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2018年, 第32卷, 第5期
刊出日期：2018-09-10 上一期    下一期

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鸟苷酸激酶OsGK1对水稻种子发育至关重要 李景芳, 田云录, 刘喜, 刘世家, 陈亮明, 江玲, 张文伟, 徐大勇, 王益华, 万建民 2018, 32(5): 415-426.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8003 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2443KB) ( )   【目的】对水稻粉质皱缩突变体fse2进行表型分析及基因克隆,为阐明水稻淀粉合成机制以及胚的发育奠定基础。【方法】fse2来自粳稻品种滇粳优1号的MNU(N-甲基-N-亚硝基脲)诱变突变体库。本研究考查了突变体fse2籽粒的理化性状,利用扫描电镜和半薄切片观察了淀粉颗粒的结构;构建了fse2与N22的F2群体,通过图位克隆及转基因互补验证确定目标基因;通过qRT-PCR以及GUS活性染色对FSE2进行组织表达分析;免疫印迹分析了突变体中淀粉合成相关基因以及线粒体基因的蛋白变化。【结果】fse2籽粒粉质皱缩,千粒重显著下降;胚乳中淀粉颗粒变小变圆,排列松散,不能形成正常的复合淀粉颗粒;突变体中总淀粉、直链淀粉含量均显著下降,脂肪含量显著上升,突变体淀粉的糊化特性发生明显改变。FSE2编码一个线粒体和质体双定位的鸟苷酸激酶(guanylate kinase),命名为OsGK1。OsGK1在各器官中组成型表达,并在花后6 d的胚乳中表达水平最高。突变体胚乳中淀粉合成相关蛋白水平显著降低,尤其是AGPS2b和PHOI。此外,突变体fse2的胚发育严重受损,导致种子纯合致死;线粒体定位的AOX积累显著增强,而野生型中几乎检测不到,表明线粒体呼吸途径受损。【结论】由于OsGK1的功能缺陷,导致水稻种子中线粒体和造粉体发育异常,进而产生了胚致死以及胚乳粉质皱缩的表型,因此OsGK1对水稻种子的发育至关重要。

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水稻转录因子基因OsSHR2的表达特征及其在营养生长中的调控作用 张占田, 孙雅菲, 艾昊, 罗闻真, 冯冰, 孙文献, 徐国华, 孙淑斌 2018, 32(5): 427-436.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7037 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1303KB) ( )   【目的】水稻OsSHR2(LOC_Os03g31880)基因为拟南芥AtSHR的同源基因,与OsSHR1、OsSCR1和OsSCR2 同属于水稻GRAS转录因子家族。已有研究报道,转录因子基因SHR和SCR共同调控植物根系、叶片的发育,并参与各项生命活动。本研究旨在阐明OsSHR2在水稻中的时空表达特征及其在营养生长中的调控作用。【方法】通过生物信息学分析、表达模式分析、萌发动力学分析和水培实验验证该基因的功能。【结果】生物信息学分析发现OsSHR2、OsSHR1、OsSCR1和OsSCR2与拟南芥和其他物种的SHR亚家族和SCR亚家族成员具有很高的序列一致性;表达模式和pOsSHR2::GUS材料染色分析发现,OsSHR2在整个生长发育过程中的根系、叶片、维管组织和生殖器官中表达强烈,并集中在根尖的中柱、侧根原基和叶片及茎维管组织的中心表达,在野生型的地上部和根系中,OsSHR2受缺磷影响下调表达;对获得的OsSHR2的CRISPR-Cas9突变体osshr2进行种子萌发实验和水培实验,发现与野生型相比,osshr2的萌发时间延后,萌发率降低,在正常供磷和缺磷处理下,osshr2的地上部和根系长度显著小于野生型。【结论】OsSHR2在地上部和根系的发育、维管组织形成以及营养与生殖生长中具有重要作用,这为今后OsSHR2在分子育种等领域的应用奠定理论基础。

