利用花培与辐照诱变培育粳型两系不育系江79S

为创制新的两系不育系,并将其应用于强优势杂交水稻品种培育,综合利用花培和诱变技术培育了粳稻两系不育系江79S。取培矮64S/粳稻H179的F₁幼穗,利用花药培养技术培育获得一个粳型光温敏不育系S79;后采用高能碳离子束处理S79干种子,在其后代中选育了一个熟期突变体GS79(江79S),其在长日照和短日照条件下始穗表现不同,分别较S79早7 d左右和迟5 d左右。观察江79S的育性转换特性,发现其在嘉兴种植时,每年9月8日左右开始出现可育花粉并开始结实;在陵水种植时,植株正常结实且结实率达80%以上。人工气候箱光温敏特性鉴定结果表明,江79S在长日照条件下育性转换温度低于23.5℃。稻米品质和抗性鉴定结果为江79S米质达农业部(现农业农村部)部颁三级优质米标准,苗叶期抗稻瘟病。对江79S进行全基因组测序,分析发现其携带源自农垦58S的光敏不育基因pms1和pms3,且含携带抗稻瘟病基因pi21、Pia、Pid3和Pita,与其高抗苗瘟的特性相一致。以江79S配制的亚种间杂交水稻品种江两优7901通过了国家主要农作物品种审定。本研究结果为综合运用花培和辐照诱变技术培育新两系不育系材料提供了研究方法。     

福建漳浦野生稻稻瘟病抗性鉴定评价和抗性基因检测

为挖掘和利用福建漳浦普通野生稻稻瘟病抗性资源,采用自然诱发对福建漳浦普通野生稻2个居群(石湖潭和古糖)67份材料的苗瘟、叶瘟和穗瘟进行抗性鉴定评价,并用Pi9、Pid2、Pi5、Pi2、Pi54和Pikm共6个抗性基因的功能标记分析基因型。结果表明,不同时期病级差异明显,变异系数在31.65%~43.46%之间,苗期平均病级为7.51,分糵期和成熟期平均病级分别为5.15和5.84,2个自然居群3个时期的稻瘟病抗性差异不显著,筛选出M1044、M2010和M2016共3份表现中抗(3级)的材料。漳浦野生稻稻瘟病总体抗性差,易感稻瘟病。苗瘟与叶瘟呈极显著正相关,相关系数为0.82;穗颈瘟与苗瘟和叶瘟呈极显著正相关,相关系数分别为0.33和0.41。67份材料中,4份含有稻瘟病Pi9抗性基因、17份含有Pi5抗性基因、23份含有Pi54抗性基因、2份含有Pikm抗性基因,均不含Pi2、Pid2这2个抗性基因;材料含有的抗性基因数量在0~3个之间,其中有30份材料不含所检测的抗性基因,29份材料含1个抗性基因,7份材料含2个抗性基因,1份材料含3个抗性基因。本研究结果为漳浦野生稻资源的深入挖掘和利用提供了一定的理论参考。     

利用Pigm基因改良粳稻保持系的稻瘟病抗性研究

选育和应用抗病品种是防治水稻稻瘟病经济有效的技术途径。为了改良粳稻保持系浙04B的稻瘟病抗性,以含稻瘟病广谱抗性基因Pigm的粳稻材料MP3为供体亲本,浙04B为受体亲本,通过杂交、回交并结合分子标记辅助选择,将Pigm基因导入浙04B中,利用分布于水稻12条染色体上的47个多态性SSR标记检测近等基因系的遗传背景回复率,获得了23份背景回复率0.80的近等基因系。选用4个浙江省稻瘟病优势菌株Zj-5、Zj-8、13-37和13-41人工接种鉴定,23份近等基因系均表现为抗穗颈瘟。田间自然诱发鉴定结果表明,23份近等基因系叶瘟为0级,穗瘟均为1级,表现为抗穗瘟,表明近等基因系稻瘟病抗性明显提高。对10项农艺性状的考察结果表明,导入Pigm基因的近等基因系剑叶变短,千粒重增加,生育期延迟,株高增加,有效穗数、每穗总粒数和产量总体减少。本研究结果为选育抗稻瘟病新品种提供了材料,同时为Pigm基因抗病育种应用提供了参考。     

