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2017年, 第31卷, 第6期
刊出日期：2017-11-10 上一期    下一期

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水稻OsHKT基因表达模式分析 崔立新, 和亚男, 李亚萍, 谢先芝 2017, 31(6): 559-567.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7070 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(49899KB) ( )   【目的】 OsHKT(High-affinity K+ transporter)是与水稻耐盐胁迫有关的一类Na+或K+转运体或Na+-K+共转运体,对水稻体内Na+再循环,维持植株地上部特别是叶片中的低Na+浓度和低Na+/K+比具有重要作用。本研究的目的是分析OsHKT基因家族表达的组织特异性、昼夜节律性以及盐、ABA对其表达的影响。【方法】 利用荧光定量PCR技术分析OsHKT家族基因的表达模式。【结果】 OsHKT基因家族中不同成员的表达具有明显的组织特异性,OsHKT1;1、OsHKT1;3、OsHKT2;3以及OsHKT2;4主要在水稻的叶片中表达,其余基因在根中表达水平较高。分析盐处理后OsHKT家族基因在水稻根和叶中的表达模式,结果表明OsHKT家族基因的表达均受盐胁迫的影响,但是不同OsHKT家族成员对盐胁迫反应不同。盐处理后OsHKT1;5、OsHKT2;1和OsHKT2;2基因在根和叶中的表达模式是一致的,而其他家族成员在根和叶中存在差异。所有OsHKT基因的表达在根或叶片中均受ABA调控,其中只有OsHKT1;3和OsHKT1;5在根和叶片中表达模式相似。光周期表达模式结果表明,OsHKT基因家族成员的表达具有相似的昼夜节律性。【结论】 本研究结果表明水稻OsHKT家族不同成员的表达具有组织特异性和相似的昼夜节律性,并且不同成员对盐胁迫和ABA应答反应不同。这种表达模式可能与水稻在不同环境下的盐胁迫反应相适应。本研究结果为进一步揭示OsHKT基因的作用机制奠定了基础。

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两个垩白突变体的鉴定及突变基因的图位克隆 张习春, 鲁菲菲, 吕育松, 罗荣剑, 焦桂爱, 邬亚文, 唐绍清, 胡培松, 魏祥进 2017, 31(6): 568-579.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7003 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(82108KB) ( )   【目的】 研究两个水稻垩白突变体胚乳垩白的形成机制,为稻米品质改良提供理论基础。【方法】 以从中花11的EMS突变体库中筛选出的两个稳定遗传的垩白突变体eb6、eb7为材料,对其进行农艺性状、稻米理化性质和遗传学分析,并利用eb6与南京11衍生的F2群体对控制垩白的基因进行图位克隆。同时对候选基因的表达模式及淀粉合成相关基因在突变体及野生型中表达情况进行了分析。【结果】 与野生型相比,两个突变体胚乳中央部位呈现白色且不透明,淀粉复合颗粒形状不规则且排列疏松,而突变体胚乳边缘部位与野生型无异,都为半透明状,淀粉复合颗粒呈多面体且排列致密。相对于野生型,突变体eb6、eb7成熟种子中的直链淀粉含量和胶稠度显著降低,蛋白质含量显著升高。RVA谱分析显示突变体淀粉黏滞性明显低于野生型。同时,支链淀粉聚合度分析显示突变体eb6中聚合度(DP)小于16的短链显著增加,DP为16~23的中长链显著减少。遗传分析表明突变体eb6、eb7胚乳垩白表型由单隐性核基因控制,并且它们为一对等位突变体。利用突变体eb6与南京11杂交衍生的F2群体将突变体基因定位在第1染色体长臂上物理距离86.6 kb的区间内。该区间包含22个开放阅读框(ORF),其中ORF13编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶大亚基2(OsAGPL2)。序列分析发现eb6与eb7分别在OsAGPL2第3、第7外显子上发生1个单碱基替换,并分别导致一个氨基酸替换。RT-PCR及原位杂交结果显示,OsAGPL2主要在水稻发育中的籽粒中表达。同时OsAGPL2的突变导致了多个淀粉合成相关基因在水稻籽粒灌浆过程中的表达模式发生改变。【结论】 突变体eb6、eb7籽粒胚乳出现严重垩白表型为OsAGPL2突变所致。本研究进一步证明了OsAGPL2在调控水稻籽粒胚乳中淀粉的合成、淀粉复合颗粒的形成及稻米理化性质的平衡中起着重要的作用。

