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2024年, 第38卷, 第1期
刊出日期：2024-01-10 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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基因编辑及全基因组选择技术在水稻育种中的应用展望 梁楚炎, 巫明明, 黄凤明, 翟荣荣, 叶靖, 朱国富, 俞法明, 张小明, 叶胜海 2024, 38(1): 1-12.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230503 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(324KB) ( )   水稻是我国主要的粮食作物。由于我国人多地少的现状，长期以来水稻的育种目标是以产量为导向。我国科研人员通过协同攻关实现了水稻育种技术突破，矮化育种和杂交水稻育种技术的利用促进了水稻产量两次大的飞跃。随着我国消费者生活水平的提高以及极端天气出现的频次上升，水稻育种对品质、抗性与耐逆等也提出了更高要求。目前，生物技术正在不断革新，特别是基因编辑和全基因组选择育种技术的迅速发展，为高产优质多抗耐逆的水稻新品种选育提供强有力支持，推动着我国水稻生产向绿色可持续发展。本文就基因编辑技术和全基因组选择技术在水稻高产优质、抗病虫、耐逆及杂种优势育种应用中的新进展进行简述，旨在为高效培育能够满足市场需求的水稻新品种提供一些育种思路。

研究报告

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利用龙稻5号/中优早8号RIL群体定位粒形QTL 侯本福, 杨传铭, 张喜娟, 杨贤莉, 王立志, 王嘉宇, 李红宇, 姜树坤 2024, 38(1): 13-24.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230602 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2738KB) ( )   【目的】粒形是决定稻米产量、品质和商品价值的重要数量性状之一。本研究旨在利用水稻重组自交系群体鉴定控制粒形的QTL，为水稻粒形基因的挖掘和长粒形粳稻育种应用奠定基础。【方法】以短圆粒形的粳型超级稻品种龙稻5号（LD5）为母本和细长粒形的早熟籼稻品种中优早8号（ZYZ8）为父本构建包含176个家系的重组自交系群体测定粒长、粒宽、长宽比和粒厚等粒形性状，分析粒形性状间的关系并进行QTL定位和比较分析。【结果】利用区间作图法共检测到8个粒形QTL，分布在3、5、6、7和11号染色体上，表型贡献率范围为4.69%~18.89%，LOD值范围为2.52~8.74。这8个QTL包括3个粒长QTL qGL3、qGL7和qGL11，2个粒宽QTL qGW3和qGW5，2个粒厚QTL qGT3和qGT6，1个长宽比QTL qLWR3。其中，qGL3、qGL7、qGW3、qGW5和qLWR3可以在3个年份稳定检测到。利用多环境联合分析共检测到14个粒形QTL，包括qGL2、qGL3、qGL7和qGL11共4个粒长QTL；qGW3和qGW5共2个粒宽QTL；qGT3、qGT5和qGT6共3个粒厚QTL；qLWR3a、qLWR3b、qLWR5、qLWR7和qLWR11共5个长宽比QTL，分布在2、3、5、6、7和11号染色体上，表型贡献率范围为2.28%~15.78%，LOD值范围为4.20~20.90。与已克隆的粒形基因进行染色体位置比较发现，qGL3/qLWR3区间包含已克隆的GL3.1；qGW5区间包含已克隆的GW5；qLWR3b/qGT3区间包含已克隆的TGW3。【结论】利用区间作图法和多环境联合分析的方法从龙稻5号和中优早8号的重组自交系群体中共鉴定了14个粒形QTL，其中8个QTL是两种方法重复检测到的。这些QTL定位区间内包含已克隆的GL3.1、TGW3和GW5等粒形基因。

