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2017年, 第31卷, 第3期
刊出日期：2017-05-10 上一期    下一期

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利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻粒长和穗粒数性状 沈兰, 李健, 付亚萍, 王俊杰, 华宇峰, 焦晓真, 严长杰, 王克剑 2017, 31(3): 223-231.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7029 223 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5642KB) ( )   【目的】基因组定点编辑技术已成为分子育种的重要手段。本研究拟对GS3和Gn1a功能缺失突变对目标性状的改良效应进行分析,以期为培育高产水稻提供理论基础。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以控制粒型基因GS3和控制每穗粒数基因Gn1a为编辑对象,构建了共敲除载体pC1300-2×35S::Cas9-gGS3-gGn1a,用农杆菌介导法转化4个优质水稻品种,分析了基因突变的特征和相应农艺性状。【结果】构建的敲除载体成功地实现了对GS3和Gn1a基因的定点编辑。在4个转化受体的T0代均分别获得了gs3和gs3gn1a的移码突变体。对T1代中无选择标记突变体的农艺性状分析表明,突变体 gs3和gs3gn1a与野生型相比粒长变长,千粒重增加;突变体gs3gn1a与突变体 gs3相比,每穗粒数显著增加。【结论】利用CRISPR/Cas9系统进行水稻基因编辑可以快速改良品种的目标性状,在水稻品种的定向改良方面具有巨大的潜力。

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水稻齿叶矮缩病毒Pns10蛋白在水稻原生质体内的表达 张洁, 陈晓敏, 吴锦鸿, 朱重庆, 丁新伦, 吴祖建 2017, 31(3): 232-237.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6148 232 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(14268KB) ( )   【目的】水稻齿叶矮缩病毒(Rice ragged stunt virus, RRSV) Pns10蛋白在介体昆虫细胞内可形成类似病毒原质(viroplasm)的内含体,是RRSV侵染介体所必需。然而Pns10蛋白在水稻寄主中是否具有类似功能及其表达情况如何未见报道。【方法】利用大肠杆菌系统表达Pns10蛋白,免疫家兔制备多克隆抗体;通过水稻原生质体病毒侵染体系,利用免疫荧光技术分析Pns10蛋白在水稻原生质体内的分布情况,利用实时定量PCR技术和Western blot技术分别检测Pns10 RNA和Pns10蛋白在水稻原生质体内的积累情况。【结果】将Pns10基因克隆到Gateway系统原核表达载体pDEST17中,IPTG诱导表达成功后,制备融合蛋白抗血清。Western blot检测显示,该抗血清可检测感病水稻叶片中的Pns10蛋白。病毒侵染水稻原生质体后, Pns10蛋白可形成类似病毒原质的内含体;Pns10 RNA在病毒接种8 h后开始积累,24 h后达到最大值,随后开始下降;Pns10蛋白在24 h后开始表达,之后维持较高水平,60 h后略有下降。【结论】成功获得了Pns10抗血清;Pns10在水稻原生质体内成功表达,可形成类似病毒原质的内含体,并且Pns10 RNA的表达先于其蛋白的表达。

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矮秆小粒水稻潇湘矮的形态学与分子遗传学分析 吕育松, 谢耘丰, 圣忠华, 邬亚文, 唐绍清, 胡培松, 魏祥进 2017, 31(3): 238-246.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6156 238 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9029KB) ( )   【目的】研究揭示潇湘矮矮秆小粒的遗传机制,为潇湘矮的育种利用提供理论基础。【方法】利用水稻育种过程中自然突变而得到的稳定遗传的矮秆小粒水稻材料潇湘矮,对其进行农艺性状考查、赤霉素(GA3)和油菜素内酯(BR)敏感性分析、遗传学分析,并利用潇湘矮与其近等基因系NIL(NIP)衍生的F2群体对控制矮秆小粒的基因xxa进行图位克隆,最终利用转基因互补试验验证候选基因。【结果】潇湘矮除表现为矮秆小粒外,其穗长变短,穗型紧凑,千粒重极显著下降。不同浓度梯度的赤霉素(GA3)和油菜素内酯(BR)处理,发现潇湘矮对GA3部分敏感,而对BR不敏感。遗传分析发现其符合孟德尔3:1分离规律。图位克隆将xxa基因定位于第5染色体InDel标记F81和F82之间约70 kb区间的物理距离内。该区间包含8个开放阅读框(ORF)。其中,第5个ORF(LOC_Os05g26890)被注释为水稻株高基因D1。序列分析发现,潇湘矮的D1基因在第5和12外显子分别有1个碱基的无义替换和3个碱基的缺失,其中第12外显子3个碱基的缺失导致1个赖氨酸的缺失。转基因互补显示D1可以恢复潇湘矮的表型。【结论】潇湘矮控制株高的途径可能与GA3代谢有关;潇湘矮矮秆小粒表型符合单隐性核基因控制的遗传规律;潇湘矮矮秆小粒性状是由D1基因突变所致。

