水稻穗长研究进展

穗长是影响穗型的关键因子之一,与水稻的产量和品质密切相关,大量穗长性状相关的QTL及基因已被定位或克隆。本文主要概述水稻穗长及其影响因素,介绍穗长QTL定位及克隆,初步分析穗长调控的分子机理,为进一步解析穗长、穗型发育的分子调控网络以及促进水稻分子育种提供支持。     

利用重测序的水稻染色体片段代换系群体定位剑叶形态QTL

 剑叶形态性状（剑叶长、剑叶宽和剑叶面积）是水稻理想株型育种的重要目标性状之一。发掘新的控制水稻剑叶形态性状的基因资源,准确鉴定和定位水稻剑叶形态性状QTL,对开展水稻剑叶形态性状分子生物学研究和理想株型分子育种都具有重要意义。 以通过高通量测序而准确获知代换片段位置及长度的一套用籼稻品种9311为受体、粳稻品种日本晴为供体构建的,包括128个染色体片段代换系群体为材料,对剑叶形态性状及其与主穗颖花之间的相关性进行分析,结果表明剑叶面积与剑叶长、宽呈极显著正相关,主穗颖花数与剑叶长、剑叶面积呈极显著正相关。利用多元回归分析方法,结合Bin map,共鉴定出与水稻剑叶长、宽和面积相关的QTL分别为4、4和6个,贡献率介于4.08%~60.40%。上述QTL的准确定位,为进一步精细定位及克隆相应QTL以及开展水稻剑叶形态性状分子育种奠定了基础。     

水稻株型的分子机理研究进展

株型是水稻产量的重要决定因素,创制理想株型品种是提高水稻产量的重要途径。20世纪50年代的矮化育种和70年代的杂交水稻培育是水稻增产的两次革命,但近几年水稻产量增长放缓,通过理想株型与杂种优势的结合进而实现超高产将成为第三次育种革命的关键。本文简要回顾了水稻株型分子调控机理的最新研究概况,重点关注了叶形、穗型和粒型等方面所取得的进展,并展望了水稻理想株型未来的研究趋势,为通过分子设计育种创制水稻理想株型,进一步提高水稻产量提供参考。     

半弯曲重穗大粒型粳稻理想株型育种

通过对国内外优质高产水稻品种的株型分析,针对弯曲穗型和直立穗型存在的问题,确定了半弯曲重穗大粒型粳稻的育种技术路线,以此为指导培育出优质抗逆超高产品种津原89。其根系发达、光能利用率高,同时具备了直立穗型品种叶片直立、抗倒伏、高产和弯曲穗型品种穗大、灌浆快、品质优等优异性状,较好解决了水稻优质、抗逆、超高产难以兼顾的技术难题。生产田普遍产量达800 kg/667 m~2左右、百亩片产量达930 kg/667 m~2、盐碱较重稻田产量达700～760 kg/667 m~2。半弯曲重穗大粒型粳稻品种后代具有遗传力强、育种稳定快的特点,创新了粳稻育种技术体系和优异性状连锁的种质资源,实现了粳稻理想株型育种的新突破。     

中日水稻品种杂交后代株型性状的变化及其相互关系

株型改良在水稻高产优质新品种选育中具有重要地位。以东北地区最具代表性的直立穗型品种辽粳5号和日本著名的优质米品种秋田小町(弯曲穗型)杂交构建的重组自交系(RIL)群体为试材,分析后代群体株型性状的变化规律及其相互关系。研究结果表明,RIL群体中株型性状发生了显著的分离,大多数株型性状符合多基因控制的数量性状遗传规律,在后代群体中可以重新组合,但不同株型性状间的相关性有显著的不同。植株较高的株系,穗子一般较长,颈穗弯曲度较大,叶片狭长,枝梗数少,着粒较稀,这与秋田小町的株型特点很类似;反之,植株较矮的株系,穗子一般较短,穗型较直立,叶片短宽,枝梗数较多,着粒较密,这与辽粳5号的株型特点很类似。这一现象可能与控制某些株型性状的基因存在一因多效或基因连锁有关。尽管出现概率偏低,中日水稻品种典型株型性状仍可以相互结合,育种者通过杂交后定向选择的方法,可以创造出综合二者特点(如长剑叶-短密穗型或矮秆-长穗型)的水稻新株型。     

水稻穗型遗传规律的研究

选用生育期相近而穗型不同的水稻品种4个,进行完全双列杂交,F0、F1、F2同年同月种植,灌浆中后期测定各世代植株颈穗弯曲度。结果表明:水稻穗型遗传受一对核主效基因控制,同时有微效基因参与作用,直立穗型相对于弯曲穗型为显性。     

