水稻根系形态生理对稻田甲烷排放的调控及其生理机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31871557
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1309.稻类作物栽培学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Rice roots play a key role in methane emission in paddy fields. However, the regulatory effects of morphological and physiological traits of rice roots on methane emission and their physiological mechanisms have not been clearly understood. The heterotrimeric G protein is an important regulatory protein and involved in rice root growth and morphogenesis. With three G protein related mutants and their wild type rice cultivars with similar growth period as materials, the project is designed to investigate: (1) The changes of cumulative methane emission during whole growth period and dynamic characteristics of methane emission fluxes at key growth stages in paddy fields; (2) The changes of root morphology (root number, length, density, diameter, weight and aerenchyma) and physiology (the root oxidation activity, total and active absorption area, and the contents of organic acids, amino acids in root bleedings and exudates) at key growth stages and their relationships with methane production and emission in paddy fields; (3) The regulatory effects of nutrient management (including wheat straw returning to the paddy field), water management and exogenous chemicals on root morphology and physiology and methane emission. This study is expected to elucidate the physiological mechanisms of morphological and physiological traits of rice root on methane emission in paddy fields and put forward the cultivating approaches to regulating methane emission in paddy fields through the regulation of morphology and physiology of rice roots.
水稻根系是影响稻田甲烷排放的关键因素之一,但水稻根系形态生理对稻田甲烷排放的调控作用及其机理仍不十分清楚。水稻G蛋白是参与根系生长与形态建成的重要调节蛋白。本项目拟以已获得的生育期相近的3组G蛋白突变体及其野生型水稻为材料,研究:(1)全生育期及关键生育期(分蘖中期、穗分化期、抽穗期、乳熟期和成熟期)稻田甲烷排放通量和排放总量的变化规律;(2)关键生育期水稻根系形态(根数、根长、根长密度、根直径、根重、根体积和根系通气组织结构等)和生理(根系氧化力、吸收表面积、根系伤流液和分泌物中有机酸组分及浓度等)的变化特征及其与稻田甲烷排放的关系;(3)营养(含秸秆还田)、水分管理和外源化学物质对水稻根系形态生理和稻田甲烷排放的调控作用。通过上述研究,以期揭示水稻根系形态生理影响稻田甲烷排放的生理机制,提出通过调控根系形态生理调控稻田甲烷排放的栽培技术途径,为稻田甲烷减排提供理论和实践依据。

