Kim, Jinhee;Mo, Youngjun;Ha, Su-Kyung;Jeung, Ji-Ung;Jeong, Jong-Min
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.66
no.1
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pp.8-17
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2021
As rice originates from tropical regions, low temperature stress during the germination stage in temperate regions leads to serious problems inhibiting germination and seedling establishment. Identifying and characterizing quantitative trait loci (QTLs) for low-temperature germination (LTG) resistance help accelerate the development of rice cultivars with LTG tolerance. In this study, we identified QTLs for LTG tolerance (qLTG5, qLTG9) and germination coefficient of velocity under optimal conditions (OGCV) (qOGCV7, qOGCV9) using 129 recombinant inbred lines (RILs) derived from the cross between a low-temperature sensitive line Milyang23 and a low-temperature tolerant variety Gihobyeo. qLTG9 and qOGCV9 were detected at the same location on chromosome 9. At both LTG QTLs (qLTG5 and qLTG9), the alleles for LTG tolerance were contributed by the japonica variety Gihobyeo. At qOGCV7 and qOGCV9, the alleles for low temperature tolerance were derived from Milyang23 and Gihobyeo, respectively. The RILs with desirable alleles at two or more QTLs, i.e., GroupVII: qLTG5+qLTG9 (qOGCV9) and GroupVIII: qLTG5+qOGCV7+qLTG9 (qOGCV9), showed stable tolerance under low-temperature stress. Our results are expected to contribute to the improvement of tolerance to low-temperature and anaerobic stress in japonica rice, which would lead to the wide adoption of direct-seeding practices.
Alcohol dehydrogenase (E.C.1.1.1.1) is an enzyme present in higher plants involved in the anaerobic fermentation pathway that catalyzes the reduction of pyruvate to ethanol, resulting in continuous $NAD^+$ regeneration. It also plays an important role in many plant developments including tolerance to anoxia condition. Here, a cDNA clone encoding alcohol dehydrogenase (ADH) was isolated from Chinese cabbage (Brassica rapa) seedlings. The gene named Bradh1 had a total length of 1,326 bp that contains a single open reading frame of 1,140 bp. The predicted protein consists of 379 amino acid residues with a calculated molecular mass of 41.17 kDa. Expression pattern analysis revealed a tissue-specific expressing gene in different tissues and strongly expressed in the shoot, roots and seeds of Chinese cabbage. Agrobacterium transformation of full-length cDNA Bradh1 into rice Gopumbyeo showed high efficiency. Furthermore, induction of ADH in transgenic rice enhanced tolerance to anaerobiosis stresses and elevated mRNA transcripts. The overexpression of Bradh1 in rice increases germination under anaerobiosis stresses, implying the possibility of developing new varieties suited for direct seeding or flood-prone rice field.
This study was carried out to define the effects of external factors including temperature, moisture, oxygen and light quality on the germination of sesame seeds and to investigate the change of major chemical constituents of seeds during germination. The results obtained are summarized as follows: 1. The average germination ratio was from 95.8% to 97.2% when it was tested every $5^{\circ}C$ intervals from $20^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$ and no significant difference in germination ratio was found within $20^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$. But the germination ratio dropped rapidly to 32.2% when seeds were germinated at $15^{\circ}C$ and the coefficient of variation become greater(77%) 2. The days required for germination ranged from 1.16 to 1. 64 at the temperatures of $35^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$ and they were 3.07 and 10.4 at the temperatures of $20^{\circ}C$ and $15^{\circ}C$, respectively. 3. Considering the germination ratio and days needed, $15^{\circ}C$ was assumed to be the minimum temperature for germination practically and this temperature is recommended for testing low temperature tolerance of seed germination of sesame cultivars. 4. The varieties shown the highest low temperature tolerance were Shirogoma and Turkey. The next varieties shown some degree of low temperature germination were Suweon #29, Naebok and IS 58. The varieties with 70 to 80% of germination ratio were Maepo, Suweon #14, Kimpo, Moondeok, and Haenam. Among the 90 varieties tested, the varieties with comparatively high degree of low temperature tolerance were about 10%, and 70% of the low temperature tolerant varieties were domestic varieties. 5. At $12^{\circ}C$ the Shirogoma was the only variety which showed over 50% of germination ratio, 71.4% of the varieties showed less than 20% of germination ratio. When the temperature was raised to $27^{\circ}C$ 18 days after placement at $12^{\circ}C$ all the varieties showed over 90% of germination ratio within 2days. 6. The amounts of water imbibition needed for seed germination were 0.48 to 0.62 times of the seed dry weight at $25^{\circ}C$ and were significantly different among sesame cultivars. About 63% of water required for germination was imbibed in 2 hours after placement of seeds under the germination condition. 