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2024年, 第38卷, 第5期
刊出日期：2024-09-10 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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光/温敏核不育系的不育机理及两系杂交稻的发展与展望 汪邑晨, 朱本顺, 周磊, 朱骏, 杨仲南 2024, 38(5): 463-474.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231008 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1010KB) ( )   本文回顾了中国两系杂交水稻的发展历史；介绍了两系法中光/温敏型核不育系遗传资源的发现和选育；总结了植物中光温敏型雄性不育的遗传学和细胞学机制；并对水稻两系法中光/温敏型雄性不育系的遗传资源优化及育种策略提出了建议。

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稻田甲烷产生与排放的影响因素及减排措施研究进展 谢先芝, 刘奇华, 李新华, 李维平 2024, 38(5): 475-494.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231102 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1684KB) ( )   稻田甲烷(CH4)排放是农业生产中主要碳排放源之一。如何在保证丰产的前提下，有效降低水稻生产中CH4的排放量成为现代农业科研工作者研究的焦点。围绕稻田CH4的产生、排放与减排方式，本文综述了目前稻田CH4产排的相关研究进展，阐述了稻田CH4的产生、氧化过程、排放方式及其主要影响因素。稻田甲烷的产生排放与土壤理化性状(pH值、关键酶活性、含水量、温度、氧化还原程度、质地等)、水稻品种(根系形态活力与分泌物、通气组织、收获指数、株高等)、栽培技术(轮作模式、水肥调控、种植方式)、气候变化(气温、大气CO2浓度、UV-B辐射)等因素密切相关。本文重点从选育高产低排新品种、研发稻田CH4减排新物质、稻-渔低碳循环种养、土壤持续固碳减排、多种栽培调控方式耦合的新技术等方面入手，系统总结了稻田CH4减排的技术措施，提出应根据不同稻区的生产特点，因地制宜，探索建立稻田CH4减排高效综合技术体系。在此基础上，讨论了未来重点研究方向，以期为水稻丰产减排生产提供技术支撑，为顺利实现国家“双碳”目标提供有益参考。

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水稻花粉管生长及其对非生物逆境胁迫的响应机理研究进展 许用强, 徐军, 奉保华, 肖晶晶, 王丹英, 曾宇翔, 符冠富 2024, 38(5): 495-506.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231107 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(618KB) ( )   水稻是我国乃至全世界最为重要的粮食作物之一。全球气候变暖背景下，高温、干旱、低温寡照等极端天气频繁发生，水稻产量品质形成受到不同程度的影响，严重威胁我国的粮食安全。花粉管在雌蕊组织中的生长是水稻生殖生长最为关键的过程，高温等非生物逆境胁迫可严重干扰花粉管生长的信号传递和能量代谢，进而导致水稻受孕失败。因此，研究高温等逆境胁迫影响水稻花粉管生长及其调控机制具有重要意义。本文综述了水稻花粉管生长的基本过程，包括信号传递以及能量代谢，同时阐述了高温、干旱、低温寡照、重金属等逆境影响花粉管生长致使小穗败育的作用机制及其栽培调控技术，为减缓高温等逆境胁迫干扰水稻花粉管生长，提高水稻授粉受孕能力的栽培技术提供理论参考，并对今后的研究方向进行展望。

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利用CRISPR/Cas9技术编辑OsOFP30基因创制水稻粒型突变体 何勇, 刘耀威, 熊翔, 祝丹晨, 王爱群, 马拉娜, 王廷宝, 张健, 李建雄, 田志宏 2024, 38(5): 507-515.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231002 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1986KB) ( )   【目的】研究水稻OFP家族转录因子OsOFP30对粒型的影响，创制新的粒型突变材料，为水稻粒型改良提供参考。【方法】以粳稻品种中花11为受体材料，利用CRISPR/Cas9技术对OsOFP30基因进行定向编辑；通过T0、T1和T2代连续筛选，获得3类无外源片段插入的纯合突变体（长片段删除突变OsOFP30−89、单碱基插入突变OsOFP30+1G和OsOFP30+1A）；分析粒型变异，进行生物信息学和测序分析，初步确定粒型变异原因。【结果】与野生型相比，3类突变体的粒宽和千粒重都显著降低，OsOFP30−89和OsOFP30+1G仅粒长和粒厚显著降低，穗型指标与野生型无明显差异，OsOFP30+1A的粒长和粒厚与野生型无明显差异，仅一次枝梗数显著低于野生型；生物信息学分析表明，这3类突变体均由移码突变导致的翻译提前终止所产生，OsOFP30−89突变蛋白长度为252个氨基酸，OsOFP30+1G和OsOFP30+1A突变蛋白长度均为282个氨基酸，两者仅第323位的核酸序列存在G和A的单碱基差异，导致突变蛋白第108位产生丝氨酸和天冬酰胺的差别。【结论】初步判断OsOFP30基因可调控水稻粒型变异。本研究创制了新的粒型突变材料，可为水稻粒型改良育种提供参考。

