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2016年, 第30卷, 第5期
刊出日期：2016-09-10 上一期    下一期

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水稻粉质胚乳突变体ws的表型分析及基因克隆 潘鹏屹, 朱建平, 王云龙, 郝媛媛, 蔡跃, 张文伟, 江玲, 王益华, 万建民 2016, 30(5): 447-457.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6048 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2322KB) ( )   从甲基亚硝基脲(1-Methyl-1-Nitrosourea, MNU)处理的粳稻品种滇粳优1号突变体库中,筛选到一个稳定遗传的胚乳粉质突变体ws,其籽粒的千粒重、籽粒大小、总淀粉含量、直链淀粉含量等指标均降低,淀粉在尿素溶液中的膨胀能力减弱。对成熟及发育中的胚乳淀粉结构进行观察,发现ws突变体的胚乳中产生大量小而不规则排布的单淀粉颗粒。利用F2群体中分离出的92个隐性极端个体将突变基因连锁在第8染色体近着丝粒位置,随后共用2025个极端个体将目标基因定位于95 kb的区间。测序发现ws突变体中编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase, AGPase)小亚基S2的基因发生点突变,导致编码氨基酸的替换。基因表达分析发现,突变体胚乳中编码AGPase各亚基的相关基因表达量没有发生显著改变,而Western杂交分析显示突变体中AGPS2b的蛋白含量下降。同时,ws突变体的胚乳中AGPase活性下降为野生型的一半。研究结果表明,OsAGPS2的突变导致水稻胚乳中AGPase活性降低,从而影响了淀粉合成。

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干旱胁迫下杂草稻和栽培稻根系基因表达差异研究 丁国华, 孙健, 杨光, 张凤鸣, 白良明, 孙世臣, 姜树坤, 王彤彤, 郑洪亮, 夏天舒, 沈希宏, 马殿荣, 陈温福 2016, 30(5): 458-468.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5180 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2274KB) ( )   利用Affymetrix水稻表达谱芯片(GeneChip Rice Genome Array)研究抗旱杂草稻HEB07-2与巴西陆稻(IAPAR9)在PEG模拟干旱胁迫下根系基因表达变化。结果表明,杂草稻HEB07-2转录组对干旱信号的响应程度与方向均与巴西陆稻存在很大差异,HEB07-2以正向调控为主,而巴西陆稻以负调控为主。干旱胁迫下杂草稻HEB07-2与巴西陆稻分别有6878个和2923个基因表达,其中HEB07-2受干旱胁迫诱导上调的基因有4693个,下调的基因有2185个;而巴西陆稻则分别有983个和1940个。在差异基因表达的倍数上也是HEB07-2高于巴西陆稻。进一步的GO分析表明,在干旱胁迫下,HEB07-2和IAPAR9根系基因响应途径的差异表现为HEB07-2在钾离子转运(GO:0006813)、次生物质代谢(GO:0019748)、细胞生长(GO:0016049)、葡萄糖代谢(GO:0006006)、跨膜离子转运器活性(GO:0015075)、亚铁血红素结合体(GO:0020037)、氧化还原酶活性(GO:0016491)等方面基因显著上调,这与生理数据和表型数据一致。

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利用CRISPR/Cas9技术敲除水稻Pi21基因的效率分析 王芳权, 范方军, 李文奇, 朱金燕, 王军, 仲维功, 杨杰 2016, 30(5): 469-478.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6009 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6345KB) ( )   利用CRISPR/Cas9技术,针对Pi21基因的两个靶位点(靶位1和靶位2),构建基因敲除载体,转化水稻品种南粳9108。经PCR鉴定,获得了28株T0代阳性转基因植株。对靶位点酶切检测发现,靶位 1突变效率为78.57%,靶位 2突变效率为92.86%;靶位 1和靶位 2同时突变的效率为78.57%,突变效率较高。通过对靶位点进行测序,发现靶位点突变类型较多,包括碱基缺失、碱基插入、碱基缺失后插入其他碱基和大片段DNA缺失等类型。对突变株系进行氨基酸预测,发现大部分株系都存在移码突变现象而使基因突变彻底,少数株系表现为部分氨基酸的缺失或变异。成功敲除了水稻Pi21基因,并对突变效率和类型进行了分析,为进一步验证Pi21基因功能、培育广谱抗稻瘟病的水稻新品系奠定了基础。

