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2023年, 第37卷, 第5期
刊出日期：2023-09-10 上一期    下一期
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综述与专论
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水稻株型的分子机理研究进展 兰金松, 庄慧 2023, 37(5): 449-458.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.221102 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(401KB) ( )   株型是水稻产量的重要决定因素，创制理想株型品种是提高水稻产量的重要途径。20世纪50年代的矮化育种和70年代的杂交水稻培育是水稻增产的两次革命，但近几年水稻产量增长放缓，通过理想株型与杂种优势的结合进而实现超高产将成为第三次育种革命的关键。本文简要回顾了水稻株型分子调控机理的最新研究概况，重点关注了叶形、穗型和粒型等方面所取得的进展，并展望了水稻理想株型未来的研究趋势，为通过分子设计育种创制水稻理想株型，进一步提高水稻产量提供参考。

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谷物糊粉层发育的调控机制及其育种应用 王腾蛟, 陈忱 2023, 37(5): 459-469.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.230105 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4022KB) ( )   植物最外层胚乳细胞在种子发育过程中分化为糊粉层细胞，其在形态和生理功能上均显著区别于内胚乳细胞。与淀粉胚乳不同，糊粉层富含蛋白质、脂类、维生素、膳食纤维、矿质元素和抗氧化物等多种营养物质。同时，在种子萌发过程中，糊粉层细胞能够分泌淀粉酶和蛋白酶分解种子内积累的储藏物质，为种子萌发提供能量。目前利用突变体材料，克隆了一些控制糊粉层细胞分化的关键基因，相关研究极大深化了我们对糊粉层细胞命运决定的认识。同时，由于糊粉层富含各种营养物质，增加糊粉层细胞层数可以作为改良谷物营养品质的一个重要手段。本文主要以水稻及其他谷类作物为例，系统介绍了糊粉层细胞分化和发育的过程，并对其遗传调控机制进行总结梳理，同时对利用糊粉层相关性状进行稻米品质改良可能存在的问题及其对策进行了探讨。

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广谱抗稻瘟病水稻保持系赣香B的抗性遗传解析 陈明亮, 熊文涛, 沈雨民, 熊焕金, 罗世友, 吴小燕, 胡兰香, 肖叶青 2023, 37(5): 470-477.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.221105 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(916KB) ( )   【目的】 赣香B是江西省农业科学院水稻研究所育成的水稻野败型保持系，在江西、福建、贵州、湖北和浙江等多地都表现较强的稻瘟病广谱抗性。对赣香B的稻瘟病抗性位点的遗传解析，有助于今后稻瘟病抗性育种工作。【方法】 通过抗感株系基因组比较、稻瘟病抗性位点标记检测、抗性位点测序和片段代换系表型鉴定，分析赣香B中的稻瘟病抗性基因位点。【结果】 赣香B中含稻瘟病抗性基因Pish、Pia和Pita。在稻瘟病高感株系中导入Pish后，抗性得到显著增强；而导入Pita或者Pia后，抗性略微增强或者没有显著效果。【结论】 赣香B携带多个稻瘟病抗性基因，其中，Pish是主效抗性基因，表现出广谱稻瘟病抗性。

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基于CRISPR/Cas9技术创制耐盐香稻 李景芳, 温舒越, 赵利君, 陈庭木, 周振玲, 孙志广, 刘艳, 陈海元, 张云辉, 迟铭, 邢运高, 徐波, 徐大勇, 王宝祥 2023, 37(5): 478-485.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.220907 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1424KB) ( )   【目的】 为了促进耐盐香稻育种，利用CRISPR/Cas9系统对粳稻品种连粳11的Badh2和OsRR22基因进行编辑，以期快速获得一批不含有转基因成分且具有耐盐性和香味的纯合水稻材料。【方法】 根据Badh2和OsRR22基因序列中编辑位点的敲除效率设计靶位点，构建pH-Ubi-Cas9-Badh2-OsRR22敲除载体，利用农杆菌介导法转入受体品种连粳11中。对转基因后代进行潮霉素和Cas9标记PCR检测以及靶基因测序，获得无外源基因插入的badh2-osrr22纯合株系，并对后代种子性状和苗期耐盐性进行分析。【结果】 T2代成熟种子中2-AP含量较背景材料连粳11显著增加，千粒重、粒长、粒宽无明显变化；128 mmol/L氯化钠处理14 d后株系21-30较连粳11苗高增加15.2%，苗鲜质量增加45.2%，苗干质量增加13.2%。【结论】 利用CRISPR/Cas9技术对Badh2和OsRR22基因编辑获得能稳定遗传且无外源基因插入的耐盐香稻材料，加快了水稻多性状聚合的选育进程。

