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2021年, 第35卷, 第5期
刊出日期：2021-09-10 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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水稻镉胁迫响应机制及防控措施研究进展 许肖博, 安鹏虎, 郭天骄, 韩丹, 贾玮, 黄五星 2021, 35(5): 415-426.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.201209 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3128KB) ( )   土壤镉污染是日益严重的环境问题之一。水稻是镉吸收能力最强的大宗谷类作物。水稻对镉的积累及向食物链的转移给人类健康带来威胁。近年来在水稻对镉的吸收和积累过程及其影响因素方面的研究取得了一系列重大进展。本文从镉对水稻种子萌发、生长和发育、产量的影响;土壤中镉的活化、木质部装载运输、韧皮部向籽粒转移三个过程的生理与分子机制以及品种选育、土壤修复、农艺调控等防控措施三个方面进行了综述。以期为水稻镉胁迫相关研究提供理论参考,并为制定降低稻米镉含量的有效策略提供依据。

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水稻叶片衰老基因LPS1的克隆与功能研究 褚晓洁, 芦涛, 叶涵斐, 王盛, 林晗, 吴先美, 何瑞, 严钢, 王跃星, 李三峰, 路梅, 胡海涛, 杨窑龙, 饶玉春 2021, 35(5): 427-438.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.210303 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3724KB) ( )   【目的】早衰突变体是研究早衰机制的良好载体,对于探究早衰的遗传机理与作用机制及提高水稻的产量和品质具有重要作用。【方法】本研究利用EMS诱变获得了一个早衰突变体lps1,并对该突变体及其野生型进行表型观察、细胞学及组织化学分析、生理生化分析、遗传分析、基因定位和激素处理。【结果】lps1的叶片从3叶期开始发黄,成熟期株高、有效分蘖数、结实率、千粒重等极显著降低。电镜观察发现lps1叶表面光滑,硅质化突起和叶绿体数目减少、片层结构紊乱。生理生化分析表明lps1中有大量的活性氧积累,同时伴有蛋白质的降解、细胞膜的损伤以及大规模的细胞死亡。遗传分析表明该早衰表型受单隐性核基因控制,并且其在第5染色体上编码了一个泛素结合酶。亚细胞定位结果证明LPS1蛋白在细胞质与核中均有表达。外源激素处理发现,lps1对外源激素的处理更为敏感,且LPS1突变促进了ABA合成相关基因的表达。【结论】LPS1 突变使水稻ABA合成信号途径异常,进而引发H2O2等一系列与衰老相关生理指标的异常变动,导致lps1过早衰老,最终造成水稻产量严重降低。

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水稻富含半胱氨酸类受体激酶家族基因对纹枯病菌和植物激素的响应特征分析 冯志明, 王广达, 赵剑华, 居冉, 李梦臣, 高鹏, 胡珂鸣, 陈宗祥, 左示敏 2021, 35(5): 439-448.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.210305 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(26917KB) ( )   【目的】明确水稻富含半胱氨酸类受体激酶（Cysteine-rich receptor-like kinases,CRK）家族基因对纹枯病菌侵染和植物激素的响应特征,是解析CRK在水稻纹枯病抗性中的功能的重要前期工作。【方法】利用生物信息学方法构建了水稻45个CRK的系统发育树,并利用qPCR分析了它们对纹枯病菌和对植物激素乙烯（Ethylene,ET）、茉莉酸（Jasmonic acid,JA）、水杨酸（Salicylic acid,SA）和细胞分裂素（Cytokinin,CK）等的响应特征,以及在水稻不同组织中的表达模式。【结果】水稻CRK家族可分为4个组,在染色体上成簇或紧密分布的CRK大部分来自同一组或同一分支。41个CRK响应纹枯病菌侵染,其中17个响应强烈;结合组织表达模式,发现这17个CRK基因中,CRK15、CRK23、CRK24、CRK26、CRK27、CRK28、CRK29、CRK30、CRK31和CRK33等10个基因在叶鞘和叶片中表达较强,暗示这些基因可能参与了对纹枯病的抗性;大部分同一分支的两个同源性较高的CRK对纹枯病菌的响应特征类似, 表明这些CRK基因在调控纹枯病抗性上可能存在功能冗余。40个CRK对3种或4种植物激素均有响应,它们对不同激素的响应存在差异性,说明CRK可能广泛参与这些激素介导的防御信号途径;对JA和SA响应相反的有17个,对JA和SA、ET和JA、ET和SA响应类似的分别有21、21、23个。这不仅反映了ET、JA、SA信号途径间的协同和拮抗作用,也说明这些基因可能参与ET、JA和SA间的交互作用。【结论】鉴定到一些可能参与调控水稻纹枯病抗性的CRK基因,且它们可能在植物激素介导的防御途径中起作用。这为我们进一步探索CRK在调控水稻纹枯病抗性上的功能提供了科学线索。