7. Under saturated moisture condition the average germination ratio was 0.42%. In the soil of which water potential was -0.4bar 64.8% of the seeds germinated and the most adequate soil water potential for sesame seed germination was about -0.4 to -5.5 bar. The germination ratio decreased as the soil water potential declined below -5.5 bar. 8. Six out of 10 varieties were not influenced by 5% of oxygen in air germination chamber, while varieties such as Yecheon, PI 158073, IS 103 and Euisangcheon showed 64 to 91% of germination under the 5% oxygen content. Under anaerobic condition, cotyledones were not emerged but only hypocotyl was emerged and elongated. The germination ratio of IS 103 decreased significantly under anaerobic condition. 9. When the seeds were dried for 24 hours after 12 hours imbibition of water, the seeds of Cheongsong did not lose their germination ability and 27.5% was germinated but Suweon #9 and Early Russian failed to germinate. However, the germination ratio of IS 103 decreased when the seed were dried 24 hours after 4 hours imbibition of water and the germination ability of IS 103 was maintained even though the seeds were dried for 24 hours after 24 hours imbibition of water. 10. During germination, sugar content of sesame seed increased rapidly and activity of ${\alpha}$-amylase increased gradually while starch content decreased significantly. The rates of increase in sugar content and enzyme activity and decrease in starch content were significantly lower at $15^{\circ}C$ compared with those at $25^{\circ}C$. 11. During germination of sesame seeds, lipid content in the seeds dropped rapidly and the activity of alkaline lipase increased significantly at early stage of germination. The rate of decrease in lipid content and increase in emzyme activity was lower at $15^{\circ}C$ than at $25^{\circ}C$. 12. Four out of 6 varieties were not affected in germination by light wave length. But Suweon #8 was inhibited in germination by 600-650nm. and IS 103 by 600 to 650nm and 500 to 550nm of light wave length. Suweon #8 showed high germination ratio under 650 to 760 nm and 500 to 560nm, and IS 103 under 400 to 470nm and complete darkness. 13. The germination ratios increased significantly in the seeds of which 1000 grain weight is heavier. When the seeds were placed at soil 4cm deep, Cheongsong and Early Russian failed to emerge their cotyledones, but Suweon #9 and IS 103 showed 32.5 and 50% cotyledone emergence, respectively. The extracts from sesame plant and soil where the sesame was cultivated previously did not affect in the-germination of sesame seeds. 14. The covering by black or transparent polyethylene films increased germination ratio compared with uncovered seeds. The covering was effective in shortening the days needed for germination and in improving the early seedling growth, number of capsules per plant and grain yield. Difference was not so seizable between the two polyethylene films but the transparent film appeared somewhat more effective than the black one. 15. Simcheon, Cheongsong. Suweon #9. PI 158073 and IS 103 showed lower rate of water absorbtion by seed during germination and Suweon #8, Suweon #26, Orotall and Euisangcheon showed high increase in seed weight after water absorbtion by seed.
Effects of different water potential on the growth and aerenchyma development of Adlay(Coix lacryma-jobi L. var. mayuen) were studied under every 3 days intermittent irrigation as a control at different growth stages, flooded pot condition and drought. Adlay could not germinate in the anaerobic soil conditions with excessive moisture while it wasn't inflicted with moisture damage after sprouting. Sprouted adlay can grow under flooded soil moisture condition because it's root has orthostichy cell, ventilating structure and cortex. Proping or ventilating roots were generated from adlay grown under flooded pots. Drought damage inflicted at the heading stage was the most severe.
The characteristics of the six different agricultural soil from Michigan were as follows. Colwood and Capac soil were loam, Gilford and Ceresco were sandy clay loam, Sission was clay loam, and Spinks was sandy loam. pH of Gilford sandy clay loam was 6.6 whereas that of the soil ranged $5.4{\sim}5.9$. Gilford sandy loam found to contain a relatively higher amount of organic matters as compared to other soils. Furthermore, the numbers of bacteria in Gilford sandy clay loam were significantly higher than those in other soils. The populations of fungi in Gilford sandy clay loam and Colwood loam soils were significantly greater than those in other soils. On the other hand, the densities of actinomycetes in Gilford sandy clay loam and Ceresco sandy clay loam soils were significantly different from those in other soils. The population of anaerobic bacteria varied depending on the soils; Ceresco sandy clay loam, Capac loam, Colwood loam soils have higher numbers of bacteria, whereas Gilford sandy clay loam was very lesser than the other soils. In the $^{14}C-glucose$ respiration by soil microorganisms after 10 hrs, the respiration rate was decreasing in the order of Ceresco sandy clay loam, Spinks sandy loam, Colwood loam, Sission clay loam, Capac loam and Gilford sandy clay loam. Germination of test propagules on natural soil soil was $0{\sim}5%$, and it was germinated $90{\sim}98%$ on autoclaved soil and PDA. The propagules differed in thier germination response to nutrients added to the soils. In general, more nutrients were required to promote germination on Capac loam and Gilford sandy loam soil than Spinks sandy loam soil. Especially Mortierella n. sp. required more nutrients for germination to obtain the same ratio as Helminthosporium victoriae.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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