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2016年, 第30卷, 第6期
刊出日期：2016-11-10 上一期    下一期
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研究报告



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水稻根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答 胡训霞, 史春阳, 丁艳, 张萍, 葛永胜, 刘玉金, 王泽港, 葛才林 2016, 30(6): 567-576.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6017 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1264KB) ( )   研究水稻耐低磷机制,对高效利用土壤磷的水稻品种改良具有重要意义。应用基因芯片和qRT-PCR技术,分析了耐低磷水稻品种仪2434和低磷敏感品种通粳981根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答。水稻叶片磷含量的测定结果表明,低磷胁迫下仪2434的叶片磷含量较对照降幅小,这表明仪2434较通粳981具有更强的磷素吸收利用能力。基因芯片检测结果表明,在低磷胁迫下的仪2434根系中,PHR1、osa-miR399s和SPXs基因的表达诱导、激活磷饥饿信号途径;APA、PAPs、MPE、PA、PEPC和VDAC1、C4-DT/MAT 等基因的表达诱导,增强有机磷水解酶和有机酸的合成和分泌,促进介质中难溶性磷的活化;OsPT2、OsPT6基因的表达诱导,促进仪2434根系对磷的高效吸收。qRT-PCR检测结果表明,仪2434根系中与磷饥饿信号转导、磷活化、磷高效吸收相关的8个代表性基因(PHR1、SPX、PAP、APA、PEPC、MFS、OsPT2、OsPT6)的表达水平均随低磷处理时间的延长呈逐步增高的趋势;经低磷处理后,所检测的8个基因在仪2434根系中的转录水平均显著高于其在通粳981根系中的转录水平,PHR1、APA、OsPT2在通粳981根系中的表达诱导作用不明显,且仪2434根系组织和根系分泌的酸性磷酸酶活性较通粳981增强更显著,这可能是仪2434较通粳981对低磷胁迫有较高耐性的主要机制之一。

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基于CRISPR/Cas9系统的OsbHLH116基因编辑及其脱靶效应分析 杜彦修, 季新, 陈会杰, 彭廷, 张静, 李俊周, 孙红正, 赵全志 2016, 30(6): 577-586.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6024 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2684KB) ( )   以水稻OsbHLH116 基因为编辑对象,根据基因编码区序列(CDS)在第一外显子区域设计长度为19 bp的sgRNA,化学合成sgRNA的寡核苷酸序列,然后与CRISPR/Cas9系统表达载体pBUN411连接,再用农杆菌介导法获得水稻转基因株系,最后利用酶切和测序相结合的方法对OsbHLH116 突变体进行了筛选鉴定和脱靶效应分析。结果表明,所构建的pBUN411-gRNA载体成功实现了对基因OsbHLH116 的定向编辑。酶切分析表明在选取的10株T0代转基因苗中得到了6个OsbHLH116 突变单株。对6个突变单株进行了TA克隆测序分析,发现了纯合突变、双等位突变和杂合突变3种类型。酶切分析表明2个潜在脱靶位点均未发生脱靶效应。

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一个水稻小热休克蛋白基因的克隆和鉴定 项聪英, 蔡年俊, 李静, 羊健, 陈剑平, 张恒木 2016, 30(6): 587-592.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6056 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3349KB) ( )   小分子热休克蛋白(SHSP)广泛存在于各类生物体中且在生物发育和逆境响应过程中发挥重要作用。我们克隆了一个水稻小热休克蛋白基因(OsSHSP17.6),序列分析表明该基因编码区为477 bp,可编码一个含158 个氨基酸的多肽,分子量约17.6 kD。序列分析显示该类SHSP在不同的植物中是保守的,在分类上隶属于CI类。实时定量RT-PCR分析显示热激处理可显著增强该基因的转录;Western blotting分析显示该蛋白大小与预期一致,且其含量在热激处理时大幅度增加。这些结果一致表明OsSHSP17.6可能参与了水稻热应激反应,这为进一步鉴定OsSHSP17.6的功能提供了基础。