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红米水稻抗氧化活性成分的遗传效应与环境互作 程祖锌, 肖长春, 张玉婷, 黄昕颖, 史夏蕾, 凌波, 王泓超, 陈小玲, 林荔辉 2024, 38(1): 25-32.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.221206 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(539KB) ( )   【目的】剖析红米水稻总酚、总黄酮、原花青素和花色苷的遗传效应，为高营养价值红米杂交稻的培育提供参考。【方法】以8个红米恢复系为父本，6个不育系为母本，配制48个杂交组合为遗传材料，利用加性-显性遗传模型(AD模型)及统计方法，分析在不同环境下红米水稻抗氧化活性成分的遗传效应、杂种优势、遗传相关及其与环境互作。【结果】花色苷、原花青素、总酚和总黄酮主要受遗传主效应控制，其中原花青素、总酚和总黄酮总狭义遗传率高，以基因加性效应为主，低代选择有效；花色苷以显性效应为主，适宜中、高世代选择。这4种抗氧化活性成分的表型、遗传、加性、显性、加性×环境互作和显性×环境互作均呈正向相关，相关系数大；原花青素的基因型×环境互作效应小，稳定性好，以此为选择指标可有效提高其他3种成分，减轻工作量，提高育种效率。高温有利红米水稻杂种后代抗氧化活性成分的积累，提高群体杂种优势。此外，提高不育系抗氧化活性成分含量，有利于培育高抗氧化活性成分含量的杂交后代；恢复系18Rr174、18Rr175可有效提高后代总酚、总黄酮、原花青素含量，且受环境影响小。【结论】采用植物数量性状的加性-显性遗传模型，可有效预测亲本抗氧化活性成分的遗传效应，18Rr174、18Rr175在高抗氧化活性成分红米杂交稻的选育上具有较高应用价值。

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穗分化末期－灌浆初期干旱胁迫对优质食味粳稻根系形态和叶片光合特性的影响 景秀, 周苗, 王晶, 王岩, 王旺, 王开, 郭保卫, 胡雅杰, 邢志鹏, 许轲, 张洪程 2024, 38(1): 33-47.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230804 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2122KB) ( )   【目的】研究穗分化末期至灌浆初期土壤干旱对优质食味粳稻根系形态生理与叶片光合特性的影响，为水稻抗旱栽培提供理论参考。【方法】以南粳9108和丰粳1606为供试材料，分别在穗分化末期至籽粒灌浆初期20 d(BAH)、穗分化末期10 d(BH)与灌浆初期10 d(AH)设置轻度干旱(LD, ψsoil = −20±5 kPa)、重度干旱(SD, ψsoil = −40±5 kPa)及常规水分(CK)处理。【结果】1）在处理结束当天、处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，根长、根表面积、根体积、根尖数、根干质量与根系活力均表现为SD<LD<CK，根冠比呈相反趋势。在处理结束时，BAH时段SD、LD均与CK差异显著，除根冠比外，BH、AH时段SD与CK差异显著，LD与CK无显著差异。处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，BAH时期SD与CK差异显著，除根尖数外LD与CK差异不显著，BH时期SD根系部分指标与CK差异显著，AH时期水分处理间无显著差异。2）在处理结束时、处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，剑叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qp)均表现为SD<LD<CK，非光化学猝灭系数(NPQ)呈相反趋势。在处理结束时，BAH时段SD、LD各指标均与CK差异显著，除Ci外SD、LD间差异也显著，BH、AH时段SD各指标均与CK差异显著，LD与CK差异不显著。在处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，BAH时段SD与CK差异显著，LD与CK差异多不显著，BH时段SD的Pn、Tr、Fv/Fm较CK差异显著，而AH时段各指标在水分处理间差异多数不显著。3）三处理时段下各胁迫处理间产量均表现为SD<LD<CK，BAH、BH时段不同水分处理间差异显著，AH时段LD、CK间无显著差异，但二者均与SD差异显著。【结论】BAH时期轻度干旱、重度干旱均会抑制根系生长与叶片光合能力，显著降低产量，其中轻度干旱影响较小。BH时期土壤重度干旱时，根、叶形态生理指标在处理结束后难以恢复至对照水平，AH时期轻度干旱、重度干旱处理各指标在处理结束后能较快恢复。可见，在穗分化末期至灌浆初期，水稻根系和叶片生长对穗分化末期干旱胁迫更为敏感。

