近地层O3被认为是世界范围内导致农作物严重减产的最有毒空气污染物，对植物的形态结构、生理生化、生长繁殖等都造成不同程度的损伤。水稻(Oryza sativa L．)是世界范围消费性食物中最重要的粮食作物，专家预测将来51—75 ppb的O3浓度将导致水稻约27%的产量损失。在一些植物的形态结构方面，O3进入叶片后造成叶绿体及类囊体肿胀，嗜锇颗粒尺寸和数量增加，但有关O3浓度升高对水稻叶片表面和超微结构影响，国内外均未见报道。
自转基因抗虫水稻 Bt汕优63（Bt-SY63）在中国获得生产应用安全证书以来，其生态效应和环境风险已成为国内外关注的焦点。O3浓度升高条件下转Bt基因水稻叶片表面和超微结构又将如何变化，将更是一个值得探索的问题。
本研究利用我室朱建国研究员课题组建设的东亚地区唯一的稻田开放式O3 浓度升高（O3-FACE）研究平台，通过调查Bt-SY63及常规稻汕优63(SY63)叶片表面和内部超微结构的变化差异，揭示转基因水稻及其亲本对近地层O3浓度升高的不同响应。研究发现Cry1Ab-Ac基因的插入导致Bt-SY63水稻叶片表面部分结构（如叶面积和叶片厚度）发生非预期性状变化。除气孔密度在64-DAS时显著性降低外，O3处理没有对Bt-SY63和SY63叶片的其他表面结构产生显著性影响，然而对超微结构产生了显著影响。O3处理后导致两基因型水稻叶绿体类囊体肿胀，同时伴随着嗜锇颗粒显著增加，淀粉粒数量下降，叶绿体基质颗粒状，甚至基粒消失。然而与SY63相比，高浓度O3胁迫使Bt-SY63叶片叶绿体类囊体肿胀的时间更早，叶绿体降解的程度更大，叶肉细胞壁厚度，叶绿体占叶肉细胞面积比例，嗜锇颗粒占叶肉细胞面积比例，淀粉粒占叶肉细胞面积等指标波动更大，持续时间更长，这些从不同的侧面说明相对于臭氧胁迫而言，Bt-SY63比SY63更敏感，受到的胁迫损伤更大。
上述结果，可为今后阐释水稻的O3伤害机制，以及未来转基因水稻的选育提供重要的理论依据。该研究成果已发表在ＰＬＯＳ ＯＮＥ，2013 8(12): e82199. doi:10.1371-journal.pone.0082199
Chunyan Li124 Biao Liu2* Chunhua Li3 Qing Zeng3* Mingzhuo Hao1 Zhengmin Han1 Jianguo Zhu3 Xiaogang Li5 Wenjing Shen2. Leaf Morphology and Ultrastructure Responses to Elevated O3 in Transgenic Bt (cry1Ab-cry1Ac) Rice and Conventional Rice under Fully Open-Air Field Conditions. PLOS ONE DOI: 10.1371-journal.pone.0082199
Abstract
Background
Elevated tropospheric ozone severely affects not only yield but also the morphology structure and physiological functions of plants. Because of concerns regarding the potential environmental risk of transgenic crops it is important to monitor changes in transgenic insect-resistant rice under the projected high tropospheric ozone before its commercial release.
Methodology-Principal Findings