双价抗虫节水抗旱稻新材料旱恢3CA的创制

绿色超级稻的育种目标是少打农药、少施化肥、节水抗旱和优质高产。为培育“少打农药,节水抗旱”的资源节约型、环境友好型水稻品种,本研究以T1C-19、T2A-1作为cry1C^*和cry2A的基因供体,与节水抗旱稻恢复系旱恢3号品种杂交,利用分子标记辅助选择技术对目标基因进行筛选,最终获得同时含有cry1C^*和cry2A基因的稳定株系。通过PCR以及对Cry1C^*和Cry2A蛋白的定性和定量检测,结合正常管理田间农艺性状考察及不防治螟虫田间管理的抗虫性鉴定,筛选出双价抗虫节水抗旱稻新恢复系旱恢3CA。结果显示,对照旱恢3号与旱恢3CA在农艺性状上无显著差异,但早恢3CA高抗稻纵卷叶螟。本研究结果为培育既节水抗旱又抗虫的水稻新品种奠定了材料基础。     

东北黑土旱田改稻田对土壤团聚体微生物群落功能多样性的影响

为了解东北黑土旱田改种稻田后土壤团聚体中微生物群落功能多样性的变化,将东北黑土旱田(种植玉米为主)改种为稻田(简称“旱改稻”),采用Biolog-Eco微平板技术,研究了“旱改稻”后不同粒径土壤团聚体微生物的多样性指数以及其对碳源利用能力的变化。结果表明,“旱改稻”显著增加了黑土土壤水稳性微团聚体数量,增加了不同粒径土壤团聚体内有机碳(SOC)的含量。旱田和稻田不同粒径土壤团聚体内的土壤微生物群落平均颜色变化率(AWCD)表现为旱田淤泥+粘土>旱田大团聚体>旱田微团聚体>稻田大团聚体>稻田淤泥+粘土>稻田微团聚体。“旱改稻”明显降低了各粒径土壤团聚体微生物的多样性指数以及碳源利用能力,尤其对氨基酸与碳水化合物最为明显。主成分分析结果表明,旱田和稻田不同粒径土壤团聚体微生物群落功能多样性差异显著。综上,“旱改稻”明显改变了黑土土壤团聚体微生物群落功能多样性,降低了以碳源为底物的土壤微生物代谢活性。本研究结果为东北黑土区土壤可持续利用提供了理论参考。     

携带溶菌酶基因的高回交转育后代抗瘟性研究

进一步明确溶菌酶基因回交转育利用对于强优恢复系“明恢63”稻瘟病抗性改良的效果, 运用苗期人工接种和大田穗颈瘟鉴定相结合的方法, 研究了携带溶菌酶基因的高回交转育纯系对于稻瘟病的抗谱特性和穗颈瘟抗性。结果表明: 回交纯系对所应试的76个菌株中的6~8个感病, 稻瘟抗性频率为90%左右, 属高抗水平; 而轮回亲本“明恢63”对21个菌株感病, 抗性频率为72.37%, 属中抗水平。穗颈瘟调查分析表明, 回交转育纯系比轮回亲本发病率平均降低10%左右, 发病指数平均降低15%左右, 经T值检验二者在穗颈瘟抗性水平上差异达极显著水平, 回交转育纯系抗性评价为抗性(R)级, 轮回亲本为中感(MS)级。因此溶菌酶基 因的转育利用确能有效拓宽抗谱, 提高稻瘟病抗性水平, 这些回交转育品系在抗病育种上具有较高的应用 潜力。     

空间诱变泰航68突变体稻瘟病抗性研究

利用致病谱较广的稻瘟病代表菌株GD0193于水稻品种泰航68空间诱变当代(SP1代)群体中筛选抗病突变体,并对其作初步的抗性遗传分析、抗病基因定位及苗期抗谱、田间穗颈瘟抗性分析。结果表明:空间诱变可对泰航68的稻瘟病抗性进行有效诱变,研究获得的抗病突变体TH1及TH2于SP2代对菌株GD0193分别表现抗性不分离及抗性分离,且TH2的抗性分离比例符合显性单基因抗性遗传规律,并已将该抗病基因初步定位于第11染色体长臂上;TH1及TH2的抗性可稳定遗传至后代,其苗期抗谱及田间穗颈瘟抗性均较原种对照表现显著提高,且其抗性较华南稻区的部分主栽品种具不同程度的提高。     

