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2020年, 第34卷, 第6期
刊出日期：2020-11-10 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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水稻粒型基因克隆研究进展及育种应用展望 康艺维, 陈玉宇, 张迎信 2020, 34(6): 479-490.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.9135 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3024KB) ( )   水稻的育种目标包括高产和优质等。粒型是指籽粒的三维结构,是决定水稻产量的重要因素之一,也是影响稻米品质的重要性状。目前已经克隆了超过60个与水稻粒型相关的基因,但应用于育种的粒型基因尚无完整统计。本文综述了已克隆的水稻粒型基因特别是数量性状基因座的研究进展,归纳总结了可应用于水稻高产及优质分子育种的重要粒型基因的功能标记,介绍了粒型基因的育种应用现状,并对前景作了展望,以期为水稻育种家提供可直接利用的分子育种信息。

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水稻蔗糖转运蛋白OsSUT4参与蔗糖转运的功能研究 李孟珠, 王高鹏, 巫月, 任怡, 李刚华, 刘正辉, 丁艳锋, 陈琳 2020, 34(6): 491-498.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0316 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3775KB) ( )   目的植物蔗糖的跨膜运输主要借助蔗糖转运蛋白（sucrose transporter,SUT）进行。在已鉴定出的5个水稻SUT编码基因中,OsSUT4的作用尚不清楚。方法采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建ossut4缺失变体,出现株高降低、分蘖数增加及产量下降等表型。结果通过进一步分析,发现ossut4突变体水稻叶片蔗糖、淀粉积累,反馈抑制光合速率;因源端光合同化物装载受阻,导致库端籽粒蔗糖供应不足,灌浆延迟。对OsSUT4进行亚细胞和组织化学定位,发现OsSUT4在细胞质膜上,且在萌发种子的胚、胚芽鞘的维管束、小穗颖壳、花药、颖果的糊粉层中都有表达,该现象表明OsSUT4具备转运蔗糖的特征。结论综上所述,OsSUT4在水稻蔗糖源端装载以及籽粒库端卸载等生理过程发挥重要作用。

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应用东乡野生稻回交重组自交系分析水稻耐低氮产量相关性状QTL 吴婷, 李霞, 黄得润, 黄凤林, 肖宇龙, 胡标林 2020, 34(6): 499-511.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0408 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12486KB) ( )   目的 东乡野生稻低氮耐性强,是水稻耐低氮育种的重要资源。鉴定东乡野生稻耐低氮基因对研究耐低氮遗传机制、培育耐低氮水稻品种具有重要意义。方法 利用协青早B//东乡野生稻/协BBC1F12回交重组自交系及其遗传图谱,应用Windows QTL Cartographer 2.5分析施氮肥和不施氮肥下的株高和产量相关性状QTL。结果 共检测到57个控制株高和产量性状的QTL,分布于10条染色体上的33个区域,单个QTL表型贡献率为3.17%~63.40%,其中32个QTL的增效等位基因来自东乡野生稻。19个QTL在施氮和未施氮条件下均检测到,38个QTL仅在单一环境下检测到显著效应,表明不同施氮水平下水稻性状的遗传机制不同。结论 43个QTL分别聚集于7条染色体上的14个QTL簇,表明不同性状涉及到共同遗传机制,并可通过分子标记辅助选择方法进行耐低氮有利等位基因的聚合育种。

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水稻抗性蛋白OsRRK1抗褐飞虱机理分析 马银花, 李萍芳, 董文静, 易松望, 杨芳, 杜波, 金晨钟 2020, 34(6): 512-519.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0406 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7016KB) ( )   目的 OsRRK1（Rop-interacting receptor-like kinase 1）蛋白是水稻中第一个被研究的类胞质受体激酶RLCKⅥ家族蛋白。在调控水稻叶片的卷曲和对褐飞虱的防御中都起着重要作用,但是其调控机理尚不清楚。本研究试图进一步探究OsRRK1基因抗褐飞虱的机理。方法 利用酵母双杂交的方法分析OsRRK1蛋白与OsLecRK（lectin-like receptor kinase）、OsLecRK1、OsLecRK2、OsLecRK3的互作关系,OsLecRK是抗褐飞虱基因BPH15区间的候选基因,是水稻先天免疫系统中一个重要成员,既参与水稻先天免疫反应,包括对褐飞虱、白叶枯病和稻瘟病的抗性,又参与水稻的发育过程。OsLecRK1、OsLecRK2、OsLecRK3的基因簇组成抗褐飞虱基因BPH3,含BPH3基因的水稻具有广谱、持久的抗虫性。同时利用DNAMAN软件分析OsLecRK蛋白与OsLecRK1、OsLecRK2、OsLecRK3的同源性。结果 DNAMAN的分析结果显示OsLecRK与OsLecRK1、OsLecRK2、OsLecRK3的同源性都很高,蛋白一致性在50%以上;酵母双杂交结果显示OsRRK1与OsLecRK、OsLecRK2和OsLecRK3互作。结论 OsRRK1通过与抗褐飞虱基因BPH15和BPH3候选基因的相互作用参与水稻抗褐飞虱过程。