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氮素穗肥对杂交籼稻籽粒灌浆影响及其与淀粉合成关键酶活性间关系 吴子牛, 何丽梅, 熊莹, 陈凯瑞, 杨志远, 孙永健, 吕旭, 马均 2024, 38(1): 48-56.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230401 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1038KB) ( )   【目的】为明确氮素穗肥对杂交稻籽粒灌浆和淀粉合成关键酶活性的影响。【方法】选用两个直链淀粉含量差异较大的杂交稻品种锦优1319(高直链淀粉)和蓉优702(低直链淀粉)，在不同的氮素穗肥处理下(设0、60、90和120 kg/hm2 4个纯氮水平，分别用CK、N1、N2、N3表示)研究氮素穗肥水平对籽粒灌浆和淀粉合成关键酶活性的影响。【结果】不同穗肥处理下杂交稻籽粒灌浆特性差异显著，且不同类型品种表现各异，其中氮素穗肥的施用显著降低了稻米的直链淀粉含量。锦优1319的Gmax和Gmean随氮素穗肥水平的变化均表现为N2>CK>N1>N3，而蓉优702则表现为N3>N2>CK>N1；施用氮素穗肥显著增加了花后5~25 d籽粒腺苷二磷酸焦磷酸化酶(ADPG)和淀粉分支酶(DBE)的活性，降低了花后5~15 d籽粒GBSS活性，降低了花后5~25 d籽粒淀粉合成酶(SSS)和SBE活性。【结论】高直链淀粉品种锦优1319籽粒灌浆的最佳氮素穗肥施用量低于低直链淀粉品种蓉优702：其中锦优1319的最佳氮素穗肥施用量为90 kg/hm2，蓉优702为120 kg/hm2。施用氮素穗肥显著降低了GBSS、SSS的活性，加之SBE活性下降，DBE活性提高，最终降低稻米直链淀粉含量。本研究条件下，籽粒ADPG活性未对稻米直链淀粉含量产生显著影响。

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不同食味水稻品种稻米淀粉结构与理化特性及其对氮素响应的差异 雍明玲, 叶苗, 张雨, 陶钰, 倪川, 康钰莹, 张祖建 2024, 38(1): 57-71.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230209 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1269KB) ( )   【目的】淀粉是稻米的主要成分，其构成及理化特性基本决定了稻米食味表现。探讨优良食味稻米的淀粉构成特征，并解析结实期氮素水平的作用效应，对优良食味水稻品种的调优栽培具有重要意义。【方法】以稻米食味有明显差异的水稻品种金香玉1号、武育粳3号、武密粳和淮稻5号为试验材料，设置结实期不同氮素水平处理，分析稻米淀粉理化特性与食味品质的关系及其对氮素水平的响应。【结果】稻米的食味值表现为金香玉1号>武育粳3号>武密粳>淮稻5号，不同氮素水平下表现一致。优良食味稻米的直链淀粉和蛋白质含量均较低；淀粉RVA谱崩解值较高，消减值较低，淀粉易于糊化；溶解度、膨胀势和淀粉颗粒形态较优，淀粉相对结晶度较高；短支链淀粉占比较高。随着结实期氮素水平的提高，稻米的食味值显著下降，直链淀粉含量有所降低，蛋白质含量显著增加，胶稠度变短，最高黏度和崩解值下降，消减值上升；淀粉的颗粒形态劣化；淀粉的糊化焓、相对结晶度和支链淀粉分支中的B2、B3链含量上升，溶解度、膨胀势、A链和B1链含量下降。稻米理化特性和食味值对氮素的响应存在明显的品种间差异，优良食味品种的食味品质较为稳定，对氮素的敏感度小于普通食味稻米。【结论】优良食味稻米的直链淀粉和蛋白质含量较低，直链淀粉含量、蒸煮特性和淀粉颗粒形态特征较优，淀粉结晶特性较好，短支链含量较多。结实期较高的氮素水平提高了支链淀粉长支链占比，增加了淀粉糊化所需能量，降低了淀粉溶解度和膨胀势，对稻米蒸煮食味品质有明显的劣化作用。

