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2022年, 第36卷, 第5期
刊出日期：2022-09-10 上一期    下一期
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研究报告


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我国优质杂交稻主要品种推广情况与展望 曾波, 龚俊义, 张芳 2022, 36(5): 439-446.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.220408 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13466KB) ( )   【目的】最近十余年，是我国杂交稻优质化从修订审定指标引导到全面推进的重要时期，回顾这一时期我国优质杂交稻的选育与推广进程，对于完善和指导未来的水稻育种具有重要的意义。【方法】试验材料与数据来自2009－2020年我国杂交水稻主要品种的推广面积统计汇总、品种审定试验结果及品种系谱资料。分析了各主要稻区优质杂交稻品种的推广应用总体情况，梳理了主要优质杂交稻品种利用的不育系、恢复系及各系列品种推广面积，还回顾了各稻区主栽品种更替历程。【结果】这一时期，我国优质杂交稻品种推广面积持续快速增长，各主要稻区品种优质率显著提升，但高档优质稻品种仍然缺乏。优质杂交稻品种的亲本来源比较单一，集中于15个骨干不育系和9个恢复系。此外，分析结果还显示我国各主要稻区主栽优质杂交稻品种总体上进行了1~2次大规模更替。【结论】过去12年来，得益于水稻科研育种技术创新驱动，我国杂交稻优质化育种进程明显加快，各稻区优质杂交水稻品种不断涌现，推广面积快速增加，生产主推优质品种比重显著提升。

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水稻幼穗响应稻曲病菌毒素胁迫早期的转录组分析 伏荣桃, 王剑, 陈诚, 赵黎宇, 陈雪娟, 卢代华 2022, 36(5): 447-458.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.210714 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(28637KB) ( )   【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病不仅造成水稻减产，而且还会产生对动物和植物有毒的真菌毒素。探明水稻幼穗对稻曲病菌毒素胁迫响应的分子机制，可为发掘水稻抗稻曲病基因以及抗病分子育种开辟新的思路。【方法】用稻曲病菌毒素处理水稻幼穗，采用转录组测序技术对水稻幼穗进行转录组测序，以水稻9311基因组作为参考基因组进行对比，利用TPM法计算基因表达量，设定参数（差异倍数的绝对值不小于2，且q值不大于0.05）筛选差异表达基因。结合基因差异表达分析、富集功能分析，鉴定水稻响应胁迫的关键基因，并利用实时荧光定量PCR技术对差异表达基因进行验证。【结果】在稻曲病菌毒素胁迫12 h后，水稻幼穗出现2526个差异表达基因（DEG）;通过GO富集、KEGG代谢途经和KOG功能分析，将差异基因划分为GO功能下的64个条目、32个代谢途径和KOG功能下23个类别，包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等生物学过程。DEG中有66个植物转录因子，分属7种植物转录因子家族，包括WRKY和Myb两大转录因子。分析二萜类生物合成与淀粉和蔗糖代谢途径相关基因发现，OsCPS2、OsKSL4和细胞色素P450等基因表达量上调，而淀粉酶、β-呋喃果糖苷酶和UDP-焦磷酸化酶等基因表达量下调，推测这些基因在水稻响应稻曲病菌毒素胁迫时发挥重要的作用。【结论】稻曲病菌毒素作为非生物胁迫因素对水稻幼穗具有毒性;通过干扰淀粉和蔗糖代谢等途径而影响种子营养物质的合成，降低水稻抵抗病原菌侵染水稻的能力。

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利用CRISPR/Cas9技术创制高效抗除草剂水稻 尹丽颖, 张元野, 李荣田, 何明良, 王芳权, 许扬, 刘欣欣, 潘婷婷, 田晓杰, 卜庆云, 李秀峰 2022, 36(5): 459-466.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.211004 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(932KB) ( )   【目的】培育抗除草剂品种在水稻育种中具有重要意义。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，以黑龙江优质粳稻品种为材料，编辑乙酰乳酸合酶ALS基因，创制具有抗除草剂特性的水稻材料。【方法】利用CRISPR/Cas9技术，以乙酰乳酸合酶ALS为靶基因，构建单碱基突变载体pH-nCas9-PBE-ALS，以松粳22、龙粳46和绥粳18为转化材料，利用农杆菌介导转化获得转基因植株，通过对转基因植株的突变位点进行测序结合除草剂喷施试验，鉴定基因型及表型。【结果】经分子水平检测验证，获得ALSS627N突变植株10株，ALSS627N且1884G-A但第628位氨基酸未改变突变植株1株，ALSS627N/G628E突变植株1株。相较于野生型，以上三类突变植株均具有较强抗除草剂特性。【结论】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得具有抗除草剂特性，能够稳定遗传，不含转基因标记的纯合株系，可为抗除草剂水稻育种提供基础材料。