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水稻东野型不育系异交不亲和性的鉴定和遗传分析 熊涛, 聂元元, 毛方明, 雷建国, 毛凌华, 朱珊, 黄仁良, 沈显华, 严松 2020, 34(6): 520-524.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0610 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1526KB) ( )   目的 在东野型新三系杂交水稻研究过程中,发现不育系与部分品种杂交或回交存在异交不亲和性。对该性状开展研究,为东野型不育系异交不亲和性的改良提供理论依据,促进东野型三系体系的应用。方法 采用东野型同质异核不育系和野败型异质同核不育系分别与保持系品种进行杂交,研究东野型不育系异交不亲和性的产生原因,进而利用一套染色体单片段代换系分别与东野型不育系DY1A杂交,开展遗传分析,并进行基因初步定位。结果 异交不亲和性由核质互作产生,且有两种类型,分别发生在杂交当代和回交世代。针对第一种类型,初步遗传分析显示异交不亲和性在细胞核内受单隐性基因控制,暂命名为CI1(t),将该基因初步定位在第8染色体RM6838和RM5767两个标记之间,与RM3395连锁。结论 东野型不育系的异交不亲和性可以通过分子手段进行遗传改良。

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水稻淀粉合成对夜温变化的响应 张玉屏, 王军可, 王亚梁, 陈燕华, 朱德峰, 陈惠哲, 向镜, 张义凯, 刘小军, 朱艳, 曹卫星 2020, 34(6): 525-538.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0701 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(90827KB) ( )   目的 探究夜温变化对水稻淀粉形成的影响及其生理机制【方法】以优质软米浙禾香2号为材料,在灌浆初期设置31℃/20℃ (LT)、31℃/24℃ (NT)、31℃/28℃ (HT)3个夜间温度模式,测定其直链淀粉和支链淀粉含量及合成关键酶活性及相关基因的表达。结果 1)与NT相比,LT和HT处理显著降低粒重和淀粉积累,降低糊化温度和胶稠度,并影响支链淀粉链长,降低支链淀粉含量,提高直链淀粉含量,HT的影响要大于LT;2) LT和HT处理对白天叶片净光合速率的影响不显著,但显著降低籽粒中非结构性碳水化合物积累,抑制蔗糖转运基因OsSUT1、OsSUT2和OsSUT4在夜间和白天表达;3) LT 和HT处理降低夜间和白天蔗糖水解相关酶活性,增加淀粉水解酶活性,导致可溶性糖含量升高,籽粒中糖利用受阻;4)与NT相比,LT和HT处理下腺苷二磷酸葡萄糖含量呈现白天降低而夜晚升高的趋势,腺苷二磷酸葡萄糖积累及利用受到抑制,颗粒结合淀粉合酶活性随处理时间延长而显著降低,且白天酶活性也受夜间温度的影响;5)与NT相比,LT和HT处理降低了夜间支链淀粉合成相关酶活性,抑制了夜间相关基因的表达,导致支链淀粉合成受阻,但对白天酶活及相关基因表达的影响不大。结论 夜间高温对淀粉积累的影响要大于夜温降低,夜间高温/低温抑制全天蔗糖转运及代谢,进而抑制淀粉积累;支链淀粉合成受阻是导致直链淀粉相对含量升高的主要原因,直链淀粉合成相关酶活性(白天)受夜温变化影响,而支链淀粉合成相关酶活性(白天)受夜温变化的影响不显著。