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水稻小粒基因SG101的鉴定和精细定位 汪玉琼, 杨窑龙, 冷语佳, 黄李超, 陈龙, 代丽萍, 涂政军, 高易宏, 胡江, 朱丽, 张光恒, 任德勇, 高振宇, 董国军, 陈光, 郭龙彪, 叶国友, 钱前, 曾大力 2017, 31(6): 580-589.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6152 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7983KB) ( )   【目的】 籽粒大小是决定水稻产量的重要农艺性状之一,开展水稻籽粒大小相关基因的克隆和功能研究对于阐述水稻产量形成的遗传调控机制具有重要意义。【方法】 利用甲基磺酸乙酯诱变粳稻品种中花11,筛选获得一小粒突变体,命名为sg101(small grain 101)。通过形态学、细胞学手段调查了SG101的突变对籽粒大小、穗部主要性状及颖壳细胞数目和大小的影响,通过测定叶夹角和胚芽鞘长度分析其对外施油菜素内酯的差异响应,结合定量PCR技术分析了油菜素内酯合成途径和信号途径相关基因表达情况,并利用图位克隆的手段精细定位了水稻小粒基因SG101。【结果】 与野生型相比,突变体sg101粒长和粒宽均极显著减小,从而导致千粒重极显著降低。此外,sg101还表现出结实率降低、穗长变短、二次枝梗数减少、植株变矮等。细胞学观察发现sg101的颖壳细胞大小没有改变,但细胞数目明显减少。定量PCR检测表明sg101中的细胞周期相关基因表达显著下降。另外,突变体sg101对外施油菜素内酯响应迟钝,其油菜素内酯合成途径和信号途径相关基因表达亦显著降低。【结论】 遗传分析表明sg101突变体由隐性单基因控制,通过图位克隆的方法将SG101精细定位于第1染色体上,物理距离为265 kb的区间内。这为该基因的克隆及深入的功能研究奠定了基础。

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水稻分蘖角基因TAC1的育种应用价值分析 陈宗祥, 冯志明, 王龙平, 冯凡, 张亚芳, 马玉银, 潘学彪, 左示敏 2017, 31(6): 590-598.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7100 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(278KB) ( )   【目的】 分蘖角度是水稻重要株型性状,合理的分蘖角度是培育理想株型、达到高产育种的一个关键因素。【方法】 以控制水稻分蘖角度增大的显性主效数量基因TAC1为研究对象,构建不同品种背景下的TAC1近等基因系,通过单本栽插、多本栽插/高产栽培以及纹枯病菌接种鉴定,分析TAC1对其他农艺性状、纹枯病抗性、产量及品质的影响。【结果】 同一背景近等基因系之间比较,TAC1使水稻品系分蘖角度增加,有利于减轻纹枯病危害,对其他农艺性状无不利影响。在高产栽培条件下,不同背景TAC1系有效穗数均多于tac1系;籼稻特青背景下,TAC1系结实率、千粒重及单株产量均高于tac1系;美国稻Lemont背景下,TAC1系结实率、千粒重及单株产量均低于tac1系;粳稻武陵粳1号、镇稻88背景下,TAC1系结实率和千粒重均略低于tac1系,单株产量略高于tac1系,差异不显著。加工及外观品质方面,特青TAC1系优于tac1系,武陵粳1号、镇稻88以及Lemont背景TAC1系较tac1系有劣化趋势,差异均不显著。【结论】 叶片较长的籼稻品种,适宜的分蘖角度范围较窄,叶片较小的粳稻品种,适宜的分蘖角度范围较宽。适当增加水稻品种的分蘖角度,有利于减轻纹枯病危害。TAC1可用于株型紧凑型籼稻品种及粳稻品种的株型改良。

