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2016年, 第30卷, 第3期
刊出日期：2016-05-10 上一期    下一期

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水稻泛素结合酶基因家族的生物信息学与表达分析 刘鑫, 张恒, 阚虎飞, 周立帅, 黄昊, 宋林林, 翟焕趁, 张君, 鲁国东 2016, 30(3): 223-231.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5177 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2244KB) ( )   泛素/蛋白酶体系统在植物的生长发育、形态建成和抗病反应等过程中起着重要的作用。近年的研究表明,某些病原菌能够模拟寄主植物泛素/蛋白酶体系统组分,从而达到利用该系统为病原菌服务的目的。泛素结合酶是泛素化反应过程中的第二个酶,对植物泛素/蛋白酶体系统的正常运行不可或缺。已有的研究表明,水稻基因组数据库中存在48个预测的泛素结合酶基因。为了初步揭示这些泛素结合酶基因在植物抗病防御反应中的功能,研究其与植物抗病性的关系。本研究通过生物信息学、RNA-seq和qRT-PCR的方法,分析了水稻泛素结合酶基因家族的特征及其表达模式。系统进化树分析表明,48个水稻泛素结合酶基因可分为3个大组,总共7个亚组。蛋白结构域分析表明,水稻泛素结合酶基因主要由一个泛素结合酶催化结构域组成。电子表达谱分析表明,大多数水稻泛素结合酶基因能被稻瘟病菌诱导表达。启动子区顺式作用元件分析表明,4个抗病相关顺式作用元件和1个过敏性反应相关顺式作用元件在48个水稻泛素结合酶基因的启动子区有很高的分布。稻瘟病菌接种亲和性和非亲和性水稻单基因系的RNA-seq结果表明,处理36 h读取到的水稻泛素结合酶基因为44个,其中高表达基因数量超过读取到的泛素结合酶基因总数的50%。qRT-PCR分析结果表明稻瘟病菌的侵染在亲和和非亲和组合中都能诱导部分水稻泛素结合酶基因的表达。在非亲和组合中水稻泛素结合酶基因的表达倾向于受到抑制。

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水稻迟抽穗突变体dth9的遗传分析与基因定位 叶卫军, 胡时开, 吴立文, 郭龙彪, 钱前 2016, 30(3): 232-238.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5156 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(885KB) ( )   在EMS诱变的93-11突变体库中筛选到一个稳定遗传的迟抽穗突变体dth9 (days to heading 9)。该突变体的抽穗期比野生型延长了50d左右,其他农艺性状基本无异。遗传分析表明迟抽穗性状受一个隐性核基因控制。以突变体dth9与日本晴和武运粳7号杂交构建的F2分离群体作为定位群体,利用SSR标记和新开发的8个InDel标记,将DTH9定位在第9染色体着丝粒附近D9-9和D9-17之间240 kb的区间内,该区域尚未发现与抽穗期有关的基因。此外,实时荧光定量PCR结果表明,在突变体dth9中与抽穗期相关基因的表达量显著降低。

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水稻类病斑突变体wy3的鉴定和基因定位 张宏根, 王茂宇, 张丽佳, 胡雅, 马佳琦, 张翼帆, 汤述翥, 梁国华, 顾铭洪 2016, 30(3): 239-246.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5176 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1494KB) ( )   在粳稻品种武育粳3号栽培群体中获得一个类病斑突变体wy3。该突变体类病斑出现于苗期,分蘖期扩散至整张叶片,属于扩散型类病斑突变体。相比野生型,突变体wy3的株高明显降低,有效分蘖数减少,穗长、每穗粒数、结实率均显著降低。遮光处理表明,突变体wy3类病斑的产生受自然光诱导。台盼蓝染色结果表明,类病斑部位有大量的死亡细胞。突变体wy3的光合色素含量和净光合速率较野生型显著降低,SOD、POD、CAT活性和MDA含量均显著高于野生型。遗传分析表明突变体表型受单隐性核基因控制,采用BSA将该基因初步定位在第2染色体短臂端粒附近。采用F2群体中1099株类病斑单株将基因定位在标记W2-17和W2-18之间28kb的物理距离内。测序结果表明,突变体wy3中的LOC_Os02g02000编码区(CDS)第375位碱基C缺失,导致翻译提前终止,突变体中该候选基因为OsHPL3的一个新等位基因。