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一个水稻铜锌SOD酶基因在应答亚砷酸盐胁迫中的作用 窦玲玲, 胡海超, 马龙, 柯笑楠, 刘明月, 练旺民, 金珂, 谢玲娟, 刘庆坡 2018, 32(5): 437-444.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7154 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(703KB) ( )   【目的】水稻Os08g44770.1基因编码一个铜锌SOD酶,但其在响应亚砷酸盐[As(Ⅲ)]胁迫中的生物学功能未知。本研究旨在深入揭示由该基因调控水稻砷耐性改变的分子机理并为水稻抗逆育种提供理论参考。【方法】以野生型日本晴(WT)和2个Os08g44770.1过表达转基因株系为试材,通过胁迫处理、生理指标测定和基因表达分析等,系统探究了转基因植株对As(Ⅲ)的耐受性表现,并初步揭示了其调控水稻砷耐性的生理和分子机理。【结果】与WT相比,过表达转基因株系对As(Ⅲ)更加敏感;转基因植株在砷胁迫下的根系相对伸长量、生物量(干质量)、叶绿素含量、根系细胞质膜完整性、叶片抗氧化程度等均显著低于WT;Os08g44770.1在砷处理后的WT和转基因植株叶片中的表达模式略有不同,但均表现为处理24 h时被显著诱导表达。【结论】过度表达Os08g44770.1基因可导致水稻的砷耐受性极显著下降。

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分子标记辅助选择改良C418对红莲型粳稻不育系的恢复力 张宏根, 仲崇元, 司华, 刘巧泉, 顾铭洪, 汤述翥 2018, 32(5): 445-452.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7152 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(551KB) ( )   【目的】高效选育红莲型(Honglian,HL)粳稻恢复系有助于HL型杂交粳稻育种,对促进三系杂交粳稻的发展具有重要的意义。【方法】Rf6是一个HL型恢复基因,来源于HL型籼稻强恢复系9311。前期研究中,在以9311为供体、日本晴为受体的一套染色体片段代换系中鉴定出携带Rf6的株系R1093。本研究利用R1093与BT型粳稻恢复系C418(携带Rf1)杂交,通过常规回交育种结合分子标记辅助选择技术,将Rf6导入C418中,进行Rf6与Rf1聚合育种;利用BT型、HL型六千辛A进行测交鉴定改良系的恢复力。【结果】共获得12个BC3F4株系和55个BC4F3株系,其中6个改良系的农艺性状已基本接近C418;测交鉴定结果表明聚合Rf6的改良系对HL型粳稻不育系的恢复度达到85%以上,可应用于水稻生产;对BT型粳稻不育系的恢复度提升效果不显著。【结论】聚合Rf6能有效改良BT型粳稻恢复系对HL型粳稻不育系恢复力,是选育HL型粳稻恢复系的一条重要途径。

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Pigm特异性选择标记的开发及其在粳稻穗颈瘟抗性育种中的利用 曾生元, 李闯, 杜灿灿, 孙立亭, 景德道, 林添资, 余波, 钱华飞, 姚维成, 周义文, 龚红兵 2018, 32(5): 453-461.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7135 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2128KB) ( )   【目的】Pigm是一个广谱的稻瘟病抗性基因,源自持久抗性品种谷梅4号,与Piz、Piz-t、Pi2、Pi9和Pi40等互为复等位基因但抗谱存在差异。为了更好地在分子辅助选择育种中利用Pigm基因,开发与Pigm特异性标记具有重要意义。【方法】在已有文献报道定位结果的基础上,通过随机测序获得了一段谷梅4号基因组的特异序列,并据此开发了一组用于筛选Pigm基因的分子标记,进一步选取江淮稻区3个不同生态型代表性粳稻品种作为受体,利用分子标记辅助选择结合对抗性基因的背景检测将Pigm基因导入受体品种。【结果】Pigm-4标记位于Pigm基因簇内部,与抗病功能元件PigmR紧密连锁,对不同类型的品种检测发现该标记特异性强,且利用该标记可将Pigm与Piz、Piz-t、Pi2、Pi9以及Pi40区分开来。对受体亲本稻瘟病抗性基因的检测和接种结果分析发现江淮稻区粳稻品种虽然携带了Pib、Pi54、Pita、Pb1中的2~3个基因,但是对强毒力的稻瘟病小种抗性普遍不强,而3种代表性粳稻背景下导入Pigm基因均可显著提高其对穗颈瘟的抗性水平。【结论】Pigm可以作为抗稻瘟病粳稻育种的有利基因资源加以利用,而Pigm-4是分子标记辅助筛选Pigm的优异标记。

