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2017年, 第31卷, 第4期
刊出日期：2017-07-10 上一期    下一期
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研究报告



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水稻抗稻瘟病突变体lmm326的鉴定与调控通路初步分析 徐婷婷, 余宁, 张迎信, 毕真真, 吴玮勋, 曹永润, 王备芳, 张越, 轩丹丹, 陈代波, 占小登, 程式华, 曹立勇 2017, 31(4): 335-344.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7007 335 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(21572KB) ( )   绝大多数水稻类病斑突变体中免疫系统被激活可以有效提升其对稻瘟病的抗性,为进一步解析类病斑突变体抗病的分子机制,对类病斑突变体lmm326进行了研究。 lmm326是粳稻中花11通过EMS辐射诱变,经多代自交和回交获得的一个类病斑突变体,并将突变体分别与中花11和Dular杂交获得的F2群体用于遗传分析,采用图位克隆的方法对目的基因进行精细定位。 5叶期时,该突变体下部叶片表面开始出现类病斑表型;与野生型相比,突变体叶片光合色素含量、净光合速率、株高、结实率、单株有效分蘖数、千粒重等显著下降;突变体带病斑叶片中死亡细胞数量及过氧化氢的积累量明显多于野生型;突变体相较于野生型对4个已鉴定的稻瘟病生理小种的抗性明显提高。遗传分析表明该性状由一对单隐性核基因控制。采用图位克隆方法将该基因定位在第1染色体长臂端38 kb的区间内,其中包含6个开放阅读框。测序发现基因Os01g0919900第2外显子上对应CDS的第433位碱基由C突变成T,最终导致其编码蛋白的第145个氨基酸由苯丙氨酸(F)变为亮氨酸(L)。qRT-PCR结果显示,与野生型相比,lmm326中参与水杨酸信号通路的防卫基因显著上调表达。 LMM326与OsSSI2互为等位基因,该基因可能参与负调控水杨酸信号转导途径,其突变激活了水稻体内的防卫反应。

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褐飞虱两个dynamin-1-like基因的克隆、多克隆抗体制备及 表达定位 赵晨星, 俞叶微, 许益鹏, 俞晓平 2017, 31(4): 345-354.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6165 345 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(32997KB) ( )   目的研究dynamin-1-like的两个基因NlDNM1L-1和NlDNM1L-2在褐飞虱中的生物学功能。方法通过聚合酶链式反应扩增褐飞虱dynamin-1-like的两个基因,并对其生物信息学进行分析。通过荧光定量PCR技术(qPCR)检测了这两个基因在褐飞虱不同组织和不同发育阶段中的相对表达量。构建原核表达载体,在表达菌株Rosetta中诱导重组目的蛋白的表达。通过Ni柱亲和层析纯化目的蛋白,并将纯化得到的蛋白免疫新西兰大白兔,得到多克隆抗体,并用ELISA检测抗体效价,Western blotting检测抗体特异性。利用上述抗体,通过免疫荧光实验观察目的蛋白在褐飞虱卵巢中的表达和定位。结果克隆并鉴定了两个dynamin-1-like基因,分别命名为NlDNM1L-1和NlDNM1L-2(GenBank登录号分别为KY082900、KY082901)。系统进化树表明,NlDNM1L-1和NlDNM1L-2在半翅目昆虫中较为保守。蛋白结构预测和基因时空表达分析说明,NlDNM1L-1和NlDNM1L-2在褐飞虱中可能有着不同的功能。ELISA和Western blotting结果表明,制备的NlDNM1L-1和NlDNM1L-2多克隆抗体效价高、特异性好。免疫荧光实验结果显示,NlDNM1L-1和NlDNM1L-2在褐飞虱卵巢滤泡细胞中普遍表达,可能与褐飞虱卵巢发育和成熟有关,它们也可能与类酵母共生菌入侵褐飞虱卵巢有关。结论获得了NlDNM1L-1和NlDNM1L-2基因序列,了解了其基本的生物信息,并阐明了其时空表达特征;成功制备其多克隆抗体,并初步了解了NlDNM1L-1和NlDNM1L-2在褐飞虱卵巢中的表达和定位。这些结果为深入研究NlDNM1L-1和NlDNM1L-2在褐飞虱中的功能奠定了基础。

