被报道与致病力相关,但是其在稻巨座壳中的详细功能却并未见报道.本研究对MoSvf1进行序列分析,发现Svf1在真菌中高度保守.对其进行基因敲除并观察表型,发现 Mosvf1 突变体菌落生长减慢,菌丝形态异常,但其产孢量相比野生型有显著性增多.说明MoSvf1 正调控稻巨座壳的营养生长,负调控孢子的形成.Mosvf1 突变体的附着胞形成和致病力无可见缺陷.为进一步完善MoSvf1 的互作调控网络,我们通过IP-MS的方法鉴定MoSvf1 的互作蛋白,发现其中包含多个与胞内信号传导及细胞凋亡有关的蛋白.对 MoSvf1 互作蛋白的分析有助于进一步揭示MoSvf1 的调控模式和作用途径,为阐明稻巨座壳的生长和凋亡打下重要基础.

成团泛菌(Pantoea agglomerans)YS19 和菠萝泛菌(Pantoea ananatis)YJ76 是从水稻(Oryza sativa)"越富"品种中分离得到的2株优势内生固氮细菌.利用YS19和YJ76共培养方式模拟菌体栖息微环境,探索潜在的种间生物效应,发现适量的YJ76能够促进YS19共质体的形成并且YJ76细胞可以参与到YS19的共质体结构中,YS19∶YJ76接种量比例为10∶3时促进效果最为显著.相比之下,当使用吲哚产量显著下降的YJ76突变株Δzwf与YS19共培养时,上述促进效应均显著减弱.与单独培养相比,共培养显著提高了两个菌株对重金属Zn2+、四环素、紫外线以及干燥的耐受能力,YS19分别提高了 63.9％、56.0％、57.4％、72.0％,YJ76分别提高了 147.9％、172.7％、266.3％、348.6％.结果表明水稻的两种主要内生菌YS19和YJ76在共栖息时表现为强烈的协同作用,而YJ76产生的吲哚信号分子在这个过程中起到重要调节作用.

[目的]明确褐飞虱Nilaparvata lugens体内可培养共生细菌的种类,探索其中芽孢杆菌类共生菌对褐飞虱微生物群和生长发育的影响.[方法]通过离体培养的方法,从褐飞虱两种不同致害性种群(TN1敏感种群和IR56高致害种群)中分离可培养共生细菌.通过16S rDNA测序对获得的可培养共生菌进行鉴定,在此基础上利用原位杂交研究了共生细菌在褐飞虱体内的分布.利用人工饲料添加抗生素和回补共生细菌的方式,研究了减菌和回补芽孢杆菌的处理对褐飞虱生长发育以及共生菌丰度的影响.比较了通过饲喂和显微注射对芽孢杆菌引入的影响,考察了芽孢杆菌的定殖与褐飞虱TN1种群致害性之间的相关性.[结果]利用离体培养法从褐飞虱中获得了 15株不同的共生细菌,其中包括2株源于IR56高致害种群的芽孢杆菌类共生细菌BPH-S36和BPH-S33.原位杂交结果表明共生细菌在褐飞虱成虫唾液腺、肠道、脂肪体和雌虫内生殖器中均有分布,而在雄虫内生殖器中鲜有分布.体内共生细菌对褐飞虱的生长发育至关重要,共生细菌的减少导致褐飞虱存活率在第3和6天时显著下降,而回补共生芽孢杆菌BPH-S36或BPH-S33可使其存活率在第6天时显著上升.褐飞虱通过取食添加共生芽孢杆菌的人工饲料可使芽孢杆菌的相对丰度增加23.2～24.5倍,而通过若虫显微注射并不能够提高芽孢杆菌的相对丰度.随着共生芽孢杆菌的增加,类酵母共生菌(yeast-like symbiont,YLS)的相对丰度也显著增加5～12倍.芽孢杆菌BPH-S36的引入使褐飞虱敏感种群TN1在抗性水稻IR56上的存活率由52.1％±1.5％显著提高至64.2％±3.0％.[结论]共生细菌在褐飞虱唾液腺、肠道和卵巢中广泛分布.抗生素处理能够有效降低其体内共生细菌的丰度,从而导致存活率下降.人工饲喂法可以使外源共生细菌在褐飞虱体内成功定殖.源于致害性强的褐飞虱种群中的芽孢杆菌BPH-S36可提高该种群对抗性水稻品种IR56的致害性.

植物为宿主表达外源蛋白的系统称之为分子农场,通过农杆菌将外源基因导入植物进行表达具有高效、安全、廉价的优点,特别是植物具备一系列翻译后修饰功能,因此该系统能弥补原核表达系统的缺陷.本综述首先介绍了近些年在烟草叶片瞬时表达和水稻胚乳组织特异性表达上取得的进展,特别是一些利用分子农场进行医用蛋白表达、药物合成、疫苗制备等典型案例.在优化生物反应器、提高表达效率策略上,本综述重点探讨了蛋白翻译后水平上的调控,包括蛋白酶抑制剂的作用、糖基化修饰环节以及分子伴侣共表达等对外源蛋白表达的影响.最后,围绕外源蛋白大量囤积于内质网可能引发内质网胁迫的问题,展望了通过优化内质网环境来提高外源蛋白表达效率的可行性.