2024年, 第38卷, 第3期
刊出日期:2024-05-10
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综述与专论
研究报告
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综述与专论
水稻SPL家族转录因子的生物学功能研究进展
胡丽, 杨范敏, 陈薇兰, 袁华
2024, 38(3): 223-232.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230308
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SPL (SQUAMOSA PROMOTER-BINDING PROTEIN-LIKE)家族蛋白是植物特有的一类多功能转录因子。水稻中有19个OsSPL基因,所编码蛋白均含有一个高度保守的SBP结构域,该结构域负责与下游靶基因的核心基序GTAC结合,调控靶基因表达。OsSPL的表达会受到OsmiR156/529/535和多种因子调控。研究表明OsSPL在水稻根系发育、叶舌叶耳发育、株型和穗型形成、籽粒发育和胁迫响应等多个生物学过程中发挥重要作用,是水稻生长发育的调控枢纽。本文综述了水稻OsSPL家族的系统进化与结构特征、表达调控及生物学功能研究进展,并对其研究前景进行了展望。

水稻根系和土壤性状与稻田甲烷排放关系的研究进展
陈浩田, 秦缘, 钟笑涵, 林晨语, 秦竞航, 杨建昌, 张伟杨
2024, 38(3): 233-245.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231206
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甲烷(CH4)是大气中最主要的温室气体,对全球气候变暖具有重要影响。稻田是农业生态系统中CH4的主要排放源,水稻根系与土壤是影响稻田CH4排放的关键因素。因此,探究水稻根系和土壤性状与稻田CH4排放的关系对于缓解温室效应具有重要的意义。本文综述了稻田CH4产生和排放的机理及其与水稻根系和土壤性状间的内在关系,并展望了进一步探究水稻和土壤性状与稻田CH4排放关系的研究方向,为实现水稻丰产与固碳减排协同提供参考。

研究报告
过量表达异三聚体G蛋白γ亚基基因RGG2提高水稻抗旱性
缪军, 冉金晖, 徐梦彬, 卜柳冰, 王平, 梁国华, 周勇
2024, 38(3): 246-255.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230907
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【目的】探究水稻异三聚体G蛋白γ亚基RGG2在提高水稻抗旱性中的作用。【方法】利用酵母双杂交和荧光素酶互补实验,鉴定RGG2与RGB1的相互作用。施加外源ABA,检测RGG2的表达水平和RGG2过量表达系的种子萌发率,用于阐明RGG2是否参与ABA响应。通过比较野生型和RGG2过量表达系的离体叶片失水率和干旱处理后的植株存活率,解析RGG2在干旱胁迫响应中的作用。【结果】RGG2与RGB1之间存在相互作用。RGG2的表达水平可以被ABA、PEG-6000和干旱处理显著诱导。ABA处理条件下,日本晴和武运粳7号背景下RGG2过量表达系种子萌发率和根长均明显下降,且显著低于野生型,表明RGG2正调控ABA响应。过量表达系离体叶片的失水率低于野生型,但干旱条件下的植株存活率高于野生型。干旱处理条件下,多个ABA和干旱胁迫响应相关基因的表达被诱导,并且在过量表达系中的表达水平明显高于野生型。【结论】RGG2正调控ABA和干旱胁迫响应,过量表达RGG2可以提高水稻抗旱性。

