水稻籽粒灌浆速率的分子机制与遗传调控研究进展

水稻(Oryza sativa)的高产优质是我国粮食安全的重要保障,也是育种家一直追求的目标。水稻籽粒灌浆速率(GFR)是一个重要而复杂的农艺性状,直接影响籽粒充实度、粒重和米质。目前,快速灌浆的优良水稻品种缺乏,可供育种利用的相关优异基因资源有限,已成为制约水稻产量和品质进一步提高的瓶颈。相对于水稻的其它农艺性状,G...     

耐非生物胁迫转基因水稻的培育——现在和未来

环境胁迫严重降低了作物产量,日益减少的耕地和膨胀的人口对世界粮食安全造成了威胁。长期以来,改善作物的抗逆性一直是农业生产的主要目标。水稻是重要的粮食作物之一,培育具有抗逆性的水稻品种对全球的粮食生产将产生重要影响。在改善水稻的抗逆性方面,转基因比传统方法更有发展潜力。近年来,已有许多抗逆相关基因转入水稻并获得了一些提高抗逆性的转基因植株,文章重点讨论了耐非生物胁迫转基因水稻的研究进展。     

水稻粒形性状的遗传及相关基因定位与克隆研究进展

作物育种的首要目标是提高产量。水稻粒形是与水稻产量性状直接相关,与品质性状存在着密切关系的数量性状,其评价指标主要是粒长、粒宽、粒厚、长/宽和长/厚。近年来,水稻粒形的数量遗传研究取得了重要进展,并成功定位克隆了一批控制水稻粒形的基因。文章综述了水稻粒形的经典遗传研究、QTL定位、粒形基因的克隆和功能分析以及在水稻超高产育种中的利用。     

水稻产量相关QTL研究现状

产量是最为复杂的数量性状,对它的遗传机理了解甚微。近15年来,许多学者利用随机分离群体定位了许多影响水稻产量及其组分的QTL,即以QTL定位的方法对产量潜力进行遗传剖析。试验证明上位性效应对产量及其组分性状遗传变异起着重要作用,但目前大多数QTL研究仍侧重于发掘和克隆单个主效QTL,然而对单一基因／QTL的深入了解还不足以诠释复杂性状遗传基础的全貌,还没有为育种家提供足够的可应用于分子标记辅助育种的遗传信息并用于提高水稻产量。笔者认为今后的数量性状研究尚需加强复杂性状QTL遗传网络的发掘,在改良水稻品种性状的同时发展并完善QTL研究。     

中国水稻遗传育种历程与展望

我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为“少投入,多产出,保护环境”。水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代。基因组选择技术和转基因技术将为培育“少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产” 绿色超级稻保驾护航。本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位。特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进。未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法。     

灌浆结实期温度对水稻产量和品质形成的影响

灌浆结实期是水稻产量和品质形成的关键时期,该时期温度对水稻籽粒灌浆具有显著的影响.随着全球气候趋暖以及极端天气频发,温度胁迫下籽粒灌浆和稻米品质的响应特征及其生理生化机制是目前稻作研究的热点之一.本文以灌浆结实期温度为切入点,对水稻产量和品质形成的适宜温度与温度影响时段以及温度胁迫下水稻生理生化特征等方面进行了梳理.灌浆初期(齐穗后20 d)是温度影响水稻产量和品质形成的关键时期,适温(21 ～ 26℃)有利于水稻灌浆和淀粉的充实与沉积,过高或过低温度均不利于提高水稻产量和品质.温度胁迫下,水稻生理生化活性下降,光合功能降低,抗逆性减弱,干物质积累和运转受抑,从而造成产量下降及品质变劣.这些可能为水稻优质高产栽培和灌浆结实期温度研究提供一定的参考.     