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硅对镉胁迫下水稻苗期抗氧化酶系统及镉离子吸收和转运相关基因表达水平的影响 黄奇娜, 徐有祥, 林光号, 党洪阳, 郑振权, 张燕, 王晗, 邵国胜, 尹献远 2023, 37(5): 486-496.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.230203 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(800KB) ( )   【目的】 探究在镉(Cadmium，Cd)胁迫下，外源硅(Silicon，Si)对水稻株高、干物质量、抗氧化酶系统及对Cd2+相关基因表达水平的影响，以期为阐明Si缓解Cd对水稻毒害作用机理提供理论依据。【方法】 以辐品36(FP36)和中嘉早17(ZJZ17)为研究对象，通过设置不同Cd胁迫浓度(0、5 µmol/L)和Si处理(0、10 µmol/L、1 mmol/L)进行水培实验，重点分析处理后水稻农艺性状和抗氧化酶活性，以及Cd2+吸收、转运相关基因表达水平的差异。【结果】 Cd胁迫可以显著抑制水稻株高、干物质量和抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)活性；但Si能有效缓解Cd毒害，显著提高水稻生物量，增强抗氧化酶活性，其中1 mmol/L Si缓解效果更佳。此外，Si还能有效增加可溶性蛋白并降低MDA含量。Cd胁迫显著增加了FP36和ZJZ17不同组织的重金属含量，其中，根系中Cd积累量显著高于地上部。在添加较低浓度Si(10 µmol/L)后，水稻根系和地上部Cd含量无显著差异；但1 mmol/L Si能显著降低水稻根系和地上部Cd含量。OsNRAMP1、OsNRAMP5、OsIRT1、OsHMA2、OsHMA3等Cd2+吸收和转运相关基因的表达水平在镉胁迫和Si处理后呈不同的变化趋势。其中，OsNRAMP1、OsIRT1、OsHMA2的表达量受Cd胁迫影响有所上调，OsNRAMP5表达量呈下调趋势，而OsHMA3则无显著变化。而外源添加1 mmol/L Si可显著下调上述Cd2+吸收和转运相关基因的表达水平，重金属镉积累量下降。【结论】 Si通过改善水稻的农艺性状、激活抗氧化系统，以及调控重金属Cd2+吸收和转运相关基因的表达水平来缓解镉对水稻的毒害作用。

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水稻颖壳类病斑突变体glmm1的鉴定与基因定位 徐欢, 周涛, 孙悦, 王木妹, 杨亚春, 马卉, 李浩, 徐大伟, 周海, 杨剑波, 倪金龙 2023, 37(5): 497-506.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.221201 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(47940KB) ( )   【目的】 鉴定水稻颖壳类病斑突变体，并进行基因定位，为基因克隆及其分子机制研究奠定基础。【方法】 对野生型材料LR005和经EMS诱变得到的颖壳类病斑突变体glmm1（glume lesion mimics mutant 1）进行农艺性状分析、扫描电镜分析、DAB染色和全硅含量测定。glmm1与广亲和材料L422杂交获得的F2群体用于遗传分析，利用图位克隆和BSA-seq方法进行基因定位。【结果】 突变体glmm1在抽穗10 d后颖壳和叶片逐渐出现褐色斑点，成熟后颖壳完全呈现褐色。与野生型相比，突变体的株高、穗长、每穗总粒数、结实率和千粒重等都极显著降低。DAB染色表明glmm1颖壳和叶片的活性氧含量增多；扫描电镜显示突变体颖壳和叶片表面硅质细胞皱缩。遗传分析结果表明，突变体glmm1的颖壳类病斑表型受到一对隐性基因控制。利用glmm1与L422的F2分离群体，通过图位克隆和BSA-seq等策略将glmm1定位在水稻第2染色体上68 kb的区间内。该区间内有10个候选基因。序列分析发现该区间仅有一个SNP位点，位于基因Lsi1（LOC_Os02g51110）的第5个外显子上，导致第238位氨基酸由异亮氨酸变为苏氨酸。对颖壳和叶片全硅含量的测定表明，glmm1突变体中硅的积累减少，说明GLMM1可能是Lsi1的等位突变。【结论】 GLMM1是Lsi1新的等位突变基因，该突变造成植株硅含量的降低和活性氧的积累，致使颖壳和叶片产生褐色类病斑。