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水稻无花粉型核雄性不育突变体whf41的鉴定与基因定位 轩丹丹, 孙廉平, 张沛沛, 张迎信, 吴玮勋, 杨正福, 占小登, 沈希宏, 曹立勇, 程式华 2017, 31(3): 247-256.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6159 247 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(15660KB) ( )   【目的】水稻花药角质层和蜡质层是花粉囊发育重要的结构支撑和安全屏障。对花粉囊发育相关基因进行表型分析和遗传定位,为进一步克隆相关基因和分子机制研究提供基因资源和理论基础。【方法】从籼稻中恢8015辐射诱变(60Co-γ)突变体库中分离鉴定出了一个无花粉型雄性不育突变体whf41。对野生型和突变体不同发育时期的花药进行半薄切片观察;并对其成熟期的花药进行扫描电镜观察。将突变体分别与中恢8015和02428杂交,构建BC1F1、F1株系和BC1F2、F2群体,对该表型进行遗传分析,采用图位克隆的方法精细定位目的基因。【结果】表型分析结果显示,whf41突变体的花药瘦小且呈透明乳白色,花药中不包含花粉粒细胞;半薄切片结果显示,突变体的小孢子无法形成正常的花粉外壁,绒毡层细胞异常膨大而不进行程序性死亡,最终膨胀的绒毡层和花粉细胞碎片逐渐融合并充满药室;扫描电镜结果进一步发现突变体花药内外壁均呈平滑状而缺乏脂类物质,花粉细胞逐渐破碎并降解。遗传分析表明,whf41突变体的无花粉型雄性不育性状受一对隐性核基因控制,我们将该基因精细定位于第3染色体短臂XD-5和XD-11两个标记之间,物理距离45.6 kb,其中包含9个开放阅读框。序列分析显示该区间内细胞色素P450基因LOC_Os03g07250的第4个外显子处存在1个单碱基替换和3个碱基的缺失,导致其翻译序列发生一个氨基酸的替换(天冬氨酸→甲硫氨酸)和一个氨基酸(缬氨酸)的缺失,致使其功能改变进而出现该表型。qRT-PCR检测结果表明,whf41突变体中CYP704B2和一系列花药脂质合成与转运相关基因的表达水平均发生了显著下调。【结论】根据本研究结果可推断,OsWHF41是CYP704B2的新等位基因,相关结果进一步明确CYP704B2在水稻花药脂质合成与花粉壁形成过程中的重要作用。

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稻米垩白性状对高温耐性的QTL分析 张桂莲, 廖斌, 唐文帮, 陈立云, 肖应辉 2017, 31(3): 257-264.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6172 257 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(17515KB) ( )   【目的】本研究旨在筛选与稻米外观品质高温耐性连锁的分子标记,为稻米品质育种提供参考。【方法】以耐热水稻品系996和热敏感水稻品系4628为亲本构建的重组自交系为材料,采用垩白粒率耐热指数、垩白大小耐热指数和垩白度耐热指数为评价指标,对水稻垩白性状的高温耐性QTL进行检测。【结果】采用复合区间作图法两年共检测到垩白性状高温耐性QTL 24个,包括垩白粒率高温耐性QTL 8个,垩白大小高温耐性QTL 12个,垩白度高温耐性QTL 4个。其中,第6染色体上的2个垩白粒率高温耐性QTL和第7染色体上的2个垩白度高温耐性QTL在两年中重复检测到,且这2个稳定表达的垩白度位点与2015年检测到的第7染色体上的垩白粒率位点重合。另外,发现有4个QTL一因多效,同时影响垩白粒率、垩白大小及垩白度。【结论】控制垩白粒率耐热指数的qHTCGR6.1和控制垩白度耐热指数的qHTCD7.1是新的QTL。

