生长素调控因子OsGRF4协同调控水稻粒形和稻瘟病抗性

【目的】水稻粒形为多基因控制的复杂数量性状,同时影响稻谷产量和稻米外观及碾磨品质,挖掘粒形相关基因并解析其遗传机制,对于水稻高产和优质品种选育具有重要意义。【方法】以前期利用大粒籼稻品种特大籼(TDX)为供体亲本、小粒粳稻品种日本晴(Nipponbare,NPB)为轮回亲本获得的一个大粒近等基因系,在水稻第2染色体上初定位粒形调控基因GS2.2(grain size 2.2)的基础上,对GS2.2基因进行了精细定位和候选功能基因的克隆鉴定。【结果】利用BC₄F₂群体中2887份极小粒单株及该群体中70份基因型杂合的大粒单株自交获得的BC₄F₃群体,将GS2.2基因精细定位在2M-7-1与2M-9之间的160.6 kb的区间内。该区间编码18个基因开放阅读框(ORF1-18)。测序发现ORF18基因在大粒近等基因系与小粒日本晴等位基因间存在5个SNP差异,ORF18编码生长素调控因子蛋白OsGRF4。采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对大粒近等基因系中ORF18进行敲除,发现ORF18敲除株系粒长变短,证实ORF18是GS2.2的功能基因。进一步对ORF18大粒近等基因系和基因编辑敲除株系进行稻瘟菌室内离体和病圃接种鉴定,发现ORF18大粒近等基因系稻瘟病抗性增强,而基因编辑敲除株系稻瘟病抗性减弱,表明ORF18正调控水稻稻瘟病抗性。【结论】本研究发现的生长素调控因子OsGRF4协同调控水稻粒形和稻瘟病抗性,为协调水稻高产和抗性育种提供了重要的基因资源。     

施氮量对双季稻产量及其群体光合特性的影响

以早稻株两优4024、金优402和晚稻H优159、金优207为试材分析了不同施氮水平对双季稻(早稻、晚稻)产量及群体特性的影响。施氮水平设置为120,150,180,225 kg/hm2(分别记作N1、N2、N3、N4),考察各处理的产量及其形成和分蘖动态、剑叶SPAD值、剑叶光合速率以及干物质积累等变化指标。结果表明:早稻株两优4024、金优402和晚稻H优159、金优207各处理产量均呈N1、N4、N2、N3依次增加的变化趋势;4个供试组合在分蘖盛期的总生物量呈N1、N2、N3、N4依次增大的变化趋势,在齐穗后13 d、成熟期4个组合的总生物量均呈N1、N4、N2、N3依次增大的变化趋势;相关分析发现,齐穗后13 d、成熟期的叶干质量、茎鞘干质量、穗干质量、根系干质量、地上部干质量、生物总量和剑叶光合速率与产量之间均呈显著或极显著正相关。试验结果说明,在120~180 kg/hm2,增加施氮量有利于双季稻取得高产;增加施氮量可促进分蘖盛期干物质的积累,但过量施氮会影响生长后期干物质的积累;齐穗后较大的生物总量和较高的剑叶光合速率有利于双季稻取得高产。     

日本晴/R1126水稻重组自交系群体粒形性状QTL定位

为阐明大穗型籼稻品系R1126稻谷籽粒性状的遗传机制,以其与粳稻日本晴构建的重组自交系F10为材料,通过连续2年田间种植并测定各株系的籽粒粒长、粒宽和粒厚等表型性状,结合利用SSR和SFP等分子标记构建的遗传图谱,对控制该群体的稻谷粒形性状进行了QTL分析。2年试验共检测到10个控制粒长、粒宽和粒厚性状的QTL,其中q GL3-1、q GL3-2和q GL9这3个粒长QTL,以及q GW2和q GW5这2个粒宽QTL在2年试验中能被重复检测;而粒厚性状在2年试验中检测到5个QTL,但均只在1年试验中出现。根据连锁的分子标记信息,q GL3-2、q GW2和q GW5可能分别与已报道的主要粒形基因GS3、GW2和GW5等位;而q GL3-1和q GL9可能为新的粒长QTL,且在2年试验中具有很好的重演性和稳定性,两者的加性效应均能使粒长增加0.2 mm以上,对于改善稻谷外观品质性状具有较好的潜在应用价值。     