经济作物替代薯稻三熟制早稻对肥料利用、土壤养分和经济效益的影响

为缩短“薯-稻-稻”三熟制作物早稻的生育期,促进“薯-稻-稻”茬口顺畅衔接,提高整体经济效益,本研究以不同经济作物替代早稻,分别在2016年惠东县和2017年白云区试点进行田间试验,共设置5个处理:休耕T₀(空白对照,不种任何作物)、常规处理T_CK(早稻)、T₁(黄瓜)、T₂(豆角)、T₃(甜玉米),探究不同春播经济作物生育期、产量、种植效益和肥料效率及土壤酶活的差异。结果表明,种植黄瓜、豆角和甜玉米替代早稻均可明显增加经济效益和缩短生育期。其中,T₃效果最优,与T_CK相比,单位面积种植效益增加了1.32~3.72 元·m^-2,生育期缩短了37~43 d,收获指数提高了18.6%~20.1%;同时,增加了土壤有效磷和速效钾含量,增强了土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。综上,甜玉米等经济作物代替早稻形成的“经济作物-中晚稻-冬种马铃薯”三熟轮作模式可以使作物茬口衔接更加顺畅,提升三季作物的整体经济效益,对农民增收具有积极作用。本研究为优化广东乃至华南“薯-稻-稻”三熟区的种植模式提供了理论基础和实践依据。     

利用分子标记辅助选择和花药培养改良光温敏不育系Y58S的稻瘟病抗性

Y58S是广泛应用的优良两系光温敏核不育系水稻品种。本研究通过分子标记辅助选择、花药培养与传统的回交技术相结合,将一全生育期广谱高抗稻瘟病基因R6导入Y58S,改良其稻瘟病抗性。根据改变激素的含量配制了4种诱导培养基,经比较发现激素配比为2,4-D3mg/L、KT1mg/L、NAA2mg/L的Y3培养基为Y58S背景材料花药培养的最佳培养基,其诱导率为15.08%,绿苗率为2.89%。本研究还获得1个含有R6基因的DH系,暂命名为YLH1,在远安自然诱发条件下稻瘟病抗性鉴定表明其分蘖期叶瘟抗性、抽穗期叶瘟抗性和穗颈瘟抗性均比对照Y58S显著提高。本研究表明花药培养和分子标记辅助选择相结合是改良光温敏核不育水稻稻瘟病抗性的快速、有效方法之一。     

海藻糖对转C4型PEPC水稻种子萌发耐旱性的影响

为揭示海藻糖参与高表达转玉米C₄型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(C₄-PEPC)水稻(Oryza sativa)(简称PC)在干旱胁迫下种子萌发的生理机制,本研究以PC及其未转基因野生型受体Kitaake(简称WT)种子为材料,研究外施不同浓度海藻糖联合干旱处理下,其种子活力、萌发过程中可溶性糖和脯氨酸含量、α-淀粉酶活性,以及α-淀粉酶、PEPC、糖信号、部分海藻糖相关基因的表达。结果表明,干旱处理均显著抑制了两材料的发芽率,并且抑制了芽的生长;外施低浓度海藻糖可缓解干旱对种子萌发的抑制,与WT相比,PC对海藻糖更加敏感,当海藻糖浓度为0.5 mmol·L^-1时已表现出明显的缓解效应,且较10 mmol·L^-1海藻糖对WT的缓解效果更佳。外施0.5 mmol·L^-1海藻糖联合干旱处理可以维持水稻的种子活力、种子内渗透调节物质含量以及α-淀粉酶活性,尤其有益于PC。外施0.5 mmol·L^-1海藻糖通过上调PC内依赖钙信号的CBL1-OsSnRK3.1/3.23基因的表达,激活OsK1a-OsMYBS1/2-OsAmy3/8途径;同时诱导OsTPP1/7合成海藻糖,上调蔗糖和葡萄糖含量,进而增强糖代谢,维持种子萌发。此外,海藻糖也上调了SAPK8/9/10和C₄-PEPC的转录水平,使PC在芽期表现耐旱。本研究结果为改善直播稻田的发芽率和“C₄稻”的创制提供了新线索。     

长三角地区粳稻种质的稻瘟病抗性基因鉴定及其抗性评价

已克隆的抗稻瘟病基因Pi9、Pib、Pi5、Pita、Pi2、Pikh、Pikm和Pigm对稻瘟病菌表现广谱抗性,这些基因已广泛应用于水稻抗稻瘟病育种.为了明确长三角地区粳稻的抗稻瘟病基因分布及其抗性表现,利用上述8个抗病基因的功能标记对52份粳稻种质进行抗病基因检测.同时,利用江苏省2019年稻瘟病菌代表菌株2019...     

