水稻胚乳过表达VIT1/VIT2对Fe和Cd积累的影响

水稻籽粒铁(Fe)缺乏和镉(Cd)含量超标是农业生产亟待解决的重要问题。以往研究表明,OsVIT1和OsVIT2是液泡铁转运蛋白,本研究选取野生型ZH11为背景材料,使用胚乳特异性表达启动子Glb-1构建了胚乳过表达OsVIT1和OsVIT2材料。RT-qPCR分析表明,OsVIT1在转化植株的胚乳和叶片过量表达,OsVIT2在转化植株的胚乳过量表达。通过田间试验,研究胚乳过表达OsVIT1和OsVIT2对水稻不同部位Fe和Cd积累的影响。结果表明,胚乳过表达OsVIT1显著降低籽粒中的Fe浓度约50%,显著增加秸秆的锌(Zn)、铜(Cu)浓度和籽粒中的Cu浓度,胚乳过表达OsVIT2显著降低籽粒中的Fe、Cd浓度约50%,显著增加秸秆的Fe浓度45%–120%。胚乳过表达OsVIT1和OsVIT2不影响水稻的农艺性状。总之,胚乳过表达OsVIT1和OsVIT2降低了水稻籽粒的Fe积累,未达到预期效果,胚乳过表达OsVIT2还降低籽粒的Cd积累,增加秸秆Fe积累,为水稻铁生物强化和降镉提供了借鉴。     

基于DUS测试的水稻标准品种形态性状多样性分析

对水稻DUS测试标准品种进行多样性评价,为DUS测试标准品种的选择和优化提供依据。以DUS测试指南中规定的49个水稻标准品种为材料,根据2008年在杭州田间试验对59个形态性状的调查数据,利用PopGen32软件计算了等位变异数、有效等位变异数和Shannon's多样性信息指数,对标准品种的形态性状多样性进行了评价;并根据其多样性参数采用NTSYS软件对标准品种进行了聚类分析。结果表明,59个形态性状在19份籼稻和30份粳稻品种中分别检测到201和262个等位变异,平均每个性状可以检测到3.4068（籼稻）和4.4407(粳稻)个等位变异,籼、粳稻类群中59个性状的平均Shannon's多样性指数分别为0.8318（0~1.7674）和0.9828（0~1.8547）。聚类分析结果表明,籼、粳稻群体内品种间的形态性状相似系数分别介于0.45~0.81和0.36~0.76,取相似系数0.70为阈值,可将19份籼稻和30份粳稻品种分别分为16和27类。多样性分析表明本研究的49个品种形态性状多样性丰富,具有标准品种性状描述的示例和校正作用;根据聚类分析结果,可将现有标准品种的数量减少至43个。本研究为水稻新品种DUS测试中标准品种的选择和优化提供了参考依据,同时也可供研制其他植物的DUS测试标准借鉴。     

同源四倍体水稻糯性基因的遗传分析

许多学者研究了二倍体水稻糯性胚乳的遗传。他们指出糯性胚乳是单基因隐性遗传的。二倍体杂种Wx。的自交后代有3种基因型,显隐性比例为3:1。同源四倍体糯稻在。二位点上有4个等位基因,它与非糯稻的杂种后代的基因型种类和表现型比例要比二倍体复杂得多。以双显性WxWxwxwx为例,它的自交后代有,种基因型,其显隐性比例将依染色体、染色单体随机分离和完全均衡分离分别表现为35：1, 20.8:1和19.3:1,而3显性Wxwxwx.wx和单显性Wxwxw二,x杂合体也会依3种分离方式而产生相应的表现型比例。虽然过去对同源四倍体水稻的形态学和细胞学有过一些研究,但同源四倍体水稻单基因遗传的报道尚未见过。为了探索同源四倍体水稻的性状遗传规律,我们先从质量性状人手,对糯性胚乳进行了初步研究,现将观察分析结果报道如下。     