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利用QTL-Seq定位粳稻整精米率QTL 陈喜娜, 袁泽科, 胡珍珍, 赵全志, 孙红正 2021, 35(5): 449-454.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.201105 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(21798KB) ( )   【目的】稻米整精米率是加工品质的重要评价指标之一,其QTL定位将为提升稻米品质提供理论依据。【方法】通过两个粒型相近、整精米率差异极大的粳稻材料构建的F2分离群体为材料,利用QTL-Seq方法对分离群体中的高整精米率单株和低整精米率单株进行混池重测序以定位粳稻整精米率QTL位点。【结果】经过QTL-Seq分析发现在第8和第12染色体区间存在控制粳稻整精米率的QTL位点。进一步通过200个F2分离群体单株对第8和12染色体进行InDel分子标记QTL作图,发现粳稻中控制整精米率的QTL位点：qHRR8.1、qHRR8.2和qHRR12。其中,位于第8染色体21.8-23.2 Mb的qHRR8.1表型贡献率达到10.80%,其他两个QTL的贡献率较小。qHRR8.2位于第8染色体24.2-25.2 Mb,表型贡献率为3.26%。位于第12染色体的2.9-4.5 Mb的qHRR12表型贡献率为4.06%。【结论】本研究定位了1个控制粳稻整精米率的主效QTL位点qHRR8.1,对克隆粳稻整精米率控制基因以及在品质育种中提高粳稻整精米率有一定的参考价值。

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姊妹系间杂交快速培育优良食味半糯粳稻新品种的育种效果 王才林, 张亚东, 陈涛, 朱镇, 赵庆勇, 姚姝, 赵凌, 赵春芳, 周丽慧, 魏晓东, 路凯, 梁文化 2021, 35(5): 455-465.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.210405 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4465KB) ( )   【目的】优良食味半糯粳稻由于食味品质优良,在长三角地区受到广大农户和消费者的青睐,已成为该地区优质稻米品牌打造的主力品种。为了加快新品种培育速度,我们尝试通过生育期不同的优良食味半糯粳稻姊妹系间杂交的方法培育半糯粳稻新品种。【方法】以来源于武香粳14/关东194的中熟晚粳稻南粳46(全生育期165~170 d)与迟熟中粳稻南粳9108(全生育期150~155 d)互交,通过F2单株选择和F3~F5的优系选择,在F6获得了38个生育期不同(全生育期140~170 d)的半糯新品系。以亲本南粳46和南粳9108为对照,对新品系进行多年多点的比较试验及产量和抗性鉴定,分析新品系的淀粉理化指标、RVA谱特征值和食味品质。【结果】绝大多数性状有超亲表现,且多数入选新品系农艺性状稳定快,食味品质好,综合性状优良,产量较高。其中,南粳9036、南粳9308、南粳9008已通过江苏省品种审定,5个新品系正在参加各级区域试验。【结论】通过食味品质和综合性状优良、生态类型不同的半糯粳稻姊妹系间杂交,可以快速培育优良食味半糯粳稻新品种。