多个稻曲病菌效应因子的信号肽验证和表达分析
尹潇潇, 张芷菡, 颜绣莲, 廖蓉, 杨思葭, 郭岱铭, 樊晶, 赵志学, 王文明
2024, 38(3): 256-265.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231012
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【目的】信号肽对效应因子的分泌至关重要,影响病原微生物的致病进程。前期鉴定到在稻曲病菌侵染水稻花器官过程中显著上调表达的10个效应因子基因,但这些效应因子是否含有功能性信号肽及其表达模式尚不明确。【方法】利用SignaIP-5.0数据库预测、烟草瞬时表达系统和酵母信号肽分泌实验,分析并鉴定这些效应因子的信号肽。利用实时荧光定量PCR技术,检测效应因子基因的表达模式。【结果】UV_44、UV_1548、UV_1567等10个稻曲病菌效应因子均含有信号肽。烟草瞬时表达结果显示,含有信号肽的eYFP融合蛋白在细胞质壁分离后均能分泌到质外体空间。酵母菌信号肽分泌结果显示,分别携带这10个信号肽的酵母菌株可在以棉子糖为唯一碳源的培养基上生长,且与TTC发生显色反应。实时荧光定量结果表明,除了UV_6754,其余9个效应因子基因的表达模式不尽相同,其中UV_44UV_1567UV_3667UV_4213UV_4989UV_5215UV_8184的表达量在接种后显著升高。【结论】这10个稻曲病菌效应因子均含有分泌功能的信号肽,编码效应因子的基因在稻曲病菌侵染过程中具有不同的表达模式。该结果为深入研究以上稻曲病菌效应因子的功能奠定了基础。

全基因组关联分析定位水稻分蘖角度QTL
朱裕敬, 桂金鑫, 龚成云, 罗新阳, 石居斌, 张海清, 贺记外
2024, 38(3): 266-276.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230904
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【目的】水稻分蘖角度是影响水稻产量的关键农艺性状,挖掘水稻分蘖角度QTL(基因)及其优势单倍型,有助于构建水稻理想株型。【方法】以333份来自水稻3K资源的核心种质为研究材料,于2020年和2022年分别在湖南农业大学耘园基地和春华基地种植,在抽穗期测量分蘖角度,结合基因型,利用TASSEL 5.2的MLM模型进行全基因组关联分析。【结果】共检测到6个分蘖角度QTL位点,分布在水稻2、5、6、9和12号染色体上,分别命名为qTA2qTA5qTA6.1qTA6.2qTA9qTA12,这些QTL的表型贡献率为6.23%~16.22%。除了qTA9与分蘖角度主效QTL TAC1共定位外,其余5个QTL均为新的位点。进一步对5个QTL位点进行候选基因分析,初步筛选到qTA2qTA6.1的候选基因别为Os02g0817900Os06g0682800,候选基因Os02g0817900编码水稻细胞色素P450家族蛋白,候选基因Os06g0682800编码锌指结构域蛋白。【结论】本研究挖掘到新的水稻分蘖角度相关位点并对候选基因进行了分析,为分蘖角度新QTL(基因)的克隆以及分蘖角度的遗传改良提供参考。

水稻分蘖期干旱锻炼对幼穗分化期高温下穗发育和产量形成的影响
赵艺婷, 谢可冉, 高逖, 崔克辉
2024, 38(3): 277-289.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231110
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【目的】明确分蘖期干旱锻炼对幼穗分化期高温下水稻穗发育和产量形成的影响,并探究其生理机理。【方法】以两优培九(热敏感型)和汕优63(耐热型)为材料,在盆栽条件下设置全生育期淹灌和分蘖期干旱锻炼、幼穗分化期适温和高温共四种水分和温度处理组合,研究干旱锻炼对高温胁迫下水稻颖花分化与退化、花粉活力、颖花育性、颖花大小、产量及穗生理特性的影响。【结果】与淹灌相比,在适温下干旱锻炼对两个品种产量无显著影响,但高温下干旱锻炼后两优培九和汕优63的产量分别显著提高了54.0%和20.1%,这主要是因为结实率和千粒重显著提高。与淹灌相比,幼穗分化期高温下,分蘖期干旱锻炼显著增强两优培九颖花过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性,降低了丙二醛含量,其花粉活力和颖花育性分别显著提高了26.0%和39.0%。与适温相比,全生育期淹灌下,高温显著降低了两个品种的颖花大小和总颖花分化数。与淹灌相比,分蘖期干旱锻炼显著提高了幼穗分化期高温下两品种穗非结构性碳水化合物含量和颖花细胞分裂素(反式玉米素+反式玉米素核苷)含量,两个品种颖花长、颖花宽和总颖花分化数平均显著增加了3.2%、4.4%和15.0%。【结论】分蘖期干旱锻炼可通过增加抗氧化酶活性、非结构性碳水化合物和细胞分裂素含量来促进颖花发育和提高颖花育性,进而缓解幼穗分化期高温对水稻产量的不利影响,研究结果可为高温热害频发地区的水稻生产实践提供理论指导。