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水稻加工和外观品质性状QTL鉴定 姚晓云, 陈春莲, 熊运华, 黄永萍, 彭志勤, 刘进, 尹建华 2023, 37(5): 507-517.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.220908 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(698KB) ( )   【目的】 稻米加工与外观品质是影响水稻生产效益和商品价值的关键因素，发掘相关性状主效QTL有助于进一步阐明水稻品质性状的分子遗传机制，也可为水稻优质育种提供材料。【方法】 以优质粳稻龙稻5号为母本和高产籼稻中优早8号为父本杂交衍生的重组自交系群体为试验材料，在3个环境条件下对稻米加工和外观品质进行性状比较和QTL分析。【结果】 检测到37个与加工和外观品质相关的QTL，分布在12条染色体上，三个环境分别发现15、15和21个QTL，其中仅10个QTL在2个环境中稳定表达，2个QTL在3个环境中重复检测到。加工和外观品质相关QTL具有明显的遗传重叠效应，第2、6、7、10和11染色体上存在主效QTL簇，对加工和外观品质存在明显的调控作用。【结论】 第7染色体RM1306−RM420区间存在一个新的QTL qMAQ7（qChlak7），该区间对垩白粒率和垩白度具有较强的调控效应；此外，上位性互作也是调控加工和外观品质的重要组成部分，主效QTL参与上位性互作效应。

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化肥减氮配施对洞庭湖区双季稻产量和田面水氮磷流失风险的影响 袁沛, 周旋, 杨威, 尹凌洁, 靳拓, 彭建伟, 荣湘民, 田昌 2023, 37(5): 518-528.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.221003 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1026KB) ( )   【目的】 探究化学氮肥减量配施稳定水稻产量，提高氮肥利用率，减少氮磷流失风险，为洞庭湖双季稻区化肥减量施用提供科学依据。【方法】 采用大田小区试验，设置不施氮肥(CK)、常规施肥(CF)、减氮20%配施硼硅肥(0.8CF+B/Si)、有机肥替代20%化学氮肥(0.8CF+0.2OM)、有机肥替代20%化学氮肥配施氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+N-serve)、有机肥替代20%化学氮肥配施硼硅肥和氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve)共6个处理，研究化肥减氮配施对双季稻产量、氮肥利用率和田面水氮磷流失风险的影响。【结果】 有机肥替代处理早稻产量较CF均有一定下降，而晚稻产量提高2.02%~5.03%。田面水中总氮、铵态氮、硝态氮浓度随着氮肥施用量的增加而上升，氮素流失风险也增大。与CF处理相比，化肥减氮配施处理早晚稻季田面水总氮、铵态氮和硝态氮浓度分别降低8.08%~35.05%、5.88%~34.22%和5.02%~18.06%，有效降低田面水氮素流失风险，其中以0.8CF+0.2OM+N-serve处理效果最好。施氮肥后一周是氮素流失的高风险时期，随后各处理田面水氮素浓度差异变小且流失风险降低。不施氮肥处理的早、晚稻田面水磷素浓度低于其他处理，而配施硼硅肥处理高于其他处理，田面水中磷素的流失风险增大。此外，配施有机肥、氮肥增效剂对磷素减排效果不明显。施磷肥后9 d左右是磷素流失的关键时期，之后各处理磷素浓度趋于一致且变化平稳。【结论】 有机肥替代氮肥对双季稻增产存在一定滞后性；氮肥增效剂与有机肥同时施用会削弱其延缓氮肥转化的效果，影响养分吸收。化肥减氮配施是降低双季稻田面水氮素流失的有效方法，但配施硼硅肥会提高田面水磷素含量，应根据田间水肥管理酌情施用。