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灌浆期高温胁迫对早籼稻品质性状的影响 易晓璇, 刘玮琦, 曾盖, 罗丽华, 肖应辉 2024, 38(1): 72-80.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.221114 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(581KB) ( )   【目的】研究灌浆期高温胁迫对早籼稻碾磨、外观和蒸煮食味品质的影响，揭示早籼稻品质性状对灌浆期高温胁迫的响应规律。【方法】以R996、湘早籼45号和6个新育成的早籼稻品系为试验材料，以分期播种方式利用自然高温进行胁迫处理，分析了供试品系的碾磨、外观和蒸煮食味品质，筛选出对高温钝感和敏感的水稻品系，探究稻米品质性状对灌浆期高温胁迫的响应规律。【结果】稻米品质性状对灌浆期不同时段温度的敏感性不同，始穗后10 d内温度对稻米碾磨品质和蒸煮食味品质影响最显著，始穗后30 d内温度对稻米外观品质影响最显著。稻米品质对灌浆期高温胁迫的响应因性状而异，灌浆期高温胁迫显著降低糙米率、精米率、整精米率和粒长，显著提高垩白粒率、垩白度，劣化了稻米碾磨品质和外观品质；显著降低直链淀粉含量，提高米饭外观、米饭口感和米饭黏度，提升了米饭适口性。水稻品系对高温胁迫的响应因稻米品质性状而异，Q3、Q8、Q11、Q13属于碾磨品质高温钝感品系，Q3、Q4、Q5和Q11属于外观品质高温钝感品系且高温下蒸煮食味品质优。【结论】灌浆期高温胁迫会降低稻米的碾磨品质和外观品质，提高米饭适口性。水稻品系Q3和Q11碾磨品质、外观品质好且高温钝感，蒸煮食味品质优良，可望为早籼稻优质育种提供新的种质资源。

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不同抗感水稻品种对褐飞虱胁迫的高光谱响应特征 杨奇欣, 赖凤香, 何佳春, 魏琪, 王渭霞, 万品俊, 傅强 2024, 38(1): 81-90.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230409 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1366KB) ( )   【目的】探究不同抗感水稻受褐飞虱胁迫的高光谱反射率曲线变化及敏感光谱差异，研究水稻植株不同部位的高光谱变化。在此基础上，采用机器学习技术建立水稻褐飞虱抗性鉴定模型，为下一步开发智能化褐飞虱抗性鉴定技术提供重要基础资料。【方法】以三个具不同褐飞虱抗感特征的水稻品种(TN1、Mudgo、RHT)为对象，分析其光谱、植被指数差异并建立抗性级别预测的随机森林模型。【结果】研究发现，褐飞虱胁迫天数与光谱反射率显著相关的波段数及差异显著的波段数随着水稻的抗性水平的上升而减少。同时，在680 nm左右，三个品种的光谱反射率与褐飞虫胁迫时间的相关性最好。植被指数分析表明， SIPI、SR605/760和PSNDb与抗性级别的相关系数绝对值要高于680 nm的结果。感虫品种TN1差异最早体现，中抗品种Mudgo其次，高抗品种RHT最后。不同部位的差异首先出现在第1叶叶片和第1叶叶鞘，然后依次为第2叶叶片和第2叶叶鞘以及第3叶叶片和第3叶叶鞘。预测模型的结果表明，全波段作为输入的模型效果比以单一植被指数SIPI 构建的随机森林模型更好，模型准确率达到85.9%。【结论】本研究反映了不同抗感水稻品种受褐飞虱危害后的高光谱变化规律与不同抗感品种和不同部位的差异，并证实了机器学习技术对水稻抗性级别的分类能力。

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广西越冬稻螟种类及其空间分布型研究 黄芊, 龙丽萍, 吴锋, 程学江, 吴碧球, 李成, 黄所生, 黄凤宽, 凌炎 2024, 38(1): 91-98.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230608 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(636KB) ( )   【目的】水稻螟虫在广西广泛分布，严重威胁水稻生产，明确广西稻螟的越冬情况及其空间分布型，了解水稻螟虫的种类及分布情况，为其预测预报及科学防治提供依据。【方法】分别在桂东北、桂西北、桂东南、桂西南和沿海地区，共27个市（县）进行越冬螟虫调查，并采用棋盘式取样法，将稻桩带回室内仔细剥查鉴定螟虫种类及数量，分析螟虫种群的空间分布型。【结果】本次越冬调查结果表明，广西越冬螟虫种类有大螟(Sesamia inferens)、二化螟(Chilo suppressalis)、三化螟(Scirpophaga incertulas)和台湾稻螟(Chilotraea auricilia)，其中大螟和二化螟为优势种。三化螟主要分布在纬度23°－25°，其他螟虫在广西越冬未呈现明显规律。空间分布参数表明，除13、20和22号田块大螟呈均匀分布外，其他田块螟虫均呈聚集分布，且聚集度随密度的增加而升高。大部分田块螟虫聚集原因是由环境因素引起的。【结论】在广西，越冬螟虫呈聚集分布，大螟和二化螟为田间越冬优势种群，台湾稻螟次之，三化螟零星发生。