胚和胚乳基因效应对水稻幼苗生物量的影响研究

本文利用和胚乳遗传模型[研究了水稻早期胚后生长生物量性状的遗传控制,结果表明：在两个时期水稻幼苗生物量性状中,除了第16天时根鲜重（RFW）主要受到胚乳显性效应控制外,叶鲜重（LFW）,叶干重（LDW）,根干重（RDW）主要受到胚基因显性效应和胚乳基因加性效应的控制,胚加性和乳乳加性效应占总遗传方差的40－54％,说明对生物量性状进行早期选择有效,各个性状都检测到显著的胚狭义遗传率和胚乳狭义遗传率,说明在早期世代即可估计选择进程,对亲本的遗传效应值的预测表明,对根部性状的选择在第8天进行比较合适,并以亲本P1,P3和P6较好,它们既可提高RFW又可提高RDW,而对地上部分性状的选择在第16天时进行比较合适,并以P4,P9和P10为最好。     

披碱草属及其近源属植物种子胚乳细胞多样性研究

披碱草属不仅是小麦、大麦等作物的重要基因库,也是优良牧草的重要组成部分。胚乳是麦类作物种子的重要组成部分,其重量占籽粒重量在90%以上。胚乳特性是一个相对稳定的遗传性状,可以将胚乳特性作为植物分类和系统关系的一个指标。胚乳细胞特征作为植物的一类微形态特征,在麦类植物系统分类与进化研究中具有一定的价值。该研究对小麦族的6个披碱草属(Elymus)物种、2个拟鹅观草属(Pseudoroegneria)物种、1个大麦属(Hordeum)物种和2个冰草属(Agropyron)物种,共4属11份材料的胚乳细胞特征进行解剖观察并测量相关指标。结果表明:(1)不同属、种的植物种子胚乳细胞之间存在丰富的多样性,属间差异大于属内种间差异;(2)同样具有P染色体组的Agropyron cristatum和A.mongolicum与同样具有St染色体组的Pseudoroegneria libanotica和P.spicata各自在细胞形状和大小上的差异很小;(3)不同物种的胚乳细胞在大小、形状和数量上均表现出差异,但不能很好地反映属以及基因组间的差异,研究结果为揭示披碱草属植物的系统关系提供了胚乳细胞方面的证据,同时也为利用该属植物改良麦类作物品质积累资料。     

水稻84-15细胞胚胎学的研究

粳稻品种８４＿１５是非洲长花药野生稻（Ｏ．ｌｏｎｇｉｓｔａｍｉｎａｔａ）和栽培稻８０＿６１９５杂交,在杂种第三代出现的不分离粳稻品系。它们的杂种Ｆ１０代农艺性状保持整齐一致（赵世绪,１９９０;陈建三,１９９５）。它比水稻品种郑粳１０７增产２２．２％。用粳稻８４＿１５与水稻喜峰杂交,在杂种第二代选育出中新一号比秋光增产１１％,已种植Ｆ１０代农艺性状保持一致。为了证实粳稻８４＿１５固定杂种优势的原因,我们进行了细胞胚胎学的研究。通过研究发现了粳稻８４＿１５珠心胚生殖现象（陈建三,１９８８;１９９０;１９９１）。本文旨在进一步研究此种现象。     

水稻84-15细胞胚胎学的研究

粳稻品种84-15是非洲长花药野生稻(O．longistaminata)和栽培稻80-6195杂交,在杂种第三代出现的不分离粳稻品系。它们的杂种F10代农艺性状保持整齐—致(赵世绪,1990;陈建三,1995)。它比水稻品种郑粳107增产 22.2％。用粳稻84-15与水稻喜峰杂交,在杂种第二代选育出中新一号比秋光增产11％,已种植F10代农艺性状保持—致。为了证实粳稻84-15固定杂种优势的原因,我们进行了细胞胚胎学的研究。通过研究发现了粳稻84-15珠心胚生殖现象(陈建三,1988;1990;1991)。本文旨在进一步研究此种现象。     

