Study of the Protective Effects in PEPC Transgenic Rice

The diurnal course of chlorophyll fluorescence parameter and active oxygen metabolism of flag leaves in PEPC transgenic and untransformed rice Kitaake were studied. The results showed that the photosynthetic rate under high light intensity has been increased by 50% and photoinhibition of photosynthesis in PEPC transgenic was alleviated after the introduction of PEPC gene from maize into rice. It was demonstrated that the increment of photosynthesis in PEPC transgenic was related to the introduction of PEPC gene using specific inhibitor of PEPC. Photoinhibition of photosynthesis in different genotypes exists at noon under natural condition. PEPC transgenic rice exhibited a less decrease in Fv/Fm, a less photoinhibition and a higher efficiency of light energy conversion to chemical energy and lower thermal energy dissipation.These results provided the physiological basis on the mechanism of tolerance to photoinhibition and rice breeding with high photosynthetic efficiency.     

玉米PEPC基因和抗白叶枯病基因Xa25的水稻聚合育种

利用转玉米PEPC基因水稻HPTER(高感水稻白叶枯病)和抗白叶枯病水稻HX-3(具有抗白叶枯病基因Xa25)杂交,获得F1杂种,并对F1杂种进行花药培养,获得42株二倍体植株。通过对这些植株后代进行抗白叶枯病性鉴定,PEPC酶活性和光合速率测定及PCR检测,最后获得同时具有玉米PEPC基因和抗白叶枯病基因Xa25的水稻聚合株系7个,这些株系的农艺性状较HPTER有较大改善,可作为培育高产、抗白叶枯病水稻新品种的种质资源。     

转PEPC基因水稻的光保护效应的可逆动态变化

研究了转PEPC基因水稻及其原种粳稻Kitaake旗叶的叶绿素荧光参数和活性氧代谢有关指标的日变化进程。结果表明,玉米PEPC基因导入水稻后,在高光强下光合速率提高50%,光合作用的光抑制减轻。用PEPC的专一抑制剂证明光合增加确与PEPC基因的导入有关。不同基因型水稻在高光高温自然条件下中午均有光抑制现象,其中转PEPC基因水稻中午Fv/Fm降低较少,光抑制较轻,光能转化为化学能的效率较高,热耗散较低。这些结果为进一步研究转PEPC基因水稻耐光抑制机理和高光效育种提供了依据。     

转pepc基因籼稻恢复系“N175”产量相关性状分析

比较了转甘蔗pepc基因的籼稻恢复系“N175”植株及其非转基因对照的光合效率和产量相关性状,结果表明：转基因植株的光合效率、单株穗数、千粒重、单株产量等性状有较大提高.说明甘蔗epc基因在水稻中的异源表达可以实现增产目的.     

转玉米PEPC基因水稻的农艺性状及生理特性

以稳定的转PEPC基因水稻和未转基因野生型水稻为供试材料,测定稻株开花期间地上部干物质的累积量及籽粒中可溶性糖、淀粉和蛋白质含量.结果表明:与未转基因野生型水稻相比,转PEPC基因水稻叶片、茎鞘和穗干重都有部分增加,但以穗增重为主;开花后14 d,与未转基因野生型水稻相比,转PEPC基因水稻籽粒中可溶性糖含量和蛋白质含量显著增加,但其淀粉含量没有增加,推测转PEPC基因水稻籽粒中较多的可溶性糖可能会更多地转化为蛋白质.     