水稻籽粒砷、铜、铁、汞、锌含量QTL挖掘及候选基因分析

水稻是关键的粮食作物,金属污染是影响水稻产量和品质的重要因素.挖掘与水稻籽粒金属含量积累相关的数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL),并分析其候选基因,再通过遗传育种手段提高水稻耐金属离子胁迫的能力,可有效减少土壤金属污染所造成的损失.本研究以粳稻品种热研(Nekken)为母本,籼稻品种华占(HZ)为父本,杂交获得F1代后,连续自交多代,得到的120个重组自交系(recombination inbred line, RIL)群体为实验材料.在相同且适宜的条件下培养,常规管理,在成熟期对各株系水稻籽粒内的金属离子含量进行测定.利用该RIL群体构建遗传图谱,对水稻耐金属离子胁迫的QTL进行定位分析,结果共检测到9个水稻金属离子含量QTL.其中包含1个与Cu、Hg积累相关的多效QTL; 3个与As积累相关的QTLs; 2个与Fe积累相关的QTLs,其中一个的likelihood of odd(LOD)值高达5.53; 2个与Zn积累相关的QTLs,其中一个的LOD值高达7.29.对这些QTLs区间内与耐金属离子胁迫相关的候选基因进行定量分析发现, LOC_Os01g14440, LOC_Os01g18584, LOC_Os01g20160, LOC_Os04g34600这4个基因在双亲间的表达量差异显著,结合亲本对不同金属离子的浓度积累数据结果,本团队推测, LOC_Os01g14440, LOC_Os01g18584, LOC_Os01g20160的高表达可能会极大提高水稻对Zn离子胁迫的吸收和耐受能力,而LOC_Os04g34600的高表达可能增加水稻对Fe胁迫的吸收和耐受能力.通过本次QTL的挖掘和分析发现,这些基因与水稻籽粒的金属离子积累有关,可能会影响水稻耐金属离子胁迫的能力,为进一步培育和筛选耐金属离子胁迫的水稻品种创造了条件.     

水稻中硅的营养功能及生理机制的研究进展

尽管硅还没有被列为植物生长的必需营养元素,但它在水稻生长发育、产量与品质形成、矿质营养吸收以及逆境生理等方面都具有重要的作用。硅不仅是水稻细胞结构成分和组成物质,还参与调节水稻各种生理生化代谢过程,促进光合作用,改善冠层结构,增强抗倒伏能力,提高群体质量,促进产量、品质和肥料吸收利用效率的协同提高。硅通过物理途径或生理生化途径增强水稻对重金属、盐渍、干旱、紫外线、高温等非生物胁迫以及病虫生物胁迫的抵抗力。还展望了水稻中硅研究的未来发展。     

绿色优质高产水稻新品种的选育与应用

该团队针对长江上游稻作生态特点及水稻生产中存在的问题,开展了绿色优质高产新品种的培育研究。先后发掘出与稻飞虱抗性、产量、品质性状相关的基因/QTL;研发了稻米品质、稻瘟病抗性、稻飞虱抗性、磷高效利用、抗旱性、抗倒伏等绿色性状的改良技术;创制出兼具优质、高配合力、抗稻瘟病、抗飞虱等优良性状的新材料;培育出适合长江上游生态条件的绿色优质高产新品种并在生产上推广应用。     

我国北方冬小麦主要推广品种品质性状研究

在河北保定生态条件下,研究了京、冀,鲁,豫等北方小麦主产省份近年来育成的15个小麦推广品种的16种品质性状和产量表现。结果表明;这些品种可分为2大类,第1类为优质型品种,加工品质表现较好,其中豫麦34表现既优质又高产,中优9507具有突出的优良品质特性;第2类品种为高产型品种,产量高但品质性状较差,不同性状具有各自的遗传变异特点,仍需要通过各种途径扩大和丰富我国小麦育种材料品质和产量性状的变异性,沉降值作为重要品质性状,遗传力较高,与大多数面粉,面团品质参数显著相关,在育种早代选择中应予重视,基于所有品种的相关分析得出产量与沉降值,粉质仪测定参数存在负相关,但以10个优质品种为材料的分析结果表明,产量与品质性状以及品质必状间的不利相关被打破,使对生产有利的性状得到了协调与结合改良。     

Responses of Super Rice (Oryza sativa L.) to Different Planting Methods for Grain Yield and Nitrogen-Use Efficiency in the Single Cropping Season