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水稻矮秆多分蘖突变体mz3的遗传分析和基因定位 苏晓妹, 方宇星, 刘钰龙, 刘峰, 张所兵, 张云辉, 鲍依群 2016, 30(5): 479-486.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6037 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3806KB) ( )   通过EMS诱变粳稻品种中花11获得一个稳定遗传的矮秆多分蘖突变体mz3。遗传分析表明该突变性状受一对隐性基因控制,并利用mz3与籼稻品种南京11杂交建立的F2群体,将该基因定位在水稻第6染色体长臂上的SSR标记RM19353与RM510之间约747 kb范围内。由于该区间包含控制水稻株高和分蘖的D3基因,结合表型分析,推测突变基因与D3可能为一对等位基因。设计7对引物分别对中花11与突变体mz3的基因进行测序,结果显示,与中花11相比,D3基因在mz3中第636位核苷酸由G突变为A,使得编码色氨酸的密码子TGG突变为终止密码子TGA,导致翻译提前终止。进一步对定位群体中10个隐性极端个体测序,结果显示所有极端个体都带有该突变位点。亚细胞定位结果表明,突变体编码的D3蛋白与野生型一样定位在细胞核中,荧光双分子互补试验结果表明,突变体D3蛋白不能与D14蛋白发生互作,推测突变体编码的D3截短蛋白缺少了与D14互作的氨基酸序列,从而阻碍了独脚金内酯信号传递。因此,mz3表型很可能由D3基因突变引起。

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水稻粒宽基因GS5的功能标记开发和单倍型鉴定 裔传灯, 王德荣, 蒋伟, 李玮, 成晓俊, 王颖, 周勇, 梁国华, 顾铭洪 2016, 30(5): 487-492.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6038 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(436KB) ( )   水稻粒宽是影响籽粒粒形的重要因素之一,也是一个与水稻产量和稻米品质密切相关的重要性状。在基因GS5序列分析的基础上,对该基因第2外显子的ACC/CTA和第9外显子A/C的两个变异位点分别开发了功能标记,并将其用于294份水稻微核心种质和2007-2013年江苏省审定的65份粳稻品种的基因型鉴定。研究结果表明,这两个变异位点的等位变异在水稻籽粒的粒长、粒宽和长宽比性状上存在显著或极显著的差异;其在水稻微核心种质中组成的4种单倍型在水稻籼亚种的粒宽、粒厚和长宽比性状上存在极显著的差异,在粳亚种的粒宽和长宽比性状上存在极显著的差异;而江苏省审定的粳稻品种中仅发现Hap1和Hap2两种单倍型,其分别有64个和1个代表性品种。这些研究结果为水稻产量和稻米品质育种中充分利用GS5的优异等位基因或单倍型奠定了基础。