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油菜素内酯浸根对水稻水卷苗机插植伤的修复效应 李玉祥, 何知舟, 丁艳锋, 王绍华, 李刚华 2020, 34(6): 539-549.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0308 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(24282KB) ( )   目的 探究油菜素内酯(Brassinolide, BR)浸根对机插水卷苗栽后本田生长及产量的影响。方法 以宁粳8号为试验材料,分析不同浓度BR(T1、T10、T20,分别表示水培营养液中BR浓度为1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L)浸根对水卷苗机插本田后返青活棵及产量的影响,以正常水培营养液处理为对照(CK)。结果 BR浸根(T1、T10、T20)能够促进水稻地上部生长,栽插本田21d后株高较CK分别增加11.68%、8.12%和7.61%;BR浸根对水卷苗栽后根系的促生作用更为明显,不同浓度BR浸根对水卷苗栽后根长、根表面积、根尖数、根体积、根直径、根质量和根冠比均产生了显著影响,其中根尖数以低浓度BR处理效果更优,而其他根系指标均以高浓度BR处理效果更优。与CK相比,不同浓度BR浸根降低了叶片过氧化氢浓度(至移栽后12 d,分别降低12.50%、23.25%和22.25%),增强了叶片抗氧化酶活性;与移栽当天相比,移栽后第2天BR浸根处理叶片中玉米素(ZT)浓度迅速增加(分别为197.27%、153.11%和243.78%),而CK增加缓慢(2.94%),根系表现一致,且根系中生长素(IAA)浓度显著高于CK;同时BR处理在栽后一周内赤霉素(GA3)浓度均明显高于对照。与CK相比,T10处理显著提高了每穗粒数和结实率(分别为15.04%和6.62%),T20处理显著提高了结实率(6.17%),但BR处理千粒重均显著下降,最终产量T10和T20处理较CK分别提高5.11%和7.99%。结论 适当浓度的BR(T10~T20)浸根能减轻水卷苗机插植伤,提高抗氧化酶活性,降低H2O2含量,提高ZT、GA3和IAA浓度,高效地促进根系生长,提高了每穗粒数和结实率。本研究可为减轻机插植伤,促进机插水稻高产稳产提供理论依据和技术参考。

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机插株距对优质食味水稻品种产量和群体质量的影响 陈云, 张亚军, 张宏路, 朱安, 黄健, 张耗, 顾骏飞, 刘立军, 杨建昌 2020, 34(6): 550-560.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0205 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(37125KB) ( )   目的 机插密度对水稻产量和品质有重要影响,但机插株距对优质食味水稻品种产量与群体质量的调控作用尚不清楚。明确优质食味水稻品种的适宜机插株距可为水稻机械化高产优质栽培提供理论与实践依据。方法 以南粳9108、南粳5055和南粳46三个江苏优质食味水稻品种为材料,在机插行距固定为30 cm的情况下,研究了10、12、14、16和18 cm五种株距对上述水稻品种产量和群体质量的影响。结果 南粳9108、南粳5055和南粳46三个水稻品种的茎蘖成穗率、高效叶面积指数、粒叶比(粒重/叶面积)、抽穗后群体冠层净光合速率和抽穗至成熟干物质积累量均在株距为12 cm时最大。上述水稻品种产量均随株距增加呈现先增加先减少的趋势,产量与株距呈二次曲线关系。依据曲线方程计算出两年中南粳9108、南粳5055和南粳46高产最适株距分别为11.6 cm,11.6~12.3 cm和10.8~11.4 cm。结论 机插秧行距固定为30 cm时,11~12 cm的株距有利于改善优质食味水稻的群体质量指标并提高其产量,可作为江苏省代表性优质食味水稻品种的适宜机插株距。

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不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对大气CO2浓度升高响应的差异 周娟, 舒小伟, 赖上坤, 许高平, 黄建晔, 姚友礼, 杨连新, 董桂春, 王余龙 2020, 34(6): 561-573.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0404 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3379KB) ( )   目的 探明不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对FACE(大气CO2浓度增高)响应的差异。方法 以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE对不同类型水稻产量、氮素吸收利用的影响。结果 1）FACE处理极显著提高了水稻产量,平均增加24.17%, 常规籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高;2）FACE处理显著增加了单位面积穗数,常规粳稻增幅最大,并显著增加了杂交籼稻和常规籼稻每穗粒数;3）FACE处理显著提高了成熟期吸氮量和氮素籽粒生产效率,成熟期吸氮量平均增加21.23%,杂交籼稻增幅最大, FACE和对照均以常规籼稻最高;氮素籽粒生产效率平均增加7.33%,杂交籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高。成熟期吸氮量对产量促进作用略大于成熟期氮素籽粒生产效率;4）FACE处理降低了植株含氮率,成熟期平均下降0.105个百分点,常规粳稻降幅最大。FACE处理极显著提高植株干物质量,成熟期平均增加23.95%,常规籼稻增幅最大;FACE处理显著提高常规籼稻和杂交籼稻成熟期单穗吸氮量,分别增加10.79%、13.93%,但常规粳稻下降了9.60%;FACE处理显著提高了成熟期群体吸氮强度,平均增加22.29%,杂交籼稻增幅最大。FACE处理对水稻全生育期天数无显著影响;FACE处理显著提高茎鞘、叶片、穗各器官吸氮量,叶片增幅最大,平均增加51.86%,杂交籼稻增幅最大;FACE处理显著提高了不同生育阶段吸氮量,抽穗-成熟阶段增幅最大,平均增加108.90%,杂交籼稻增幅最大;5）植株干物质量、单穗吸氮量、吸氮强度、穗吸氮量、抽穗-成熟阶段吸氮量对成熟期总吸氮量的促进作用分别大于植株含氮率、单位面积穗数、生育天数、茎鞘叶吸氮量、移栽-分蘖和分蘖-抽穗阶段吸氮量;6）FACE处理显著提高了氮肥偏生产力,降低了每百千克籽粒需氮量,前者平均增加24.16%,常规籼稻增加最多;后者平均降低4.7%,常规籼稻降幅最大。结论 FACE处理可显著提高水稻产量和氮素吸收利用效率,但品种间差异较大。