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水稻白条纹突变体st13的表型分析及基因定位 孙立亭, 林添资, 王云龙, 牛梅, 胡婷婷, 刘世家, 王益华, 万建民 2017, 31(4): 355-363.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6165 355 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(16967KB) ( )   目的叶色突变相关基因鉴定和克隆有助于研究光合作用,补充并完善叶绿体发育机理和色素合成代谢途径,为开展水稻的高光效育种提供理论依据。方法从粳稻品种Dongjin的组培后代中分离出一个白条纹突变体st13,成熟期测定野生型和st13的主要农艺性状,苗期测定色素含量并观察叶绿体的超微结构;将st13和Dongjin进行正反交,观察F1植株表型,并对F2表型分离进行卡方检验,对st13进行遗传分析;利用st13×南京11（籼稻品种）的F2和F2:3群体,对st13突变基因定位;采用qPCR分析叶绿体发育和叶绿素合成相关基因在st13与野生型相对表达量。结果与野生型Dongjin相比,该突变体的株高、单株有效穗数、穗长、结实率和千粒重等主要农艺性状显著下降。苗期的色素含量降低,分蘖期无差异。突变体的叶绿体中既有含丰富的类囊体膜结构的正常叶绿体,也存在无类囊体结构的叶绿体。遗传分析和基因定位结果表明,st13的突变表型受1对隐性核基因控制,突变基因位于第3条染色体长臂InDel（Insertion-Deletion）标记I3-21和I3-22之间。进一步在这两个标记之间设计了6对InDel标记,最终将基因定位在94 kb区间内,此区间共有8个候选基因。结论这8个候选基因中,有5个假定的蛋白,其他三个都是有功能注释的蛋白,而这三个蛋白在水稻中均未见报道,因此,st13突变是由一个新的叶色基因突变引起的;同时st13中叶绿体发育、叶绿素合成和光合系统相关基因的表达也发生了显著改变,推测ST13可能是调控叶绿体发育的关键基因。

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基于重测序的染色体片段代换系定位水稻抽穗期QTL 王军, 朱金燕, 陶亚军, 周勇, 范方军, 李文奇, 王芳权, 仲维功, 杨杰, 梁国华 2017, 31(4): 364-370.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7017 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10206KB) ( )   目的水稻的抽穗期是决定水稻产量及其适用性的重要农艺性状之一,是由多基因控制的数量性状。染色体片段代换系减少了个体间遗传背景的干扰,已经成为定位和克隆复杂性状QTL的重要材料。方法本研究以9311为受体,日本晴为供体构建的128个重测序的染色体片段代换系群体为试验材料,利用多元回归,结合Bin-map图谱,【结果】鉴定到6个在南京、扬州不同年份间稳定表达的抽穗期QTL,其中,qHD2.1被定位在第2染色体上的759 848 bp区间内;qHD2.2被定位在第2染色体上的45 286 bp区间内;qHD 3.1被定位在第3染色体上的147 931 bp区间内;qHD5.1被定位在第5染色体上的213 351 bp区间内;qHD5.2被定位在第5染色体上的442 305 bp区间内;qHD8.1被定位在第8染色体上的538 176 bp区间内。结论本研究为精细定位并克隆相应QTL,进而探明抽穗期QTL的分子调控机制奠定了基础。

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聚合水稻温敏核不育基因和反温敏核不育基因创制永久核 不育系 江建华, 倪金龙, 吴爽, 王德正 2017, 31(4): 371-378.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7017 371 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(813KB) ( )   目的制种安全是影响两系杂交稻持续健康发展的关键问题。本研究旨在探索解决两系杂交水稻的制种安全隐患途径。方法以16个（光）温敏核不育系与4个反温敏核不育系配组并对F1育性进行观察,选择矮紫S（温敏核不育系）和矮雁s（反温敏核不育系）为构建永久核不育系的供源亲本。通过回交将矮紫S和矮雁s的育性基因导入到桥梁亲本天丰B中,分别育成天丰B的近等基因系天丰S和天丰s。结果天丰S和天丰s杂交获得的天丰Ss即为永久核不育系。对天丰Ss的育性、可恢性等特性的研究表明,天丰Ss在自然长日高温和短日低温下均表现不育;天丰Ss及其3个亲本与5个恢复系杂交的F1组合结实率无明显差异。结论永久核不育系的创制有望从根本上解决两系杂交水稻的制种安全问题。