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机插方式和密度对不同穗型水稻品种产量及其构成的影响 胡雅杰, 钱海军, 曹伟伟, 邢志鹏, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 魏海燕, 郭保卫 2016, 30(5): 493-506.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6015 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1184KB) ( )   为探明不同机插方式下水稻适用穗型和适宜栽插规格,阐明不同机插方式下不同穗型水稻品种产量形成特征,选用大、中和小穗型各2个品种为试验材料,设置钵苗机插(行距33 cm)、行距30 cm毯苗机插和行距25 cm毯苗机插3种机插方式(记为A、B、C),研究机插方式和密度对不同穗型水稻品种产量及其形成和穗部性状的影响。钵苗机插设置3种株距,分别为12 cm、14 cm和16 cm(记为1、2、3),2种行距毯苗机插设置5种株距,分别为10 cm、11.7 cm、13.3 cm、14.8 cm、16 cm(记为1、2、3、4、5)。研究结果表明:1)钵苗机插,随着密度降低,大穗型品种产量呈先增后减,以A2最高;中、小穗型品种产量呈递减趋势,以A1最高。毯苗机插,随着密度降低,大穗型品种B方式产量呈先增后减,以B4最高,C方式呈递增趋势,以C5最高;中穗型品种B和C方式产量均呈先增后减,分别以B3和C4最高;小穗型品种B方式产量呈递减趋势,以B1最高,C方式呈先增后减,以C2最高。同一密度下,钵苗机插产量显著高于毯苗机插,增产幅度表现为大穗型>中穗型>小穗型,2种行距毯苗机插差异不显著。对2种行距毯苗机插而言,同一株距下,大穗型品种B方式产量高于C方式;中穗型品种株距为10 cm、11.7 cm、13.3 cm,B方式产量高,而株距为14.8 cm、16 cm,C方式产量高;小穗型品种除株距为10 cm外,C方式较B方式具有增产优势。2)随着密度降低,不同机插方式下不同穗型品种单位面积穗数减少,每穗粒数增加,群体颖花量变化趋势与产量一致,结实率和千粒重变化不一。同一密度下,不同机插方式间单位面积穗数相当,钵苗机插每穗粒数显著高于毯苗机插,每穗粒数增幅表现为大穗型>中穗型>小穗型,结实率和千粒重差异不显著。对2种行距毯苗机插而言,同一株距下,B方式单位面积穗数少于C方式,而每穗粒数则相反。3)随着密度降低,不同机插方式下不同穗型品种穗长、着粒密度、单穗质量、一次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗数和二次枝梗粒数呈增加趋势,一、二次枝梗数比值和一、二次枝梗粒数比值呈减少趋势。同一密度下,钵苗机插穗长、着粒密度、单穗质量、一次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗数和二次枝梗粒数高于毯苗机插。因此,钵苗机插应用大穗型品种宜适当降低密度,充分发挥大穗优势,提高群体颖花量而高产;中、小穗型品种宜采用高密度栽插,增加穗数以获得高产。毯苗机插应用大穗型品种宜采用行距30 cm,适当增加株距,依靠扩大穗型而高产;中穗型品种宜采用行距30 cm,配置中等密度,协调穗粒结构而提高群体颖花量;小穗型宜采用行距25 cm,适当减少株距,通过显著增加穗数以获得高产。

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不同播栽方式下杂交籼稻茎秆生长和穗粒形成特点及与气象因子的关系 田青兰, 刘波, 孙红, 何莎, 钟晓媛, 赵敏, 任万军 2016, 30(5): 507-524.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6012 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2093KB) ( )   为探明不同播栽方式下杂交籼稻幼穗分化期茎秆和幼穗生长的规律及差异以进一步明确不同播栽方式穗粒形成特点,于2014年采用两因素裂区试验设计,研究了机直播、机插和手插3种播栽方式下2个不同穗粒型杂交籼稻组合[宜香优2115(中穗型)和F优498(大穗型)]的穗分化期茎秆和幼穗生长规律和穗粒形成特点,并分析了幼穗分化期气象因素与幼穗和茎秆生长的关系。结果表明:1)基部向上第1至第3伸长节间长度分别在抽穗前20 d、16 d、12 d后趋于稳定,故基部第1、2节间的降长增粗应在抽穗前16 d之前;穗干质量和穗茎比在抽穗前12 d后迅速增加。2)从抽穗前16 d开始至抽穗期,穗茎干重比与多数枝梗和颖花性状呈显著或极显著正相关,穗与茎秆竞争同化物的能力直接影响到穗粒形成。3)机插穗分化中后期穗茎干质量比较高,且抽穗期穗干质量显著高于手插和机直播,有利于提高其每穗粒数,且机插拔节后群体生长率及单茎和群体干物质积累量较高,抽穗期叶面积指数较高,粒叶比高于机直播,较机直播更利于粒重的提高和穗长及着粒数的增加;大穗型品种F优498抽穗期穗干质量显著高于中穗型品种宜香优2115,且穗分化后期穗茎干质量比高于宜香优2115,是其每穗粒数高的重要原因;F优498穗部着粒较密,较大的叶面积指数及粒叶比利于大穗的形成。4)机插全生育期最长,机直播最短,且机插穗分化期历时较长,穗分化期积温和日照时数较高,为穗粒形成提供了较好的温光条件;茎秆长度和干质量及穗长受气象因子影响较大,孕穗前适宜的温度和一定的积温有利于茎秆和幼穗伸长及茎秆的物质充实。生产上应针对不同播栽方式及品种的生育进程差异,适时采取措施调节茎秆和幼穗生长及物质分配,在培育壮秆的基础上提高穗分化期穗茎比以达到增粒增产的目的。