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不同秧龄下机插方式与密度对杂交稻根系生长及氮素利用特征的影响 李应洪, 孙永健, 李玥, 吕腾飞, 蒋明金, 严奉君, 马均 2017, 31(6): 599-610.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7019 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(346KB) ( )   【目的】 机插秧是当前我国水稻种植发展的主要方向,探索不同秧龄下机插方式与密度对杂交稻根系生长及氮素利用特征的影响,对提高水稻产量和氮肥利用率,加快水稻机械化高产高效栽培技术的集成具有重要意义。【方法】 以超级杂交稻F优498为材料,采用两因素裂区试验设计,在25 d和40 d秧龄下,通过“钵苗机插+高密度”、“钵苗机插+中密度”、“钵苗机插+低密度”、“毯苗机插+高密度”、“毯苗机插+中密度”、“毯苗机插+低密度”6种机插方式与密度配合的处理,研究其对氮素利用特征、根系生长特性的影响,并探讨根系生长与氮素利用及产量的关系。【结果】 各生育时期氮素吸收与各阶段氮素积累量,齐穗至成熟期氮素吸收速率、茎和叶的氮素转运量、穗部氮素增加量、氮素偏生产力、拔节后根系干质量以及产量,25 d秧龄均较40 d秧龄优势明显。在相同秧龄下,与毯苗机插相比,钵苗机插可促进杂交稻各生育时期根系生长,提高氮素积累及吸收速率,增加结实期各器官氮素的转运量,从而提高稻谷产量;尤其在秧龄25 d、钵苗机插株距为15.5 cm时,较其他处理优势明显,为本研究最优处理。毯苗机插在25 d秧龄与株距为12 cm时,也能够获得较高产量;密度降低,提高了根冠比及茎叶转运率,但降低了各时期的氮素积累量、吸收速率以及结实期茎叶的转运量,产量较低。相关性分析表明,不同秧龄机插方式与密度配合下,主要生育时期根干质量与产量及氮素吸收利用均存在极显著正相关( r = 0.47**~ 0.83**),齐穗和成熟期根冠比与产量及氮素吸收利用均极显著负相关( r = -0.52**和-0.79**)。【结论】 机插杂交稻25 d秧龄根系生长及氮素利用特性均优于40 d秧龄,且钵苗较毯苗机插能优化水稻个体与群体关系,但其机插密度不宜过高或过低,行距与株距以33 cm×15.5 cm为宜,可促进氮素吸收利用及产量同步提高;且拔节与成熟期根系的生长对产量影响显著。研究结果可为水稻钵苗机插秧高产高效栽培技术集成及应用提供技术和实践依据。

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不同氮肥处理下机插杂交稻的根系动态生长特征研究 刘科, 叶昌, 刘少文, 陆键, 高梦涛, 卢碧林, 田小海, 张运波 2017, 31(6): 611-618.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7009 611 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1296KB) ( )   【目的】 研究不同氮肥用量下机插杂交稻的根系生长特征的变化规律及其与产量关系。【方法】 以两个杂交水稻组合全两优1号和全两优681为供试材料,设置N0(0 kg/hm2)、N1(150 kg/hm2)和N2(250 kg/hm2)氮肥处理。利用Minirhizotron分析两个品种移栽后20 d至开花期在0~30 cm土层中的根系分布和动态变化特征。【结果】 研究结果表明,氮肥处理对两个杂交稻根数、根长、根体积和根表面积影响显著。N2处理下两个品种的总根数显著多于N1,且全两优1号和全两优681的总根数相比对照N1分别增加了12.3%和17.6%,两个品种的总根量在移栽后65 d达到最大值。随着施氮量的增加,两个杂交稻品种的根数、根长、根体积和根表面积在0~10 cm和10~20 cm两个土层深度均有所增加,其中以10~20 cm土层深度的根量增幅最为显著。10~20 cm土层深度的总根长与产量、根数与产量显著相关,且相关系数分别高达0.80和0.87,且全两优681在10~20 cm土层深度为的总根量要显著高于全两优1号。【结论】 高氮下总根量增加,但10–20 cm土层中的根系分布对产量影响最大,因此,生产中通过培育和增加深层根系的比例有利于水稻实现高产高效。

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江苏省早熟晚粳高产水稻新品种氮素吸收利用特征及成因分析 吴越, 胡静, 陈琛, 张家星, 李万元, 唐东南, 仲军, 羊彬, 朱正康, 姚友礼, 王余龙, 董桂春 2017, 31(6): 619-630.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7014 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(927KB) ( )   【目的】 为阐明江苏省早熟晚粳新品种氮素吸收与利用的品种差异及其影响因素,【方法】于2012-2013年在江苏（武进）水稻研究所,以江苏省新近育成的8个早熟晚粳稻为供试材料,研究其与对照在产量、氮素吸收、氮素利用上的差异,分析氮素吸收利用及影响因素。【结果】 1) 8个早熟晚粳新品种实收产量均高于对照宁粳1号,平均增加7.87%,其中,武运粳29、武运粳23、扬粳4227、通粳981极显著高于对照;新品种总吸氮量和氮素籽粒生产效率分别比对照平均增加4.97%、2.85%。随着品种吸氮量、氮素籽粒生产效率的提高,稻谷产量均增加;2)高产新品种干物质生产量高、吸氮强度大、单穗吸氮量多和抽穗后吸氮量多,导致总吸氮量多;3)高产新品种结实期茎鞘叶氮素转运量、转运率大,氮素比例下降值大,成熟期茎鞘叶氮素比例低,结实期穗氮素增加量大,成熟期穗氮素比例高,这些特征均有利于总吸氮量、氮素籽粒生产效率的提高,且对前者的促进作用明显大于后者;4)高产新品种氮素收获指数、氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力等指标均高于对照,产量越高趋势越明显。总氮吸收量、氮素籽粒生产效率高的品种有利于氮素收获指数、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力的提高,但前者的影响更大。吸氮量高的品种氮肥利用率也较高,氮素籽粒生产效率高的品种氮素干物质生产效率、氮肥生理利用率也高。【结论】 在苏南稻区,8个早熟晚粳新品种产量明显高于对照,氮肥（素）吸收利用率、总吸氮量、氮素籽粒生产效率均比对照表现出一定的优势。