转C_4基因水稻的生理表现

以C3水稻原种(WT)和C4玉米为材料,研究了转PEPC+PPDK+ME基因水稻(PKM)的C4光合酶活性、不同光温条件下光合参数和水分利用效率、活性氧代谢等指标。结果表明,PKM水稻饱和光合速率介于WT和C4玉米之间,稍偏向玉米,而水分利用效率与WT接近。由于玉米C4基因的导入,PKM水稻高表达了相关的C4光合酶。在高光和高温条件下,PKM水稻光合速率比原种提高55%以上。另外,虽然PKM水稻光合速率增加,但蒸腾速率亦升高,因此PKM水稻的水分利用效率略有增加,偏向原种。在光氧化条件下,PKM水稻耐光氧化能力进一步增强。     

亚种间重穗型杂交稻研究

亚种间重穗型杂交稻研究周开达１汪旭东１李仕贵１李平１黎汉云１黄国寿１刘太清２沈茂松２（１四川农业大学水稻研究所，温江６１１１３０；２重庆市作物研究所ＴｈｅＳｔｕｄｙｏｎＨｅａｖｙＰａｎｉｃｌｅＴｙｐｅｏｆＩｎｔｅｒ－ｓｕｂｓｐｅｃｉｆｉｃＨｙｂｒｉｄ...     

Response of Gas Exchange and Water Use Efficiency to Light Intensity and Temperature in Transgenic Rice Expressing PEPC and PPDK Genes

Aiming to controvert whether the photosynthetic capacity of transgenic rice expressing C4 genes is enhanced, with the C3-type untransformed rice （WT） and maize （a C4 plant） as controls, the activity of C4 photosynthetic enzymes, gas exchange parameters and water use efficiency （WUE） under different light intensities and temperatures, the stable carbon isotope ratio （8-3C） value and the metabolic index of active oxygen as well as plant yield parameters were determined in transgenic rice carrying the PEPC and PPDK genes （CK） in this study. The results showed that the light-saturated photosynthetic rate of CK was intermediate between that of WT and maize, with a slight bias towards that of maize. Under a high light intensity （1 200 μmol m^-2 s^-1） and high temperature （35℃）, CK still exhibited higher photosynthetic capacity, while the Gs decreased. The WUE of CK was only slightly increased, and was similar to that of WT. The δ13C value indicated that CK functioned as a C3 plant. In addition, the tolerance to photo-oxidation and grain yield of CK was enhanced by sprayed with NaHSO3. In conclusion, CK possesses higher photosynthetic productivity under the conditions of high photon flux density （PFD）, high temperature and spraying with NaHSO3 solution, thereby providing a new technical approach and physiological basis for constructing C4-like rice.     

新质源(CMS-FA)杂交稻产量相关性状的遗传效应与杂种优势分析

【目的】研究水稻新质源(CMS-FA)不育系和恢复系的产量相关性状遗传效应和杂种优势水平,评价新型细胞质源杂交稻亲本的育种潜力。【方法】采用不完全双列杂交设计,以新质源(CMS-FA)杂交稻系统的5个不育系为母本,5个恢复系为父本配制25个杂交组合,种植亲本和F1获得产量相关性状的试验数据。利用加性-显性遗传模型和MINQUE(1)法对10个产量相关性状遗传方差分量比率、遗传率、亲本加性效应和组合显性效应以及杂种优势进行剖析。【结果】新质源杂交稻产量相关性状同时受加性效应和显性效应的控制,单株穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重、剑叶长和生育期等性状以加性效应占主导,单株产量、株高和穗长等性状则以显性效应控制为主;狭义遗传率以千粒重表现最高,生育期次之,单株产量最低;加性效应最好的不育系是金农2A,恢复系是金恢3号和金恢1号;显性效应最强的4个组合为金农2A×金恢5号、金农2A×金恢2号、金农4A×金恢5号和金农5A×金恢5号;单株产量、株高、穗长3个产量相关性状F1具有很强的群体平均优势(7.351%—16.330%)和群体超亲优势(4.233%—10.507%),强优势组合杂种优势可达10.307%—49.462%。【结论】供试不育系以金农2A较好,恢复系以金恢3号和金恢1号最好,金恢5号在配制生育期较短的杂交稻高产组合中是一个很好的亲本。     