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全基因组关联分析(GWAS)鉴定水稻氮素利用效率候选基因 吕阳, 刘聪聪, 杨龙波, 曹兴岚, 王月影, 童毅, Mohamed Hazman, 钱前, 商连光, 郭龙彪 2024, 38(5): 516-524.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231010 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2255KB) ( )   【目的】挖掘水稻氮高效的种质和基因资源，揭示其分子机制和遗传效应，是当前水稻氮素利用效率（NUE）研究的重要内容和目标。【方法】为了鉴定与水稻NUE相关的变异位点和候选基因，我们收集了190份亚洲稻为关联群体，通过质量过滤和群体频率过滤筛选出3,934,195个高质量的单核苷酸多态性（SNPs）位点，在大田条件下设置低氮（N1，90 kg/hm2）和常规氮（N2，180 kg/hm2）水平，成熟期调查水稻剑叶叶宽在低氮和常规氮处理下的表型数据，结合FarmCPU和MLM模型进行全基因组关联分析（GWAS）。【结果】通过植株在不同氮水平下的叶宽表型数据，计算该群体在低氮和常规氮水平下的剑叶宽表型比值Q（N1／N2），Q值呈现正态分布的特征。对Q值进行全基因组关联分析，在12条染色体上共鉴定了100个显著位点，确定了39个候选QTLs，包括已克隆NUE相关基因OsNR1.2和OsNAC42。进一步鉴定了候选基因OsNR1.2和OsNAC42的优异单倍型和潜在的优势单倍型组合，为水稻NUE的改良提供了有价值的资源和信息。【结论】利用GWAS和单倍型分析，揭示了水稻剑叶叶宽在不同氮处理下的遗传基础，鉴定了与NUE相关的候选QTLs和基因，包括OsNR1.2和OsNAC42。通过组合单倍型分析，鉴定了两个基因的优势单倍型组合，为水稻NUE的改良提供了有价值的资源和信息。

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水稻中八个稻瘟病抗性基因特异分子标记的开发及应用 杨好, 黄衍焱, 王剑, 易春霖, 石军, 谭楮湉, 任文芮, 王文明 2024, 38(5): 525-534.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230811 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2859KB) ( )   【目的】为了明确水稻亲本的稻瘟病抗性基因组成，并有效地应用于水稻抗性育种，开发不受遗传背景限制的分子标记至关重要。这些分子标记能够精确地识别亲本中的抗性基因，为分子辅助育种提供重要的工具。【方法】发掘抗性基因编码区在155份水稻材料中等位基因的核苷酸多态性位点，在特异性最强位点开发分子标记。【结果】经多重阳性及阴性对照或部分结果的重测序检验，为Pit、Pish、Pib、Pid3、Pi5、Pia、Pi54和Pita2/Ptr等8个抗性基因开发了有效的分子标记，并明确这些抗性基因在109个四川盆地常用育种亲本中的组成。其中，Pia基因不存在于这些亲本中，Pit、Pish、Pi54、Pid3、Ptr/Pita2、Pi5和Pib基因分别存在于3.67%、13.76%、14.68%、18.35%、24.77%、26.61%和38.53%的亲本中。另外，有21.10%的水稻亲本不含这些基因，35.78%的亲本只含有1个抗性基因，43.12%的亲本聚合了2~4个抗性基因。

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江苏粳稻育成品种氮响应相关性状位点分析 唐伟杰, 陈海元, 张所兵, 唐骏, 林静, 方先文, 张抒南, 肖宁, 吴云雨, 李爱宏, 张云辉 2024, 38(5): 535-543.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231004 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7199KB) ( )   【目的】江苏省是水稻氮肥施用量较高的区域，且水稻品种选育历史悠久，种质来源广泛；为了鉴定江苏水稻品种的氮响应相关性状以及氮响应相关基因，筛选氮高效品系，最终降低氮肥用量。【方法】利用76份不同地区、不同选育时间育成的江苏粳稻品种为试验材料，利用GATK4等软件获取群体变异信息，并用Admixture软件分析群体结构，以三个不同氮肥处理水平，调查成熟期氮响应相关性状并分析氮响应相关位点。【结果】筛选到了华粳5号和宁粳5号等氮钝感品种；利用关联分析，发现了已知或已报道的氮相关基因（OsAMT1.2，OsNRT2.4和Fd-GOGAT1等）邻近位点；进一步分析了位点的优异变异和携带优异位点的品种。【结论】鉴定了江苏育成粳稻品种的氮响应差异和携带的优异位点，可为选育不同氮响应品种提供参考。