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辽宁盘锦地区稻飞虱天敌螯蜂种群动态研究 马晓慧, 邢亚楠, 郭莉, 刘郁, 车喜庆, 桑海旭 2024, 38(1): 99-105.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230302 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(776KB) ( )   【目的】螯蜂科昆虫是稻飞虱的重要天敌，兼具捕食与寄生习性，其在发挥稻田生态系统有害生物的自然调控功能方面具有重要意义，连续4年在我国粳稻重要产区辽宁省盘锦市进行稻田螯蜂科昆虫调查研究，以明确我国北方稻飞虱天敌螯蜂的种类及田间发生情况。【方法】以寄主稻飞虱体背出现“背囊”(下称“背囊”寄主，螯蜂卵期至幼虫期)、蜂茧(螯蜂幼虫期至蛹期)、螯蜂雌成虫三个虫态为考查指标，开展盘锦地区稻飞虱天敌螯蜂种类调查，研究了常规稻田和养蟹稻田中不同虫态螯蜂的种群动态，分析了常规稻田中螯蜂与寄主稻飞虱种群动态的相关性。【结果】结果表明，盘锦地区稻飞虱天敌螯蜂共有2种，分别为黑腹单节螯蜂[Haplogonatopus oratorius (Westwood)]和稻虱红单节螯蜂[Haplogonatopus apicalis R. C. L. Perkins]，优势种为黑腹单节螯蜂；8月15日盘锦地区养蟹稻田中，稻飞虱天敌螯蜂种群数量达到峰值(9.80±0.20 头/点)。考查螯蜂的不同虫态，雌成虫的数量峰值(4.40±0.60 头/点)、“背囊”寄主的数量峰值(6.40±0.51 头/点)、蜂茧的数量峰值(3.20±1.24 头/点)均出现在养蟹稻田，高峰期分别为7月30日、8月15日和9月15日。【结论】盘锦地区养蟹稻田中稻飞虱天敌螯蜂种群数量高于常规稻田，常规稻田中螯蜂与寄主稻飞虱种群动态无明显相关性。养蟹稻田几乎不施用杀虫剂，促使稻飞虱螯蜂科天敌种群密度增加，有利于其发挥稻田生态系统自然控害功能。

实验技术

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基于HRM技术开发水稻糊化温度基因ALK功能标记 王军, 周晶, 陶亚军, 李文奇, 朱建平, 范方军, 王芳权, 许扬, 陈智慧, 蒋彦婕, 李霞, 杨杰 2024, 38(1): 106-110.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.221203 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(756KB) ( )   【目的】糊化温度是影响稻米蒸煮食味品质的重要指标，ALK是控制水稻糊化温度的主效基因，开发可快速高通量鉴定ALK基因型的功能标记有助于提高水稻品质改良的效率。【方法】根据ALK基因4198位、4329位和4330位存在的单碱基差异，设计基于HRM技术检测的基因功能标记。【结果】通过PCR检测结合测序分析，筛选了ALK基因2个功能区域的功能标记ALKH4、ALKH5。利用ALKH4、ALKH5对81份籼稻品种、279份粳稻品种进行了ALK基因型检测，结果发现，16份粳稻和19份籼稻为G-GC基因型；51份粳稻为A-GC基因型；212份粳稻和62份籼稻为G-TT基因型。【结论】基于HRM技术开发的基因功能标记ALKH4、ALKH5可以快速高通量鉴定控制糊化温度ALK不同基因型，具有重要的应用价值。