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2018年, 第32卷, 第6期
刊出日期：2018-11-10 上一期    下一期
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研究报告



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水稻雌性败育基因FA的图位克隆 吕凤, 唐倩莹, 王启明, 郑海, 尤世民, 柏文婷, 肖晏嘉, 赵志刚, 万建民 2018, 32(6): 519-528.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8023 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1170KB) ( )   目的 对水稻胚囊突变体的表型观察、遗传定位和基因克隆,将为研究植物生殖发育奠定理论基础。方法 从粳稻品种宁粳4号突变体库中筛选出一个雌性败育突变体female abortion(fa),对野生型和突变体不同发育时期的胚囊进行细胞学观察并统计胚囊类型。以突变体杂合型为母本,N22为父本构建定位群体,对该表型进行遗传分析,采用图位克隆方法精确定位目的基因。结果 表型分析显示,突变体雌蕊在外观上没有表现出差异,但成熟时植株完全不育。与野生型相比, 该突变体胚囊发育异常,不能形成七细胞八核胚囊结构,而且形成多种类型的异常胚囊。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。我们将该基因初定位在第1染色体的分子标记L1和L3之间,通过扩大定位群体,最终将基因定位在分子标记L10和L11之间,物理距离为117 kb。测序分析发现该区间内LOC_Os01g68870外显子上有一个单碱基替换,由胸腺嘧啶(T)替换成胞嘧啶(C),氨基酸由亮氨酸变为脯氨酸,从而导致该表型的出现。qRT-PCR结果显示,相对于OsMADS13、OsAPC6、OsTDL1A基因在突变体fa胚囊中表达量而言,OsDEES1基因在突变体fa胚囊中表达量变化最为显著,FA可能是OsDEES1的上游基因。亚细胞定位结果显示,该蛋白定位于质膜。结论 FA是多孢囊基因MULTIPLE SPOROCYTE 1(MSP1)的新等位基因。本研究进一步明确了该基因对于水稻胚囊发育的重要性,可为探明它所在的调控网络体系提供新的线索。

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水稻矮化少蘖突变体dlt3的基因定位和蛋白质组学分析 张敏娟, 李帅军, 陈琼琼, 景秀清, 陈坤明, 石春海, 李文强 2018, 32(6): 529-537.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8001 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1011KB) ( )   目的 株高是农作物的重要农艺性状之一。导致株高变矮的原因很多,最受关注的是赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)对株高的影响,其调控机制的阐明对于植物科学基础研究及遗传育种研究均具有重要意义。方法 利用γ射线诱变水稻材料9311,获得一个矮化少蘖突变体,命名为dlt3 (dwarf and low-tillering 3),通过形态学调查手段分析dlt3突变体的株高、分蘖数、叶夹角、叶形态和结实率等性状,通过叶枕部位的伸直情况和α-淀粉酶活性检测分析其对外源BR和GA应答的敏感性,通过构建遗传群体和筛选分子标记对其进行基因定位,并利用基于iTRAQ的定量蛋白质组学技术分析dlt3突变体的蛋白质组表达谱。结果 表型分析显示dlt3突变体具有半矮化、少分蘖、叶夹角减小、叶表面皱褶、叶形变短变宽和结实率降低等多个突变表型;突变体对GA正常应答,而对BR处理表现为不应答。遗传分析显示dlt3突变因单个基因隐性突变导致;利用分子标记将dlt3基因定位在第6染色体标记RM2615和R6M14之间。定量蛋白质组学分析在dlt3突变体中鉴定到330个差异表达蛋白,包括222个上调和108个下调表达蛋白。其中,4个差异表达蛋白与BR信号途径直接相关;多个差异表达蛋白与水稻株高或生长发育调控直接相关;此外,多个差异表达蛋白,如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、Ca2+结合蛋白和锌指结构域蛋白等在dlt3突变体中大量富集。结论 dlt3是一个BR不敏感的矮化少蘖突变体,DLT3基因突变引起BR信号途径的异常,进而可能导致胞内蛋白磷酸化信号转导和转录激活途径受到广泛影响,从而引起植株生长发育等多方面性状异常。