C4转基因水稻秧苗叶片气孔与叶鞘维管束结构特征

【目的】探明C4转基因水稻高光效的生物学结构基础。【方法】以已导入玉米C4光合关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)和PEPC + PPDK的转基因水稻为材料，以其受体品种Kitaake (WT) 为对照，运用扫描电镜观察了秧苗叶片气孔与叶鞘维管束结构，运用透射电镜观察叶肉细胞。【结果】与对照品种相比，转C4单基因水稻叶片气孔密度提高、面积增大，PPDK气孔密度和气孔面积都居各转基因品系之首；转C4双聚合基因（PEPC + PPDK）水稻叶片气孔密度提高、面积减小；C4转基因水稻各品系叶片叶肉细胞中叶绿体基粒堆密集，有些基粒类囊体沿长轴方向排列整齐、完整；C4转基因品系的叶鞘均比对照品种粗壮坚韧；除PPDK外，所有转基因品系叶鞘的内外侧维管束及其导管管腔、筛管等执行物质运输功能的组织结构的面积均大于对照品种。【结论】C4转基因水稻叶片气孔多、面积大以及叶鞘维管束结构发达是C4转基因水稻高光效实现的结构前提和基础，与秧苗高的干物质积累相一致。     

CMS-FA胞质杂交稻不育细胞质和核质互作的遗传效应分析

利用4个CMS-FA胞质不育系、相应保持系和3个恢复系,研究不育细胞对11个产量相关性状的细胞质效应和核质互作效应.结果表明:CMS-FA胞质杂交稻不育细胞质对千粒重和生育期性状表现出显著正效应,对穗颈长性状表现出显著负效应,其他性状的不育细胞质效应不显著;单株穗数、千粒重、每穗总粒数、结实率、株高,穗长、穗颈长和生育期等性状的核质互作效应均达到了显著或极显著水平;不育胞质与核基因的互作使杂种F1的平均基因型预测值、群体平均优势和群体超亲优势在株高和穗颈长上得到明显增加;CMS-FA胞质杂交稻不育细胞质无不良细胞质效应,不育系可恢复性好,可作为杂交稻育种的优良不育胞质加以利用.     

杂交粳稻亲本种子的提纯技术

分别应用“成对株系冷藏法”和“花培提纯法”对上海市主要杂交粳稻亲本进行了提纯。成对株系冷藏法针对杂交粳稻BT型不育系特点 ,将多年繁殖的原种来源于同一提纯世代 ,减少因繁殖世代增加而导致不育系育性的降低 ;花培提纯法通过杂交粳稻三系亲本分别花药培养 ,经过单倍体再加倍而加速三系纯化速度。通过提纯的寒丰A、寒丰B、82 0 4A、82 0 4B、申 4A、申 4B 3 0个株系 ,平均纯度达 99.80 %～ 99.86%。经花培提纯的不育系不育株率 10 0 % ,不育度 99.97% ,恢复系亲本纯度达到 99.99%。     

花粉管介导的转bar基因水稻后代主要农艺性状的变异

对花粉管介导获得的4个转bar基因水稻植株稳定后代主要农艺性状的变异进行研究。结果表明,外源基因的导入可引起受体植株后代农艺性状可遗传的变异,与对照相比,多数转基因系的株高、穗长、粒长、千粒重等性状有增加的趋势;而一次枝梗数、二次枝梗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率和粒宽则有减少的趋势;外源基因的导入对穗数和单株产量的影响则较小。     

水稻eui基因及其e-杂交稻研究进展

eui基因具有遗传解除水稻不育系包穗的功能，在水稻杂种优势利用中具有重要的作用，曾被誉为杂交稻种子生产的第四遗传因子。随着一杂交稻育种技术体系的建立，已将eui基因的育种应用推向生产。eui种质具有遗传多型性，发现新的eui基因，称eui2。eui1、eui2基因具有分子水平上的遗传多样性。已分别发现一系列碱基缺失不一的eui1、eui2突变系。已用图位克隆法分离出EUI1、EUI2基因。利用辐射诱变的方法，建立了e-杂交稻育种技术体系，育成一批遗传解除包穗的长穗颈不育系，组配出相应的e-杂交稻组合。长穗颈不育系能达到解除或基本解除包穗且对“920”的敏感，其种子生产只需少量的“920”。e-杂交稻具有与原杂交稻相似的株叶形态和产量潜力，但具有明显较强的生长优势。本文概述了eui基因及其一杂交稻研究进展，并展望了eui基因和e-杂交稻育种的应用研究。     

