水稻根系遗传育种研究进展

根系作为水稻(Oryza sativa)植株的重要组成部分, 在水稻生长发育过程中发挥多种作用, 包括植物的固定、水分和营养物质的获取以及氨基酸和激素的生物合成等, 其形态结构和生理功能与水稻产量和稻米品质以及抗性等密切相关。目前, 通过遗传及生化等诸多手段, 已挖掘到较多水稻根系QTLs与控制基因。该文综述了水稻根系QTL和基因的研究进展, 并对未来根系研究进行展望, 以期为进一步克隆水稻根系基因和完善水稻理想株型模型提供参考。     

湖南省水稻生产水足迹及其影响因素研究

为分析湖南省水稻生产水资源的占用情况, 采用水足迹方法研究了2002-2015年湖南省水稻生产水足迹; 利用贡献率分析方法探究气象因子和生产要素对水稻水足迹的影响。结果表明: 水稻水足迹在研究时段内整体呈现下降态势, 年际变化呈现波动性上升期(2002-2005年)、快速下降期(2005-2009年)、缓慢下降期(2009-2015年)三个阶段性波动特征; 灰水足迹最大, 比例从69.03%下降到68.98%, 蓝水足迹比例从14.21%下降到12.75%; 绿水足迹从16.75%提高到18.26%; 农机动力、化肥投入、成灾率是是水足迹的主要影响因素, 其中农机动力起抑制作用, 化肥投入、成灾率起促进作用。建议湖南水稻生产水足迹调控的措施主要为提高水稻生产机械化水平及合理施肥。     

‘培矮64S’与其eui突变体‘长选3S’穗颈节间蛋白质组差异分析

为从蛋白质表达水平了解长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间伸长机理,该研究以长穗颈(EUI)温敏核不育水稻‘长选3S’为材料,温敏核不育水稻‘培矮64S’为对照,采用固相pH梯度双向凝胶电泳和质谱分析方法,对2个水稻材料抽穗前2 d的穗颈节间蛋白质进行分离,并进行差异蛋白质组学的比较研究。结果表明:(1)获得了分辨率和重复性较好的双向凝胶电泳图谱。(2)对40个差异蛋白质点进行MALDI-TOF-TOF-MS肽质谱指纹图谱分析,成功鉴定其中27个差异蛋白质点;与‘培矮64S’相比,‘长选3S’中有17个上调表达和10个下调表达的蛋白质。(3)差异蛋白质按照其功能可分为6类,其中主要是与细胞代谢相关蛋白,其次是与细胞壁重建相关蛋白;并且这些差异蛋白质可能与‘长选3S’抽穗期穗颈节间剧烈伸长生长有关,尤其是细胞壁重建相关蛋白与细胞的伸长密切相关。(4)实时荧光定量PCR对随机挑选的蛋白点2、7、8、24、35和36所对应的基因在两个材料最上节间的表达结果显示,‘长选3S’的2(Os10g08550)、7(Os12g42876)、8(Os01g55830)基因的表达量较‘培矮64S’明显下调,而24(Os06g48760)、35(Os05g25850)、36(Os07g42300)基因的表达量较‘培矮64S’显著上调,表明q-PCR的结果与蛋白凝胶图分析结果一致。研究认为,水稻eui基因可能是通过调节抽穗期穗颈节间这些蛋白质的表达,从而促进穗颈节间细胞分裂,尤其是细胞的伸长生长。     

水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

化龙山七筋姑种内二倍体与四倍体表型分化分析

七筋姑(Clintonia udensis Trautv. et Mey.)属百合科(Liliaceae)七筋姑属(Clintonia Raf.),多年生草本,具有二倍体(2n=14)和四倍体(4n=28)两种倍性。在陕西化龙山地区,二倍体主要分布在南坡海拔2 450 m处,四倍体主要生长在北坡海拔1 900 m左右,成为研究种内多倍体分化的理想材料。该研究从七筋姑营养和繁殖系统出发,研究其不同倍性的表型分化,揭示不同倍性的生态适应特征,为阐明七筋姑种内多倍体的演化提供线索。研究表明：(1)在根、茎、叶、花、果实、种子的11个性状中,二倍体的果实体积性状最为稳定(CV=0.02),叶长性状遗传多样性最高(CV=0.85);四倍体中果实体积性状也最为稳定(CV=0.06),而花数量性状多样性最高(CV=0.42)。(2)四倍体的果实体积平均值明显高于二倍体,但种子数量平均值显著少于二倍体,果实体积和种子体积性状在不同倍性间的分化占比最高(V_st=0.69)。(3)四倍体营养器官表型性状的遗传变异丰富度低于二倍体,其平均变异系数(CV=0.16)小于二倍体的变异系数(CV=0.44);在繁殖系统表型性状中,四倍体的遗传变异丰富度高于二倍体,平均变异系数(CV=0.30)大于二倍体(CV=0.26)。(4)显著性分析表明,二倍体与四倍体表型性状差异显著(P<0.05),而繁殖系统性状在不同倍性间无显著差异(P>0.05);PCA分析同样显示二倍体与四倍体间存在明显差异。四倍体显著的表型差异是对低海拔环境长期适应的结果。     