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水稻白条纹叶及白穗突变体wlp6的鉴定与基因定位 李玲锋, 熊玉毅, 欧阳林娟, 彭小松, 陈小荣, 贺晓鹏, 傅军如, 边建民, 胡丽芳, 徐杰, 贺浩华, 孙晓棠, 朱昌兰 2018, 32(6): 538-548.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7144 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1021KB) ( )   目的 叶色突变体是研究水稻光合作用,叶绿素生物合成和遗传发育调控机理的重要材料。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。方法 在昌恢121中发现了一份白条纹叶及抽穗期白穗突变体,经过连续多代自交能稳定遗传,暂命名为wlp6(white striped leaf and white panicle 6)。在南昌分早、中和晚3季播种wlp6与野生型种子,考查了中稻与晚稻的部分农艺性状;测定3叶期、分蘖期、抽穗期叶片及颖壳的叶绿素含量;通过电镜观察抽穗期叶肉细胞发育情况。在光照培养箱中进行温光敏感实验;将wlp6与昌恢121及02428正反交,观察F1植株表型,对F2分离群体进行卡方测验,分析突变体遗传规律;以wlp6/02428衍生的F2群体为材料,利用BSA法进行基因定位。结果 wlp6自第1片叶到成熟,叶片均呈白条纹,抽穗期颖壳及枝梗失绿,高温天气穗转绿。突变体株高、有效穗数和每穗粒数在早稻季和中稻季均显著低于野生型,晚稻季wlp6的结实率和千粒重也显著低降低。叶绿素含量测定表明,wlp6叶片叶绿素含量在不同生育期及不同季均显著低于野生型,早稻和晚稻季种植的wlp6颖壳叶绿素含量也比野生型低。电镜观察抽穗期的叶肉细胞发现,wlp6叶绿体数目减少,体积变小,没有分化出明显的片层结构。温光敏感实验表明,突变体对光照强弱钝感,叶色受温度和日照长短影响,随着温度升高和日照时间变长突变体叶绿素含量有上升趋势。遗传分析表明,该性状受隐性核基因控制,利用wlp6/02428得到的616个F2单株将WLP6定位于第6染色体短臂InDel标记R-7与R-8间,物理距离137 kb,此区间预测了21个候选基因。经候选基因分析及测序发现,其中LOC_Os06g14620编码一个核糖核酸还原酶小亚基,编码区第142和158位碱基由T替换为C,第288位插入了碱基A,碱基的插入导致翻译提前终止,因此推测LOC_Os06g14620是WLP6的候选基因。结论 LOC_Os06g14620是已经克隆的白条纹叶基因St1的候选基因,推测WLP6与St1等位,但突变位点不同,且表型也有差异。

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超表达蔗糖转运蛋白基因OsSUT1对水稻形态和生理的影响 冯冰, 孙雅菲, 艾昊, 刘秀丽, 杨晶, 刘璐, 高飞燕, 徐国华, 孙淑斌 2018, 32(6): 549-556.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8015 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(973KB) ( )   目的 磷对植物细胞内蔗糖和淀粉合成有重要影响,它们之间的关系还有许多方面有待阐明。方法 本研究利用转基因技术获得OsSUT1超表达材料,通过水培和盆栽实验研究了超表达该基因对蔗糖、磷含量以及植株形态和生理性状的影响。结果 转录水平上的表达分析显示,缺磷诱导OsSUT1在水稻根系中表达。水培实验显示,与野生型相比,正常供磷条件下OsSUT1超表达导致水稻植株地上部蔗糖含量下降,同时水稻植株内的磷含量升高;而在缺磷条件下植株体内蔗糖及磷含量均无显著变化。盆栽实验显示,超表达OsSUT1提高了水稻的分蘖数、有效分蘖数、磷含量、粒长和粒宽。结论 这些结果说明OsSUT1对水稻的蔗糖和磷含量以及种子的生长发育有重要作用。

