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    2020年, 第34卷, 第3期
    刊出日期:2020-05-10
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    综述与专论
    研究报告
    实验技术
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    综述与专论
    彩色水稻研究与利用现状
    宋文健, 梅忠, 李玉, 夏雯华, 舒小丽, 吴殿星, 梅淑芳
    2020, 34(3): 191-207.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9137
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    彩色水稻赏食兼顾,为农业、旅游、教育及文化的多元融合提供了新途径。赏食兼用型彩色水稻的研究与选育适宜创意农业发展,可推动农旅结合。本文综述了彩色水稻种质创制、主要类型、突变机制以及代表性应用,并探讨了彩色水稻未来的发展趋势。

    腋芽萌发能力对再生稻产量影响的研究进展
    汪浩, 张强, 张文地, 李思宇, 黄健, 朱安, 刘立军
    2020, 34(3): 205-216.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9097
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(453KB) ( )  

    再生稻能够充分利用温光资源,一种两收,能提高复种指数和单位面积粮食产量,是增加水稻总产的一条重要途径,对保障我国粮食安全意义重大。再生季有效穗数是影响再生稻产量的重要因子,而有效穗数取决于再生芽萌发能力。提高再生稻腋芽萌发能力对提高再生季水稻产量有关键作用。本文介绍了国内再生稻发展现状,综述了腋芽萌发能力和其影响因素以及提高腋芽能力的技术措施等,并提出了未来加强再生稻腋芽萌发的研究重点,以期为再生稻高产栽培提供理论依据。

    研究报告
    Wxmp基因背景下可溶性淀粉合成酶基因SSⅡa和去分支酶基因PUL对水稻蒸煮食味品质的影响
    姚姝, 张亚东, 刘燕清, 赵春芳, 周丽慧, 陈涛, 赵庆勇, 朱镇, Balakrishna PILLAY, 王才林
    2020, 34(3): 217-227.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9120
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1120KB) ( )  

    【目的】分析在同一主效基因(Wxmp)背景下可溶性淀粉合成酶基因SSⅡa和去分支酶基因PUL对稻米蒸煮食味品质的影响,以期为水稻品质遗传改良提供依据。【方法】选择在SSⅡaPUL存在多态性而其他淀粉合成酶相关基因没有多态性的半糯品系宁0145和粳稻品种武运粳21进行杂交,获得F2群体与F3株系。利用分子标记,选择含有Wxmp基因的F2单株与F3株系,将这些F2单株与F3株系分成SSⅡanPULnSSⅡanPULwSSⅡawPULnSSⅡawPULw4种基因型(nw分别表示该基因来源于宁0145和武运粳21),分析不同基因型蒸煮食味品质性状的差异,探讨同一Wxmp基因背景下不同SSⅡaPUL等位基因对蒸煮食味品质性状的影响。【结果】不同基因型间蒸煮食味品质性状均存在显著差异,来源于武运粳21的SSⅡaw基因和PULw基因分别使直链淀粉含量增加0.29%~1.00%和0.62%~1.18%,且PUL的效应大于SSⅡa,两者间存在互作效应。SSⅡaw基因和PULw基因降低胶稠度和崩解值,提高了热浆黏度、冷胶黏度、消减值和回复值,对糊化温度、峰值黏度和峰值时间的作用较小。【结论】明确了Wxmp背景下SSⅡaPUL基因对稻米蒸煮食味品质的遗传效应,该研究结果为SSⅡaPUL基因的分子标记辅助选择改良稻米品质提供了理论依据。

    WxALK主要等位基因不同组合对稻米品质的影响
    陈专专, 杨勇, 冯琳皓, 孙晔, 张昌泉, 范晓磊, 李钱峰, 刘巧泉
    2020, 34(3): 228-236.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9140
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(801KB) ( )  