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粳稻种质资源芽期耐盐性综合评价与筛选 田蕾, 陈亚萍, 刘俊, 马晓刚, 王娜, 杨兵, 李莹, 郭海东, 李娟, 胡慧, 张银霞, 李培富 2017, 31(6): 631-642.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.6168 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1129KB) ( )   【目的】 土壤盐渍化是危害水稻生产的重要非生物胁迫之一。鉴定水稻种质资源发芽期耐盐性,筛选耐盐指标,培育耐盐品种,对水稻生产的发展具有重要意义。【方法】 利用125 mmol/L NaCl溶液对64份粳稻种质资源进行盐胁迫,于胁迫后3 d测定发芽数;胁迫5 d、10 d后,测定发芽数、芽长和根长,并计算相对芽长、根长、发芽势、发芽率、盐害率,发芽指数和活力指数。运用多种统计学方法对各种质资源的芽期耐盐性进行综合评价,分析典型耐盐和盐敏感种质盐胁迫条件下的发芽特征。【结果】 相对盐害率与相对根长、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数和活力指数均极显著负相关;除相对芽长外各指标间的相关性均达到极显著水平。通过聚类分析将64份粳稻种质资源划分成4个类群。第Ⅰ、Ⅳ类群分别为典型的盐敏感和耐盐类群,第Ⅱ类群为弱耐盐种质为主的混合类群,第Ⅲ类群主要由耐盐种质组成。通过主成分分析将7个评价指标转换为3个主成分,应用隶属函数和权重,获得了客观评价粳稻种质资源耐盐性的综合评价值 D。分别选取D值最高和最低的5份种质资源进行芽期耐盐指标的差异显著性分析,结果表明,两组种质资源盐胁迫5 d的各评价指标差异均达到极显著水平,10 d的评价指标除相对芽长外,均达到了显著差异水平。【结论】 水稻芽期对盐胁迫较为敏感,且耐盐性不同的种质间差异显著。利用逐步回归和主成分分析获得发芽指数、相对根长和相对盐害率3个指标,可作为快速鉴定粳稻种质资源芽期耐盐性的重要指标,若采用多元统计方法评价可靠性更高。

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共生菌Arsenophonus、水稻品种和温度对褐飞虱黄绿绿僵菌发病率的影响 朱欢欢, 陈洋, 万品俊, 王渭霞, 赖凤香, 傅强 2017, 31(6): 643-651.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7012 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1066KB) ( )   【目的】 研究共生菌Arsenophonus、水稻和温度对褐飞虱黄绿绿僵菌发病率的影响,揭示影响褐飞虱黄绿绿僵菌发病的重要因子。【方法】 通过共生菌Arsenophonus（感染和未感染）与水稻品种（TN1、IR56和Mudgo）以及Arsenophonus与温度（21℃、23℃、25℃、27℃、29℃和31℃）两个二因素完全随机区组试验,观察喷黄绿绿僵菌孢子悬浮液后不同时间褐飞虱黄绿绿僵菌的发病率。【结果】 喷黄绿绿僵菌孢子悬浮液后,不同水稻品种上褐飞虱发病率均以含Arsenophonus的试虫较低,而不同温度下的褐飞虱发病率则仅喷菌处理后第3 d和5 d时在25℃、27℃和29℃时含Arsenophonus的试虫发病率显著较低,其他温度下无显著差异。双因素方差结果表明,Arsenophonus与水稻品种双因素试验中均以含Arsenophonus褐飞虱黄绿绿僵菌的发病率显著较低,而Arsenophonus与温度双因素试验中仅在喷菌处理后第3 d、5 d以含Arsenophonus褐飞虱黄绿绿僵菌的发病率显著较低。温度显著影响褐飞虱的发病率,23℃~29℃条件下褐飞虱的发病率较高,LT50较短,为黄绿绿僵菌侵染褐飞虱的适温范围。其中,27℃时发病率最高,LT50最短,最为适宜;31℃和21℃条件下褐飞虱发病率较低,LT50较长,不利于黄绿绿僵菌对褐飞虱的侵染。温度还影响含Arsenophonus与不含Arsenophonus试虫LT50的相对大小。其中,含Arsenophonus试虫LT50在27℃、29℃时相对较长,在其他温度下则相同甚至较短。【结论】 共生菌Arsenophonus显著抑制黄绿绿僵菌对褐飞虱的致病力,且该作用受到温度的显著影响;温度亦显著影响褐飞虱的黄绿绿僵菌发病率,而水稻品种以及Arsenophonus和水稻品种间、Arsenophonus和环境温度间的交互作用均无显著影响。