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低磷条件下过表达OsPHF1基因对粳稻农艺性状的影响 胡张华, 刘秀艳, 王玉锋, 彭瑜, 史晓亮, 滕胜 2018, 32(6): 557-564.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8034 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(773KB) ( )   【目的】 磷酸盐转运体运输协助因子(PHF1)通过转录后调节特定磷转运蛋白,影响磷酸盐的利用效率。本研究通过培育过表达OsPHF1的无选择标记转基因粳稻空育131,研究在不同磷浓度环境中OsPHF1的过表达对粳稻空育131产量的影响,为培育可商品化的磷高效转基因水稻品种提供依据。方法 利用双T-DNA方法构建OsPHF1的过表达载体,通过农杆菌侵染法和后续筛选获得了无选择标记的转基因空育131纯合株系,通过对T3和T4代转基因植株的田间试验,研究转基因品系在低磷浓度(75或112.5 kg/hm2过磷酸钙)、中低磷浓度(225或300 kg/hm2过磷酸钙)和正常磷浓度(450 kg/hm2过磷酸钙)下的农艺性状。结果 获得了3个无筛选标记的纯合OsPHF1过表达转基因空育131株系F18-18、F22-32和F25-6。其中,F22-32和F25-6的OsPHF1的表达量远高于野生型。大田试验显示,F22-32和F25-6株系的T3代在中低磷(300 kg/hm2过磷酸钙)环境中,分蘖数比对照分别增加了55%和25%,增产幅度分别为38%和34%;F22-32和F25-6株系T4代在低磷条件下(112.5 kg/hm2过磷酸钙)产量的增幅最大,增产了30%~35%;在中低磷条件下(225 kg/hm2过磷酸钙)分蘖数和产量也有明显增加。结论 双T-DNA法能用于培育过表达OsPHF1的无筛选标记转基因水稻。田间试验显示,高表达OsPHF1的转基因株系在中低磷条件下(112.5、225或300 kg/hm2过磷酸钙)分蘖数和产量稳定增加。

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我国水稻主栽品种演替分析 林海, 李婷婷, 童汉华, 王志刚, 王磊, 鄂志国 2018, 32(6): 565-571.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8107 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1275KB) ( )   目的 推广应用良种是发展高产优质高效农业的重要措施。良种推广意味着新品种代替老品种,即品种演替。了解品种的演替规律,不仅有助于了解育种历史,而且对育种和监管也能提供参考。本研究拟开发一套客观计算品种演替规律的算法。方法 基于ASP.net平台和VB.net语法,编写程序算法,对SQL Server 2008数据库中收录的品种数据进行分析,得出过去30多年来我国水稻品种演替的一般规律。结果 程序分析发现,基于面积变化的算法,得出水稻品种年均更替率约11.1%,基于品种个数变化的算法,得出水稻品种年均更替率约29.7%。结论 我国水稻生产上,育成品种长期保持了较快的更替速率。分析了品种更替速率快的原因,并对今后提高育种效率提出了一些建议。

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双季优质稻产量和品质形成对开放式主动增温的响应 杨陶陶, 胡启星, 黄山, 曾研华, 谭雪明, 曾勇军, 潘晓华, 石庆华, 张俊 2018, 32(6): 572-580.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8050 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(782KB) ( )   目的 水稻是我国最重要的口粮作物。明确气候变暖对双季优质稻产量和稻米品质的影响对我国粮食安全至关重要。方法 采用稻田开放式远红外主动增温系统,早稻以金早47(常规籼稻)、两优287(杂交籼稻),晚稻以象牙香珍(常规籼稻)、万象优华占(杂交籼稻)和甬优5550(杂交粳稻)为材料,设置全生育期增温和全生育期不增温2个处理,分别测定双季优质稻的产量、产量构成和稻米品质。结果 与不增温相比,全生育期増温(1.3℃ ~1.6℃)对早晚籼稻产量影响不显著,但晚粳稻产量显著下降,降幅为10.2%,主要是因为其每穗粒数下降。全生育期增温降低了早晚稻株高;早稻生育期缩短了3~4 d,而晚稻生育期无明显变化。全生育期增温下,双季优质稻米垩白粒率和垩白度显著增加,早稻两优287出糙率和整精米率及晚粳甬优5550整精米率显著提高;同时,晚稻蛋白质含量提高,但晚粳直链淀粉含量降低,而早稻蛋白质和直链淀粉含量无明显变化;此外,稻米RVA谱特征值因季别和品种而异。结论 全生育期增温对优质晚粳稻产量影响大于籼稻,不利于外观品质的保优,但有利于改善优质稻米加工品质,对晚稻营养品质和食味品质的影响也大于早稻。