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不同秧龄下机插方式与密度对杂交稻光合生产及产量的影响 李应洪, 王海月, 吕腾飞, 张绍文, 蒋明金, 何巧林, 孙永健, 马均 2017, 31(3): 265-277.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6091 265 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(610KB) ( )   【目的】探究不同秧龄下机插方式与密度对杂交稻光合生产及产量的影响,为水稻机插秧配套技术的应用提供理论和实践依据,【方法】以超级杂交稻F优498为材料,采用两因素裂区试验设计,在25 d和40 d秧龄下,设置“钵苗机插+高密度(M1D1)”、“钵苗机插+中密度(M1D2)”、“钵苗机插+低密度(M1D3)”、“毯苗机插+高密度(M2D4)”、“毯苗机插+中密度(M2D5)”、“毯苗机插+低密度(M2D6)”6种机插方式与密度的处理开展试验。【结果】秧龄与插秧方式和密度对水稻主要生育期光合生产及最终产量均存在显著的调控作用,且互作效应显著。同一机插方式及密度处理下,机插25 d秧龄水稻的秧苗素质、群体茎蘖数、叶面积指数(LAI)、单茎叶片和茎鞘表观转运量及转运率、单茎和群体干物质量、阶段干物质积累量、群体生长率、光合势、抽穗后净同化率以及产量均明显优于40 d秧龄处理。同一秧龄和机插方式下,水稻群体茎蘖数、各时期LAI和衰减率、群体干物质量、光合势以及抽穗前干物质积累量、群体生长率、净同化率均表现出随密度的增加而增加的趋势;而抽穗后物质积累量、群体生长率、净同化率在25 d秧龄下钵苗机插均表现为随着密度的增加呈现先增加后降低的趋势,以M1D2处理最优,而毯苗机插则表现为随着密度的降低而降低的趋势,且钵苗机插各指标较毯苗优势明显。25 d秧龄下,钵苗机插行距33 cm、配套株距14.5~15.5 cm,因群体总颖花数、结实率的优势,产量显著高于其余处理,其中又以行距33 cm、株距15.5 cm最能充分发挥其杂交籼稻株型的优势,提高光合物质生产,产量最高可达到12.74 t/hm2,是本研究最佳组合;而毯苗机插随秧龄增大以及栽插密度的降低,群体质量指标恶化,有效穗数不同程度降低,产量并不高。

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增氧模式对水稻光合特性及产量的影响 胡继杰, 朱练峰, 钟楚, 林育炯, 张均华, 曹小闯, 禹盛苗, Allen Bohr JAMES, 金千瑜 2017, 31(3): 278-287.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6135 278 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1303KB) ( )   【目的】研究不同增氧模式对水稻光合特性和物质生产的影响,并探讨适宜不同生态型水稻品种生长以及提高其产量的增氧模式,进一步明确稻田根部增氧对水稻生长的作用,为水稻好氧栽培提供参考和理论依据。【方法】以中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)3种不同生态型水稻品种为材料,设置增施过氧化钙(T1)、微纳气泡水灌溉(T2)和表土湿润灌溉(T3)等不同增氧模式以及淹水对照(CK),分别测定水稻叶片光合特性、干物质积累量和产量等指标。【结果】增施过氧化钙和微纳气泡水灌溉处理增加了3个水稻品种主要生育期的叶片SPAD值、叶面积指数、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和干物质量,水稻有效穗数和结实率显著高于对照;表土湿润灌溉处理下,3个品种的叶片SPAD值、叶面积指数、光合参数和干物质量下降,结实率显著低于对照,但提高了叶片水分利用率。完熟期,增施过氧化钙处理下,中浙优1号、IR45765-3B和中旱221稻谷产量分别较对照增加了22.38%、18.27%和18.17%;微纳气泡水灌溉处理下,3个品种稻谷产量分别较对照增加了13.89%、10.67%和8.85%;表土湿润灌溉处理下,产量分别比对照减少5.86%、8.19%和6.16%。【结论】增施过氧化钙和微纳气泡水灌溉有助于提高水稻叶片叶绿素含量、叶面积指数和光合作用能力,并显著增加水稻干物质积累和产量;而表土湿润灌溉处理下,水稻水分供应不足,叶片光合作用及产量均有所下降。