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红壤性稻田紫云英与化肥减施对早稻品质与养分吸收的影响 唐先干, 谢金水, 徐昌旭, 刘佳, 袁福生, 刘光荣, 李祖章 2021, 35(5): 466-474.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.200802 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5291KB) ( )   【目的】阐明紫云英种植利用后减施化肥对早稻品质、养分吸收及土壤肥力的相互影响,为红壤稻田施肥提供科学依据。【方法】以红壤稻田为研究对象,2015年开始在江西高安大田定位研究种植利用紫云英对早稻生长发育及养分吸收利用的影响。设置6个试验处理：1)不施肥对照处理(CK);2)绿肥处理(G),即紫云英量22 500 kg/hm2;3)100%化肥处理(N100);4)紫云英翻压22 500 kg/hm2+100%化肥处理(GN100);5)紫云英翻压22 500 kg/hm2+80%化肥处理(GN80);6)紫云英翻压22 500 kg/hm2+60%化肥处理(GN60)。【结果】紫云英配施全量及减施适量(20%)化肥能提高水稻产量,保障水稻N、P营养,提高土壤有机质和碱解氮含量。紫云英配施化肥能提高早稻整精米率、垩白与胶稠度但降低蛋白质含量。早稻产量、糙米率、整精米率、垩白粒率、蛋白质与籽粒含N量呈显著正相关,与籽粒含Si量呈显著负相关;籽粒含Mg量与精米率呈显著正相关。籽粒P、Ca、Mg吸收量对碾米品质、蛋白质含量和垩白粒率是正效应,对胶稠度是负效应。土壤碱解氮对籽粒含N量是间接正效应,对籽粒含Si量是间接负效应;碱解氮、有效磷、速效钾对籽粒N、P、K吸收量是间接正效应;pH对籽粒Ca、P含量以及交换性Ca、Mg对籽粒P含量均为间接负效应。【结论】紫云英22 500 kg/hm2还田并减施20%化肥能提高水稻产量,提升稻米品质。

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长江中下游双季晚粳稻产量、生育时期及温光资源配置的生态性差异 王孟佳, 殷敏, 褚光, 刘元辉, 徐春梅, 章秀福, 王丹英, 陈松 2021, 35(5): 475-486.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.201109 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(28197KB) ( )   【目的】明确不同类型双季晚粳稻在长江中下游不同生态区产量表现、生育期及温光资源配置差异,为早籼-晚粳模式在长江中下游稻区应用提供理论依据。【方法】试验于2018–2019年在浙江富阳(30.13°N,海拔41.7 m)和温州(28.52°N,海拔83 m)开展。选择生产上大面积应用品种,以高产籼稻(IR)为对照,设置常规粳稻(IJR)和籼粳杂交稻(IJHR)2个处理。比较不同生态区晚季温光条件下籼稻、常规粳稻和籼粳杂交稻在产量、生育特性以及温光资源配置上的差异。【结果】1)低纬度下粳型水稻品种干物质量、有效穗数及库容较高纬度均有所下降,导致产量降低2.4%~19.1%;但结实率和千粒重稳定或略有提高。同时,籼粳杂交稻产量在两地均最高,分别为8.8~10.3 t/hm2(富阳)和8.0~10.2 t/hm2(温州);2)供试品种生育时期因纬度不同而存在差异。与高纬度相比,低纬度的水稻营养生长期无显著差异,穗发育期有所缩短(4.2%~27.3%),而灌浆期显著缩短,其中籼稻、常规粳稻以及籼粳杂交稻分别缩短7.3%~11.9%、20.8%~41.9%以及23.1%~35%。3)不同生育阶段温光配置差异主要体现在灌浆期,平均温度低纬度要高于高纬度(籼稻提高0.4~2.4 ℃;常规粳稻2.3~3.5 ℃;籼粳杂交稻2.5~2.8 ℃);有效积温纬度间的差异随品种类型而异,其中籼稻无显著变化,常规粳稻和籼粳杂交稻分别降低24.7~126.4 ℃和25.7~107 ℃。4)主成分分析表明,纬度变化造成的温光资源积累差异(PC1和PC2)是主因(贡献度49%),也是产量差异的主要原因;其次为品种的温光敏感性(PC5,贡献度18%)以及品种的穗粒结构(PC3,贡献度14%)。【结论】与高纬相比,低纬粳型水稻产量降低主要源于生育期缩短(灌浆期为主),有效积温减少,库容降低。籼粳杂交稻在低纬度仍具有较高的产量优势,可能源于其较强的穗粒优势。有鉴于此,重(大)穗型粳稻在长江中下游较低纬度双季晚稻种植可能更具有应用潜力。