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淹涝条件下水温对水稻幼苗形态和生理的影响 向镜, 陈惠哲, 张玉屏, 张义凯, 朱德峰 2016, 30(5): 525-531.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5183 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(618KB) ( )   为了研究淹涝水温对具有不同耐淹能力水稻材料形态和生理的影响,明确淹涝水温对水稻幼苗耐涝能力影响的机理,采用盆栽试验,选取导入耐淹基因的耐淹品种IR64Sub1和淹水敏感品种IR42以及耐淹能力较强的品种冈优725和泰优398,设计20℃和30℃两种水温进行淹水处理,淹水时间分为0, 3, 6, 9和12 d。结果表明较低淹水温度下,水中的溶氧量显著高于高水温处理;随着淹水时间延长,高水温处理溶氧量下降速度显著快于低水温处理。高水温条件下水稻幼苗株高增长率要显著高于低水温处理,虽然高水温处理下耐涝品种株高增长率也显著增加,但是增长量要显著低于其他材料。高水温处理水稻茎鞘内可溶性糖和淀粉消耗高于低水温处理,但随着淹水时间的延长两种温度处理间差异逐渐变小,较低的水温可以减少叶片叶绿素降解速率。因此,降低淹水温度可以提高淹水条件下水稻幼苗的成活率。以上结果揭示了低水温可以减少茎鞘的伸长,减少非结构性碳水化合物的消耗及叶绿素的降解,从而水稻淹涝后能维持较高的成活率。这些发现有助于理解较低洪涝水温下水稻存活更长时间的机理。

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氮肥用量和播期对优良食味粳稻直链淀粉含量的影响 姚姝, 于新, 周丽慧, 陈涛, 赵庆勇, 朱镇, 张亚东, 赵春芳, 赵凌, 王才林 2016, 30(5): 532-540.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6068 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(555KB) ( )   以直链淀粉含量不同的半糯粳稻新品种(系)为材料,设置高氮(450 kg/hm2)、中氮(300 kg/hm2)、低氮(150 kg/hm2)和不施肥(CK)4个氮肥水平,分期播种并进行短日照处理,研究了氮肥用量和播期对优良食味粳稻直链淀粉含量的影响。结果表明,氮肥用量对优良食味粳稻的直链淀粉含量有显著影响,随着氮肥用量的增加,直链淀粉含量有降低的趋势,两年均以高氮处理的直链淀粉含量最低。播期对优良食味粳稻的直链淀粉含量也有显著影响,随播期的推迟,直链淀粉含量呈降低趋势,这主要与抽穗后6~15 d的温度有关,高温可使直链淀粉含量提高。短日照处理的结果也证实了这一点。

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稻曲病菌T-DNA插入突变体B2510的插入位点分析 丁慧, 俞咪娜, 王亚会, 于俊杰, 尹小乐, 薄惠文, 黄星, 刘永锋 2016, 30(5): 541-551.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5198 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1537KB) ( )   以稻曲病菌T-DNA插入突变体库中致病力减弱突变菌株B2510为材料,通过分析T-DNA插入位点的侧翼序列和突变基因,分离出在稻曲病菌致病过程中起作用的基因。通过测定突变菌株B2510的生长速率、产孢能力及致病力发现,与野生型菌株P1相比,B2510田间接种表现为致病性减弱;在MM培养基上生长速率下降,而在PSA和TB3培养基中生长速率与野生型没有显著差异,但丧失产孢能力。Southern杂交显示T-DNA在突变菌株B2510中以双拷贝形式插入,利用TAIL-PCR技术扩增紧邻T-DNA两侧的侧翼序列,经过比对分析发现,T-DNA分别插在基因UV8b_1412的启动子区域和UV8b_1386的下游3'端,且稻曲菌基因组序列均未丢失,T-DNA上只有几个碱基发生变化。半定量RT-PCR分析基因的表达情况,显示两个基因在突变体B2510的表达量较P1均显著下降,推测T-DNA插入位点处的基因与稻曲病菌致病性相关,可能在某一阶段参与调控稻曲病菌在水稻上的致病过程。