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冬水田轻简化栽培杂交稻蓄留再生稻产量形成特点 蒋鹏, 张林, 周兴兵, 郭晓艺, 朱永川, 刘茂, 郭长春, 熊洪, 徐富贤 2024, 38(5): 544-554.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231205 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(349KB) ( )   【目的】轻简化栽培水稻因具有良好的社会、经济和环境效益而受到了广泛的关注。探明再生稻系统下轻简化栽培对杂交稻头季、再生季产量形成特点的影响，可为再生稻轻简化栽培提供理论依据。【方法】于2021－2022年在四川省典型再生稻区泸州进行大田试验，以7个杂交稻(益两优94、德优6699、泰优1060、蓉7优680、乐3优2275、德优727、锦丰优727)和1个常规稻(金农丝苗)为材料，研究两种栽培方式(免耕直播、免耕抛秧)对杂交稻头季、再生季产量形成特点的影响。【结果】栽培方式和品种基因型对杂交稻头季、再生季及两季总产量影响显著。与免耕抛秧相比，免耕直播头季、再生季及两季总产量分别增加了3.52%~7.37%、18.94%~47.37%、7.04%~14.93%，免耕直播杂交稻蓄留再生稻的增产优势主要表现在有效穗数、结实率、干物质积累量和收获指数上。不同基因型杂交稻头季产量以泰优1060、锦丰优727较高，再生季产量及两季总产量则以泰优1060最高。从2年平均值来看，高产杂交稻(德优6699、泰优1060、德优727、锦丰优727)头季、再生季以及两季总产量分别为8.80、2.53、11.33 t/hm2，较中低产杂交稻(益两优94、蓉7蓉680、乐3优2275)分别增加了13.54%、6.03%、11.76%；比高产常规稻(金农丝苗)分别增加了9.97%、21.87%、12.41%。与高产常规稻相比，中低产杂交稻头季产量平均降低了3.15%，但其再生季及两季总产量则分别平均增加了14.94%、0.58%。从产量构成来看，高产杂交稻头季、再生季的有效穗数、千粒重均高于高产常规稻。从干物质生产来看，与高产常规稻相比，高产杂交稻头季和再生季成熟期的干物质量、收获指数分别平均增加3.82%和11.16%、5.45%和5.70%。中低产杂交稻头季成熟期干物质积累量低于高产常规稻是其减产的主要原因。【结论】再生稻系统下免耕直播相对于免耕抛栽有明显的增产优势，是其源库协调的一种良好响应。综合考虑再生季产量与两季总产量，四川省冬水田区再生稻轻简化高产栽培适宜选用分蘖能力强、千粒重大的杂交稻品种。

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烟-稻轮作下减氮配施生物炭对水稻茎鞘同化物转运和产量 形成的影响 杨铭榆, 陈志诚, 潘美清, 张汴泓, 潘睿欣, 尤林东, 陈晓艳, 唐莉娜, 黄锦文 2024, 38(5): 555-566.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231203 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2078KB) ( )   【目的】在烟-稻复种连作系统中，探讨烟后作水稻茎鞘物质转运及其产量对减氮配施生物炭处理的响应，以期为复种连作土壤改良提供科学依据。【方法】以杂交水稻甬优1540为材料，常规施氮栽培为对照(T0)，在烤烟收获后全土层施用30 t/hm2生物炭的前提下，设置纯氮不减施(T1)、纯氮减施10%(T2)、纯氮减施20%(T3)和纯氮减施30%(T4)处理，分析了水稻产量变化与茎鞘同化物积累、转运的关系及其调控机制。【结果】结果表明，2年田间试验各处理产量均表现为T1>T2>T3>T0>T4，其中减氮10%~20%处理(T2和T3)与未减氮处理(T1)之间差异不显著，但均显著高于T0和T4，T2与T3处理2年平均实际产量分别比对照提高了13.94%和13.46%。收获指数方面，T2和T3处理均显著高于其他处理，各处理谷草比表现为T3>T2>T4>T1>T0。生物炭处理并适当减氮下抽穗期叶片净光合速率及SPAD值均显著高于对照。T1处理分蘖数峰值最高，但其分蘖成穗率却显著低于T2和T3处理。在茎鞘物质输出率和茎鞘物质转化率上，T3与T2处理差异不显著，但均显著高于其他处理；茎鞘非结构性碳水化合物(Non-Structural Carbohydrate，NSC)转运量、转运率及籽粒贡献率与茎鞘物质输出率和茎鞘物质转化率表现一致。茎鞘蔗糖相关酶活性分析表明，T3和T2处理水稻灌浆早中期α-淀粉酶、β-淀粉酶、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性均最高，但抽穗后20 d这些酶活性则以T1处理最高。【结论】生物炭可改善水稻灌浆期叶片光合性能，减施10%~20%氮肥有利于提高水稻抽穗期茎鞘蔗糖合成与转运酶活性，促进茎鞘物质的积累与转运，提高水稻收获指数，实现“减氮保产”的栽培目标。