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多巴胺引发对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响 李玉祥, 林海荣, 梁倩, 王国栋 2021, 35(5): 487-494.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.200808 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(32304KB) ( )   【目的】探讨多巴胺(Dopamine,DA)引发对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的影响。【方法】 以新疆自育水稻品种新稻17号为研究对象,分别用0（纯水）、0.1、0.5、1、1.5 mg/L的DA溶液(分别用S0、S0.1、S0.5、S1、S1.5表示)引发种子,采用浓度为100 mmol/L的NaCl溶液模拟盐胁迫,以未引发无盐胁迫处理作为对照1(CK),未引发有盐胁迫处理作为对照2(S-CK),研究多巴胺引发对盐胁迫下水稻种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响。【结果】与CK相比,盐胁迫下(S-CK)水稻种子的萌发受到明显抑制且萌发速率降低,幼苗长势弱。引发处理不同程度缓解了盐胁迫对种子萌发的抑制,提高发芽率(13.3%~25.8%)和发芽速率,促进幼苗生长;可溶性糖和脯氨酸含量增加(16.4%~51.8%和6.5%~31.2%),超氧化物歧化酶 (28.9%~72.7%)、过氧化物酶 (15.0%~60.1%)和过氧化氢酶 (35.1%~133.0%)活性显著提高,丙二醛 (7.1%~26.8%)含量明显降低。表明对种子进行引发处理,通过增强盐胁迫下水稻种子活力,提高幼苗渗透调节物质含量和抗氧化酶活性,降低丙二醛含量,增强了水稻种子及幼苗的耐盐性,其中1.0 mg/L的多巴胺溶液(S1)引发效果优于水引发(S0)。【结论】对于新疆自育水稻品种新稻17而言,1.0 mg/L多巴胺溶液引发能够有效提高其对盐胁迫的抵抗能力,促进种子萌发和幼苗生长。

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籼粳杂交稻精准条播育秧机插减氮增产的效应研究 王亚梁, 朱德峰, 陈惠哲, 张玉屏, 向镜, 王志刚, 张义凯 2021, 35(5): 495-502.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.210202 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(20045KB) ( )   【目的】明确精准条播育秧机插对籼粳杂交稻产量形成的影响及其在减氮条件下降低产量损失的作用。【方法】以甬优538和甬优1540为供试品种,精准条播(precision drill sowing, PS)16条机插,并以相同播种量传统撒播(broadcast sowing, BS)机插为对照,同时设置不施氮肥(0 kg/hm2, zero-nitrogen application rate, 0N)、适氮(240 kg/hm2, suitable nitrogen application rate, SN)、减氮15%(204 kg/hm2,reduced nitrogen application rate, RN)等3个氮肥施用梯度处理,分析比较产量形成、植株均匀度、干物质积累及氮利用效率。【结果】1)与撒播相比,精准条播通过提高有效穗数使籼粳杂交稻产量平均提高4.3%,减氮条件下精准条播处理的水稻产量降幅小于撒播。2) 精准条播显著降低漏秧率,提高机插苗数均匀度以及有效穗数均匀度。与撒播相比,精准条播处理提高减氮下高峰苗数,两个品种趋势一致。3)与撒播相比,精准条播增加抽穗期叶面积指数,同时增加了抽穗期和抽穗开花后的干物质积累和氮吸收总量,其中减氮处理下表现尤为明显。4) 除0N外,氮素干物质积累量和氮素稻谷生产效率在不同品种方式及氮处理间无显著差异,但精准条播处理显著提高了氮肥吸收利用效率和氮肥农学利用效率,两个品种趋势一致。【结论】精准条播机插能够提高籼粳杂交稻植株均匀度,增加高峰苗数和叶面积指数,促进干物质积累和氮素吸收,进而提高产量,有效减少氮肥减施下籼粳杂交稻的产量损失。