    【目的】稻米蒸煮和食味品质主要受WxALK两个主效基因的调控。这两个基因在栽培稻中存在多个复等位变异,本研究旨在明确WxALK基因的主要等位变异及其组合对稻米品质的影响。【方法】将Wx的3个主要等位基因(WxaWxbwx)与ALK的2个主要等位基因(ALKaALKc)进行不同的组合,在粳稻品种日本晴(Nip)背景下创建6个含有WxALK基因不同等位变异组合的近等基因系。通过测定近等基因系的稻米理化品质明确不同等位基因及其组合对稻米品质的效应。【结果】在相同的ALK基因型背景下,含Wxa等位基因稻米的糊化温度极显著低于wx型和Wxb型的近等基因系。稻米黏滞性受WxALK等位基因组合影响较大,Wx等位变异主要影响稻米的峰值黏度、峰值时间和冷胶黏度;在相同Wx背景下,ALK等位基因主要影响稻米RVA谱的起浆温度,对稻米崩解值和消减值的影响不显著。总体来看,Nip-Wxa/ALKa和Nip-Wxa/ALKc型稻米具有较高直链淀粉含量和崩解值,较低的胶稠度,因而食味值较差;Nip-wx/ALKa和Nip-Wxb/ALKa型水稻具有适中的直链淀粉含量、较软的胶稠度以及较低的糊化温度,因此这两个近等基因系热饭和冷饭的食味值较好;虽然Nip-Wxb/ALKc的糊化温度较高,但因其适中的直链淀粉含量和较高的胶稠度,其冷饭食味值降幅较小;Nip-wx/ALKc稻米的热饭食味值与Nip-wx/ALKa、Nip-Wxb/ALKa和Nip-Wxb/ALKc无差异,但因其较高的糊化温度,其冷饭食味值显著下降。【结论】Wx基因变异主要影响稻米直链淀粉含量和胶稠度,对糊化温度有一定的影响;ALK基因变异主要影响糊化温度,对直链淀粉含量无显著影响,对胶稠度存在微效影响。

    缺磷响应基因OsSQD2.1对水稻生长发育的影响
    刘璐, 许传山, 孙雅菲, 胡志, 艾昊, 刘秀丽, 王小文, 孙淑斌
    2020, 34(3): 237-244.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9074
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1183KB) ( )  

    【目的】旨在研究水稻缺磷响应基因OsSQD2.1对水稻生长发育的影响,从而解析其作用。【方法】通过生物信息学的方法,确定OsSQD2.1基因及蛋白结构并分析OsSQD2.1启动子上的顺式作用元件;通过荧光定量PCR检测,研究不同缺素条件下OsSQD2.1的表达;测定T-DNA插入突变体和沉默干涉材料不同时期表型、磷含量和净光合速率,研究OsSQD2.1对转基因植株生长发育及光合作用的影响。【结果】OsSQD2.1基因编码区全长为3548 bp,位于第1染色体上,具有11个外显子和10个内含子,OsSQD2.1属于糖基转移酶家族;OsSQD2.1启动子上含有多个缺磷响应顺式作用元件;OsSQD2.1受缺磷诱导,缺硫抑制。营养生长期突变体或沉默材料地上部长度和主根长均显著低于野生型。生殖生长期,突变体或沉默材料株高和千粒重显著低于野生型,结实率无显著差异。OsSQD2.1的突变与沉默增加正常供磷时叶片中的总磷,在缺磷条件时野生型相比无明显差异;此外,苗期和成熟期突变体的净光合速率显著低于野生型,初步推测OsSQD2.1影响水稻净光合速率。【结论】OsSQD2.1受缺磷响应,并影响水稻生长发育。

    Pi9抗稻瘟病基因水稻株系的比较转录组分析
    许赵蒙, 李利华, 高晓庆, 袁正杰, 李莘, 田旭丹, 王岚岚, 瞿绍洪
    2020, 34(3): 245-255.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9126
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1601KB) ( )  