结项摘要

水稻根系是连接植物与土壤和土壤微生物的重要纽带,对产量形成和稻田甲烷(CH4)排放均具有重要影响。但水稻根系与土壤微生物的互作并影响稻田CH4排放的机理尚不清楚。本项目以不同水稻品种(含转基因株系)为材料,较为系统地研究了:1)参与编码G蛋白的OsRGA1基因对水稻光合产物分配和CH4排放的影响;2)不同水稻品种根系形态生理及根系与根际土壤互作影响CH4排放的机理;3)水稻品种演进对光合产物分配和稻田CH4排放的影响;4)氮肥运筹、干湿交替灌溉和脲酶/硝化抑制剂等栽培措施对CH4排放的调控。主要结果如下:1)穗分化期CH4排放差异是造成不同品种CH4排放总量差异的主要原因,水稻茎鞘非结构性碳水化合物含量/根系分泌总碳含量(NSC/TOC)是驱动CH4排放的主要因素,OsRGA1基因可以调控光合产物用于根系生长和根沉积的分配比例,减少根系分泌碳底物,提高NSC/TOC比值,有利于水稻高产低排。2)根系分泌物中苹果酸、柠檬酸和琥珀酸可提高甲烷氧化菌丰度和活性,促进CH4氧化。3)水稻品种改良提高了穗分化期光合产物向根系生长和产量形成的分配比例,有效增强穗分化期水稻根系形态与活力,促进根际土壤中CH4氧化,降低稻田CH4排放。4)适量增施穗肥可促进根系泌氧,刺激根际土壤中的CH4氧化,提高pmoA/mcrA比值,减少稻田CH4排放。尿素配施硝化抑制剂或脲酶抑制剂可显著提高水稻产量,降低CH4排放。5)干湿交替灌溉有利于提高水稻根干重和根系氧化力。干湿交替灌溉条件下施用硝化抑制剂能进一步降低CH4排放。以上研究结果表明,选用合适品种或通过栽培措施促进有利于运输至根系的光合产物用于根系生长、提高根系泌氧能力并促进根分泌有机酸进而增强根际土壤CH4氧化、有效减少稻田CH4排放。研究结果对水稻高产绿色栽培具有重要的理论和实践价值。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
结实期干湿交替灌溉对水稻根系、产量和土壤的影响
  • DOI:
    10.16819/j.1001-7216.2022.210309
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国水稻科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈云;刘昆;李婷婷;李思宇;李国明;张伟杨;张耗;顾骏飞;刘立军;杨建昌
  • 通讯作者:
    杨建昌
Spikelet differentiation and degeneration in rice varieties with different panicle sizes
不同穗径水稻品种的小穗分化与退化
  • DOI:
    10.1002/fes3.320
  • 发表时间:
    2021-08-09
  • 期刊:
    FOOD AND ENERGY SECURITY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Liu, Kun;Chen, Yun;Yang, Jianchang
  • 通讯作者:
    Yang, Jianchang
OsRGA1 optimizes photosynthate allocation for roots to reduce methane emissions and improve yield in paddy ecosystems
OsRGA1 优化根部的光合产物分配,以减少甲烷排放并提高水稻生态系统的产量
  • DOI:
    10.1016/j.soilbio.2021.108344
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Soil Biology and Biochemistry
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Chen Yun;Zhang Yajun;Li Siyu;Liu Kun;Li Guoming;Zhang Dongping;Lv Bing;Gu Junfei;Zhang Hao;Yang Jianchang;Liu Lijun
  • 通讯作者:
    Liu Lijun
缓控释肥对水稻产量与品质影响的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    作物杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高捷;李思宇;成大宇;张杏雨;顾希;刘立军
  • 通讯作者:
    刘立军
稻田甲烷排放的微生物学机理及节水栽培对甲烷排放的影响
  • DOI:
    10.16819/j.1001-7216.2022.201202
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国水稻科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余锋;李思宇;邱园园;卓鑫鑫;黄健;汪浩;朱安;刘昆;刘立军
  • 通讯作者:
    刘立军

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其他文献

麦秸还田与实地氮肥管理对水稻氮磷钾吸收利用的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨建昌;刘立军;杨立年;王志琴;徐国伟
  • 通讯作者:
    徐国伟
他克莫司治疗IgA肾病的疗效及安全性的观察研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    临床药物治疗杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘立军;陈育青;吕继成;张宏
  • 通讯作者:
    张宏
水直播和旱直播对水稻产量与品质的影响综述
  • DOI:
    10.15889/j.issn.1002-1302.2020.16.011
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    江苏农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄健;朱安;汪浩;李思宇;刘昆;李婷婷;陈云;刘立军
  • 通讯作者:
    刘立军
超级稻花后强、弱势粒多胺浓度变化及其与籽粒灌浆的关系
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王志琴;付景;张耗;刘立军;杨建昌;谈桂露
  • 通讯作者:
    谈桂露
晶硅铸锭过程中硅锭热应力场的模化与模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵文翰;齐小方;刘立军
  • 通讯作者:
    刘立军

其他文献

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刘立军的其他基金

根系形态生理与水稻大穗形成的关系及其生理机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目
干湿交替灌溉水稻根系形态生理和土壤生物学性状的变化及其互作机制
  • 批准号:
    31671614
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    62.0 万元
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    面上项目
水稻品种根系改良特征及其与稻田甲烷排放的关系
  • 批准号:
    31371562
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    74.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
水稻根系代谢活性与氮素利用率的关系及其生理机制
  • 批准号:
    31171481
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
中籼水稻品种米质演进特征及其生理机制
  • 批准号:
    30800670
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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