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2019年, 第33卷, 第4期
刊出日期：2019-07-10 上一期    下一期
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综述与专论
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综述与专论

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高效是当前水稻育种的主导目标 肖国樱, 肖友伦, 李锦江, 邓力华, 翁绿水, 孟秋成, 于江辉 2019, 33(4): 287-292.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8117 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(381KB) ( )   社会经济发展和水稻生产比较效益降低,促使水稻育种由过去追求高产为主,转向追求整个过程的高效。全过程高效育种主要体现在三个方面。一是水稻育种技术的高效性。分子标记和基因芯片技术能提高优良基因型的选择效率,基因编辑技术能高效创造优良等位变异,转基因技术能跨物种转移优良性状,都是提高育种效率的好方法。二是水稻产出性状的高效性。高产、卫生和有益健康是获得高收益的基础,优质是提高单位产量效益的乘数,多抗是减少单位产量成本的除数,早熟能保证一年两收,这些性状的整体协同才能实现单位面积稻田产出的高效益。三是水稻耕作性状的高效性。一年两熟制下的水稻直播栽培是高效的耕作技术,它需要水稻具备苗期耐低温、穗期耐低温、厌氧发芽、耐淹涝等特征。化学除草需要水稻具有抗除草剂特征。机械化收割要求水稻具有抗倒、不易落粒的特征。只有具备这些特征的水稻,才能实现水稻耕作过程的高效。总之,高效是当前和今后水稻育种的主导目标。

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主要节水灌溉方式对水稻根系形态生理的影响 李婷婷, 冯钰枫, 朱安, 黄健, 汪浩, 李思宇, 刘昆, 彭如梦, 张宏路, 刘立军 2019, 33(4): 293-302.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8116 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(705KB) ( )   水稻是耗水第一大作物。发展节水栽培对稻田水分高效利用和缓解我国水资源短缺具有重要意义。水稻根系是吸收水分和养分的重要器官,也是多种激素、氨基酸和有机酸合成的重要部位。水分管理措施的改变会直接或间接引起根系生长发育发生改变,从而影响水稻地上部生长发育和产量形成。本文综述了干湿交替灌溉、控制灌溉和覆盖旱种对水稻根系形态和生理特性的影响,提出了今后节水灌溉下水稻根系的研究重点,以期为改善水稻根系形态生理和高产节水栽培提供理论依据。

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土壤氮激发效应及其微生物机理研究进展 刘少文, 殷敏, 褚光, 徐春梅, 王丹英, 章秀福, 陈松 2019, 33(4): 303-312.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8091 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(872KB) ( )   土壤氮激发效应是土壤养分释放、植物养分吸收过程中的关键机制。对土壤氮素激发的深入了解,不仅有助于农业生产上更加合理制定氮肥运筹,从而提高氮肥的利用率,也有利于评估和控制环境污染并提供有效的治污方法。本文在介绍土壤氮素激发效应概念和机制的基础上,评估目前土壤氮素激发效应的主流测定方法及其在实际应用中的优劣,重点阐述了外源添加物(无机氮肥、有机物料和根系分泌物)对土壤氮素激发效应的作用效果及其微生物机理。土壤氮激发模式中,外源添加物对土壤C/N比的影响可能是土壤氮激发效应作用的关键。当系统中有效C冗余时,施用无机氮肥,促进土壤有机氮的分解,从而表现正的激发效应;反之,有效C不足但有效N富集时,则表现为固氮微生物活性相对增强,从而出现负的激发效应。微生物是激发效应的推动者。本文通过共代谢理论、微生物热区理论和微生物能量与物质转化理论三个理论假说解析了微生物在土壤氮激发过程中可能的作用机制,从而深化对激发效应的认识,为进一步明确土壤激发效应的微生物机制、因素之间的互作效应及通过激发效应为提高氮肥利用效率提供有效途径。