    【目的】在转录水平上解析Pi9基因介导的稻瘟病抗性调控机理,为培育抗病水稻品种提供理论依据。【方法】向水稻品种日本晴(NPB)及其转Pi9抗稻瘟病基因株系(NPB/Pi9)接种稻瘟菌。分别于接种后0 h、12 h、24 h、36 h提取叶组织样品,选取12 503个水稻基因定制基因芯片,进行水稻基因转录组分析,并通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。【结果】NPB/Pi9在接种后12 h、24 h和36 h的基因表达量分别与其接种0 h表达量比较,共检测到7 754个差异表达基因;相应地,感病水稻NPB在以上时间点共检测到7 385个差异表达基因;在接种后36 h,NPB/Pi9的差异表达基因数目显著多于NPB。比较NPB/Pi9和NPB相同时间点的基因表达量,共获得4 065个差异表达基因,其中接种后36 h的差异表达基因显著多于接种后0 h、12 h或24 h。因此,NPB/Pi9的稻瘟病防御反应更强烈。对NPB/Pi9与NPB相同时间点的差异表达基因进行GO和KEGG分析,细胞外区域、植物对刺激应答、转录调控、氧化还原、离子结合、次生代谢和植物激素相关的GO分类在接种后呈显著富集,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和植物激素信号途径的KEGG通路在接种后显著富集。与效应分子触发的免疫反应(ETI)相关的水杨酸信号途径、几丁质酶,以及与病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)相关的胞外区域、对刺激的应答、木质素合成等,均在抗感水稻之间差异表达。而且PTI/ETI共有的WRKY转录因子、MAPK激酶、茉莉酸和乙烯信号途径等发生差异表达。综上所述,NPB/Pi9和NPB的差异表达模式与ETI和PTI相关,两者相互联系并在Pi9介导的稻瘟病抗性中发挥作用。【结论】与日本晴比较,抗病基因型NPB/Pi9对稻瘟病防御反应更强烈。转录因子、激酶、NBS-LRR基因、几丁质酶、水杨酸、茉莉酸和乙烯信号途径,以及植物次生代谢在Pi9介导的稻瘟病抗病反应中发挥重要作用。

    甬优中熟籼粳杂交稻栽后植株磷素积累特征与模型分析
    孟天瑶, 葛佳琳, 张徐彬, 韦还和, 周桂生, 戴其根
    2020, 34(3): 256-265.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9098
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    【目的】基于模型定量描述中熟籼粳杂交稻栽后植株磷素积累动态特征。【方法】以甬优中熟籼粳杂交稻甬优2640和甬优1640为试材,常规粳稻扬粳4038和扬粳4227、杂交籼稻新两优6380和扬两优6号为对照,研究甬优中熟籼粳杂交稻移栽后植株磷素积累特征及比较不同类型品种栽后植株磷素吸收利用特征差异。【结果】籼粳杂交稻产量和成熟期植株磷素积累量均显著高于常规粳稻和杂交籼稻。与常规粳稻和杂交籼稻相比,籼粳杂交稻籽粒吸磷量较高,磷素籽粒生产率则较低。籼粳杂交稻花后叶片磷素转运量低于常规粳稻和杂交籼稻,花后茎鞘磷素转运则介于二者之间。籼粳杂交稻栽后植株磷素积累动态以Gompertz方程拟合较好,常规粳稻和杂交籼稻则以Logistic方程拟合较好。籼粳杂交稻最大磷素积累速率高于常规粳稻和杂交籼稻。籼粳杂交稻、常规粳稻、杂交籼稻达到最大磷素积累速率的时间大致在栽后50~52、59~60和61~63 d。籼粳杂交稻在快增期和缓增期的磷素积累量显著高于常规粳稻和杂交籼稻,渐增期的磷素积累量则低于对照。籼粳杂交稻在快增期和缓增期的磷素积累速率和积累时间均高于常规粳稻和杂交籼稻。【结论】与常规粳稻和杂交籼稻相比,甬优中熟籼粳杂交稻在产量和成熟期植株磷素积累量上均具优势,其磷素积累优势主要体现在快增期和缓增期,这主要是由于在此两阶段较高的磷素积累速率和较长的积累时间。