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干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响及其生理原因分析 卞金龙, 蒋玉兰, 刘艳阳, 冯咏芳, 刘贺, 夏仕明, 刘立军 2017, 31(4): 379-390.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7006 379 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1820KB) ( )   目的旨在阐明全生育期干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响。方法以抗旱性差异显著的4个水稻品种（籼稻扬稻6号和两优培九,粳稻旱优8号和镇稻88）为材料,以常规水层灌溉（CI）为对照,在盆栽条件下研究了轻干湿交替灌溉（WMD）和重干湿交替灌溉（WSD）对水稻产量、根系、叶片及籽粒部分生理特性的影响。结果与CI相比,WMD处理下抗旱性较强品种扬稻6号和旱优8号产量分别提高6.90%和7.45%,抗旱性较弱品种两优培九和镇稻88产量分别降低7.28%和8.10%。WSD处理下,4个水稻品种的产量均显著下降,抗旱性较弱的品种产量降幅远高于抗旱性较强的水稻品种。WMD处理下,扬稻6号和旱优8号复水后根系氧化力、根系与叶片细胞分裂素（玉米素+玉米素核苷）含量、叶片光合速率和籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶的活性均较CI有不同程度提高,而两优培九和镇稻88上述指标则与CI持平或有不同程度降低。WSD处理下,4个品种上述指标均较CI不同程度降低。结论轻干湿交替灌溉条件下,根系活性强、叶片细胞分裂素含量和光合速率高、籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性强是抗旱性较强水稻品种的基本生理特征。

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氮素穗肥运筹对两个杂交中籼稻叶片形态、光合生产及产量的影响 秦俭, 杨志远, 孙永健, 徐徽, 吕腾飞, 代邹, 郑家奎, 蒋开锋, 马均 2017, 31(4): 391-399.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6146 391 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(529KB) ( )   目的为探究氮素穗肥不同促花肥和保花肥比例对水稻光合生产和产量的影响,并为水稻氮素穗肥管理提供依据,【方法】以株型和产量均存在较大差异的2个杂交中稻品种(德香4103和宜香3724)为材料,在常规施氮量(180 kg/hm2)下,研究了占总氮40%的穗肥不同促花肥和保花肥运筹比例(1∶3, 2∶2, 3∶1, 4∶0)对水稻叶片生长、形态、光合生产及产量的影响。结果2个水稻品种均在低促花肥、高保花肥时(1∶3)表现出叶片直立、受光形态好,净光合速率高和群体干物质积累量大的特点,并最终获得较高产量;而在高促花肥、低保花肥下,2个水稻品种的剑叶、倒2叶叶面积和叶角增大,披垂度增加,群体质量变差,结实率和粒重下降,产量降低。德香4103因其颖花量较大,上3叶叶面积和总叶面积相对适宜,粒叶比高,且在不同穗肥运筹下叶面积和叶角变幅较小,因而受光姿态和群体质量更优,干物质积累量更大,产量更高。结论水稻氮素穗肥运筹应塑造良好叶片形态和群体质量,并增加花后物质积累量才能有助于产量提高;并对水稻株叶型选育进行了探讨。

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淮北地区氮高效高产型粳稻品种群体生长特征研究 梁健, 赵晨, 韩超, 任红茹, 陈梦云, 张洪程, 霍中洋 2017, 31(4): 409-416.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7035 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(437KB) ( )   目的本研究旨在阐明淮北地区氮高效高产型粳稻品种的群体生长特征。方法在各自最适施氮水平下,选用淮北地区氮高效高产型、氮中效高产型和氮高效中产型3类代表性常规粳稻品种,研究不同类型水稻品种产量、茎蘖动态、叶面积及物质生产与积累特征。结果拔节前氮高效高产型群体茎蘖数最少,拔节后平缓下降,最终成穗率最高;氮高效高产型水稻品种抽穗期叶面积指数最大,氮低效低产型最小,氮高效高产型水稻品种最大叶面积指数分别比氮中效高产型、氮高效中产型高2.53%、5.58%;有效叶面积率表现为氮高效高产型>氮高效中产型>氮中效高产型,高效叶面积率表现为氮中效高产型>氮高效高产型>氮高效中产型;抽穗至成熟阶段,氮中效高产型和氮高效高产型群体光合势差异不显著,但均显著高于氮高效中产型,分别高10.58%和9.86%;氮高效高产型水稻成熟期干物质积累总量略低于氮中效高产型,抽穗至成熟阶段,随着籽粒产量的提高,干物质积累呈递增趋势,干物质积累比例以氮高效高产型最高;收获指数表现为氮高效型品种大于氮中效品种;氮高效高产型品种群体生长率在抽穗前低于氮中效高产型品种,而在抽穗至成熟阶段则显著高于氮中效高产型与氮高效中产型,分别高8.79%、17.46%。结论氮高效高产型水稻品种拔节前叶面积指数、干物质积累量和群体生长率均低于氮高效中产型和氮中效高产型;抽穗到成熟期光合势、收获指数、群体生长率、成穗率和干物质积累量及比例最高。