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不同温光条件下水稻抽穗期QTL的定位与分析 王军, 朱金燕, 周勇, 杨杰, 范方军, 李文奇, 王芳权, 仲维功, 梁国华 2016, 30(3): 247-255.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5172 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1693KB) ( )   以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的85个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett多重比较,测验单片段代换系与广陆矮4号之间抽穗期的差异,对代换片段上抽穗期相关的QTL进行了定位。以P≤0.001为阈值,在南京和海南不同温光条件下共定位到40个抽穗期相关的QTL。其中,21个QTL在2个环境中均被检测到;15个QTL只在南京环境中被检测到;4个QTL只在海南环境中被检测到。南京环境中定位到的36个抽穗期相关QTL,其加性效应值变化范围为2.8 d~15.7 d,加性效应百分率变化范围为3.8%~21.1%;海南环境中定位到的25个抽穗期相关QTL,加性效应值变化范围为1.8 d~12.1 d,加性效应百分率变化范围为1.7%~11.3%。这些QTL的定位,为进一步精细定位并克隆相应主效QTL和优异品种特定环境下的生育期改良奠定了基础。

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转Cry30Fa1基因抗褐飞虱水稻的获得及鉴定 王海鹏, 黄晓西, 梁越洋, 朱军, 张翠霞, 王秀梅, 贡常委, 郑爱萍, 邓其明, 李双成, 王玲霞, 李平, 王世全 2016, 30(3): 256-264.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5190 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2421KB) ( )   将编码高效杀褐飞虱蛋白的苏云金芽胞杆菌基因Cry30Fa1密码子改造后,通过农杆菌介导法转入蜀恢818(R818),并最终获得46个转基因植株。通过定量PCR及Western Blot鉴定了Cry30Fa1在转录水平和蛋白水平的表达,并通过分子检测固定稳定表达的抗性基因,并结合传统育种系谱法选择具有优良农艺性状株系。对选育的株系在室内和大田环境下进行了抗虫性鉴定,选育的R818-Cry30Fal株系抗性明显优于亲本材料并达到抗的水平;在单株抗虫试验中,观察到了转基因株系对褐飞虱具有致死作用。说明转入Cry30Fa1基因使水稻产生了对褐飞虱抗性。培育出了具有抗褐飞虱蛋白的新型恢复系R818-Cry30Fal,为三系杂交育种提供了新的抗性材料并丰富了抗褐飞虱水稻种质资源。

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云南地方水稻品种抗稻瘟病基因Pita功能区段序列变异分析 马继琼, 杨奕, 孙一丁, 王炎炎, 许明辉 2016, 30(3): 265-272.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5188 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(517KB) ( )   稻瘟病抗性基因序列变异的分析与认识是挖掘水稻抗稻瘟病基因资源的基础。对来源于云南省56个县(市)的218份地方稻品种稻瘟病抗性基因Pita第二编码区功能位点区段的609个碱基进行了测序分析。结果表明,所有供试品种在此序列上有18个变异位点,存在46种DNA单倍型和28种蛋白类型,其中DNA单倍型Pita-H1、Pita-H2、 Pita-H6频率较高,三者比例分别为17.89%、29.82%、20.18%,合计67.89%,是云南的优势单倍型,而其他单倍型频率较低,频率0.46%~3.67%。携带Pita抗性基因(编码区第2752位功能位点碱基为G)的品种共61个,占供试材料的27.98%,其中39个品种(占63.93%)与越南抗性品种Tetep序列一致。Pita抗性基因在水稻各亚种和生态型中的分布是不平衡的,籼稻中的频率为35.06%,粳稻中为24.11%,水稻中31.03%,陆稻中21.92%,黏稻中30.77%,糯稻中18.37%。Pita抗性基因在云南省广泛分布,36县(市)检测到了Pita抗性基因,但南部地区频率高于其他地区,且有的县频率较高,呈小集中的特点,海拔2200m以上的7个品种未能检测到Pita抗性基因。