水稻淡黄叶突变体pyl3的鉴定和基因定位

利用⁶⁰Co-γ辐射诱变籼稻骨干恢复系川恢907(R907),从突变体库中筛选获得一份淡黄叶突变体pyl3 (pale yellow leaf mutant 3)。为揭示pyl3突变体淡黄叶表型的调控机制,本研究对该突变体和野生型进行表型鉴定、主要农艺性状和基因定位分析。结果表明,从苗期开始pyl3突变体整个生育期表现淡黄叶表型;与野生型相比,pyl3在苗期叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低;成熟期pyl3的株高、穗长、穗粒数和结实率等农艺性状指标均显著下降。遗传分析结果表明,pyl3突变体的表型由一对隐性核基因控制。利用分子标记连锁分析的方法将该基因初步定位于第3号染色体上InDel标记M4和M6之间,物理距离约为3.2 Mb。进一步基于BSA全基因组重测序和Sanger测序分析发现,pyl3突变体在定位区间内编码Mg-原卟啉Ⅸ螯合酶CHLI亚基的基因编码区第1 034位碱基C突变为碱基T,导致编码的第345位的半胱氨酸(Cys)突变为酪氨酸(Tyr)。pyl3突变体中携带的CHLI^pyl3是已报道黄绿叶基因chl9/chli的新等位基因。qRT-PCR分析结果显示,pyl3突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达发生变化。本研究为进一步解析CHLI基因调控水稻叶色的分子机制提供了新的遗传材料和理论依据。     

水稻不同源库相关基因聚合的产量效应分析

水稻产量的高低取决于源和库的大小及彼此间的协调程度。为了了解不同源库基因聚合后对产量及其相关性状的影响,本研究以4个已克隆的水稻源库基因NAL1^LT、GNP1^TQ、Ghd7^MH63和Ghd8⁹³¹¹构建的不同遗传背景的近等基因系为材料,彼此杂交培育不同源库基因的F₂分离群体,标记辅助筛选遗传背景近似的不同单基因及双基因纯合聚合单株,考察其F₃家系的源、库及产量相关性状。结果表明,不同基因聚合的产量效应差异较大,其中NAL1 ^LT +Ghd7 ^MH63、NAL1 ^LT +Ghd8⁹³¹¹和Ghd7 ^MH63+Ghd8⁹³¹¹这3种基因聚合方式表现出较明显的增产效应,聚合系的单株产量分别比高值亲本显著增加26.45%、45.47%和48.03%,表明这3种基因聚合对聚合系的产量性状具有正向协同作用。相反,另外3种聚合方式(NAL1 ^LT +GNP1 ^TQ、GNP1 ^TQ +Ghd7 ^MH63和GNP1 ^TQ +Ghd8⁹³¹¹)的聚合系的产量相关性状有增有减或基本与双亲持平,产量聚合效应不明显。研究认为,复杂性状的聚合育种必须首先开展基因间的产量聚合效应研究,明确不同基因的聚合效果,以确保聚合育种的事半功倍。本研究结果为分子聚合改良水稻源库性状提供了理论依据。     

江西省稻瘟病发生潜势的气象预报模型

基于1981-2010年江西省市（县）级稻瘟病监测资料和同期气象资料,利用符号相关法,分苗瘟、叶瘟、穗瘟分析各时期病害发生程度与气象因子的关系,并分别建立病害发生潜势气象预报模型。结果表明：与病害高峰同期的气象因子之间,早稻苗瘟与4月份的平均气温、雨量、日照时数呈正相关,与相对湿度呈负相关;早稻叶瘟与5月中旬-6月上旬的平均气温、雨量、日照时数呈负相关,与相对湿度呈正相关;早稻穗瘟与6月上旬-7月上旬的平均气温、日照时数呈负相关,与雨量、相对湿度呈正相关。晚稻苗瘟偏重发生的概率随着苗期高湿天数和雨日的增加而增大;晚稻叶瘟与8月中旬-9月上旬的平均气温、日照时数呈负相关,与雨量、相对湿度呈正相关;晚稻穗瘟与9月平均气温、相对湿度呈正相关,与雨量、日照时数呈负相关。通过相关关系和符号相同、相反的概率差值确定各气象因子距平值的量化值和权重系数,计算稻瘟病发生潜势气象指数,建立稻瘟病发生潜势气象预报模型。历史回代检验表明,模型准确率为60%～75%,且对偏重级别的准确率高于偏轻级别。     