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水稻苗期根系铵钾离子吸收的交互作用研究 燕金香1 李福明1,2 褚光1 徐春梅1 陈松1 章秀福1 王丹英1,* 2017, 31(4): 409-416.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6155 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(762KB) ( )   【目的】为探讨水稻幼苗根系NH4+ 、 K+ 吸收的交互作用，深化水稻养分吸收理论，【方法】采用溶液培养的方法，对低钾及高钾浓度下水稻在有铵和无铵时的K+ 吸收动力学特征进行了研究，对不同钾浓度下水稻根系NH4+ 的吸收速率进行了比较。【结果】1）当K+ < 0.2 mmol/L时，水稻根系通过高亲和转运系统吸收K+服从Michaelich-Menten动力学方程；NH4+ 的存在显著降低K+ 的最大吸收速率(Vmax)，且降幅随着NH4+ 浓度的增加而增大；NH4+ 对水稻根表载体与K+ 的亲和力（Km）影响较小，在1.62 mmol/L NH4+ 浓度下，水稻品种齐粒丝苗和沪科3号的Km分别下降了12.33% 和16.46%，远低于Vmax 47.30%和39.21%的降幅。2）当K+ > 0.5 mmol/L时，水稻根系K+ 低亲和转运系统发挥作用，K+ 吸收速率随浓度的增加而不断增加，呈不饱和特征；但在相同K+ 浓度下，水稻根系的K+ 吸收速率随NH4+ 浓度的增加而下降。3）水稻根系对NH4+ 的吸收速率随着NH4+ 浓度的增加而增加；在相同NH4+ 浓度下，水稻根系对NH4+ 的吸收速率受K+ 浓度的影响很小。【结论】NH4+ 抑制水稻苗期根系K+ 的高亲和转运和低亲和转运，NH4+ 对K+ 高亲和吸收的影响主要是由于铵竞争细胞膜上的钾载体所致；外界K+ 浓度的变化对水稻幼苗的NH4+ 吸收速率影响很小。水稻铵钾的交互作用主要表现在NH4+ 对K+ 吸收的抑制作用。

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脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田土壤氮素转化的影响 张文学, 杨成春, 王少先, 孙刚, 刘增兵, 李祖章, 刘光荣 2017, 31(4): 417-424.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7008 417 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1053KB) ( )   目的本研究旨在阐明脲酶抑制剂(urease inhibitor, UI)和硝化抑制剂(nitrification inhibitor, NI)对稻田土壤氮素转化的影响,探讨抑制剂提高稻谷产量以及氮肥利用率的机理。方法本试验设在我国南方红壤稻田,共5个处理：1) 不施氮肥(CK);2) 尿素(U);3) 尿素+脲酶抑制剂(U+UI);4) 尿素+硝化抑制剂(U+NI);5) 尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+UI+NI);脲酶抑制剂采用N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂采用3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)。在水稻分蘖期和孕穗期测定土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性、土壤铵态氮含量、硝态氮含量以及微生物碳、氮的含量,分析NBPT与DMPP对水稻两个主要生育期土壤氮素供应的影响,比较各处理的产量以及氮肥利用率,通过逐步回归分析研究以上各指标对产量的影响,探明脲酶抑制剂NBPT与硝化抑制剂DMPP在稻田的增效机理。结果1) 与单施尿素相比,添加NBPT以及NBPT与DMPP配施均显著提高稻谷产量与地上部氮素回收率,两个处理分别增产6.56%与8.24%,氮素回收率提高幅度为19.4%与23.7%。2）与单施尿素相比,添加NBPT以及NBPT与DMPP配施,显著降低水稻分蘖期的土壤脲酶活性和铵态氮含量,显著提高孕穗期的铵态氮含量,而对此时期的脲酶活性无显著影响,所有处理对两个时期的硝态氮含量、硝酸还原酶活性、微生物量碳、氮含量均无显著影响;因此,NBPT对于抑制脲酶活性以及提高铵态氮含量的作用主要在孕穗期之前,而单施DMPP没有显著效应。3）从各项土壤指标与水稻产量相关性的逐步回归分析结果来看,水稻分蘖期与孕穗期稻田土壤中铵态氮含量对水稻产量影响显著,而且孕穗期的影响大于分蘖期,其余指标则对产量无显著影响。结论脲酶抑制剂NBPT以及NBPT与硝化抑制剂DMPP配施显著提高孕穗期土壤中的铵态氮含量,显著提高稻谷产量以及地上部氮素回收率,证明了生产上氮肥后移的重要意义。