信号分子硫化氢参与硫肥缓解铝对水稻生长抑制作用的机制
魏倩倩, 汪玉磊, 孔海民, 徐青山, 颜玉莲, 潘林, 迟春欣, 孔亚丽, 田文昊, 朱练峰, 曹小闯, 张均华, 朱春权
2024, 38(3): 290-302.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230910
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【目的】究基于施硫肥提高水稻体内硫化氢(H2S)生成缓解水稻在酸性土壤中铝(Al)毒害的栽培方式及其内在机制。【方法】以Al敏感品种Kasalath为试验材料,设置CK,CK+S(硫肥),CK+NaHS(H2S供体),Al,Al+S,Al+NaHS六个盆栽处理,通过测定不同时期水稻体内H2S含量、Al含量、抗氧化系统酶活性,分蘖期根系和光合作用相关指标,明确外源施加硫肥通过调控水稻体内H2S生成缓解Al毒的机制。 【结果】 与Al处理相比,Al+S处理显著提高水稻体内H2S含量,叶片中的H2S含量在分蘖期和齐穗期分别增加了19.27%和34.99%;根部H2S含量在分蘖期、齐穗期和成熟期分别增加了39.72%、21.08%和30.73%。相比Al处理,Al+S处理显著促进了分蘖期水稻根系的生长,提高了水稻的光合作用能力,同时降低了不同时期水稻根茎叶中的Al含量,在分蘖期分别下降了40.98%、28.47%和24.18%;齐穗期下降了14.58%、50.30%和13.17%;成熟期下降了14.44%、29.78%和8.70%。进一步研究发现,Al+S处理显著增强了水稻体内抗氧化酶(SOD、CAT、APX、POD)的活性,降低了水稻体内过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O2·)含量,增加了与细胞质Al在液泡中进行分室相关的基因OsALS1以及与修复被Al破坏的细胞壁相关基因OsSTAR1OsSTAR2的相对表达量。同时,外源施加硫肥还通过调控土壤pH值降低水稻根际土中交换态Al、无机吸附态Al和水溶态Al的含量,增加Al的水合物和氢氧化物的含量。Al+NaHS处理具有同样的效果。【结论】 外源增施硫肥能够通过提高水稻体内的H2S含量缓解Al对水稻根系生长和光合作用的抑制,提高抗氧化系统酶活性降低Al对水稻的过氧化损伤,同时促进液泡对水稻细胞质Al的区室化作用,降低细胞壁对Al的吸附或改变土壤中Al的形态,最终降低水稻根系内的Al含量来缓解Al对水稻生长的抑制作用。

不同种植模式对水稻籽粒淀粉含量及淀粉关键酶活性的影响
周甜, 吴少华, 康建宏, 吴宏亮, 杨生龙, 王星强, 李昱, 黄玉峰
2024, 38(3): 303-315.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230908
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【目的】研究不同种植方式对水稻籽粒淀粉形成及关键酶活性的影响,为宁夏水稻直播栽培技术提供参考。【方法】2020-2021年在宁夏回族自治区原种场,选取富源四号(FY4)、宁粳28号(NJ28)、宁粳43号(NJ43)和宁粳50号(NJ50)为试验材料,设置保墒旱直播(Z1)、旱播后上水(Z2)以及插秧(Z3)三种种植方式,采用裂区设计,研究不同种植方式对水稻产量、淀粉含量及关键酶活性的影响。【结果】不同种植方式下,直播稻具有更高的直链淀粉和总淀粉含量,插秧稻具有更高的支链淀粉含量,总淀粉含量表现为Z2>Z1>Z3,支链淀粉含量表现为Z3>Z2>Z1。2021年Z1种植方式下 NJ28直链淀粉含量最高达到21.90%,Z3种植方式下 NJ28支链淀粉含量最高达到51.64%。籽粒淀粉合成积累主要与淀粉合成关键酶活性有关,与Z3相比,Z1和Z2显著降低了AGP和GBSS活性;插秧显著提高了FY4和NJ43的UGP和SBE活性,直播显著提高了NJ28和NJ50的UGP和SBE活性;不同种植方式下,Z1对SSS活性的提高更显著。在Z3种植方式下,NJ43的AGP活性最大值为28.53 U/(g·min),较Z2和Z1提高了4.1%和8.4%,NJ28的GBSS活性最大值为10.36 U/(g·min),较Z2和Z1处理提高了11.2%和13.5%。在Z1种植方式下,NJ50的SSS活性最大值为20.05 U/(g·min)。与插秧稻相比,直播稻千粒重和结实率显著高于插秧稻,但直播稻穗长和穗粒数显著降低,使得插秧稻产量均显著高于直播稻。2020年Z3种植方式下NJ50 产量高达898 kg/666.7m2,较Z1和Z2高了30.7%和39.4%。【结论】与插秧种植相比直播方式下水稻产量降低,但直播处理显著提高千粒重以及结实率,同时直播方式可以提高水稻籽粒淀粉形成关键酶的活性,增加直链淀粉含量,使得水稻籽粒总淀粉含量增加。