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氮肥用量和运筹对我国水稻产量及其构成因子影响的整合分析 肖大康, 胡仁, 韩天富, 张卫峰, 侯俊, 任科宇 2023, 37(5): 529-542.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.221111 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2425KB) ( )   【目的】 合理的氮肥用量和运筹能够有效提高水稻产量和氮肥利用率。明确氮肥用量和运筹对水稻产量及其构成因子的影响可为水稻高产高效生产提供理论指导。【方法】 基于119篇已发表的有关稻田氮肥管理的论文，采用整合分析(Meta-analysis)的方法量化了不同施氮量、基肥+分蘖肥、穗肥、种植区域和土壤性质等条件下氮肥管理对水稻产量及其构成因子的影响，并探究了我国各水稻主产区提高产量构成因子以获得高产的适宜措施。【结果】 与不施氮肥相比，施用氮肥能够显著提高水稻实际产量(+42.2%)和理论产量(+43.1%)，有效穗数和每穗粒数分别增加了33.2%和13.5%，而结实率和千粒重分别下降了4.2%和1.6%。在不同施氮量和氮肥运筹下，水稻产量及其构成因子存在显著差异。水稻实际和理论产量在施氮量为150~200 kg/hm2时增幅最大，有效穗数和每穗粒数在施氮量为250~300 kg/hm2时增幅最大。另外，随着施氮量的增加，水稻的结实率和千粒重显著下降。基肥+分蘖肥的氮比例(基肥+分蘖肥占总施氮量的比例)为30%~50%和穗肥氮比例为10%~30%时，水稻增产幅度最大；基肥+分蘖肥氮比例(≤70%)增加，水稻有效穗数的提升幅度呈上升趋势，而每穗粒数和结实率的提升幅度呈下降趋势；穗肥氮比例(穗肥占总施氮量的比例)增加(≤30%)，每穗粒数和结实率的提升幅度呈上升趋势。对于不同稻区而言，水稻产量及其构成因子的提升幅度存在显著差异，主要表现为东北单季稻区产量增幅最大，长江流域单双季稻区次之，南方单双季稻区和云贵川湘高原单季稻区最小。所有稻区均通过增加有效穗数和穗粒数以获得高产。水稻实际和理论产量的增幅受SOM(土壤有机质)影响较小，各SOM水平间的增幅差异不超过4.39%和2.26%，而受土壤TN(总氮)、AN(有效氮)、AP(有效磷)、AK(速效钾)的含量变化影响较大，但亚组间没有显著差异。【结论】 我国水稻的推荐施氮量不宜超过250 kg/hm2，推荐基肥+分蘖肥比例不要超过总施氮量的70%，穗肥比例10%~30%时更有利于水稻增产。在保证水稻有效穗数和穗粒数前提下，提高结实率是所有稻区未来增产的关键，需通过化学调控、适宜的栽培密度和优良品种等综合管理措施来实现。

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印度梨形孢对盐胁迫下水稻幼苗生长及抗氧化系统的影响 夏杨, 李传明, 刘琴, 韩光杰, 徐彬, 黄立鑫, 祁建杭, 陆玉荣, 徐健 2023, 37(5): 543-552.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2023.230201 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1466KB) ( )   【目的】 探究印度梨形孢(Piriformospora indica)PI-020对盐胁迫下水稻幼苗生长、抗氧化相关酶活性及基因表达水平的影响。【方法】 以不同浓度的PI-020菌丝体悬液接种南粳9108水培苗，显微镜观察及qPCR技术分析PI-020在水稻秧苗根系的定殖能力，并测定水稻叶片丙二醛(MDA)含量，分析水稻秧苗的表型参数、光合色素含量、抗氧化相关酶活性及基因表达的变化。【结果】 与对照相比，盐胁迫条件下(100 mmol/L NaCl)，PI-020定殖后，水稻叶片MDA含量显著降低。200倍菌丝体稀释液处理的效果最好，MDA含量减少了67.2%。PI-020定殖后，水稻株高、根长、叶面积、鲜质量和干质量分别增加了34.67%、23.62%、58.04%、59.53%和67.25%，与对照相比均差异显著；同时PI-020定殖还显著提高了叶片光合色素含量，抗氧化酶CAT、APX、POD活性及抗氧化相关基因OsCAT、OsAPX2、OsSOD的表达水平。【结论】 印度梨形孢PI-020通过提高水稻幼苗抗氧化能力减少盐胁迫引起的氧化损伤，从而降低MDA含量，同时缓解光合色素的降解，保护了水稻光合系统，进而提高水稻耐盐性。