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利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻稻瘟病抗性 徐鹏, 王宏, 涂燃冉, 刘群恩, 吴玮勋, 傅秀民, 曹立勇, 沈希宏 2019, 33(4): 313-322.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.9043 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1334KB) ( )   【目的】CRISPR/Cas9基因编辑技术是作物遗传改良的有效工具。本研究通过对水稻Pita、Pi21和ERF922稻瘟病相关基因进行定点编辑,以期获得能够稳定遗传的抗稻瘟病水稻材料。【方法】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,以Pita、Pi21和ERF922为靶基因,构建共编辑载体pC1300-2×35S::Cas9-gPita-gPi21-gERF922 ,用农杆菌转化长粒粳稻恢复系L1014,筛选获得稳定遗传的纯合突变体用于稻瘟病抗性鉴定。【结果】在T0代转基因株系中,Pita、Pi21和ERF922突变频率分别为75%、85%和65%,突变基因型多为双等位突变。筛选到的不含T-DNA成分的T1代能够稳定遗传给T2代,并从中获得Pi21单突变纯合株系及Pita、Pi21和ERF922的三突变纯合株系。稻瘟病抗性鉴定结果表明,与野生型相比,突变株系的抗性显著提高。同时,接种后纯合突变体株系内水杨酸、茉莉酸和乙烯等信号转导途径相关基因的表达量均上调。据此,我们推测纯合突变株系对稻瘟病的抗性增强可能与其对稻瘟病菌的响应被激活有关。【结论】利用CRISPR/Cas9技术获得了能够稳定遗传和具有较高稻瘟病抗性的纯合突变株系,为水稻稻瘟病抗性改良提供了良好的材料。

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水稻裂颖突变体sh1的鉴定及基因定位 潘孝武, 刘文强, 黎用朝, 熊海波, 盛新年, 段永红, 余亚莹, 赵文锦, 魏秀彩, 李小湘 2019, 33(4): 323-330.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.9027 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(918KB) ( )   【目的】本研究旨在定位和克隆水稻裂颖基因,为解析水稻裂颖性的遗传机制提供依据。【方法】从籼稻品种湘早籼6号突变体库中筛选出一个裂颖突变体(split husk 1, sh1),观察突变体的花器官和浆片形态,利用突变体与02428的F2群体定位目标基因,进一步通过定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】sh1突变体的颖花形态与野生型基本一致,能正常开花,但不能正常闭颖,裂颖的主要原因是浆片不能在开颖后正常萎蔫。sh1突变体的有效穗数增加,但结实率和千粒重显著下降;遗传分析表明,sh1的裂颖表型受一对隐性核基因控制。将SH1基因定位在ID19827与ID19884两个InDel标记之间,物理距离约为110 kb。定位区间测序发现,突变体中丙二烯氧化合酶编码基因OsAOS1发生单碱基突变,导致氨基酸发生改变;SH1基因的突变显著降低了花器官中的茉莉酸含量,进而影响了茉莉酸合成及信号转导相关基因的表达。【结论】SH1基因通过影响茉莉酸的合成和信号转导调控水稻闭颖,OsAOS1可能是SH1基因的候选基因。

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基于不完全双列杂交设计的水稻农艺性状配合力基因组预测 王欣, 马莹, 胡中立, 徐辰武 2019, 33(4): 331-337.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.9025 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(907KB) ( )   【目的】在亲本一般配合力的基础上优选特殊配合力高的杂交种,是水稻杂种育种的关键。基因组选择基于覆盖全基因组的分子标记和样本的表型数据建立预测模型,实现对品种更加可靠的选择。【方法】本研究利用一组基于不完全双列杂交(NCII设计)的水稻数据集,考查其多个农艺性状配合力的基因组预测能力。并比较了不同训练群体构建方法对杂交种表型预测能力的影响。【结果】8个农艺性状一般配合力的预测能力由其遗传率主导,从0.3888到0.7367。杂交种特殊配合力的预测能力较低,但是直接预测杂交种的表型可以获得较高的预测能力。【结论】基因组预测水稻亲本一般配合力是有效的,能够帮助育种家实现对亲本的科学选择。如果要选配杂交种,直接预测杂交种表型是最有效的手段。此时让更多的亲本均衡地参与杂交种训练集的组配,有利于获得更高的预测能力。