水稻孕穗期耐热性QTLs分析

水稻籼粳亚种间杂种优势利用是提高水稻产量的重要途径。然而，异常高温或低温导致籼粳亚种间杂种育性下降是影响其优势利用的主要因素之一。本研究以USSR5（粳稻）/广解9号（籼稻）//USSR5回交群体为供试材料，构建了相应的分子连锁图谱，分别以高温处理下直接小穗育性及小穗育性热敏感指数为指标，对水稻孕穗期高温耐热性及其相对耐热性进行数量性状位点（QTLs）分析。结果表明，在第2、4和5染色体上检测到孕穗期耐热性相关的QTL各一个，对表型变异的解释率为6.4%~15.8%；在第4、8染色体上分别检测到与孕穗期相对耐热性相关的QTL，qhts-4和qhts-8，LOD值分别为3.81和2.86，对表型变异的解释率分别为16.8%和9.9%。对其进一步的上位性分析表明，有8条染色体的4对位点存在基因间互作，小穗育性耐热性除受主效QTL控制外，还受基因间互作及修饰基因的影响。     

亚种间杂交稻穗颈节间组织与物质运转关系的研究

以品种间杂交稻为对照，对亚种间杂交稻干物质运转与穗颈节间某些性状的关系进行了研究。结果表明：杂交水稻结实期间茎鞘干物质输出率与穗净增重、最终穗重及灌浆速率呈负相关；穗颈节间单位维管或单位韧皮面积上通过的干物质量与灌浆速率显著正相关；齐穗后10d灌浆速率与穗颈节间过氧化氢酶活性显著正相关。     

C815S系列杂交稻组合的高产稳产性与产量构成因素的关系

根据多点试验资料，运用高稳系数法分析C815S系列杂交稻组合产量构成因素的效应和稳定性，研究C815S系列杂交稻组合产量构成因素变异与高产稳产性的关系。结果表明：供试组合之间的有效穗数、每穗粒数、千粒重、结实率差异显著或极显著；参试组合的产量与穗长呈显著正相关，产量高稳系数与有效穗高稳系数呈极显著正相关。     

水稻两用核不育系C815S繁殖特性研究

研究表明,C815S在长日照条件下最佳繁殖条件是采用冷水串灌温度20.5～22.0℃的低温冷水连续串灌15d,冷水串灌深度为18～22cm。C815S在海南陵水繁殖,育性敏感期若安排在2月5日前,安全系数在90%以上;若安排在2月6～13日间,则安全系数将近80%。提出了C815S海南冬繁与冷水串灌繁殖相结合,是降低水稻低温敏核不育系繁殖风险的另一重要技术途径。     

超高产杂交稻C两优396和C两优87的源库特性研究

以汕优63为对照,研究了超高产杂交稻组合C两优396和C两优87的源、库、流特性。结果表明,C两优396和C两优87库容较大,填库能力强,单位面积总颖花量、叶面积指数和粒叶比均高于汕优63;抽穗后剑叶的净光合速率高,光合能力强;孕穗后光合产物积累速度快,增量大,抽穗后茎鞘叶干物质向籽粒运转量多,对籽粒的贡献率高;产量与总颖花量呈极显著正相关,与粒叶比和抽穗后干物质生产量呈显著正相关。库大、源强、流畅且三者之间能在较高水平上协调,是C两优396和C两优87超高产的主要成因。     

C两优系列杂交稻组合生育后期剑叶生理生化特性研究

以汕优63为对照,对4个C两优系列杂交稻组合生育后期剑叶SPAD值、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、硫代巴比妥酸反应产物含量、叶绿素荧光参数、净光合速率及超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性进行了分析。C两优系列杂交稻组合的产量比汕优63高16.7%～20.2%。C两优系列杂交稻组合在生育后期剑叶SPAD值、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量较高,硫代巴比妥酸反应产物含量较低;SOD和POD活性齐穗7d后显著高于对照且下降速率缓慢;剑叶叶绿素荧光参数ΦPSII值和qP值随生育进程呈下降趋势,但高于对照,而qN值则随生育进程呈增加趋势,且低于对照;生育后期剑叶净光合速率高。C两优系列杂交稻组合生育后期剑叶衰老缓慢,光合生产能力较强,可能是其高产的生理基础。