60Co-γ射线辐射水稻小RNA测序变异分析

为探讨γ射线辐射引起水稻损伤效应的小RNA变异,采用0、300和400 Gy的⁶⁰Co-γ射线辐射处理水稻高粳糯种子,利用Illumina HiSeq^TM 2500高通量测序平台对辐射后的高粳糯三叶期叶片进行小RNA测序。结果显示,0 Gy(对照)组共获得7 395 578个小RNA,254个已知miRNA成熟序列,26个新miRNA成熟序列;300 Gy剂量组(Gy3)共获得10 315 701个小RNA,265个已知miRNA成熟序列,29个新miRNA成熟序列;400 Gy剂量组(Gy4)共获得6 469 869个小RNA,261个已知miRNA成熟序列,29个新miRNA成熟序列。GO富集分析显示,Gy4 vs CK组差异miRNAs对应的候选基因富集到生物过程、细胞组分和分子功能三大类共58个小类,其中涉及分子功能的基因最多。Gy3 vs Gy4组差异miRNAs对应的候选基因富集到生物过程和分子功能两大类共7个小类,以离子结合、过渡金属离子结合和氧化还原酶活性占主要比例。KEGG富集分析显示前20条显著富集途径,Gy3 vs CK组差异miRNAs对应的候选基因富集到植物病原互作最高,富集最显著的是植物昼夜节律。Gy4 vs CK组差异miRNAs对应的候选基因组富集到代谢途径最高,富集最显著的是甘油磷脂代谢和醚脂类代谢,Gy3 vs Gy4组差异miRNAs对应的候选基因富集到甘油磷脂代谢、真核生物的核糖体发生和内吞作用三个途径最高,富集最显著的是醚脂类代谢。本研究从RNA水平为辐射诱变水稻引起当代的苗期损伤效应提供了新见解。     

水稻白条纹转绿突变体wsl887的鉴定和基因定位

温敏型水稻叶色突变基因的挖掘可以丰富水稻遗传资源,且为研究低温调控叶绿体发育机制的材料。本研究利用⁶⁰Co射线辐射诱变贵州地方稻种资源桥港珍珠米,获得一个新的白条纹转绿突变体wsl887。通过表型鉴定和主要农艺性状调查可知,在自然条件下wsl887叶幼苗呈现白条纹表型,成熟后主要农艺性状与野生型相比均无显著差异;在20℃条件下wsl887叶片呈现白化,光合色素含量显著降低;在25℃条件下wsl887叶片呈现白色条纹,光合色素含量显著升高;在30℃条件下wsl887叶色与野生型无明显差异,光合色素含量无显著差异。透射电镜观察显示,在20℃条件下,wsl887叶肉细胞中无叶绿体或者叶绿体发育畸形;在30℃条件下,wsl887叶绿体数量和形态均恢复正常。qRT-PCR分析表明,wsl887在20℃和30℃条件下,与野生型相比,部分光合色素代谢途径基因、光合作用及线粒体电子传递相关基因的表达水平呈现不同程度的变化。遗传分析表明,wsl887突变体的表型受一对隐性核基因WSL887控制,该基因被定位于2号染色体上的SSR标记RM262和RM5427之间,物理距离为743.6 kb。该白条纹转绿突变体wsl887是一个新的温敏型叶色突变体,在自然条件下其主要农艺性状没有发生显著变化,未对植株产量造成影响,因此在杂交水稻上具有较大的应用价值。在不同温度条件下,由细胞质编码的基因表达量均显著减少,由此推测该突变基因可能与细胞质中叶绿体的发育有关。本研究结果为进一步克隆wsl887突变基因和研究基因功能奠定了一定的理论基础。