    氮肥减量后移对云南高原水旱轮作下粳稻群体质量及产量的影响
    夏琼梅, 胡家权, 董林波, 钱文娟, 何永福, 李贵勇, 龙瑞平, 朱海平, 杨从党
    2020, 34(3): 266-277.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9091
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1580KB) ( )  

    【目的】为探究氮肥减量后移对高原粳稻产量及群体质量的影响,并为水稻氮肥减量施用提供依据。【方法】选用常规粳稻品种会粳17号和楚粳28号为材料,设置不同氮肥用量及运筹处理,分别为CF(当地常规施氮模式,折合纯氮270kg/hm2,基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥用量之比为5∶5∶0∶0)、 RPN1(较CF减10%,3∶3∶2∶2)、RPN2(较CF减20%,2.5∶2.5∶2.5∶2.5)、RPN3(较CF减30%,0∶2∶5∶3)、RPN4(较CF减40%,0∶0∶6∶4)和CK(不施任何肥料的空白区)共6个处理,研究了水旱轮作(大蒜-水稻、烤烟→水稻)条件下氮肥减量后移对水稻生长发育、群体质量和产量的影响。【结果】空白区水稻产量两年均高于8 t/hm2,施氮后,产量显著增加;与CF处理相比,随着氮肥减量和后移比例的增加,水稻产量和氮肥农学利用效率逐渐增加,纯氮用量最少(162 kg/hm2)且全部后移至穗肥(m促花肥m保花肥=6∶4)施用,其产量最高,增产20%以上,氮肥农学利用率从低于10 kg/kg提高到20 kg/kg以上。氮肥减量后移使稻穗分化期延长,并形成抽穗期功能叶较长、叶长序数(由上而下)为2-3-1-4,高效叶面积率达80%以上,叶面积适宜的高光效群体,促进颖花分化攻取大穗。同时,成穗率提高,具有较高的群体生长率和抽穗后干物质积累量,构建了水稻高质量群体。【结论】通过氮肥用量及施用比例的优化,能有效减少稻田氮肥施入,提高云南粳稻产量和氮肥利用率。其中,水稻季不施入基蘖肥,供应氮素全部用作穗肥投入最少,产出最多。

    实验技术
    基于多反应监测质谱技术的水稻叶片蛋白绝对定量方法
    陈铭学, 杨欢, 曹赵云, 马有宁, 曹珍珍, 程方民
    2020, 34(3): 278-286.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9056
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1531KB) ( )  

    【目的】建立水稻叶片蛋白的多反应监测(MRM)质谱绝对定量方法。【方法】水稻叶片蛋白经含1.0%十二烷基硫酸钠(SDS)的磷酸盐(PBS)缓冲液提取,丙酮沉淀除杂纯化、胰蛋白酶消化,酶解液经液相色谱分离,MRM质谱监测,外标法定量。【结果】向提取缓冲液中加入1.0% SDS可增强水稻叶片中16种靶蛋白和总蛋白质的提取效果;不同有机试剂处理,总蛋白质沉淀量存在显著差异(P<0.05),沉淀能力从强到弱依次为乙腈>丙酮>异丙醇>甲醇>乙醇;对于16种目标蛋白,总体以丙酮沉淀效果最好,其次是异丙醇和乙腈,甲醇和乙醇效果较差。该方法线性范围均达到3个数量级,定量限为0.1~2.5 nmol/L,灌浆期16种水稻叶片蛋白质含量为6.0~2818.1 μg/g,相对标准偏差均小于14%。【结论】SDS可显著提高水稻叶片蛋白提取效果,采用丙酮或乙腈可获得较好的蛋白沉淀效果,但不同蛋白质略有差异。结合MRM质谱监测技术可实现水稻叶片蛋白的绝对定量,方法线性范围宽、敏度高、重复性好。