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水稻干尖线虫Ab-lea基因在高渗透压下的表达 陈俏丽, 王峰, 李丹蕾, 零雅茗, 张瑞芝 2017, 31(6): 652-657.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7004 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(625KB) ( )   【目的】 水稻干尖线虫(Aphelenchoides besseyi)在侵染寄主以前,能够以变渗隐生状态在土壤和种子中的高渗透压环境下长期存活,使防治该线虫极为困难。通常,非生物胁迫下,胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA)的基因表达量会显著上调。作为逆境表达蛋白,LEA能在逆境下保护生物。为探究水稻干尖线虫LEA编码基因(Ab-lea)在高渗透压胁迫下的表达模式及功能,【方法】根据转录组数据克隆到Ab-lea。以无机溶剂饱和MgSO4·7H2O溶液为高渗透压胁迫剂,对水稻干尖线虫进行高渗透压胁迫,240 min后该线虫进入变渗隐生。通过RT-PCR验证Ab-lea在线虫进入变渗隐生及维持变渗隐生过程中的表达特性。使用RNAi技术,探究该线虫Ab-lea沉默后,高渗透压胁迫下存活率变化。【结果】 RT-PCR结果表明,Ab-lea在进入变渗隐生前期及维持变渗隐生过程中表达量上调。Ab-lea沉默后,水稻干尖线虫在进入变渗隐生后存活率显著下降。【结论】 表明该基因可能参与调控水稻干尖线虫变渗隐生。本研究为进一步探究该线虫抗高渗透压胁迫的生理机制奠定基础,为防治该线虫提供新思路。

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减数分裂期高温对水稻穗粒数影响的定量分析 石春林, 骆宗强, 江敏, 侍永乐, 李映雪, 宣守丽, 刘杨, 杨沈斌, 于庚康 2017, 31(6): 658-664.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7032 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1363KB) ( )   【目的】 穗粒数是水稻产量构成因子之一。为明确减数分裂期高温对水稻穗粒数的可能影响,构建其定量估算模型,【方法】于2014–2015年以两优培九和南粳45为供试材料,于减数分裂期设置不同强度和持续时间的高温处理,以自然无高温环境为对照,分析了减数分裂期不同高温强度和高温持续时间对穗粒数的影响,建立了减数分裂期高温与穗粒数的定量关系,最后根据温度日变化特征,构建了自然环境下的减数分裂期高温对穗粒数的定量影响算法。【结果】 减数分裂期高温对穗粒数的影响程度与高温强度、持续时间有关。同样高温条件下,穗粒数随高温持续天数增加呈指数减少;日相对穗粒数随温度增加而减少,可用二次曲线进行描述。穗粒数对高温敏感的终止时间大约为抽穗前5 d。利用2015年试验资料对上述模型进行了检验,两优培九和南粳45穗粒数模拟值的相对均方根差为0.094和0.085,说明模型可很好地模拟减数期高温对穗粒数的影响。【结论】 对完善高温对水稻生长过程的定量影响具有重要作用。

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水稻粒形遗传与长粒型优质粳稻育种进展 黄海祥, 钱前 2017, 31(6): 665-672.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2017.7115 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(685KB) ( )   水稻粒形遗传机制和粒形育种一直是水稻品质和产量研究的重要领域。在粳稻品种选育中,对长粒形遗传种质的选择,已经成为近年来一种新的育种趋势。我们在总结粒长及其相关性状的遗传研究进展和已知粒长相关基因功能的基础上,系统地介绍了南方稻区长粒粳稻的育种历程及其选育策略。同时,对以品种嘉禾218为代表的南方长粒晚粳稻系列品种农艺性状和品质特性进行了比较,在阐明长粒粳稻优质、高产的品种特点的同时,提出长粒晚粳育种中选择粒形、兼顾株型、保产提质的选育思路。