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稻米外观与加工品质对大气CO2浓度升高的响应 王东明, 陶冶, 朱建国, 刘钢, 朱春梧 2019, 33(4): 338-346.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8134 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1017KB) ( )   【目的】大气CO2浓度升高会降低水稻的外观与加工品质。为探明其下降机制并予以缓解,【方法】采用开放式大气CO2浓度升高(FACE)平台、两种栽培品种及其三种不同的基因调控遗传材料 (中花11及其蒸腾调节材料ZmK2.1-15、ZmK2.1-20、OsKAT3-26、OsKAT3-30; 中花11及其促冠根生长材料ERF3-7和ERF3-12; 日本晴及其促硝酸盐吸收材料NIL),研究稻米外观与加工品质对CO2浓度升高的响应。【结果】稻米外观品质与加工品质对CO2浓度升高的响应因品种不同而异。CO2浓度升高下,中花11的垩白粒率和垩白度增加9.2%和4.4%,整精米率降低5.3%;而日本晴的垩白粒率和垩白度降低11.1%和7.9%,整精米率提升9.8%。蒸腾调节材料显著改善了CO2浓度升高对中花11外观与外观品质的负面效应,与当前CO2浓度相比,CO2浓度升高,ZmK2.1-15、ZmK2.1-20、OsKAT3-26、OsKAT3-30的垩白粒率相对变化量为-2.7%、-16.3%、-14.8%,+7.4%,垩白度为-8.7%、-22.3%、-15.1%、-3.0%,整精米率为+2.1%、+6.4%、+3.6%、-7.0%。促冠根生长材料加大了CO2浓度升高对中花11号外观与加工品质的负面效应,ERF3-7、ERF3-12的垩白粒率在CO2浓度升高下分别增加17.7%和11.5%,垩白度增加34.4%和19.1%,整精米率分别降低10.1%和0.8%。促硝酸盐吸收材料(NIL)的垩白粒率和垩白度在CO2浓度升高下无明显变化,整精米率下降4.2%。NIL的外观品质较日本晴明显改善,CO2浓度升高下垩白粒率和垩白度分别下降16.5%和17.9%,当前CO2浓度条件下分别下降26.3%和28.9%。【结论】未来CO2浓度升高条件下,通过基因改良促进水稻蒸腾作用和硝酸盐吸收是提升稻米外观与加工品质的有效途径之一。

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适雨灌溉下氮肥运筹对水稻光合特性、氮素吸收及产量形成的影响 晏军, 吴启侠, 朱建强, 张露萍 2019, 33(4): 347-356.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8140 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(873KB) ( )   【目的】为合理利用水稻生长期间的降雨,改善江汉平原地区稻田氮肥管理。【方法】采用田间小区试验,研究了常规淹灌(FI)和适雨灌溉(RAI)条件下,农民习惯施肥(FFP)、30%尿素+70%控释掺混肥(30%N+70%CRF)和优化减氮施肥(OPT-N)对降雨利用率、水稻产量、光合特性、干物质积累及氮吸收利用的影响。【结果】1)RAI能在节省水资源同时提升稻田对雨水的储蓄和利用能力,与FI相比可减少田间灌溉水量41.7%,各生育阶段水稻叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)、干物质积累、氮素吸收以及产量均有不同程度的增加;2)两种水管理方式下,与FFP处理相比,OPT-N处理水稻在分蘖期的Pn、Gs、Ci、Tr、干物质积累和氮素吸收显著降低,但在孕穗期-灌浆期有所增加,对最终产量形成影响不大;RAI结合30%N+70%CRF处理有利于水稻生育前期Pn、Gs、Ci、Tr的增加,提升生育中后期干物质积累量,氮素吸收量在分蘖期显著高于OPT-N和FFP,在齐穗期和成熟期显著高于FFP,有效穗数、穗长、千粒质量和结实率在各处理间表现最高,实际产量相较常规水肥管理可增产10.4%。【结论】适雨灌溉条件下,OPT-N不会显著影响水稻的生长及产量,30%N+70%CRF有助于水稻光合作用、氮素吸收及产量的增加。