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优质丰产杂交籼稻品种机直播产量构成及其群体质量研究 郭长春, 孙知白, 孙永健, 殷尧翥, 武云霞, 唐源, 杨志远, 向开宏, 马均 2018, 32(5): 462-474.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8016 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(476KB) ( )   【目的】本研究旨在明确适宜平原(崇州)与丘陵(三台)稻区机直播优质杂交籼稻高产品种群体质量的共性特征,构建规范化的机直播优质杂交籼稻高产品种的鉴选方法和评价标准,以及为杂交籼稻机械化直播配套技术的融合提供理论及实践依据。【方法】两生态区以29个品种为试材,采用人工模拟精量穴直播(以下简称机直播),研究机直播对平原与丘陵稻区不同产量水平的优质杂交籼稻群体质量特征及产量的影响,并探讨机直播优质杂交籼稻群体质量特征与产量间的关系。【结果】依据两生态区各品种的平均籽粒产量聚类分析,将两生态区供试品种分为高产、中产、低产3种类型。其中,三台高产类型品种占17.24%,中产、低产类型品种占82.76%;崇州高产类型品种占10.34%,中产、低产类型品种占89.66%。与中产、低产类型品种相比,两生态区高产类型品种的共性特征为分蘖能力强、有效穗数多、结实率高,拔节期后叶面积指数(LAI)大,干物质累积量高;结实期顶3叶叶长、叶位、叶张角、株高及其顶部截获光能优势明显。相关分析表明,机直播条件下,除群体透光率、顶3叶叶张角、分蘖盛期LAI及干物质累积量外,各群体质量指标与籽粒产量均呈显著或极显著正相关(r =0.37*~0.90**),尤其是齐穗期高效LAI率、成熟期干物质累积量及其收获指数与产量的相关性。【结论】机直播条件下,高产类型品种能够获得较高的有效穗数和每穗实粒数,并协同提高结实率,实现生育后期群体干物质的高增长,从而获得较高产量。

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氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响 孙涛, 同拉嘎, 赵书宇, 王海微, 韩云飞, 张忠臣, 金正勋 2018, 32(5): 475-484.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8013 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(395KB) ( )   【目的】旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据。【方法】选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响。【结果】结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达。【结论】灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质。

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根际促生细菌对干旱胁迫下水稻生理特性的影响 陈苏, 谢建坤, 黄文新, 陈登云, 彭晓剑, 付学琴 2018, 32(5): 485-492.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7123 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(340KB) ( )   【目的】本研究旨在探究植物根际促生菌蜡状芽孢杆菌F06菌株对不同干旱胁迫下水稻汕优63生理特性的影响。【方法】在盆栽试验条件下,以水稻汕优63为种植材料,研究了轻度(LD)、中度(MD)、重度(SD)3个干旱强度下接种蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)F06对水稻生理特征的影响。【结果】与正常水分管理相比,干旱胁迫(DS)下水稻叶片光合速率(Pn)和气孔导度(gs)逐渐降低;而干旱胁迫下接种F06可显著减缓Pn和gs下降,与不接种(NP)处理相比,Pn和gs分别增加7.67%、12.97%、18.14%和11.51%、16.63%、17.07%,且呈现出随着干旱胁迫程度的提高,增幅增大的趋势。干旱胁迫下水稻叶片初始荧光(Fo)、非荧光淬灭系数(NPQ)显著上升,最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)显著下降;而干旱胁迫下接种F06可显著抑制Fo、NPQ升高和Fv/Fm、qP降低,明显改善水稻叶片光能转换效率。干旱胁迫下接种F06虽然不能改变叶片水势、相对含水量和相对电导率的变化趋势,但可以有效降低其变幅。正常水分处理下接种F06虽然没有增加光合色素含量,但干旱环境下显著抑制了光合色素的分解或降低。干旱显著降低了水稻叶片和根系细胞分裂素(CTK)含量,增加了叶片中脱落酸(ABA)的含量;在干旱胁迫下,接种F06可显著提高叶片和根系中CTK的含量。【结论】由此可见,干旱生境下接种F06,可调节植物体内的激素含量,减少干旱胁迫下光合色素的分解或流失,提高光合速率,增强水稻在干旱环境中的适应能力。