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不同时期弱光胁迫对晚稻不同耐弱光品种源库特征及叶片保护酶活性的影响 罗亢, 曾勇军, 胡启星, 陈乐, 易艳红, 睢峰, 黎星 2018, 32(6): 581-590.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7146 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(818KB) ( )   目的 本研究旨在明确弱光胁迫下不同弱光耐性品种在源库特征及叶片保护酶活性变化方面的差异,揭示其耐弱光胁迫的机制,为双季稻高产稳产新品种的选育及抗逆栽培提供理论指导。方法 以2个对弱光胁迫耐性存在显著差异的晚稻品种为材料,通过设置不同时期的遮光处理,研究弱光胁迫时期对晚稻不同耐性品种的源库特征及叶片保护酶活性的影响。结果 结果表明,不同时期弱光胁迫对晚稻生长有重要影响,分蘖期弱光胁迫下晚稻分蘖数、每穗粒数及总颖花量减少,叶面积下降,产量降低;幼穗分化期弱光胁迫下晚稻分蘖数和每穗粒数减少,总颖花量、叶面积、结实率均下降,产量降低;灌浆期弱光胁迫下水稻叶片净同化率降低,结实率和千粒重下降,产量降低。不同时期弱光胁迫对晚稻产量的影响表现为灌浆期>幼穗分化期>分蘖期。结论 耐弱光胁迫型品种能通过增加叶片的长宽度减少叶面积的下降,叶片含氮量保持相对稳定,叶片中SOD、CAT等保护酶活性保持在较高水平,POD活性保持相对稳定,叶片净同化率下降幅度小,在弱光胁迫下实现“强源”,减产率相对较低。弱光胁迫下具有较强的叶面积补偿能力和适宜氮含量以及较高的保护酶活性是水稻耐弱光胁迫的重要机制。

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水稻剑叶衰老过程中内源IAA的轭合态变化及其氮素调控效应 赵华, 王复标, 韩展誉, SHAMSU-ADOzakari, 李兆伟, 潘刚, 程方民 2018, 32(6): 591-600.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8028 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1155KB) ( )   目的 揭示水稻抽穗开花后剑叶衰老过程的内源自由态IAA和轭合态IAA含量的动态变化及其基因型间的差异,明确氮素营养供应对叶片衰老过程的延缓效应及其与两种化学态IAA含量之间的关系。方法 以剑叶早衰水稻突变体(psf)与其野生型(浙恢7954)为材料,比较了其在大田条件下剑叶衰老过程中的内源IAA含量、IAA类型和YUCCAs家族基因转录表达量差异,并利用水培种植试验设低氮(LN, 1.45 mmol/L)、正常氮(NN, 2.9 mmol/L)和高氮(HN, 5.8 mmol/L)3个氮浓度水平处理,对不同氮素水平下水稻叶片衰老相关指标与两类IAA含量间的关系进行了分析。结果 早衰突变体psf剑叶中的自由态IAA含量显著低于相同取样时期的野生对照,但前者剑叶中的轭合态IAA含量显著高于后者,且随叶片衰老进程呈较明显的上升趋势;在7个YUCCAs同工型基因中,YUCCA1、YUCCA2、YUCCA3、YUCCA4和YUCCA6)的转录表达量随叶片衰老而下降,但YUCCA7则随叶片衰老呈现出先上升后下降的变化趋势。相同灌浆时期相比,绝大多数YUCCAs在早衰突变体psf剑叶中的转录表达量要低于其野生型对照,说明IAA合成代谢较弱是psf剑叶叶绿素含量迅速下降和早衰症状加剧的重要原因之一。其中,YUCCA7转录表达量随叶片衰老而上升,可能对psf已衰老叶片中的IAA合成起重要调控作用;氮浓度对水稻叶片中的IAA含量及其自由态与共轭态的影响表现为,在叶片开始衰老的初期和前中期,低氮处理(LN)引起剑叶中的自由态IAA含量下降和轭合态IAA含量上升,而高氮处理(HN)可诱导叶片中的自由态IAA含量增加,并导致轭合态IAA含量明显降低,但对已严重衰老的叶片而言(psf在抽穗开花后28 d的剑叶),高氮处理下(HN)的自由态IAA和轭合态IAA含量均低于正常氮处理(NN)和低氮处理(LN)。结论 水稻叶片的衰老进程与其叶片器官中的IAA含量及其化学态之间存在较密切联系。其中,轭合态IAA含量在叶片衰老过程的大幅度提升,是早衰突变体psf 剑叶衰老进程加快的一个重要生理特征,而轭合态IAA含量的下降,可能是高氮处理对水稻叶片衰老进程起到延缓作用的一个重要生理调节因素。