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基于NYT 1433-2014中48对SSR引物的94份杂交稻亲本DNA分子数字指纹库研究 林亦霞,王梓辛,刘欢,王征,梁满中,戴小军*,陈良碧* 2016, 30(6): 593-602.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6028 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1580KB) ( )   建立方法简便、分辨率高的水稻品种遗传多态性和真实性鉴定的分子指纹技术对于指导水稻育种和规范种子市场都具有重要意义。农业部颁布的水稻品种鉴定技术规程行业新标准是基于35个不同遗传特点的代表性水稻品种建立的SSR分子标记技术规程。本研究根据该标准方法，对94份杂交水稻亲本材料的遗传多态性和特异性进行了比较分析，结果表明，供试品种间至少具有3对以上引物扩增的DNA片段差异，即利用该标准能很好地区分供试杂交水稻亲本的遗传差异。对新标准中48对推荐引物的比较与分析表明，46对引物扩增的DNA片段多态性较高，而RM176和RM551两对引物扩增带多态性较低，因此在其染色体的其他位点可进一步研究多态性更高的分子标记。与标准中35个水稻品种的指纹库进行比较，发现了16个新的等位变异，这些位点可作为标准指纹库的信息补充，丰富标准库中的遗传信息。对94个杂交水稻亲本的分子指纹比较分析，发现23个亲本材料具有特异性分子标记，这些特异分子标记可应用于杂交组合的真实性以及杂交种子纯度的分子鉴定。根据供试亲本的数字分子指纹，构建了87个不育系与7个父本杂交的虚拟组合数字分子指纹库以及虚拟组合的真实性和纯度快速鉴定的特异数字分子标记。

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水稻淡绿叶突变体HM133的遗传分析与基因定位 施勇烽, 贺彦, 郭丹, 吕向光, 黄奇娜, 吴建利 2016, 30(6): 603-610.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6033 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1492KB) ( )   EMS诱导籼稻品种IR64获得淡绿叶突变体HM133。与野生型IR64相比,HM133播种后的第6周和第15周的光合色素含量以及抽穗期的净光合速率显著降低,气孔导度则明显上升;此外,突变体株高、每穗实粒数和结实率等农艺性状也较野生型显著下降。叶绿体超微结构分析表明,分蘖期HM133类囊体基粒片层形状不规则,堆叠凌乱、排列疏松。遗传分析表明HM133淡绿叶性状受单隐性核基因控制。通过分子标记将该基因定位于第3染色体长臂RM143和RM3684之间。该区间内包含编码镁螯合酶D亚基的基因OsCHLD。序列分析表明HM133中该基因第10外显子上有一个从G突变为A的单碱基变异,导致编码的氨基酸由精氨酸变成谷氨酸,推测OsCHLD基因即为控制HM133淡绿叶表型的候选基因。

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有序摆抛栽超高产栽培对水稻根系形态生理特征的影响 郭保卫, 许轲, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 魏海燕, 陈厚存 2016, 30(6): 611-625.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6074 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1244KB) ( )   为研究不同抛栽方式对水稻根系形态生理的影响,探索抛秧稻超高产轻简栽培新途径,以粳型超级稻武运粳24和南粳44为试验材料,设置摆栽、点抛和撒抛三种抛栽方式,并以机插为对照,系统研究了有序摆抛稻根系的形态和生理特征。结果显示,水稻有序摆栽和点抛后秧苗根系长度、根数、单株根质量高于撒抛和机插,栽后7 d 3连孔稻苗优势明显,栽后15 d 2连孔秧苗表现出较强的优势。各生育时期群体根干质量、根冠比、根系活力表现为摆栽>点抛>撒抛>机插,不同连孔稻株间表现为2连孔>3连孔>单孔,根系吸收总面积、活跃吸收表面积和吸收面积比与穗后根系伤流量亦呈现相同趋势。各生育时期的根系干质量、根冠比、根系活力及抽穗期单茎根系伤流量、根系吸收表面积、活跃吸收表面积、活跃吸收比与产量极显著相关。齐穗后15 d,70%以上根系分布在0~5 cm,90%以上根系分布在0~10 cm,各层根干质量、根体积、根干质量密度抛栽方式间表现为摆栽>点抛>撒抛,不同连孔处理间为2连孔>3连孔>单孔,5~10 cm、10~15 cm、15~20 cm的根系比例亦呈现此趋势。0~20 cm内,各层根系干质量、根系体积、根干质量密度与产量极显著相关,上层根系对产量贡献较大,0~10 cm贡献率达90%以上。总之,水稻有序摆抛栽根系发生快,各生育期活力强,后期分布合理,其良好的根系特性是超高产形成的生理基础。