利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻粒长和穗粒数性状

【目的】基因组定点编辑技术已成为分子育种的重要手段。本研究拟对GS3和Gn1a功能缺失突变对目标性状的改良效应进行分析,以期为培育高产水稻提供理论基础。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以控制粒型基因GS3和控制每穗粒数基因Gn1a为编辑对象,构建了共敲除载体p C1300-2×35S::Cas9-g~(GS3)-g~(Gn1a)a,用农杆菌介导法转化4个优质水稻品种,分析了基因突变的特征和相应农艺性状。【结果】构建的敲除载体成功地实现了对GS3和Gn1a基因的定点编辑。在4个转化受体的T_0代均分别获得了gs3和gs3gn1a的移码突变体。对T_1 代中无选择标记突变体的农艺性状分析表明,突变体gs3和gs3gn1a与野生型相比粒长变长,千粒重增加;突变体gs3gn1a与突变体gs3相比,每穗粒数显著增加。【结论】利用CRISPR/Cas9系统进行水稻基因编辑可以快速改良品种的目标性状,在水稻品种的定向改良方面具有巨大的潜力。     

水稻穗型遗传规律的研究

选用生育期相近而穗型不同的水稻品种4个，进行完全双列杂交．F0、F1、F2同年同月种植．灌浆中后期测定各世代植株颈穗弯曲度。结果表明：水稻穗型遗传受一对核主效基因控制．同时有微效基因参与作用．直立穗型相对于弯曲穗型为星性。     

水稻粒型基因克隆研究进展及育种应用展望

水稻的育种目标包括高产和优质等。粒型是指籽粒的三维结构,是决定水稻产量的重要因素之一,也是影响稻米品质的重要性状。目前已经克隆了超过60个与水稻粒型相关的基因,但应用于育种的粒型基因尚无完整统计。本文综述了已克隆的水稻粒型基因特别是数量性状基因座的研究进展,归纳总结了可应用于水稻高产及优质分子育种的重要粒型基因的功能标记,介绍了粒型基因的育种应用现状,并对前景作了展望,以期为水稻育种家提供可直接利用的分子育种信息。     

水稻超高产育种理论与方法的辩证分析

综述了水稻超高产育种的研究现状,并对水稻超高产育种的理论和方法进行了辩证的分析,阐述了超高产新株型创制、水稻杂种优势利用等水稻超高产育种的实践探索,提出未来水稻超高产育种研究的方向。冠层结构、光合作用、物质积累、分配与调运的综合作用是作物产量形成的基础,充分利用遗传资源和高光效育种以及传统育种和生物技术相结合,协调生物产量与收获指数的关系,协调穗数、穗粒数与粒重的关系,建立合理的产量结构,理想株型与杂种优势利用相结合,实现超高产育种。生态设计育种和分子育种是未来超高产育种的研究方向。     

不同类型亲本的杂交粳稻产量性状比较

收集不同熟期、不同类型的BT型粳稻不育系(保持系)和恢复系,对亲本分别按不同性状进行聚类,比较分析不同类型亲本配组杂种后代的性状表现,结果表明:1)不同类型亲本配组,杂种的性状一般表现为中间类型;2)亲本的抽穗期、株高对杂种单株穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、单株产量、单株颖花量等多数产量性状无明显影响。亲本的穗粒结构对杂种的穗粒构成有明显影响,多穗型亲本间配组,杂种每穗总粒数及单株颖花量、产量潜力均较小;大穗型亲本间配组,杂种每穗总粒数及单株颖花量、产量潜力均较大;3)以多穗型不育系与大穗型恢复系配组,产量较高,是现有亲本配制杂交粳稻一种较好的配组方式;4)直立穗不育系与弯曲穗恢复系配组,杂种单株颖花量最多,产量潜力最大,而且株叶形态较好,如筛选到结实率高的组合,该配组方式的杂种具有较高的增产潜力。     

不同年份水稻产量性状的QTL分析

分别于2005年和2006年利用热研2号（粳稻）和密阳23（籼稻）为亲本构建的含111个家系的F6和F7重组自交系群体,对单株穗数、每穗颖花数、每穗实粒数、结实率、千粒重和单株产量6个性状进行了QTL分析。两年共检测到分布于7条染色体上的19个QTL,其中2005年检测到10个,2006年检测到14个,两年相同的QTL 5个。大多数性状之间具有显著的表型相关性,相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTL。检测到3个控制产量性状的QTL区域存在一因多效或紧密连锁,其中第8染色体上RM5556-RM331区域两年同时检测到控制每穗颖花数、每穗实粒数以及单株产量的QTL。这些QTL为通过分子标记辅助选择提高水稻产量提供了有用信息。     

生态环境对籼粳交后代株型特性和产量构成的影响

 以两个籼粳稻杂交F2群体（F2 A：晚轮422/沈农265;F2 B：泸恢99/沈农265）为试材,在四川和辽宁同年种植,研究生态环境对株型特性、产量构成及其相互关系的影响。结果表明,生态环境对株型特性和产量构成因素具有较为明显的影响。从四川到辽宁,株高和穗弯曲度显著提高,而穗长、剑叶长、剑叶宽及剑叶张角则表现出降低趋势。在辽宁,有效穗数、千粒重、结实率以及产量均显著高于四川,每穗粒数则显著低于四川。千粒重、结实率和产量表现为Cw（长剑叶、弯穗）> Cz（长剑叶、直穗） > Dw（短剑叶、弯穗） > Dz（短剑叶、直穗）,穗数和每穗粒数以Dz最低,Cz和Cw较高。剑叶长与产量构成因素间的相关性均未达到显著水平,而剑叶宽与每穗粒数均呈显著或极显著正相关,在辽宁,剑叶宽与结实率呈显著负相关。穗弯曲度只在四川分别与结实率及产量显著或极显著正相关,在辽宁则表现为与大多数产量构成因素相关不显著。     