基于焦磷酸测序技术建立基因编辑水稻检测方法

基因编辑技术发展迅速,但对应的检测方法较少。为寻找创建基因编辑作物适用的检测方法,以 PL3 基因编辑水稻编辑位点为靶标,有效设计了焦磷酸测序的扩增引物及测序引物,并进行有效性检测,分别利用Sequence to Analyze等程序以及SNP和AQ两种模式完成了对PL3 基因的定性和定量检测试验,建立了 PL3 基因编辑水稻编辑位点焦磷酸测序检测方法。结果表明,基于焦磷酸测序技术可以通过检测编辑位点从而将基因编辑型水稻与野生型水稻进行区分。与常规的转基因检测方法相比,该检测方法具有较好的准确性、高效性及高灵敏度等优点,在基因编辑型水稻编辑位点定性和定量检测分析方面具有很好的应用前景。     

40%苯甲·嘧菌酯悬浮剂防治水稻稻瘟病的田间药效

为了验证40%苯甲·嘧菌酯悬浮剂对水稻稻瘟病防治的效果,筛选适宜的剂量及调查其对作物的安全性,对该药剂进行防治水稻稻瘟病的田间药效试验.结果表明:40%苯甲·嘧菌酯悬浮剂可以有效防治水稻稻瘟病,每667 m 2制剂用量8~16 g;第1次施用后10 d防效达59.76%~71.87%,第2次药后10 d防效达69.64%~85.86%;最佳施药时间是水稻破口期,推荐最佳用药量为每667 m 2制剂用量16 g,施用方法推荐手动常规喷雾.     

翻压山黧豆绿肥与氮肥减施对水稻生长及其养分吸收与产量的影响

为探明种植翻压山黧豆绿肥与减施氮肥下的水稻生产潜力,通过3年田间定位试验,设置冬闲+不施肥(NF)、山黧豆绿肥(GM)、冬闲+常规氮肥(100%N,CK)、山黧豆绿肥+80%常规氮肥(GM+80%N)、山黧豆绿肥+70%常规氮肥(GM+70%N)、山黧豆绿肥+60%常规氮肥(GM+60%N)6个处理,研究不同处理对水稻生长、养分吸收及产量的影响。结果表明：(1)与CK相比,翻压山黧豆绿肥并减施氮肥处理均能够显著提升水稻株高、增加水稻分蘖数、提高水稻干物质积累量,其中以GM+70%N施肥处理提升效果最为明显。(2)GM+70%N施肥处理下,不同生育时期水稻株高、有效分蘖数分别较对照常规施肥(100%N)提升了13.32%~ 15.73%和33.98%~59.47%,水稻干物质积累量提高了23.19%~144.18%,且随着生育时期的推进增加速率依次降低。(3)种植翻压山黧豆绿肥并减施氮肥处理下水稻产量均有所提高,其中GM+70%N和GM+80%N处理显著提高,增产分别达13.84%,7.25%,且GM+70%N处理下水稻植株和籽粒养分吸收更为全面。研究发现,种植翻压山黧豆并适量减施氮肥能有效促进水稻生长和养分的吸收积累,显著提高水稻产量,说明翻压山黧豆绿肥可替代稻田30%~40%的氮肥施入量,并可在避免水稻旺长的同时实现水稻高产,是四川水稻种植较好的耕作措施。     

水稻长日照开花因子Lfm1的图位克隆

开花期是水稻最重要的农艺性状之一,水稻的花期决定着水稻的地区适应性和最终产量。人工选择使水稻从短日照向长日照、低纬度向高纬度扩张,因此水稻已逐渐进化出适应长日照条件下的开花调控机制。目前,虽然鉴定了一些影响水稻长日照的开花基因如SDG724、RFT1、EHD4、DTH2,但是挖掘水稻长日照开花基因还十分有限。本研究通过筛选水稻突变体库,获得一批在长日照下花期有显著差异的突变体材料,其中一份突变体lfm1(late-flowering mutant1),在长日照条件下开花延迟,在短日照条件下开花时间正常。通过图位克隆,将Lfm1基因初定位至第8染色体端粒附近。进一步的精细定位将Lfm1基因定位于分子标记8-0.269和与8-0.283之间,范围为12 kb,该区域包括3个候选基因。经测序分析发现,在突变体lfm1中,LOC_Os08g01420基因的第六外显子2800处缺失9个碱基,突变体lfm1等位于已报道的突变体ehd3。在适度(中日照条件下,~12 h/12 h)的光照条件下,突变体lfm1表现为穗粒数增多,生育期略延长,具有应用于生产的潜力。Lfm1基因的克隆为培育适应不同生态区域的水稻材料提供了重要的基因资源。     

硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明: Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si,Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%～83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。