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剪根处理对不同秧龄杂交稻幼苗生长及生理特性的影响 李应洪, 王海月, 严奉君, 李娜, 孙永健, 代邹, 谢华英, 马均 2016, 30(6): 626-636.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6057 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2518KB) ( )   以超级杂交稻F优498为材料,采用旱育秧方式育苗,设置不同秧龄(25 d和40 d)和幼苗伤根处理(整株根系剪去1/3、2/3、全部,以不剪根为对照),进行水培试验,研究根系损伤后(0~48 h和1~29 d)的生理响应、物质积累、根系形态及氮素吸收特性。结果表明,剪根后不同秧龄秧苗受影响的程度及反应速度不同,秧苗地上部脯氨酸和可溶性糖含量均出现了明显峰值,伤根程度越大,峰值越高,到达峰值的时间越早;25 d秧龄的幼苗在剪根后的生理抗性及恢复能力均明显强于40 d秧龄的幼苗。从剪根程度来看,不同秧龄下,剪根1/3处理对幼苗生长有一定促进作用,25 d秧龄,剪根1/3处理在处理后22 d,根系长度、根系表面积、地上部、根系干质量以及根冠比均大于对照,同时该处理氮素积累显著高于对照;40 d秧龄,整个生育期根系表面积均随剪根程度的增大而减小,剪根1/3处理在处理后22 d,根冠比显著大于对照,处理后29 d,地上部、根系干质量、根系长度、氮素积累量以及含氮率均大于对照,而伤根程度较大不仅会导致水稻幼苗根系生长受阻,同时会严重抑制根系对养分的吸收,从而影响水稻幼苗的生长发育。

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花期高温胁迫对水稻颖花生理特性的影响 兰旭, 顾正栋, 丁艳菲, 王珂, 江琼, 朱诚 2016, 30(6): 637-646.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5178 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1410KB) ( )   以野生型水稻中花11及其耐热型突变体(hst)为材料,于抽穗扬花期高温处理7 d (40℃,每天处理6 h),探讨开花期水稻颖花生理特性与耐热性之间的关系。研究表明,花期高温导致剑叶叶绿素含量、颖花可溶性蛋白和可溶性糖含量均显著下降,突变体hst的降幅明显小于野生型中花11;同时,高温下颖花中丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)及游离脯氨酸含量均显著增加,而突变体hst的增幅明显低于野生型中花11。在抗氧化酶活性方面,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活性对水稻开花期高温胁迫的响应有所不同,其变化与耐热性之间的相关性有待进一步验证。高温胁迫下水稻剑叶中保持较稳定的光合作用,颖花中保持较多的渗透调节物质及较低的MDA和H2O2含量,是突变体耐高温的生理基础。

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稻鱼共作对养殖池塘沉积物-水界面微观剖面理化性质的影响 秦琳, 刘耀斌, 李凤博, 冯金飞, 吴殿星, 方福平 2016, 30(6): 647-652.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6077 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(851KB) ( )   采用微电极系统研究了黄颡鱼-水稻共作和黄颡鱼单养两种模式下沉积物-水界面基本理化性质的变化。研究结果表明,与黄颡鱼单养相比,黄颡鱼-水稻共作可使沉积物-水界面附近O2浓度下降速率减慢,O2渗透深度增加71.4%,并使界面Eh值升高,改善塘底沉积物-水界面厌氧状况;黄颡鱼-水稻共作降低了界面附近pH值,比黄颡鱼单养低约一个单位。以上研究结果表明,养殖池塘种植水稻改变了沉积物-水界面的微环境,可能会影响界面物质迁移转化过程。