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含草甘膦抗性标记的水稻核不育繁殖系载体构建与验证 李焱瑶, 邓力华, 李昕晏, 李华, 秦冠男, 翁绿水, 于江辉, 李锦江, 肖国樱 2022, 36(5): 467-475.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.211226 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2828KB) ( )   【目的】使用草甘膦抗性基因替代潮霉素抗性基因，构建核不育繁殖系的转化载体，赋予繁殖系对除草剂草甘膦的抗性，规避现行政策对转基因作物中使用抗生素标记基因的限制。【方法】利用同源重组的方法，构建含草甘膦抗性基因Epsps#、花粉致死基因ZmAA1、核不育恢复基因OsEat1和红色荧光基因DsRed2的水稻eat1核不育基因繁殖系载体pC3300-Epsps-AA-Eat-Red;采用农杆菌介导法转化水稻。【结果】通过转化籼稻品系9K19-5获得普通核不育繁殖系Eat9K的转化植株318个。表型鉴定表明，单拷贝转化体Eat9K-3的花粉有可育和不育2种类型，种子有具有和不具有荧光信号2种类型，具有荧光信号的种子在发芽期能耐受浓度至少为1 g/L的草甘膦。建立的四引物检测法能够区分野生型Eat1基因和核不育eat1基因。【结论】证明载体pC3300-Epsps-AA-Eat-Red有效，创制了具有除草剂抗性的普通核不育繁殖系新种质，建立了区分野生型Eat1基因和核不育eat1基因的四引物检测法。

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水杨酸通过一氧化氮途径调控水稻缓解低磷胁迫 朱春权, 魏倩倩, 党彩霞, 黄晶, 徐青山, 潘林, 朱练峰, 曹小闯, 孔亚丽, 项兴佳, 刘佳, 金千瑜, 张均华 2022, 36(5): 476-486.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.210813 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1815KB) ( )   【目的】深入剖析水杨酸调控水稻低磷胁迫响应的生理与分子机制具有重要意义。【方法】选取常规水稻品种日本晴，外源添加水杨酸后测定水稻体内总磷含量、酸性磷酸酶活性、木质部汁液磷含量、水稻根系特征参数、磷转运子基因表达水平和一氧化氮含量等指标解析水杨酸缓解水稻缺磷胁迫的生理和分子机制。【结果】1）水杨酸对水稻磷吸收的调控存在剂量效应，1 μmol/L水杨酸显著提高低磷条件下水稻体内总磷含量，5 μmol/L水杨酸则降低水稻体内总磷含量。2）低磷条件下，1 μmol/L水杨酸使酸性磷酸酶活性提高了11.35%，根系总长增加了20.90%，根系表面积增加11.86%，根系体积增加了15.38%，总根数增加了23.55%，木质部汁液中的磷含量提高了22.67%。同时，1 μmol/L水杨酸提高了水稻根系磷转运子基因的表达，从而提高水稻对外界磷的吸收和体内磷的转运。3）水杨酸通过提高硝酸还原酶的活性增加水稻根系的一氧化氮含量，从而通过调控磷转运子基因的表达提高低磷条件下水稻对外界磷的吸收。【结论】水杨酸与信号分子一氧化氮互作缓解低磷胁迫。