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施氮量和灌溉方式的交互作用对东北粳稻稻米品质的影响 周婵婵, 黄元财, 贾宝艳, 王岩, 李瑞峰, 王术, 冯跃, Fugen Dou 2019, 33(4): 357-367.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.9014 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1153KB) ( )   【目的】探讨不同灌溉方式和氮肥对水稻品质的影响及其互作效应。【方法】以常规粳稻沈稻47和杂交粳稻粳优586为材料,进行防雨棚盆栽试验,设置浅水层灌溉、浅湿灌溉、轻干湿交替灌溉和重干湿交替灌溉4种灌溉方式及正常施氮(normal nitrogen, NN, 180 kg/hm2)和高氮(high nitrogen, HN, 220 kg/hm2)2种氮肥水平,研究不同肥水处理对稻米品质的影响。【结果】灌溉方式和施氮量对稻米品质有明显的互作效应,在正常施氮和高氮水平下,稻米的加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质均以轻干湿交替灌溉为佳。正常施氮水平下,重干湿交替灌溉下稻米的整精米率、胶稠度、最高黏度和崩解值低于浅水层灌溉,而其垩白度、垩白粒率、直链淀粉含量及消减值却高于浅水层灌溉。高氮水平下,重干湿交替灌溉处理的加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质优于浅水层灌溉,但二者间差异不显著。灌溉方式对氨基酸的影响因施氮量和品种的不同而存在差异。常规施氮水平下,轻干湿交替灌溉显著提高了稻米的总氨基酸含量;高氮水平下,重干湿交替灌溉显著提高了沈稻47的氨基酸总量,而粳优586总氨基酸含量则在轻干湿交替灌溉处理下取得较高值,必需氨基酸和非必需氨基酸含量与总氨基酸含量趋势一致。【结论】轻干湿交替灌溉方式可以改善稻米品质。在本研究条件下,沈稻47和粳优586分别以轻干湿交替灌溉和施氮量为180 kg/hm2和施氮量为220 kg/hm2时,米质较好。

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我国水稻田稗属杂草种类分布特点：以9个省级行政区73个样点调查数据为例 陈国奇, 唐伟, 李俊, 陆永良, 董立尧 2019, 33(4): 368-376.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8137 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(895KB) ( )   【目的】明确我国水稻田发生危害的稗属(Echinocloa spp.)杂草种类分布特点。【方法】2015年至2018年间的9月至11月,在东北、华东、华南、西北、西南水稻产区依据《中国植物志》英文修订版的分类鉴定标准,于水稻收割前采用七级目测法调查了73个地点共525块稻田稗属杂草的发生情况。【结果】共发现8种稗属杂草,其中无芒稗(E. crusgalli var. mitis)的发生频度最大(55.43%),其次是硬稃稗(E. glabrescens, 47.28%)、稗原变种(E. crusgalli var. crusgalli,40.40%)、西来稗(E. crusgalli var. zelayensis,24.09%);长芒稗(E. caudate)、水田稗(E. oryzoides)、孔雀稗(E. cruspavonis)、光头稗(E. colona)的频度较低。东北地区稻田稗属杂草以水田稗为单优势种;华东地区稻田稗属杂草呈现共优势的格局,硬稃稗、无芒稗危害最重,西来稗、稗原变种发生量也较大;华南地区稻田以稗原变种为单优势种;西北地区稻田无芒稗和稗原变种为优势种;西南地区稻田无芒稗占优势,稗原变种危害频繁。在这8种水稻田常见稗属杂草中,无芒稗的生态位宽度值最大(35.2),其次是硬稃稗(23.6)、西来稗(18.2)和稗原变种(16.3)。无芒稗、硬稃稗、西来稗相互之间的生态位重叠值较高,稗原变种与孔雀稗、光头稗、长芒稗的重叠值也较高。【结论】我国不同地区具有不同的稻田稗属杂草种类分布格局,其背后的机理亟待研究阐明。

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黄淮海稻区水稻品种的穗颈瘟抗性 刘艳, 王宝祥, 杨波, 陈庭木, 邢运高, 孙志广, 徐波, 迟铭, 卢百关, 李健, 刘金波, 方兆伟, 秦德荣, 徐大勇 2019, 33(4): 377-382.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2019.8104 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(696KB) ( )   【目的】为明确黄淮海稻区育成水稻品种的稻瘟病抗性及其基因型,【方法】收集了来自本稻区5个不同地区的水稻品种,连续两年通过稻瘟病菌接种鉴定和田间病圃自然诱发对供试品种进行了稻瘟病抗性鉴定,并利用4个抗病基因Pita, Pib, Pi54和Pikm的分子标记,对水稻品种基因型进行了统计分析,并以抗性等级为表型值对品种资源进行聚类分析。【结果】黄淮海稻区水稻品种发病率较高,分别达85.2%和65.9%。Pi54和Pib检出率分别达84%、65%。同时抗性聚类分析表明Pi54和Pib在本稻区的抗性贡献率却很低。【结论】黄淮海稻区水稻品种稻瘟病抗性弱,携带的抗瘟基因的抗性在不断减弱或丧失,需加强稻瘟病主效抗性的发掘、开发与利用。