黑龙江省第二积温带水稻产量性状分析

为明确黑龙江省第二积温带水稻高产育种目标,分析了黑龙江省第二积温带30个水稻品种的产量性状及其相关关系。结果表明,对水稻产量影响较大的第一主因子为每穗粒数,第二主因子为剑叶宽,第三主因子为千粒重,第四主因子为穗长,第五主因子为结实率,第六主因子为株高。在今后高产育种工作中,应将改良水稻株型及提高每穗粒数作为工作基础。     

优质早籼水稻品种主要经济性状的相关与通径分析

本文研究了优质早籼水稻品种主要经济性状间的相互关系程度及其对产量的通径作用，结果表明，单株粒重与其他８个调查性状间除与千粒重呈负相关外均有不同程度的正相关。其中与每穗粒数，穗长分别达显著或极显著水准。每穗粒数对单株粒重的直接贡献最大，其次是结实率和每株穗数。结实率对产量的作用明显地受到环境的影响。穗长和着粒密度对单株粒重的直接效应为效大的负值，但通过每穗粒数而对产量产生强大的间接正效应。在优质早籼     

籼粳交重组自交系群体主要农艺性状分析

采用方差分析、相关分析和多元逐步回归分析等方法对籼粳交（Lemont×特青）构建的一套包括265个重组自交系（RIL）群体(F14)的株高、生育期、产量和产量构成因子等10个重要农艺性状进行了研究。结果表明,除株高和有效穗以外,8个农艺性状在双亲之间均存在显著或极显著差异。各性状在RIL群体中呈连续变异,分布频率大致接近正态分布,同时存在双向超亲分离现象。单株产量与结实率、粒数和株高呈极显著相关;除千粒重外,所有性状均与株高具有相关性。对单株产量作用大的性状依次为结实率、有效穗、每穗粒数和千粒重,这4个性状解释了单株产量90.7%的变异。另外还对6份优良株系进行了评价。这些结果可为水稻数量性状基因定位分析提供有用的信息,也为水稻育种改良提供理论依据。     

Genome-wide Association Analysis of Rice Heading Date and Yield-related Traits Based on MAGIC Population

【Objective】The objective of the study is to identify new genes related to heading date and yield related traits in rice, and to screen the elite rice lines carrying favorable alleles, therefore providing new genes and excellent germplasm for molecular marker-assisted (MAS) breeding.【Method】The multi-parent generation inter-crosses (MAGIC) population MAGIC-Hei was planted in 2017 and 2018 in Changsha, Hunan Province. Genome-wide association analysis was performed to detect the quantitative trait loci associated with heading date, number of tillers per plant, grain number per panicle, seed setting rate, 1000-grain weight and grain yield per plant based on genotyping by sequencing (GBS).【Results】Totally, 26 QTLs that control heading date and yield related traits were identified on all the chromosomes except chromosome 10 in the two years. Of these, 11 are new and qNTP9, associated with the number of effective panicles, was detected in the two years. qNTP9 was less affected by environment and could be used for further fine mapping and gene cloning. Based on the phenotypic and the SNP genotypes five elite lines carrying favorable alleles were selected, which could be used for future high-yielding rice breeding. 【Conclusion】The loci associated with heading date and yield related traits could be used for rice breeding.     

超级稻高产栽培生理研究进展

 我国于1996年启动了理想株型与亚种间杂种优势相结合为技术路线的超级稻育种计划,目前已育成约80个超级稻品种。这些品种产量高,兼顾品质与抗性,在试验示范区或特定气候条件下产量可达到12～21 t/hm2,展示了超级稻的巨大增产潜力。对于超级稻品种高产的原因,可概括为以下几个方面：与常规高产品种相比,超级稻品种每穗颖花数多、库容量大(即单位面积颖花数多);叶面积指数大、绿叶面积持续期长、光合速率高、茎秆抗倒性强;  抽穗前干物质累积量高, 结实期茎叶中碳水化合物转运到籽粒中的量大;  根量大、根系活性强。但是,超级稻品种在生产上也存在一些问题,突出地表现在两个方面：一是强势粒(着生在穗子中上部、开花较早的籽粒)、弱势粒(着生在穗子基部、开花较迟的籽粒)充实整齐性差;二是结实率低且不稳定。综述了超级稻的生物特性、产量结构、群体质量特征以及相关生理机理方面的研究进展,提出深入开展超级稻栽培生理研究的建议。