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覆膜稻田施用炭基肥对水稻产量及氮素利用的影响 熊家欢, 张义凯, 向镜, 陈惠哲, 徐一成, 王亚梁, 王志刚, 姚坚, 张玉屏 2024, 38(5): 567-576.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230901 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(790KB) ( )   【目的】研究炭基肥及增施生物炭对覆膜水稻产量、氮素利用的影响，以期为水稻覆膜技术可持续发展应用提供理论依据。【方法】以优质粳型常规水稻品种浙禾香2号和籼粳杂交稻甬优538为材料，2021年覆膜机插种植设置CK(不施氮)、T1(施用缓释肥)和T2(施用炭基肥)处理。2022年覆膜机插种植设置CK(不施氮)、T2(施用炭基肥)、T3(炭基肥增施 6 t/hm2生物炭)和T4(炭基肥增施 12 t/hm2 生物炭)处理，研究覆膜稻田施用炭基肥对水稻干物质积累、产量及产量构成和氮素吸收利用的影响。【结果】炭基肥促进了覆膜水稻的生长，提高了覆膜水稻产量。炭基肥显著增加水稻干物质积累量，与T1相比干物质积累显著增加5.40%~29.69%，增施生物炭与T2相比增加了覆膜水稻干物质积累量9.28%~46.91%。浙禾香2号整个生长期效果明显，甬优538在后期作用更显著。与T1相比，炭基肥能显著提高水稻产量3.84%~4.65%。增施生物炭较T2进一步提高了覆膜水稻产量7.97%~15.06%；炭基肥促进了覆膜水稻对氮素的吸收利用，提高水稻氮素利用效率。施用炭基肥显著增加覆膜水稻各生长关键时期的氮素积累量4.87%~31.68%，且氮素积累量随炭基肥增施生物炭量的增加而提高，炭基肥增施12 t/hm2 生物炭(T4)氮素积累最高，较施炭基肥(T2)增加11.87%~40.59%。炭基肥降低了覆膜水稻氮素干物质生产率和氮素稻谷生产率，提高了氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥吸收利用效率。增施生物炭处理进一步提高氮素利用，减少氮素损失。【结论】覆膜稻田施用炭基肥有利于水稻干物质量和氮素积累量增加，增施生物炭能够进一步提高其效果，从而增加产量，提高氮素利用效率。浙禾香2号增产主要通过增加穗数和每穗粒数，甬优538则通过增加穗数增产，炭基肥增施12 t/hm2 生物炭增产效果最好。

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轮作模式和氮肥处理对稻田土壤有机碳储量及其结构的影响 周子榆, 王孟佳, 冯向前, 覃金华, 王爱冬, 马横宇, 褚光, 刘元辉, 徐春梅, 章秀福, 王丹英, 郑希, 陈松 2024, 38(5): 577-590.  DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230912 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1056KB) ( )   【目的】探讨不同水旱轮作模式与水稻季施氮水平在稻田土壤固碳(有机碳储量及其官能团特征)中的作用。【方法】依托中国水稻研究所水-旱轮作长期定位试验(2003年至今)，研究4种轮作模式[水稻-冬闲(RF)、水稻-紫云英(RC)、水稻-小麦(RW)和水稻-稻草覆盖种植马铃薯(RP)]与2个水稻季氮肥处理[不施氮(N0，0 kg/hm2) 和正常施氮(N1，135 kg/hm2)]对稻田土壤有机碳储量(0−50 cm)和有机碳官能团特征(0−20 cm)的影响。【结果】1) 在土壤浅耕层(0−20 cm)内，轮作能够在一定程度上提高有机碳含量，表现为RP>RC>RW或RF；但对于全耕层(0−50、0−40和0−30 cm)土壤有机碳储量而言，冬作(RP，RC和RW)与冬闲(RF)无显著差异，而施氮更有利于土壤固碳。2)水稻季不施氮处理下：相较于RF，冬作模式显著增加包括烷基碳和芳香碳在内的难降解组分，而抑制以烷氧碳为主的易降解组分，明显提高了土壤腐殖化指数、芳香性和疏水性，助力浅层土壤(0－20 cm)总有机碳储备的增加。其中，腐殖化指数和疏水性与还田秸秆C/N比值关系密切，这在浅层土壤固碳上具有重要意义。【结论】相较于轮作，适度施氮对全层土壤有机碳储备更有意义；而周年水旱轮作中全量秸秆还田对土壤有机质积累的效应仅停留在浅耕层，对全土层土壤有机碳储备的作用则被高估。秸秆碳在稻田的去向还有待进一步探索。