长江下游不同类型水稻分蘖期耐淹能力比较

在分蘖期对长江下游稻作区主栽的9个水稻品种进行大田模拟没顶淹涝处理,研究淹涝胁迫对水稻植株农艺性状、生理指标和产量性状的影响,比较分析了常规粳稻、杂交籼稻和杂交粳稻对淹水胁迫环境适应性的差异.结果表明:淹水胁迫4d后,水稻株高及顶部全展3片叶长均比对照有不同程度的增加,伸长程度为杂交粳稻＞杂交籼稻＞常规粳稻.杂交粳稻的茎蘖数、绿叶数和地上部干质量损失率分别为18.0％、41.4％、13.2％,显著小于常规粳稻;杂交籼稻则介于杂交粳稻和常规粳稻之间,且整株死亡率显著低于常规粳稻.常规粳稻叶片中丙二醛(MDA)含量比对照增加1.91 μmol·g-1 FM,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性明显降低;杂交粳稻和杂交籼稻MDA含量分别降低2.32和2.10 μmol·g-1 FM,SOD和CAT活性显著提高.不同类型品种的减产程度差异显著,常规粳稻的产量损失率达到38.5％,显著高于杂交粳稻和杂交籼稻,杂交粳稻产量损失率仅为4.1％.长江下游水稻分蘖期的耐淹涝能力为杂交粳稻强于杂交籼稻,常规粳稻的耐淹能力最低.     

利用激光扫描共聚焦显微技术观察同源四倍体双胚苗水稻的胚胎学特征

利用激光扫描共聚焦显微技术对同源四倍体双胚苗水稻的受精过程、胚胎发育过程和双胚来源进行观察鉴定。研究结果表明,同源四倍体水稻和二倍体水稻在发生受精作用的时间上不存在很大的差异。双胚苗水稻的受精作用和胚胎发育表现出明显的特异性,其双胚苗性状有其胚胎学根源,双胚可能有4种来源,即来源于由双套胚囊形成的双胚、由多卵卵器中的卵细胞和类卵细胞分别通过受精作用形成双胚、由特异性的反足细胞通过异常发育后形成额外的幼胚、由胚乳细胞通过异常发育后形成胚乳型幼胚。通过对试验材料的受精频率及其结实率进行比较后发现,双胚苗水稻具有更弱的有性生殖能力,其遗传可塑性更强,这为离子束介导技术的研究找到了比较好的受体材料。     

不同类型水稻的组织培养和细胞悬浮培养

我们(1980)曾报道过晚粳稻台中育39和杂交水稻汕优6号幼穗、茎、叶鞘等外植体愈伤组织的诱导率、分化率及其试管苗得率的情况及其在温室、大田的性状表现(赵成章等1980),并指出水稻幼穗外植体具有很强的分化能力。因此,本实验以水稻的幼穗为材料,比较研究不同类型水稻品种幼     

水稻籽粒胚乳的石蜡切片方法改良及其结构发育观察

以杂交水稻保持系‘岗46B’授粉后不同天数的籽粒为材料,利用PAS反应原理,通过对传统石蜡切片技术中材料固定、染色、脱水、浸蜡等环节的改进,即采用FAA和FPA相结合方式固定材料,先用热配法席夫(Schiff)试剂进行整染,再以稀释和氨水蓝化后的埃利希氏(Ehrlich)苏木精复染,中间以70%、83%、95%质量分数梯度乙醇进行脱水和复水处理,渐进式浸蜡与把握时间等实验环节,对水稻胚乳结构发育进行观察研究,结果授粉后第2~10天籽粒胚乳的石蜡切片完整,且染色分明,结构显示完整清晰。观察发现,随着授粉后天数推移,胚乳内部逐渐由游离胚乳核期向细胞化过渡,细胞层数增加并趋向充满子房,淀粉粒开始累积,胚乳细胞进一步增大。授粉后第5~10天是胚乳细胞淀粉粒从开始到大量累积的重要时期,同时胚乳细胞向无核化发展,不同部位胚乳细胞和淀粉粒的排列分布也逐渐表现出一定的差异。表明改良后的石蜡切片方法适合于授粉后第0~10天的水稻胚乳结构发育研究。     