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控释掺混尿素对稻麦产量及氮素利用率的影响 张敬昇, 李冰, 王昌全, 罗晶, 古珺, 龙思帆, 何杰, 向毫, 尹斌 2017, 31(3): 288-298.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6143 288 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(21514KB) ( )   【目的】为了探究控释掺混尿素对稻麦产量及氮素利用率的影响,并分析不同氮肥处理下稻麦生长差异及原因,【方法】采用稻麦轮作两季作物大田试验,共设7个处理,包括不施氮CK处理、常规施肥以及掺混控释氮肥10%、20%、40%、80%、100%（依次记为CK,T1、T2、T3、T4、T5和T6处理）,探讨了控释掺混尿素对稻麦干物质积累与分配、干物质增长速率、氮素积累与分配、产量与产量构成因子以及氮素利用率的影响。【结果】掺混控释氮肥20%以上对稻麦生育中后期干物质与氮积累有明显促进作用。但稻麦成熟期干物质与氮分配均呈现出掺混80%以上控释氮肥处理穗部分配明显较少,而茎、叶分配相对较多的特征,表现出一定程度的茎叶徒长,贪青晚熟趋势。添加20%以上比例控释氮肥均具有显著增产的效果,掺混40%控释氮肥处理分别比常规施肥处理增产14.23%(小麦)和10.93%(水稻),分别比单施控释氮肥处理增产7.37%和3.83%。稻麦季随掺混比例增加,氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮素吸收效率、氮肥表观利用率均呈先增加后减少趋势,以掺混40%控释氮肥处理最优。各施氮处理均以单施控释氮肥处理的氮收获指数最低,小麦与水稻季分别较常规施肥处理下降了3.99%和8.51%。稻麦季土壤氮依存率随掺混比增加呈先下降后回升趋势,且均以掺混40%控释氮肥最低,分别比常规施肥处理下降了14.38%(小麦)和15.84%(水稻)。【结论】控释掺混氮肥处理可协调稻麦氮素吸收与分配,有利于作物生长发育,达到增产和提高氮素利用效率的作用,综合各因素以20%~40%掺混比例为佳。

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八个抗稻瘟病基因在华南籼型杂交水稻中的分布 汪文娟, 周继勇, 汪聪颖, 苏菁, 封金奇, 陈炳, 冯爱卿, 杨健源, 陈深, 朱小源 2017, 31(3): 299-306.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6114 299 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9369KB) ( )   【目的】已克隆的稻瘟病抗性基因Pi1、Pik-p、Pik-h、Pi2、Pi9、Piz-t、Pita、Pii对不同稻区的稻瘟病菌表现较广谱的抗性,被广泛应用于水稻抗瘟性育种。为了明确上述抗性基因在华南稻区杂交稻组合中的分布及其组合的抗病有效性,【方法】利用上述8个抗病基因的功能标记,对华南328个杂交稻组合进行了抗瘟基因型分子检测。【结果】抗性基因Pita和Pii分布频率最高,在测试组合中检出率分别为84.76%与67.68%;其次是Pi2与Pik-p,分别为22.87%与13.72%;检出频率较低的是Pi1、Piz-t和Pik-h,分别为5.18%、3.35%与2.13%,检测的品种都不携带抗性基因Pi9。在单个杂交稻组合中,检出的抗瘟基因数量最多是4个。抗病性评价结果表明,杂交稻组合中检出的抗病基因数量越多,其表现为抗病品种的频率就越高;含4个抗病基因的杂交稻组合中,抗病品种所占比率达91.67%。含有不同抗瘟基因的组合表现出不同水平的抗瘟性,其中Pi2与Pi1对华南稻区稻瘟病的抗病性贡献最大,其他抗病基因的贡献大小依次是Pik-h、Pik-p、Pita、Pii与Piz-t。【结论】本研究为华南稻区杂交稻抗病品种基因型的合理布局以及抗瘟基因的应用提供了科学依据。

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二化螟对双酰胺类杀虫剂的抗药性监测和交互抗性研究 赵丹丹, 周丽琪, 张帅, 姚蓉, 邱运霞, 高聪芬 2017, 31(3): 307-314.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6124 307 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(409KB) ( )   【目的】为了及时了解我国主要稻区二化螟对氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺的抗药性发展情况,同时明确对氯虫苯甲酰胺原药和制剂的抗性水平是否存在差异及二化螟对新研发的双酰胺类杀虫剂溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺及氯氟氰虫酰胺与氯虫苯甲酰胺、氟苯虫酰胺间是否存在交互抗性。【方法】采用稻苗浸渍法测定了2015年我国7省19地二化螟田间种群对氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺的抗药性,同时测定了浙江余姚和象山两个抗性种群对97.3%氯虫苯甲酰胺原药、20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂制剂的抗药性及其对溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺及氯氟氰虫酰胺与氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺间的交互抗性。【结果】浙江余姚和苍南种群对氯虫苯甲酰胺已达141.1倍和135.0倍的高水平抗性,象山种群为87.9倍的中等水平抗性;这三个种群对氟苯虫酰胺均表现为中等水平抗性(15.0~58.7倍)。二化螟对97.3%氯虫苯甲酰胺原药和20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂制剂存在抗性差异,浙江余姚和象山种群对制剂的抗性更高。交互抗性研究结果显示,对氟苯虫酰胺和氯虫苯甲酰胺均产生了中到高水平抗性(27.6~133.6倍)的象山、余姚种群,对溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺和氯氟氰虫酰胺同样也产生了中到高水平抗性(30.3~127.0倍)。【结论】各二化螟地理种群之间对氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺抗药性差异较大,分别表现出117.6倍和146.8倍的差异,浙江余姚和象山二化螟种群对20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂制剂抗药性更高且三种新双酰胺类杀虫剂与氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺之间存在交互抗性。