To break the yield ceiling of rice production, a super rice project was developed in 1996 to breed rice varieties with super high yield. A two-year experiment was conducted to evaluate yield and nitrogen (N)-use response of super rice to different planting methods in the single cropping season. A total of 17 rice varieties, including 13 super rice and four non-super checks (CK), were grown under three N levels [0 (N0), 150 (N150), and 225 (N225) kg ha⁻¹] and two planting methods [transplanting (TP) and direct-seeding in wet conditions (WDS)]. Grain yield under WDS (7.69 t ha⁻¹) was generally lower than TP (8.58 t ha⁻¹). However, grain yield under different planting methods was affected by N rates as well as variety groups. In both years, there was no difference in grain yield between super and CK varieties at N150, irrespective of planting methods. However, grain yield difference was dramatic in japonica groups at N225, that is, there was an 11.3% and 14.1% average increase in super rice than in CK varieties in WDS and TP, respectively. This suggests that high N input contributes to narrowing the yield gap in super rice varieties, which also indicates that super rice was bred for high fertility conditions. In the japonica group, more N was accumulated in super rice than in CK at N225, but no difference was found between super and CK varieties at N0 and N150. Similar results were also found for N agronomic efficiency. The results suggest that super rice varieties have an advantage for N-use efficiency when high N is applied. The response of super rice was greater under TP than under WDS. The results suggest that the need to further improve agronomic and other management practices to achieve high yield and N-use efficiency for super rice varieties in WDS.     

Physiological and genetic mapping study of tolerance to root-knot nematode in rice

The root-knot nematode Meloidogyne graminicola is an obligate biotrophic parasite and a major pest of rice (Oryza sativa) for which resistant varieties are not currently available. Quantitative trait loci (QTLs) for partial resistance to M. graminicola were identified using a mapping population based on two rice varieties, Bala x Azucena. Experiments were carried out to investigate the interactions between M. graminicola and these two varieties in terms of nematode establishment, reproduction and effect on rice yield. Nematode establishment was also assessed in the mapping population. Meloidogyne graminicola consistently caused more galling and had higher reproductive success in Azucena than in Bala. M. graminicola did not significantly reduce yield in Bala, but caused a yield reduction of almost half in Azucena, suggesting that the partial resistance to nematode establishment was related to nematode tolerance. A total of six significant or putative QTLs for nematode tolerance were detected. For two of the QTLs detected, Azucena was the donor of the tolerance alleles, suggesting it may be possible to breed plants with greater tolerance than Bala.     

水稻品种化感特性与农艺性状的关系

选用9个华南地区主栽水稻品种,用特征次生物质标记方法测定它们的化感指数,并通过田间实验确定这些水稻品种的抑草效应及主要农艺性状,在此基础上分析这些水稻品种的化感特性、抑草效应和农艺性状的关系.结果表明,具有化感特性的水稻品种并不都能在田间表现出抑草效应,化感特性与主要农艺性状均无显著的相关性,但同时具有化感特性和有利竞争农艺性状的水稻品种均能在田间显示抑草效应.水稻化感特性和农艺性状的不相关显示化感特性转入相关的水稻品种将不影响它们的农艺性状,这意味着能培育出各种农艺性状的水稻化感新品种.     

航天与辐射共诱变在水稻育种中的应用

利用航天诱变与辐射诱变相结合的方法进行水稻新种质、新品种的选育,显著地提高其突变频率和突变类型,提高诱变育种的选择效果,育成1个两系杂交水稻新组合“培两优721”及一批优质水稻新种质和新品系(组合)。     

水稻稻瘟病和纹枯病抗性鉴定方法

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物, 但稻瘟病和纹枯病等病害严重危害水稻的产量和品质, 给我国乃至全球粮食安全带来巨大威胁。鉴定水稻抗病资源、克隆抗病基因、揭示抗性机理并在育种中加以利用, 对抵御水稻病害和保障粮食安全具有十分重要的作用。准确评价水稻资源的抗病性, 是开展抗病机理研究和育种生产应用的关键环节。该文详述了水稻幼苗期人工喷雾接种、分蘖期和孕穗期田间注射接种与离体叶片戳伤接种的稻瘟病抗性鉴定方法, 以及水稻分蘖期田间接种、孕穗期温室接种和离体茎秆接种的纹枯病抗性鉴定方法, 以期为同行鉴定水稻资源、开展抗病理论和应用研究提供参考。     

Rice genetic resources: history,conservation, investigative characterization and use in Japan