胚乳性状的遗传模型和世代平均数

谷类作物的胚乳是三倍体组织,胚乳性状受3N遗传控制。本文分析了胚乳性状的遗传特征,建立了相应的遗传模型,推导了世代群体的平均数分量,并提出了研究胚乳性状基因效应的一些简单的交配设计。     

生长素代谢、运输及信号转导调控水稻粒型研究进展

水稻(Oryza sativa)是世界主要粮食作物。随着我国经济飞速发展, 耕地面积逐年减少, 提高水稻总产量唯有依靠单产的增加。粒重是决定水稻产量的重要因素之一, 其遗传稳定, 受外界环境因素影响较小。粒重由粒型和灌浆程度决定, 而粒型性状包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比。水稻种子颖壳和胚乳发育决定了粒型和粒重, 颖壳细胞的增殖和扩张限制籽粒发育, 胚乳占据成熟种子的大部分体积。而生长素调控受精后颖壳和胚乳的发育, 是调控种子发育和影响水稻产量的重要植物激素。生长素的时空分布受生长素代谢、运输和信号转导的动态调节, 以维持生长素在种子发育中的最适水平。该文综述了生长素代谢、运输和信号转导调控水稻粒型的研究进展, 以期为深入探究生长素调控水稻粒型发育机制和提高水稻产量提供线索。     

基于DUS测试的上海粳稻地方品种遗传多样性分析

利用水稻DUS测试指南(2012版)中的38个水稻标准品种和52个基本测试性状对上海地区的172个粳稻地方品种进行遗传多样性分析,并与14个上海地区选育的申请品种保护的粳稻品种作比较。结果表明:地方品种表型性状共检测到176个等位变异,平均每个测试性状检测到3.6667个,变幅介于1~8个。Shannon's多样性指数(H')平均值为0.6834,变幅介于0~1.9327,77.08%的性状存在3个及以上的等位变异;地方品种的等位变异数、每个性状的等位变异数及其变异幅度、多样性指数平均值等均大于现代育成品种,在外观形态上,地方品种的遗传多样性比现代育成品种更丰富。利用UPGMA法进行聚类分析发现在相似系数为0.53时,可将186个粳稻品种分为3个类(亚)群,现代育成品种单独组成一个亚群;而主坐标分析将186个粳稻品种明显的分为地方品种和现代育成品种两大区。地方品种具有丰富的多样性,与现代育成品种具有明显的形态差异,可为今后粳稻育成品种的改良提供更多的形态基础。     

水稻谷蛋白基因GluC启动子的克隆及表达分析

水稻谷蛋白仅在水稻种子胚乳中表达,其启动子是分离胚乳特异性表达启动子的理想材料。本研究克隆了GluC基因启动子pGluC,生物信息学分析表明pGluC内部含有胚乳特异性表达所需要的Skn-1 motif和ACGT-box元件。将pGluC启动子和7个5'端缺失启动子片段构建到pGPTV-GUS载体上,转化水稻愈伤组织,进行组织化学染色和GUS酶活分析。结果表明：全长及截短的-1 911、-1 611、-1 311 bp启动子均能驱动GUS基因在水稻种子胚乳中高效稳定表达。-999、-451、-203、-102 bp启动子失去了胚乳表达特异性,在根、茎或者叶中也检测到GUS表达。该结果为实现外源目的基因在水稻胚乳中特异高效表达提供了理论依据。     

水稻新品种测试的标准品种DNA指纹图谱多样性分析

以植物新品种特异性、一致性和稳定性(DUS)测试指南中选定的49个水稻标准品种为材料,采用农业行业标准(NY/1433-2077)中推荐的24对水稻SSR引物进行DNA指纹图谱构建和遗传多样性分析。结果表明,24对SSR引物在19个籼稻和30个粳稻品种中分别检测到141和156个等位变异,平均每对引物可以检测到5.88(籼稻)和6.50(粳稻)个等位变异;籼、粳稻类群中24对SSR引物的平均Shannon's多样性指数分别为1.5141(1.0460~1.9959)和1.4389(0.4677~2.4503);经聚类分析后,籼、粳稻群体内品种间的相似系数分别介于0.45~0.81和0.36~0.76,取相似系数0.72为阈值,可将19个籼稻和30个粳稻品种分别分为16类和28类。由此可见,本研究的49个品种的遗传多样性丰富。结合形态性状和基因型聚类分析结果,可将现有的49个水稻DUS测试标准品种减少到46个。     