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基于农户调查的长江中游地区双季稻生产碳足迹及其构成 陈中督, 徐春春, 纪龙, 方福平 2018, 32(6): 601-609.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7080 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(676KB) ( )   目的 长江中游地区是我国双季稻主产区,系统分析双季稻生产碳足迹构成对于该地区农业的固碳减排和发展低碳农业具有重要的意义。方法 基于农业碳足迹理论及生命周期评价法,采用问卷调查方式定量研究长江中游地区双季稻生产碳足迹,分析其构成因素,解析长江中游地区双季稻生产肥料、灌溉投入以及碳足迹与水稻产量的关系。【内容】长江中游地区双季稻单位产量、单位生物量、单位产值碳足迹分别为0.67 kg/kg、0.35 kg/kg和0.27 kg/元,随着产量的增加呈现显著降低的趋势。CH4排放、柴油、肥料为长江中游地区双季稻生产碳排放主要来源,分别占双季稻生产碳足迹的66.2%、13.1%和10.9%。早稻和晚稻生产分别有22.4%和36.7%的地块氮肥投入过量,28.4%和33.5%的地块灌溉投入过量且产量较低,存在着较大的节能减排潜力。种植规模与碳足迹呈现显著负相关关系。与小规模双季稻种植相比,大规模早稻和晚稻种植单位产量碳足迹分别降低了29.7%和37.2%。这项研究表明,作物生产的碳足迹可能受到农场规模、气候条件以及作物管理实践的影响。结论 因此,适当减少双季稻种植面积并发展水稻节肥节水及免耕技术,构建规模化的低碳种植模式必将成为未来长江流域双季稻生产应对气候变化发展低碳农业的重要举措。

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基于农户调查的长江中游地区双季稻生产碳足迹及其构成 陈中督 徐春春 纪龙 方福平* 2018, 32(6): 601-609.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7080 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1043KB) ( )   【目的】长江中游地区是我国双季稻主产区，系统分析双季稻生产碳足迹构成对于该地区农业的固碳减排和发展低碳农业具有重要的意义。【方法】基于农业碳足迹理论及生命周期评价法，采用问卷调查方式定量研究长江中游地区双季稻生产碳足迹，分析其构成因素，解析长江中游地区双季稻生产肥料、灌溉投入以及碳足迹与水稻产量的关系。【内容】长江中游地区双季稻单位产量、单位生物量、单位产值碳足迹分别为0.67 kg/kg、0.35 kg/kg和0.27 kg/元，随着产量的增加呈现显著降低的趋势。CH4排放、柴油、肥料为长江中游地区双季稻生产碳排放主要来源，分别占双季稻生产碳足迹的66.2%、13.1%和10.9%。早稻和晚稻生产分别有22.4%和36.7%的地块氮肥投入过量，28.4%和33.5%的地块灌溉投入过量且产量较低，存在着较大的节能减排潜力。种植规模与碳足迹呈现显著负相关关系。与小规模双季稻种植相比，大规模早稻和晚稻种植单位产量碳足迹分别降低了29.7%和37.2%。这项研究表明，作物生产的碳足迹可能受到农场规模、气候条件以及作物管理实践的影响。【结论】因此，适当减少双季稻种植面积并发展水稻节肥节水及免耕技术，构建规模化的低碳种植模式必将成为未来长江流域双季稻生产应对气候变化发展低碳农业的重要举措。

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水稻穗腐病菌强致病力且高产伏马菌素菌株筛选 孙磊, 王玲, 刘连盟, 侯雨萱, 黎起秦, 黄世文 2018, 32(6): 610-616.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.8045 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(918KB) ( )   目的 旨在确立稳定高效的水稻穗腐病人工接种技术,鉴定不同菌株致病力。利用已有的伏马菌素检测方法分析测定两种培养基中不同菌株的伏马菌素合成能力,基于上述方法筛选强致病力高产伏马菌素菌株。方法 分别在水稻孕穗期和抽穗期采用注射法和喷雾法接种,观察不同时期、不同接种方法下层出镰刀菌的致病性和稳定性;利用适合的接种方法和液相色谱-串联质谱检测法比较不同菌株的致病力和产毒能力。结果 在花粉母细胞减数分裂期-花粉母细胞成熟期采用注射法接种水稻穗腐病,发病率较高且稳定;在花粉母细胞形成期-始穗期接种对水稻产量影响较大。基于该方法成功筛选出了强致病力菌株FP4、FP6、FP8、FP9、FP10;经HPLC-MS/MS分析测定了层出镰刀菌产生伏马菌素能力,获得了强致病力高产毒菌株FP4和FP9。稻谷培养基比玉米培养基更适合层出镰刀菌合成伏马菌素。结论 水稻穗腐病初侵染为花粉母细胞形成期-花粉母细胞减数分裂期,最佳侵染时期为花粉母细胞形成期-齐穗期;穗腐病对水稻产量的影响与感病时期密切相关。