叶片的光合作用主要发生在叶绿体中,叶绿体的发育受核基因编码蛋白调控。其中,PPR蛋白参与细胞器RNA编辑。在水稻中虽然鉴定出了约450个PPR蛋白家族成员,但只有少数被证明影响水稻叶绿体RNA编辑。利用基因编辑技术创造了新的水稻种质资源和突变体,能够用于水稻育种和基因功能研究。本研究鉴定了一个DYW类型PPR蛋白OsPPR9在水稻叶绿体RNA编辑中的功能。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得了Osppr9突变体,该突变体叶片黄化和致死表型;在突变体中,叶绿体发育相关基因表达量降低,光合作用相关蛋白的积累减少。此外,OsPPR9蛋白功能的缺失降低了叶绿体中rps8-C182, rpoC2-C4106, rps14-C80和ndhB-C611 RNA编辑位点的编辑效率,影响水稻叶绿体的生长发育。OsPPR9在水稻叶片中表达量最高和编码一个定位于叶绿体的PPR蛋白。此外,通过酵母双杂验证OsPPR9与OsMORF2和OsMORF9相互作用。总之,我们的研究为探明PPR蛋白在水稻叶绿体发育中的作用提供了线索。
小麦-玉米轮作体系减磷措施调控土壤磷素有效性与微生物间的耦合机制研究鲜有报道。本研究基于初始高磷(30.36 mg kg-1)和低磷水平(9.78 mg kg-1)石灰性土壤,通过连续四季的盆栽试验(2016-2018),探究小麦-玉米轮作体系仅麦季施磷(Pw)较常规麦-玉两季均施磷肥(Pwm)措施对作物产量、土壤有效磷和微生物群落结构的影响。结果表明,高磷水平Pw处理较Pwm处理每年减少33.3%的磷肥投入情况下,作物总产量能够连续两年稳产。玉米大喇叭口期,Pw处理土壤水溶性磷浓度与Pwm处理含量无显著差异。土壤磷含量显着影响土壤微生物群落,尤其是真菌群落。Pw处理变形菌门的相对丰度和碱性磷酸酶(ALP)活性显著高于Pwm处理(分别为11.4和13.3%)。高磷水平下,土壤微生物对产量的贡献大于土壤有效磷的影响。Pw处理芽孢杆菌和根瘤菌相对丰度显著高于Pwm处理。芽孢杆菌与酸性磷酸酶(ACP)活性呈显着正相关,根瘤菌与ACP和ALP活性均呈显着正相关,可能利于土壤磷素活化。本研究说明高磷土壤条件下,小麦-玉米轮作体系仅麦季施磷可通过土壤磷有效性与微生物间的耦合实现全年作物稳产。
本研究为了量化不同“C饥饿”水平下玉米叶片C固定及其分配,并分析其与植株适应性生长之间的关系,利用室内液体培养玉米植株,在6叶展期进行连续三天的延长黑暗(ED)处理。结果表明,ED处理显著降低了植株生长和叶片叶绿素水平,但单位叶片CO2气体交换速率没有明显变化。由于延长黑暗缩短了光合时长,降低了日光合同化产物积累,成熟叶片中的淀粉和可溶性碳水化合物(TSC)日累积量也呈下降趋势。然而,ED处理下叶片淀粉和TSC积累量占日同化C总量的比例却有所增加。这些“暂储性”C大部分以TSC形式存在,并且主要为增加的夜间呼吸消耗所用而非转运至库器官。另一方面,随着时间的推移,不同处理叶片中的“暂储性”C累积量及其占日同化C总量的比例均呈下降趋势,这主要是由于叶片淀粉合成下降所致。叶片中的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和可溶性淀粉合酶活性随时间推移显著下降。因此,我们认为淀粉和TSC都参与了C突然短缺时植株生长和C供应之间的协调,但可能存在不同的作用方式。在突然的“C饥饿”情况下,植株将更高比例的同化产物留存在叶片中,以维持叶片功能。同时,成熟叶片中的“暂储性”C量及其占日同化C总量的比例随时间推移不断下降,以满足库器官的持续性生长需求。