基于F3种子的胚乳性状QTL区间定位

文章提出了包括胚乳效应和母体效应的胚乳性状QTL定位的统计方法,该方法的实验设计是分子标记基因型信息来自F2母体植株和F3种子胚(或植株),胚乳性状表型值来自F3单粒种子胚乳,称之为两步等级设计。同时,用计算机全面模拟以验证该模型的可行性,模拟结果表明,只要群体足够大,该模型能较有效地进行胚乳性状QTL定位并精确地估计出胚乳QTL的各种遗传效应和母体效应。     

同源四倍体水稻受精与胚胎形成过程的观察

激光扫描共聚焦显微术具有“组织与细胞CT”的功能,可以对整体组织进行扫描并构建三维结构。在水稻胚囊发育研究上建立的整体染色透明激光扫描共聚焦显微术辅助D IC法,对同源四倍体水稻广陆矮4号-4x和L202-4x受精和胚胎发育过程进行了研究,描述授粉后不同时段胚囊发育的特点,发现同源四倍体水稻受精、胚胎和胚乳发育过程及特点与正常的二倍体水稻的基本一致,但在不同发育时段中存在无胚、无胚乳胚囊、胚乳吞噬胚、胚胎发育停滞、胚囊退化等异常。2份材料的异常情况存在差异。这些异常均可能导致结实率降低。     

转基因水稻中过表达OsHGGT基因提高种子三烯生育酚含量的研究

旨在提高稻米中三烯生育酚的含量,将来源于日本晴尿黑酸牻牛儿基牛儿基牻转移酶(homogentisic acid gerany-lgeranyl transferase,HGGT)基因导入粳稻品种武育粳3号过量表达。经PCR和RT-PCR分析证明外源基因已导入水稻中并能够在水稻胚乳中表达。HPLC测定结果表明,过表达HGGT后,转基因水稻种子糠层及胚乳中γ-三烯生育酚和总三烯生育酚的含量分别是未转化对照的1.52和1.67倍,且三烯生育酚的积累并未导致总生育酚含量的降低,最终糠层及胚乳中总三烯生育酚与总生育酚的比值分别提高到0.82和1.82,极显著高于(P<0.01)未转化对照(分别为0.54和1.27)。     

水稻粒型调控相关信号通路的鉴定与解析

水稻是最重要的粮食作物之一，其产量对世界粮食安全影响巨大。提高水稻的产量是育种的永恒主题，也是解决全球人口迅速增长和耕地面积持续下降矛盾的迫切需求。水稻粒型是决定其单株产量的主要因素之一，是受多基因控制的能够稳定遗传的数量性状，由籽粒的粒长、粒宽和粒厚共同决定。籽粒大小由调控母体组织和合子的信号协同控制，与颖壳细胞的增殖和扩张、胚乳的生长发育密切相关。近年来，基于图位克隆和全基因组关联分析技术的发展，对粒型调控机制的的遗传研究逐步深入。大量粒型相关数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)被确定，许多粒型相关基因被克隆并进行了功能解析，这些基因大多表现为一因多效，与其他粒型基因共同协调表达，进而构成调控网络。鉴定和解析水稻粒型调控的遗传和分子机制，能为水稻分子设计育种提供新的思路。本文从胚乳发育和颖壳发育视角，概述了水稻籽粒发育的基本过程，以及粒型相关QTL的研究现状，聚焦于近来取得较大进展的G蛋白信号通路、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)级联、泛素-蛋白酶体途径以及miRNA相关通路在...