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氮肥对水稻节间和叶鞘非结构性碳水化合物积累转运特征的影响 潘俊峰, 王博, 崔克辉, 黄见良, 聂立孝 2016, 30(3): 273-282.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5128 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1151KB) ( )   以两优培九和扬稻6号为材料进行盆栽试验,研究低氮(N1)和高氮(N2)处理下水稻主茎上部3个节间和叶鞘非结构性碳水化合物(NSC)的积累转运特征及对氮肥用量的响应。结果表明:1)与N2处理相比,N1处理总体上显著促进灌浆早期两优培九倒2、倒3节间和叶鞘NSC的转运,对扬稻6号的影响差异不明显;N1处理显著增加了扬稻6号上部3个节间及叶鞘和两优培九倒3节间及叶鞘NSC表观转运量,也增加了两品种上部3个节间及叶鞘的NSC(总)表观贡献率。2) 两个氮肥处理下,供试品种的叶鞘(两优培九倒3叶鞘除外)NSC转运量和表观贡献率大于节间。3)两优培九倒2、倒3节间及叶鞘NSC表观转运量和贡献率、上部3节间及叶鞘的NSC总转运量与总表观贡献率在两个氮肥处理下均高于扬稻6号。4)N1处理下,两优培九和扬稻6号倒2、倒3节间及叶鞘的转运量分别占总转运量的92%和75%,贡献率分别占91%和76%;而N2处理下两优培九倒2、倒3节间及叶鞘的转运量占90%,扬稻6号倒2、倒3节间则无输出。本研究表明水稻上部3个节间和叶鞘的NSC (总)转运量品种间存在差异,并受施氮量和节/叶位的影响。在水稻高产和减氮栽培中,通过选用适宜品种和优化氮肥管理,增加花前茎鞘NSC积累和花后NSC再分配,对提高水稻产量潜力和氮效率,特别是对花后逆境和减氮条件下产量稳定具有重要意义。

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中日水稻品种杂交后代的株型性状与产量和品质的关系 徐海, 宫彦龙, 夏原野, 杜志敏, 闫志强, 王华杰, 陈温福, 徐正进 2016, 30(3): 283-290.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5174 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(523KB) ( )   以东北地区最具代表性的水稻品种辽粳5号(直立穗型)与日本著名的优质米品种秋田小町(弯曲穗型)杂交后采用单粒传法构建的F9重组自交系群体(以下简称RIL群体)为试材,研究中日水稻品种杂交后代株型性状的变化规律及其与稻米产量和品质的关系,结果表明,来自中日水稻杂交的RIL群体的株型性状、产量和米质性状均发生了分离和重组。株高、倒3、4节长和剑叶基角与产量呈显著正相关。植株越高、颈穗弯曲程度越大、倒3叶越窄长的株系,稻米的加工品质和外观品质越好。食味值与绝大多数株型性状的相关性未达显著水平,仅与倒3片叶的宽、二次枝梗数、着粒密度呈极显著负相关。产量与米质的相关分析表明,产量越高,整精米率就越高,但食味越差。中日水稻品种杂交后代的株型性状与产量和米质性状密切相关。尽管产量与食味很难统一,但RIL群体中仍然有极小部分产量高食味也好的株系,它们的主要株型特征是具有较长的穗长和较长的倒1节间长。

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茉莉酸甲酯对武运粳24和宁粳3号灌浆早期高温胁迫生理特性的影响 刘霞, 唐设, 窦志, 李刚华, 刘正辉, 王绍华, 丁承强, 丁艳锋 2016, 30(3): 291-303.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5063 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2833KB) ( )   以武运粳24和宁粳3号两个常规粳稻品种为材料,采用桶栽方式,研究高温条件下外源茉莉酸甲酯(MeJA)在灌浆早期对水稻生理特性及产量的影响。结果显示,喷施外源MeJA可以提高植株体内可溶性糖的积累量,维持膜的渗透平衡;外源MeJA通过增加叶片的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),降低水稻的叶温及穗温;MeJA通过减轻高温对光合系统的损害,进而提高PSⅡ的最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光合电子传递速率(ETR)及分配给光化学反应的光能(Pr)比例,并最终提高净光合速率(Pn)。高温条件下,武运粳24中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)的活性降低,而宁粳3号中的SOD、POD酶活性在高温后期则高于常温处理,而喷施MeJA能提高两品种SOD和POD两种酶在高温处理后期的活性,并降低丙二醛(MDA)的后期积累量,维持膜稳定性。综上所述, 在高温条件下,MeJA可以有效降低水稻植株温度,有效缓解高温胁迫对植株生理生化过程的伤害,并通过提高千粒重和结实率减轻高温导致的产量损失。