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结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉形成与积累的影响 陈红阳, 贾琰, 赵宏伟, 瞿炤珺, 王新鹏, 段雨阳, 杨蕊, 白旭, 王常丞 2022, 36(5): 487-504.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.211105 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3257KB) ( )   【目的】研究结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉组分含量、积累速率及关键酶活性的影响，明确淀粉合成关键酶活性变化对淀粉积累速率的调控效应，探究强、弱势粒淀粉形成积累差异对水稻产量的影响。【方法】以耐冷型品种东农428和冷敏型品种松粳10为试验材料，设置1个常温处理(白天温度28℃，14h/夜间温度22℃，10 h，7 d)和4个低温处理(17℃，低温处理时间分别为1、3、5、7 d)，分析了结实期低温胁迫对强、弱势粒淀粉组分积累、合成关键酶活性、水稻产量及构成因素的影响，并探讨了灌浆期各阶段淀粉积累差异与酶活性变化的关系。【结果】与对照相比，结实期低温胁迫降低了两个品种水稻强、弱势粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)的峰值活性以及支链淀粉和总淀粉含量，提高了齐穗后28~38 d 低温处理3、5、7 d的颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)活性和直链淀粉含量。与对照相比，各低温处理酶活性最高和淀粉积累最快的时间均有不同程度的推迟，低温处理7 d的影响最大，强、弱势粒低温处理7 d的支链淀粉和总淀粉含量分别在齐穗后13、18 d降幅最大，直链淀粉含量在28 d增幅最大。相关分析表明，强、弱势粒直链淀粉含量及强势粒支链淀粉、总淀粉含量与其最大积累速率呈极显著正相关，弱势粒支链淀粉、总淀粉含量还受到其最大积累速率出现时间的影响。AGPase、GBSS、SSS、SBE活性变化与淀粉积累速率和积累时间早晚密切相关，对淀粉及淀粉组分含量的变化有着明显的影响。同时，结实期低温胁迫显著降低了水稻的千粒重、结实率和产量，且随低温处理天数的增加降幅逐渐增大。结实期低温胁迫对弱势粒中淀粉合成关键酶活性变化影响大于强势粒，弱势粒淀粉合成积累减慢，含量降低，导致水稻千粒重显著下降，产量降低。【结论】就品种而言，耐冷型东农428具有较高的淀粉合成关键酶活性，淀粉及其组分含量较高，在低温胁迫下产量能维持在较高的水平。因此，强、弱势粒淀粉合成关键酶活性对淀粉合成起着非常关键的调控作用，淀粉组分和含量及其变化对产量有着十分重要的影响。

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中籼水稻品种改良过程中米质和根系特征对灌溉方式的响应 景文疆, 顾汉柱, 张小祥, 吴昊, 张伟杨, 顾骏飞, 刘立军, 王志琴, 杨建昌, 张耗 2022, 36(5): 505-519.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.211104 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3339KB) ( )   【目的】研究不同灌溉方式下中籼水稻品种的稻米品质与根系特征。【方法】以江苏省近80年来各阶段具有代表性的中籼水稻品种为试验材料，全生育期设置干湿交替灌溉(AWD)和常规灌溉(CI)处理。在矮秆、半矮秆常规稻和半矮秆杂交稻中各选择2个水分利用效率(WUE)存在明显差异的品种进行稻米品质和根系特征分析。【结果】无论是在AWD还是CI下，各类型品种的产量和WUE均随品种改良逐渐提高。与CI相比，AWD显著增加了产量和水分利用效率。在AWD下，各类型品种(矮秆品种、半矮秆品种、半矮秆杂交稻)的产量分别为6.96 t/hm2、8.71 t/hm2和10.14 t/hm2，WUE分别为1.30 kg/m3、1.62 kg/m3和1.91 kg/m3。各类型品种的精米率、整精米率、蛋白质含量、淀粉溶解度与膨胀度、根干质量、根冠比、根系氧化力、根系总吸收表面积和活跃吸收表面积、根系伤流液中玉米素和玉米素核苷以及脱落酸含量随品种改良显著提高。与CI相比，AWD改善了稻米的加工和外观品质及根系形态生理特征，提高了稻米淀粉的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值，降低了淀粉的消减值和相对结晶度。相关分析表明，产量、WUE及稻米品质均与根系生长密切相关。【结论】现代半矮秆品种尤其杂交稻在全生育期干湿交替灌溉条件下可获得较高的产量和水分利用效率以及较优的稻米品质，这与根系形态和生理特征的改善密切相关。

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优良食味水稻品种籽粒蛋白质积累特征及其对氮素水平的响应 陆丹丹, 雍明玲, 陶钰, 叶苗, 张祖建 2022, 36(5): 520-530.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.220311 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4036KB) ( )   【目的】探讨优良食味水稻品种的籽粒蛋白质积累特征及其对氮素水平的响应。【方法】以食味值不同的常规粳稻和杂交稻为材料，在结实期设置不同氮素施用水平处理，分析不同类型品种在不同氮素水平下的蒸煮食味品质及其与稻米蛋白质及其组分含量的关系。进一步分析各品种在不同氮素水平下稻穗不同部位的氨基酸含量及籽粒蛋白质含量在结实期的动态变化，总结优良食味水稻品种的籽粒蛋白质积累特征及其对氮素水平的响应特征。【结果】优良食味水稻品种籽粒蛋白质含量较低，且随着氮素水平的增加而上升;优良食味水稻崩解值较高，消减值较低;蒸煮食味品质受氮素水平影响较小。优良食味水稻品种蛋白组分含量较低，且稻米蛋白质含量与食味品质呈显著负相关。在常规粳稻中，稻米食味值与清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量均显著负相关;在杂交稻中，稻米食味值与醇溶蛋白和谷蛋白含量显著负相关。优良食味水稻品种籽粒充实过程中游离氨基酸含量较低，并呈现较低水平的蛋白质积累。而食味较差品种灌浆期籽粒的氨基酸含量较高，成熟籽粒蛋白质含量也较高，且氮素供应水平提升其籽粒蛋白质含量的效应更为显著。【结论】优良食味水稻品种的籽粒蛋白质含量较低，与其充实过程中蛋白质积累水平较低有紧密关系，且受氮素水平影响较小。