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镉胁迫对不同水稻品种种子萌发特性的影响 孙亚莉, 刘红梅, 徐庆国 2017, 31(4): 425-431.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6142 425 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(541KB) ( )   目的为了研究不同水稻品种的镉胁迫抗性差异,为早期预测镉污染,选育镉低积累水稻提供参考。方法采用50个不同遗传背景的水稻品种(系)种子,研究了0(蒸馏水,对照)、0.5、1.0、2.0 mmol/L等4种不同镉浓度胁迫对不同水稻品种种子发芽率、发芽指数、活力指数、胚芽长、胚根长、胚芽鲜质量与胚芽干质量等性状的影响。结果镉胁迫对水稻种子的萌发及幼苗生长具有抑制作用,且随着镉胁迫浓度的增高,抑制作用逐渐加强。0.5 mmol/L Cd2+胁迫浓度对各水稻品种种子的发芽率和发芽指数影响不显著,而对其种子活力指数、胚根与胚芽生长则具有显著的抑制作用;不同镉胁迫浓度对水稻种子胚根的抑制作用明显大于胚芽;1.0 mmol/L和2.0 mmol/L Cd2+两种胁迫浓度处理下,不同水稻品种种子萌发期的各性状指标间差异达极显著水平,且达到极显著正相关。不同水稻品种对不同镉胁迫浓度的耐性存在明显差异。结论根据不同水稻品种萌发期不同镉胁迫浓度处理的各性状指标与对照的相对值进行聚类分析,可将50个供试水稻品种(系)分为镉胁迫敏感型、中间型和耐受型等3种类型。

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水稻干尖线虫的环介导恒温扩增技术(LAMP)快速检测方法 白宗师, 秦萌, 赵立荣, 韩玉春, 王东伟, 徐春玲, 谢辉 2017, 31(4): 432-440.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7001 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(88903KB) ( )   目的本研究旨在为水稻干尖线虫(Aphelenchoides besseyi Christie, 1942)的快速检测鉴定和早期诊断提供一个新的检测方法。方法利用水稻干尖线虫18S核糖体RNA基因,设计了水稻干尖线虫LAMP的特异引物,该引物包括1对外引物、1对内引物和1对环引物,以LAMP特异引物对待测样品DNA进行恒温扩增,扩增产物通过电泳法和荧光染料法进行检测,电泳检测出现阶梯状条带或加入荧光染料显现绿色荧光,则证明待检样品中含有水稻干尖线虫。结果本方法可以检测鉴定水稻干尖线虫不同虫态（雌虫、雄虫、幼虫或卵）的个体,可以从多种线虫混合的样品和植物组织样品中直接检测出水稻干尖线虫,检测灵敏度达到1/1000条虫DNA。结论本检测方法具有准确、灵敏、稳定和结果直观的优点,且操作简便、实用性强。

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超级早稻中早39稻瘟病抗性的系谱分析 梁燕, 季芝娟, 曾宇翔, 张翠真, 吴晗霖, 杨长登 2017, 31(4): 441-446.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6165 441 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1007KB) ( )   目的研究常规超级早籼稻品种中早39持久高抗稻瘟病的遗传基础,【方法】利用田间抗性鉴定、稻瘟病抗性基因分子标记检测和基因测序的方法,分析中早39稻瘟病持久抗性的遗传基础。结果中早39、金早47和中组3号对7个稻瘟病抗性基因Piz、Pi9、Pib、Pi36、Pi64、Pi-d2和Pi-d3的分子标记均呈阳性条带;且中早39与金早47、中组3号对5个稻瘟病生理小种的抗性表现完全相同。中早39与金早47、中组3号无论是表型还是基因型都完全一致;序列分析结果表明中早39系谱中的供试材料均含有Pi-d2抗病等位基因。结论中早39的抗稻瘟病特性经中组3号,来源于金早47。含有Pi-d2的地谷与中早39、金早47和中组3号对5个稻瘟病生理小种的表型相同。