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粳稻超亲变异系籽粒谷氨酰胺合成酶基因表达特性及序列变异分析 徐振华, 曲莹, 刘海英, 朱立楠, 张忠臣, 金正勋 2016, 30(3): 304-312.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5150 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2045KB) ( )   选用籽粒蛋白质含量有显著差异的亲本和杂种后代超亲变异系,比较分析灌浆过程中籽粒蛋白质积累特性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性变化、GS基因mRNA表达量变化和基因碱基序列。结果表明,杂交后代通过籽粒蛋白质含量的连续定向选可获得超亲变异系,籽粒蛋白质积累量与基因型紧密相关;灌浆过程中籽粒GS活性呈单峰曲线变化,籽粒蛋白质含量与籽粒GS活性密切相关,而且籽粒GS活性也能产生超亲变异;在灌浆过程中籽粒蛋白质含量不同的亲本及超亲变异系籽粒GS1.3 和GS2 基因的mRNA表达量变化趋势基本一致,即随灌浆进程mRNA表达量逐渐增加,到抽穗后15~20d表达量最高,随后逐渐下降,呈单峰曲线变化;GS1.3 和GS2 基因mRNA表达量与籽粒蛋白质含量关系密切,GS基因mRNA表达量高的基因型籽粒蛋白质含量也高,而且超亲表达;尽管不同品种GS1.3 和GS2 基因碱基序列保守性很高,但不同品种水稻GS1.3 和GS2 基因的碱基序列和蛋白质氨基酸序列并不完全一致,存在着个别碱基不同的基因多态性,品种间有性杂交后代在基因分离和稳定过程中通过碱基的替换仍然能发生碱基的随机性变化及三联体密码和氨基酸的变化。

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孕穗期冷水胁迫对寒地水稻干物质生产的影响 王士强, 赵海红, 萧长亮, 赵黎明, 顾春梅, 那永光, 解保胜, 程式华 2016, 30(3): 313-322.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5187 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(850KB) ( )   以黑龙江省30份主栽水稻品种或品系为试材,在孕穗期设置17℃冷水灌溉处理(20 d),以常规栽培管理为对照,分析冷水胁迫对水稻干物质生产的影响。结果表明,冷水胁迫导致所有试材每穴实粒数、结实率、千粒重和产量下降,并根据相对结实率将试材耐冷性分为1、3、5、7和9级,以7和9级最多,1级最少,分别占总材料的30%和10%。在冷水处理下,全部材料抽穗期至成熟期干物质积累量及比例、群体生长率、净同化率、粒叶比、收获指数、叶面积指数、剑叶叶基角、剑叶和倒2叶与倒3叶披垂度均下降,但高效叶面积率增加。相关分析表明,冷水处理的相对结实率与收获指数(r=0.96**)、产量 (r=0.91**)、粒叶比(r=0.84**)和干物质积累量(r=0.48**)的冷水反应指数(CRI)呈极显著正相关,与群体生长率(r=0.44*)、净同化率(r=0.44*)和干物质积累比例(r=0.43*)的CRI显著正相关。综上,孕穗期冷水胁迫对水稻干物质生产的影响在品种间存在很大差异,在冷水胁迫下耐冷性极强品种(系)干物质积累量及比例、群体生长率、净同化率、粒叶比和收获指数对冷水反应迟钝,这是耐冷性极强品种(系)保持较高产量的重要形态特征和生理原因。

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近30年江西双季稻安全生产期及温光资源变化 吕伟生, 曾勇军, 石庆华, 潘晓华, 黄山, 商庆银, 谭雪明, 李木英, 胡水秀, 曾研华 2016, 30(3): 323-334.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5157 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(939KB) ( )   明确水稻安全生产期及温光资源的变化规律,是提高温光资源利用率和实现水稻高产稳产的重要基础。本研究分析了江西不同生态区(赣南、赣中、赣北)15个气象站近30年(1984-2013)逐日日平均气温、日照时数等气象资料,参照水稻生产中常用的安全生产临界温度指标,研究了近30年来不同地区50%和80%保证率下双季稻安全生产期及温光资源的变化规律。结果表明,1999-2013年(前15年)各地安全生产期及温光资源较1984-1998年(后15年)发生明显变化,且地区间存在一定的差异。早稻覆膜育秧安全播种期平均提前了10 d(气候变化倾向率-4.16 d/10a,下同),早稻安全直播期提前了4 d(-3.17 d/10a),早稻安全移栽期提前了2 d(-2.21 d/10a)。晚稻安全齐穗期延迟趋势不明显(1.16 d/10a),晚稻安全成熟期延迟了8 d(3.56 d/10a)。全年安全生产期天数在早稻覆膜育秧和直播条件下分别延长了18 d(7.72 d/10a)和11 d(6.73 d/10a)。安全生产期内温光资源总体呈温度明显升高、积温显著增加、日照时数无明显变化的特点。监测资料表明,近年来各地区实际生产日期作了相应的调整,但仍与安全生产日期存在较大偏差,因此,推算了近30年各站点80%保证率的安全生产日期,以就近指导各地稻作季节安排、种植方式选择及早晚稻品种搭配。最后,依据气候变化趋势,讨论了农艺措施的可能适应策略。