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“水稻-再生稻”种植模式专用肥轻简施用对产量、肥料利用率及经济效益的影响 王敏羽, 戴志刚, 余德芳, 王向平, 关绍华, 邵远刚, 张家学, 李小坤 2022, 36(5): 531-542.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.210808 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2037KB) ( )   【目的】研究明确“水稻-再生稻”体系施用专用肥对产量、产量构成因子、肥料利用率和经济效益的影响，为“水稻-再生稻”的轻简科学施肥提供理论依据。【方法】采用多点田间试验，设置不施肥(T1)、当地农民习惯施肥(T2)、专用肥(T3)等3个处理。分别测定不同处理的产量、产量构成因子和氮、磷、钾养分含量，从而计算养分积累量、肥料利用率和经济效益。【结果】施肥可以显著提高稻谷产量，与T1相比，9个试验点的T2处理头季稻和再生稻平均增产56.0%和89.4%;T3处理平均增产75.3%和108.9%;与T2相比，T3处理头季稻、再生稻以及两季总产量分别增加了1006 kg/hm2、356 kg/hm2和1362 kg/hm2，增幅分别为12.4%、10.3%和11.8%。T3处理相较于T2处理，每穗粒数增加了20粒，增幅达到10.5%。养分吸收结果显示，与T2处理相比，T3处理头季水稻地上部氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)的积累量分别增加了7.4%、6.8%和10.2%;再生季分别增加了5.9%、16.6%和24.4%。不同试验点T3处理氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥回收利用率均有提高的趋势，与T2处理相比，最高分别增加25.3%、93.8%和143.7%。在9个试验点，纯收入平均提高了6.19×103 元/hm2。【结论】专用肥的施用可以显著提高“水稻-再生稻”种植模式稻谷产量，增加地上部养分吸收量，提高肥料利用率，减少施肥次数，提高经济效益。

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秸秆还田下大气CO2浓度升高对水稻生长和CH4排放的影响 曾文静, 邱岚英, 陈俊杰, 钱浩宇, 张楠, 丁艳锋, 江瑜 2022, 36(5): 543-550.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.210811 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(931KB) ( )   【目的】明确秸秆还田下大气CO2浓度升高对水稻生长和稻田CH4排放的影响，为气候变化下温室气体排放评估和丰产低碳的稻作技术创新提供理论参考和科学依据。【方法】利用开顶式气室(Open top chamber, OTC)进行田间试验，设置两个CO2浓度处理，分别为正常大气CO2浓度处理(简称aCO2，CO2浓度约为0.04%)和大气CO2浓度升高处理(简称eCO2，CO2浓度约为0.055%)，每个处理的田块混入等量的前茬小麦秸秆，探明秸秆还田下大气CO2浓度升高对水稻产量等生长特性、稻田CH4排放及微生物丰度的影响，揭示秸秆还田下大气CO2浓度升高对CH4排放的影响机制。【结果】大气CO2浓度升高显著促进水稻的生长，使剑叶叶面积增加25.0%，地上生物量增加22.0%，产量提高29.0%。大气CO2浓度升高显著增加了穗数、结实率和千粒重，但对穗粒数影响不显著。秸秆还田下，大气CO2浓度升高有降低稻田CH4排放的趋势，使单位产量CH4排放量降低了39.4%。大气CO2浓度升高使土壤甲烷氧化关键基因pmoA的拷贝数增加了20.0%，但对甲烷产生关键基因mcrA的拷贝数影响较小。【结论】秸秆还田条件下，未来大气CO2浓度升高不仅提高了水稻产量，而且有利于减少稻田温室气体CH4的排放。