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褐飞虱NlTgo基因的克隆及功能研究 陈龙飞, 万品俊, 王渭霞, 傅强, 朱廷恒 2016, 30(6): 653-660.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6032 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2123KB) ( )   转录因子Tango(Tgo)在昆虫神经元发生、血细胞生成、性别决定、肠道发育等过程中发挥重要作用。克隆了褐飞虱Tango基因(NlTgo),应用荧光定量PCR和RNAi探索了NlTgo在褐飞虱中的表达动态和生物学功能。结果表明,NlTgo的开放阅读框为2007 bp,推测编码669个氨基酸残基。多序列比对表明NlTgo与已知的Tgo高度同源,其中与人体虱(Pediculus humanus corporis) Tgo的一致性达68%。系统进化分析表明,NlTgo与豌豆长管蚜(Acyrthosiphon pisum)、始红蝽(Pyrrhocoris apterus)和臭虫(Cimex lectularius)的Tgo在系统发育树中形成一个类群。时空表达谱表明NlTgo在褐飞虱1龄、2龄时期高表达,在卵期表达量较低;在卵巢中表达量最高,在体壁的表达量较低。RNAi结果表明,注射dsNlTgo 后4 d,NlTgo 的表达量较空白对照组显著降低了77%,并导致若虫不能正常蜕皮而死亡。其中,处理5 d后褐飞虱的存活率仅为23%,显著低于注射dsGFP的对照组(98%)。结果显示,NlTgo与褐飞虱的生长发育有关,可作为防治褐飞虱的潜在靶标。

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抗条纹叶枯病基因STV11的功能性分子标记建立及粳型抗源筛选 毛艇, 李旭, 张战, 付立东, 李振宇 2016, 30(6): 661-667.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6058 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1419KB) ( )   条纹叶枯病是水稻(Oryza sativa L.)上最严重的病害之一。STV11是从籼稻Kasalath中鉴定的条纹叶枯病抗性基因,根据Kasalath型条纹叶枯病基因STV11KAS6个碱基缺失的功能性多态性序列差异,设计基于PCR的功能性分子标记qstv11。利用此标记对299份试验材料[5份抗病品种、5份感病品种、41份辽宁省育种材料、17份日本粳型材料、142份秋光/七山占重组自交系(群体A)、85份笹锦/Habataki//笹锦回交重组自交系(群体B)、群体亲本4份]进行基因型分析并进行抗病性鉴定。结果表明,qstv11能够较好区分抗感基因型,而且在测试材料中与条纹叶枯抗性整体呈现共分离。41份辽宁材料中鉴定出含有STV11-R(抗)材料1份;日本粳型材料该位点均为STV11-S (感);群体A和B中分别筛选出粳稻背景STV11-R型材料24份和6份。

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利用卡氏白和尼罗红染色观察稻瘟病菌有性世代的结构 顾卓侃, 李玲, 王教瑜, 柴荣耀, 王艳丽, 张震, 毛雪琴, 邱海萍, 孙国昌 2016, 30(6): 668-672.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6035 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(979KB) ( )   稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)是异宗配合的子囊菌,但至目前,关于其有性世代产生过程和结构的研究相对较少。本研究利用两个稻瘟病菌菌株Guy-11与2539在多种培养基上进行杂交试验,观察有性世代产生情况。结果表明,两菌株在所有参试培养基上杂交后均能产生子囊壳,但子囊壳的数量、产生速度和成熟度各不相同,以燕麦培养基为最佳。为了进一步观察有性世代的结构,我们采用卡氏白和尼罗红对子囊和子囊孢子进行染色和荧光观察。荧光显微镜下,子囊和子囊孢子的细胞壁均能被卡氏白染成清晰的亮蓝色,细胞结构清晰可辨。成熟的子囊壳内可产生大量的子囊,子囊中含有8个子囊孢子,子囊孢子通常含有4个细胞。同时,子囊孢子能够被尼罗红染成橘红色,表明子囊孢子中储藏大量的脂肪类物质。本研究提供了一种有效的观察稻瘟病菌有性世代结构的荧光染色方法,为后续的研究奠定了基础。