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应用环介导等温扩增技术检测江苏水稻种子携带的水稻恶苗病菌 袁咏天, 戎振洋, 叶文武, 张红生, 庄义庆, 郑小波 2018, 32(5): 493-500.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7119 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(410KB) ( )   【目的】本研究旨在了解江苏省水稻主栽品种种子携带水稻恶苗病原菌的情况。【方法】采用环介导等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)对江苏65个水稻主栽品种种子携带藤仓镰孢、层出镰孢、拟轮枝镰孢和Fusarium andiyazi等4种水稻恶苗病菌进行检测。【结果】65个品种中有54个品种的种子样本携带恶苗病菌,表明江苏省稻种携带水稻恶苗病菌是一种普遍现象。其中,藤仓镰孢为优势种,检出率高达83.07%,其次是层出镰孢和Fusarium andiyazi,检出率分别为12.30%、6.15%,但供试的65个品种种子均未检测到携带有拟轮枝镰孢。【结论】该技术可用于水稻种子携带恶苗病菌的快速检测。

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不同施氮水平下水稻植株在白背飞虱为害后的生理变化 李再园, 许博, 王福莲, 田小海, 马跃坤, 钟裕俊, 程世阳 2018, 32(5): 501-508.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8012 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(811KB) ( )   【目的】为明确不同施氮水平调控水稻对白背飞虱抵御能力的生理机制,【方法】采用室内笼罩饲喂胁迫法,比较了不同施氮水平下水稻受白背飞虱为害后,体内叶绿素(SPAD)含量、含水量、伤流液含量和干物质含量、可溶性糖含量等防御相关物质含量的变化。【结果】水稻受白背飞虱为害后,水稻体内不同防御物质含量变化存在差异。水稻受白背飞虱为害后体内叶绿素含量、干物质含量、可溶性糖含量均有所下降,伤流液含量、相对含水量、含水量有所上升。随着水稻施氮水平的增加,受害水稻叶绿素含量、干物质量降幅呈上升趋势,含水量、伤流液含量增幅呈上升趋势,相对含水量、可溶性糖含量增幅呈下降趋势。【结论】不同施氮水平可通过调控水稻体内叶绿素含量、相对含水量、含水量、干物质含量、可溶性糖含量影响水稻对白背飞虱的抵御能力,从而影响白背飞虱种群数量。

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水稻对富营养化水体生态修复效应及其研究进展 孙志萍, 秦琳, 刘耀斌, 李凤博, 冯金飞, 吴殿星, 方福平 2018, 32(5): 509-518.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8005 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(332KB) ( )   水体富营养化是制约我国农业可持续发展的重要因素。水稻具有显著的水质净化能力,利用水稻对富营养化水体进行生态修复成为植物修复的一个重要的研究方向。通过文献调研,总结了水稻对不同富营养化水体(湖泊、水库、污水河道、养殖尾水、农田退水和生活污水)修复效率,综合分析了不同修复模式(浮床种稻、稻田湿地和稻鱼共作)的技术特点、适用范围和影响因素,归纳总结了水稻对富营养化水体修复的主要作用机制,并对下一步的研究提出了相关建议。