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不同属性特征基质对早稻秧苗耐低温的影响 朱春权, 徐青山, 曹小闯, 朱练峰, 孔亚丽, 金千瑜, 张均华 2021, 35(5): 503-512.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.200909 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11268KB) ( )   【目的】早稻育秧过程中易遭受低温冷害,引起水稻减产。因此,有必要研究不同类型的基质对早稻秧苗耐低温的影响。【方法】以水稻田自然表层土为对照,采用两种代表性基质(无土基质和发酵基质)培育早稻秧苗,在水稻出芽6 d后进行不同低温处理,3 d后测定水稻的基本理化性质指标和基因表达,明确不同基质对早稻秧苗耐低温胁迫的调节作用。【结果】1）无土基质和发酵基质容重均显著低于对照,电导率、通气孔隙、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量显著高于对照;发酵基质育成的秧苗其根长、百株地上部干质量和百株根部干质量均显著高于对照,无土基质和发酵基质育成的秧苗根系和地上部的氮、磷、钾养分含量显著高于对照。2）随着温度的降低,水稻秧苗的生长和养分吸收均受到抑制。低温对发酵基质上生长的秧苗抑制作用较弱,无土基质次之,对照受抑制较强。3）在低温条件下(白天8℃/晚上4℃),无土基质和发酵基质中育成的秧苗丙二醛含量显著低于对照,说明在寒冷条件下的细胞氧化损伤较少。其中,无土基质和发酵基质育成的秧苗超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性,脯氨酸含量和可溶性蛋白含量均高于对照,发酵基质育成的秧苗过氧化物酶活性高于对照,无土基质育成的秧苗谷胱甘肽转移酶活性高于对照。同时,无土基质和发酵基质育成的秧苗OsCold1、OsCOIN、OsP5CS和OsSODB四个基因表达水平均显著高于对照,提高了水稻耐低温能力。【结论】以上结果表明,无土基质和发酵基质通过调控水稻秧苗的生理生化反应和相关基因表达,提高秧苗耐低温胁迫能力。

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无人机与人工喷施雾滴在水稻冠层内沉积特征及效益比较 李艳大, 叶春, 曹中盛, 孙滨峰, 舒时富, 陈立才 2021, 35(5): 513-518.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2021.210107 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1436KB) ( )   【目的】旨在阐明无人机和人工喷施雾滴在水稻冠层内沉积分布特征,比较其稻瘟病防效、水稻产量及经济效益。【方法】选用电动四旋翼植保无人机,设置3个不同飞行高度和3个不同施药量,于孕穗期观测喷施雾滴在水稻冠层内沉积分布状况,并和人工喷施处理防治稻瘟病的效果、产量及经济效益进行比较。【结果】雾滴沉积量随飞行高度的升高而减少,雾滴沉积均匀性和穿透性随飞行高度的升高而增大。无人机和人工喷施的雾滴沉积量、均匀性和穿透性随施药量的增加而增大,雾滴沉积量和均匀性均呈水稻冠层上部>中部>下部的分布特征。无人机喷施的雾滴均匀性和穿透性大于人工喷施。无人机喷施在防效和产量不降低的情况下,用工成本减少165元/hm2,净收益提高164元/hm2,产投比提高20.9。【结论】与人工喷施相比,无人机喷施可在保证丰产的基础上,提高作业效率,降低生产成本,获得更高经济效益,在水稻精确管理和丰产高效栽培中具有应用价值。