米粉质构特性与稻米理化性状的关系
肖正午, 方升亮, 曹威, 胡丽琴, 黎星, 解嘉鑫, 廖成静, 康玉灵, 胡玉萍, 张珂骞, 曹放波, 陈佳娜, 黄敏
2024, 38(3): 316-323.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231108
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【目的】探明决定米粉稻品种米粉质构特性的关键稻米理化性状指标,为优质米粉专用稻品种的选育提供理论依据。【方法】以5个米粉稻品种(广陆矮4号、中嘉早17、湘早籼24号、中早39、株两优729)为材料,于2020-2022年早季和晚季在湖南浏阳进行大田试验。【结果】米粉稻在不同年份和季节种植,加工出的米粉质构特性差异均达显著水平(P<0.01)。米粉硬度、弹性、咀嚼性、内聚性和回复性变化范围分别为1651~4083 g、0.860~0.922、1295~2685 g、0.760~0.858、0.532~0.633。相关分析表明,米粉硬度和咀嚼性与稻米理化性状相关不显著。米粉弹性与总淀粉和直链淀粉含量呈显著正相关(P<0.01),与消减值呈显著负相关(P<0.05)。【结论】米粉稻存在适宜种植的气候条件。总淀粉、直链淀粉含量和消减值是决定米粉稻品种米粉质构特性的关键指标。总淀粉和直链淀粉含量高,消减值低的米粉稻品种加工出的米粉弹性好。

影响中国水稻生产环节外包发展因素的实证研究:基于群体效应视角
关雅琪, 鄂志国, 王磊, 申红芳
2024, 38(3): 324-334.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231007
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【目的】基于群体效应视角探索影响水稻生产环节外包发展的因素,为研究中国水稻生产环节外包和农业适度规模经营的路径选择与发展提供参考。【方法】基于2019年全国范围内4个水稻主产省中受访的631位农户与92个村庄的截面数据,采用二元Logistic模型对影响水稻生产环节外包的因素进行实证分析。【结果】1)个体效应对农业生产环节外包影响削弱,群体效应作用显现。2)群体通过邻里效应、学习效应和环境效应等对水稻生产环节外包发展产生了重要作用:a.邻里经营规模扩大有利于促进劳动密集型环节发展;邻里收入水平的提高对劳动密集型环节外包的发展无明显促进作用;b.学习效应对技术密集型环节和兼具劳动密集型与技术密集型特征的环节外包发展具有积极的辐射带动作用;c.环境效应中组织化环境为兼具劳动密集型与技术密集型特征的环节和技术密集型环节进一步发展提供了空间,农资供应环境对劳动密集型环节外包发展起着积极的促进作用。【启示】提高村庄群体的影响力;充分发挥邻里的示范带头作用;加强对农业劳动力的职业技能培训与指导;强化村庄组织环境,建立专业化、社会化的农业合作组织。

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