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稻纵卷叶螟对不同植物的产卵趋性与取食选择 李传明, 韩光杰, 杨亚军, 祁建杭, 刘琴, 徐健, 吕仲贤 2017, 31(3): 315-319.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6054 315 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(20638KB) ( )   【目的】稻纵卷叶螟是我国水稻上的一种重要害虫,在田间除水稻之外还可取食多种禾本科植物并完成生活史,但在大发生年份该虫几乎只在水稻上发生。本研究旨在明确该虫在水稻及其他寄主植物上的产卵选择及后代取食趋性的机制。【方法】采用室内笼罩选择实验比较了稻纵卷叶螟在水稻、玉米、稗草、狗尾草上的产卵与取食选择性以及取食经历对产卵、取食选择的影响。【结果】在笼罩条件下稻纵卷叶螟成虫在水稻叶片上的着卵量占总卵量的49.08%,显著高于其他三种植物;幼虫取食水稻后发育历期为17.29 d,显著短于取食玉米和狗尾草,同时取食水稻后蛹重最重;幼虫期分别取食水稻和玉米的稻纵卷叶螟成虫对四种植物的产卵选择无变化,仍显著偏好选择水稻产卵;低龄幼虫的取食选择性在几种植物之间无显著差异,低龄期取食水稻的幼虫发育到3龄、4龄后对寄主的取食选择顺序为狗尾草>水稻、稗草>玉米;低龄期取食玉米的幼虫发育到3龄、4龄后对寄主的取食选择为狗尾草>玉米>水稻、稗草。【结论】稻纵卷叶螟成虫显著偏好在水稻上产卵,产卵选择性不受幼虫取食经历影响,产卵选择性与幼虫的取食选择性并不一致。幼虫取食水稻的发育历期最短,蛹重最高。高龄幼虫显著偏好取食狗尾草,同时,低龄期的取食经历改变了高龄幼虫对水稻和玉米的取食偏好。

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南繁区稻瘟病菌遗传多样性和群体遗传结构的AFLP分析 朱名海, 皮磊, 舒灿伟, 周而勋 2017, 31(3): 320-326.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6136 320 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2040KB) ( )   【目的】为了明确南繁区稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的遗传分化情况,【方法】采用AFLP分子标记技术对南繁核心区(三亚、乐东和保亭)和非核心区(琼中、屯昌和定安)共60个稻瘟病菌菌株的遗传多样性和群体遗传结构进行了比较分析。【结果】聚类分析表明,几乎所有菌株都聚在同一个谱系里,并且该谱系没有明显的亚群;群体遗传结构分析表明,核心区群体的多态性位点百分率、Shannon信息指数和基因流分别为 87.89%、0.2738和4.2897,高于非核心区群体的 81.37%、0.2703和3.5892;然而,核心区群体的Nei基因多样性指数和基因分化系数分别为 0.1657和0.1044,低于非核心区群体的 0.1662和0.1223。【结论】这些结果表明核心区和非核心区菌株都存在丰富的遗传多样性,不同群体间均存在较多的基因交流,但遗传变异均主要来自群体内;相比之下,核心区菌株的遗传多样性和遗传分化程度较高。

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水分与氮素及其互作对水稻产量和水肥利用效率的影响研究进展 李俊峰, 杨建昌 2017, 31(3): 327-334.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6078 327 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(315KB) ( )   了解水分、氮素及其互作对水稻产量与水、氮利用效率的影响,对协同提高水稻产量与水氮利用效率有重要意义。本文概述了水稻节水灌溉技术、氮肥利用效率与氮肥施用技术、水分与氮素对水稻产量及水氮利用效率的耦合效应、作物-土壤关系及水氮调控机制等方面取得的进展;讨论了存在的问题,这些问题包括:高产水稻作物与土壤的水氮互作效应尚不明确;高产水稻水氮耦合与高效利用的分子机理不清楚;协同提高水稻产量与水氮利用效率的调控途径尚未掌握。针对这些问题,建议今后重点研究:高产水稻作物与土壤的水氮互作效应及其机制;水氮互作调控水稻吸收利用水分和氮素的生理与分子机理;协同提高水稻产量和水氮利用效率的调控途径与关键技术。