Rice has been grown in Japan for about 3000 years. Although both japonica and indica varieties have been grown in Japan, now japonica rices are grown. Japanese rice breeding has used an ecological breeding approach. While emphasis in rice breeding in the 1940's and 1950's focussed on yield in recent decades quality has been of major importance. Consumer preference and name recognition of high quality varieties, such as Koshihikari, has resulted in slow acceptance of new varieties.Rice germplasm was systematically collected throughout Japan between 1962 and 1963. Subsequent acquisition and collecting, in Japan and other countries, has resulted in 28,000 accessions being conserved in the National Genebank, based at the National institute of Agrobiological Resources (NIAR).Research on genetic diversity of rice using a range of techniques, for example esterase isozymes, has revealed clinal variation in rice radiating from the center of diversity of rice in and around southwest China. Newly found genes in traditional rice germplasm, such as genes for non-elongating mesocotyl, are now routinely identified on the rice genome. Pioneering studies on eco-genetic differentiation of species in the genus Oryza in Japan has revealed much about the complex genepool for which rice evolved.Pest and disease resistance sources, particularly to blast, bacterial blight and brown plant hopper, from many countries have been incorporated into Japanese varieties. Cold tolerance at the booting stage was found in the Indonesian variety Silewah. In the future in characterisation of rice germplasm and interaction between rice germplasm specialists and rice molecular scientists, both in Japan and internationally, will be corner stones to securing rice genetic diversity and rice improvement in the next century.     

中国与越南褐飞虱和白背飞虱生物型研究

【目的】监测我国与越南褐飞虱Nilaparvata lugens St?l和白背飞虱Sogatella furcifera Horvath生物型,为抗虫育种工作提供指导。【方法】应用群体集团检测法和蜜露量检测法研究了中国广西、云南、河南、湖南、重庆、贵州和越南河内、河静、顺化、胡志明市和九龙江田间褐飞虱和白背飞虱的致害特性和生物型组成结构。【结果】我国主要稻区(除云南思茅外)和越南中北部的田间褐飞虱以Ⅱ型的比例多,对含Bph1、bph2基因的鉴别品种表现为致害;云南思茅的田间褐飞虱以Ⅱ+Ⅱ型的比例多,对含Bph1、bph2和bph4基因的鉴别品种表现为致害或强致害;越南胡志明市、九龙江的田间褐飞虱以Ⅱ+Ⅱ型的比例多,对含Bph1、bph2、Bph3、bph4基因的鉴别品种主要表现为致害或强致害。我国白背飞虱以Ⅰ型比例较多;越南顺化和河内以Ⅱ型比例多;所有监测点白背飞虱的致害特性总体表现为对含Wph1、Wbph2基因的鉴别品种的致害能力较强,对Wbph3的致害能力表现不一,对含Wph5基因的鉴别品种表现为中等致害。【结论】抗虫育种选择抗源时,不要选含Bph1、bph2基因的水稻品种作为褐飞虱抗源,不要选含基因Wbph1或Wbph2的水稻品种作为白背飞虱抗源。     

近20年气候变暖对东北水稻生育期和产量的影响

为探究近20年气候变暖对东北地区水稻生育期和产量的影响,利用东北三省近20年水稻生育期、产量数据和气候观测数据,采用数理统计等方法进行分析.结果表明: 1989-2009年东北三省水稻生长季日平均温度、最高温度和最低温度均呈上升趋势,降水量均呈下降趋势.与1990s相比,2000s黑龙江、吉林和辽宁三省水稻全生育期分别延长了14、4.5和5.1 d.东北地区5、6和9月温度升高可延长水稻全生育期,而7月温度升高则缩短生育期.除黑龙江省外,东北地区的审定品种和观测站点水稻生育期均呈相似的变化趋势,审定品种生育期的延长是导致观测站点水稻生育期延长的主要原因.东北地区日平均温度、最低温度和最高温度的变化均会影响水稻产量,温度上升对黑龙江省的增产效应较明显,尤其是三江平原以西地区.除辽宁省南部以外,其他地区升温均表现为增产.东北地区可以采取育种、栽培和耕作等措施充分挖掘水稻适应气候变暖的能力.
     

不同穗型粳稻品种产量和品质性状的比较分析

利用不同穗型粳稻品种,在不同氮肥水平下对产量性状和品质性状进行了比较.试验结果表明,随着施氮水平的提高,直立穗型品种产量增加幅度大于半直立和弯曲穗型品种,但产量构成因素的变化趋势,在各种穗型品种间变化基本一致.随着施氮量的增加,3种穗型品种的糙米率、精米率和整精米率均增加,而垩白率的变化在不同穗型品种间不相一致.直立穗型品种较半直立和弯曲穗型品种,胶稠度相对较硬,蛋白质含量较高,并且对氮素的反应较敏感.