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氮肥施用对米粉专用稻产量、米质及加工特性的影响 文春燕, 熊运华, 姚晓云, 陈春莲, 胡标林, 黄永萍, 吴延寿 2020, 34(6): 574-585.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0504 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9287KB) ( )   目的 为了探明氮肥施用量对不同米粉稻品种的产量、稻米品质和加工特性的影响,【方法】2018-2019连续两年以筛选出的适宜作米粉专用稻的3个品种(R0734, R2149, 嘉早66)、生产上常用作米粉加工的品种（珍贵矮）以及加工米粉未能成型的品种（R0711）作为供试材料,设置90、140、190kg/hm2三个纯氮水平。结果 1）各品种产量随着施氮量的增加而增大,但2019年R0734和R2149品种在中氮条件140 kg/hm2下产量达最高;其中米粉专用稻R2149和嘉早66极具产量优势,两者分别在140和190 kg/hm2施氮水平下达到最高。氮肥施用使有效穗数增大,而千粒重减小。2）随着施氮量的增加,米粉稻直链淀粉含量显著降低,在21.4%~26.5%波动,胶稠度增长,蛋白质含量增大;最高黏度、热浆黏度和最低黏度有减小趋势,崩解值显著减小,消减值显著增大。3）随着施氮量的增加,米粉稻断条率和蒸煮损失率显著增大,但均在10%以下;品种R2149和嘉早66较R0734来说,虽然对氮肥更敏感,但加工特性较佳。结论 米粉专用稻应选择直链淀粉含量在21%~27%范围的品种,24%左右则最佳,这样在实际生产中直链淀粉含量受氮肥影响不至于严重偏离适宜加工的范围;又由于施氮量的增加使米粉稻加工特性变差,因此,米粉专用稻栽培过程中,需在保证丰产同时,结合生产实际施用相对较低的氮肥;在米粉专用稻选育上,应选择直链淀粉含量适中、加工特性更佳的骨干亲本作为中间材料,培育高产米粉专用稻。

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氯虫苯甲酰胺胁迫下二化螟中肠细菌类微生物的多样性 张珏锋, 张琴, 李芳, 钟海英, 陈建明 2020, 34(6): 586-594.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2020.0101 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(28650KB) ( )   目的 明确氯虫苯甲酰胺处理下二化螟中肠细菌类微生物多样性的变化。方法 综合运用宏基因组测序以及传统微生物分离纯化的方法分析不同浓度氯虫苯甲酰胺处理的二化螟种群中肠微生物的多样性。结果 不同浓度(100、200、400µg/mL)氯虫苯甲酰胺处理后二化螟中肠细菌类微生物丰度及多样性降低,处理种群中肠细菌类微生物的OTU数值、特有的OTU数值均低于对照;摩根氏菌属(Morganella)、普罗威登斯菌属(Providencia)以及变形菌属(Proteus)在处理种群中的比例明显升高;同时培养结果显示氯虫苯甲酰胺处理种群获得的菌株除肠杆菌属(Enterobacter)外,还存在超压莱略特氏菌(Lelliottianimipressuralis)、非脱羧勒菌(Leclerciaadecarboxylata)、成团泛菌(Pantoeaagglomerans)等其他菌属。COG数据库对比与KEGG分析显示,对照与处理二化螟种群的各功能分类基因数量及相对丰度无明显差异。结论 解析了氯虫苯甲酰胺胁迫下二化螟中肠细菌类微生物的多样性。这些结果为进一步研究中肠细菌在二化螟对氯虫苯甲酰胺的抗药性奠定基础。