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褐飞虱IR56种群的致害特征 郑瑜, 何佳春, 万品俊, 赖凤香, 孙燕群, 林晶晶, 傅强 2016, 30(5): 552-558.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.6016 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(609KB) ( )   含Bph3抗褐飞虱基因的水稻品种自20世纪80年代在东南亚推广后,迄今仍对褐飞虱有较好的抗性,受到我国抗褐飞虱育种专家的重视。在IR56水稻(含Bph3基因)上连续40多代胁迫饲养获得褐飞虱IR56寄主种群,从褐飞虱的生长、发育、繁殖以及水稻品种的抗感反应(SSST法测定)两方面对该种群的致害性进行了研究。结果表明:1)在抗性水稻IR56上,褐飞虱IR56种群的羽化率、初羽化成虫体质量、成虫寿命、产卵量、蜜露排泄量、体质量增量等均较褐飞虱TN1种群显著增加,若虫历期则显著缩短;与感虫水稻TN1上的IR56种群或TN1种群相比,除成虫寿命、蜜露排泄量和体质量增量显著下降外,羽化率、产卵量、卵孵化率无显著差异,初羽化成虫体质量、若虫历期尽管差异显著但数值上较接近(其差值不及IR56水稻上IR56种群与TN1种群差值的1/2)。2)水稻品种苗期抗性反应显示IR56水稻对褐飞虱IR56种群的抗性级别为7级,明显弱于对褐飞虱TN1种群的3级,但略强于TN1水稻对褐飞虱IR56种群或TN1种群的9级。显然,与褐飞虱TN1种群相比,褐飞虱IR56种群对抗性水稻IR56有较强的致害能力,与IR56种群或TN1种群对TN1水稻的强致害水平尽管有一定的差距,但多数指标较为接近。含Bph3基因的水稻品种RathuHeenati对IR56种群抗性为1级,推测可能与该水稻品种存在Bph3以外的其他抗虫基因有关。

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温度对不同叶龄长雄野生稻及其后代化感作用的影响 徐高峰, 申时才, 张付斗, 张玉华 2016, 30(5): 559-566.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5158 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(458KB) ( )   掌握温度对长雄野生稻(Oryza longistaminata)及其后代化感作用的影响, 对开发利用野生种质资源的化感抗草基因具有重要意义。采用直接树脂吸收法收集不同叶龄长雄野生稻及其后代在各温度条件下的根系分泌物,并以稗草作为受体,测定其化感作用。结果表明:1)温度、叶龄和温度×叶龄对水稻化感作用的影响与其自身化感潜力正相关,且对强化感和中化感潜力水稻(OL、F1、RL159 和RL169)的化感作用影响极显著,而对弱化感水稻(RD23和RL219)的化感作用影响不显著。2)供试条件下长雄野生稻及其后代根系分泌物对稗草的化感作用均为抑制作用,其中,低温不利于水稻化感潜力的发挥。15℃时, 强和中化感潜力水稻在不同叶龄对稗草的苗高、根长和生物量的抑制作用最弱,化感综合效应指数也显著大于同等叶龄的高温处理。3)高温有利于水稻化感潜力的发挥,但并非总是随温度的升高而增强。在6叶期和8叶期,水稻材料OL、F1、RL159和RL169随温度的升高化感作用逐渐增强,但在2叶期和4叶期则表现为先增强后减弱,在25℃时对稗草化感作用最强。4)在15℃时,强和中等化感潜力水稻在2叶期化感作用最弱,而在其他温度条件下,其化感作用随叶龄的增加表现为先减弱后增强,在2叶期化感作用最强。研究结果显示,温度对不同叶龄的水稻化感作用具有调控作用,幼苗阶段高温有利于强和中化感潜力水稻化感作用的发挥。