粳型水稻光温敏核不育系配合力及遗传力研究

选用 6个粳型光敏核不育 ,7个粳型父本 ,按NCⅡ设计 ,共配 42个组合 ,对亲本的一般配合力及杂种的特殊配合力、各性状的遗传力进行了研究 ,结果如下 :( 1)筛选了 4个优良的两系亲本材料 ,不育系中 2个是 2 9130S、35 0 2S ,父本中 2个是416 78和mp40 2。 ( 2 )在本研究中各性状的加性效应均大于非加性效应 ,因此在粳杂亲本选配上要注重选亲本优点多 ,缺点少 ,以期有利基因累加。 ( 3)粳杂中广义遗传力较高的有株高 ,穗长 ,着粒密度 ,千粒重 ,播始历期 ,达 88.0 %～ 92 .1%。狭义遗传力高有株高 ( 84.5 % )、穗长 ( 85 .0 % ) ,还有着粒密度、生育期、穗粒数等也都在 70 %以上 ,这些性状早代选择有效。文中还就两系杂交粳稻育种等有关问题进行了讨论     

利用转基因技术培育超高产水稻

利用植物遗传工程技术将控制植物光合作用、叶片衰老以及淀粉合成的有关基因，如FEP羧化酶（PEPC）基因、丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）基因、NADP－苹果酸酶（NADP－ME）基因、异戊烯基转移酶（IPT）基因、ADP葡萄糖酸化酶基因，进行合理构建后导入水稻，创造出光合效率高、叶片不早衰、种子淀粉合成得以改善的新的水稻种质，从而使水稻产量得以显著提高。     

水稻雄性不育细胞质对杂种一代的影响

用夜公（Ｙ）、饶平野生稻（ＣＷ）、野败（ＷＡ）三种雄性不育细胞质的６９６４Ａ、二九矮４Ａ和珍汕９７Ａ分别与恢复系Ｔ４５配制９个组合进行随机区组试验，在相同细胞核背景下比较雄性不育细胞质对Ｆ１（杂种一代）的影响。结果表明：三种雄性不育细胞质对Ｆ１单株有效穗、穗长和产量有显著的影响。夜公和饶平野生稻两种细胞质明显地优于野败，但受不育系及核质互作所制约。相关和通径分析表明，单株有效穗、每穗粒数和结实率对单株产量有显著的直接作用。因此，在选育优良细胞质的同时，必须选育分蘖强、穗数多、可恢性好的大穗不育系，才较易配制强优组合。本文还讨论了夜公和饶平野生稻细胞质的利用以及不育系的可恢性问题，指出同质异核不育系的可恢性可能有本质差异，是水稻三系育种中值得注意的问题。     

滇型杂交水稻亲本与杂交后代的性状遗传相关分析

选用7种不同细胞质源滇型不育系与滇一型保持系及恢复系各5个材料进行杂交,对70个杂交组合的剑叶穗颈夹角、剑叶长宽比、株高、穗长及穗总粒数这5个性状进行分析。试验结果表明,滇型杂交水稻在剑叶长宽比、株高、穗长及穗总粒数等性状的表现主要受不育系母本的影响,在组配滇型杂交稻时考虑不育系多项农艺性状的表现显得尤为重要。     

利用反义基因沉默策略构建水稻突变体库及突变体筛选

尝试利用鸟枪反义基因沉默策略构建水稻突变体库．利用水稻反义cDNA文库转化粳稻品种中花11,获得了来源于105块潮霉素(Hm)抗性愈伤组织的1486个转化植株．随机选择来源于11个独立转化系的335个T0植株进行Hm离体叶片筛选,结果表明所有植株均呈抗性,并且与PER检测结果相吻合,说明T0植株中不存在假转化体．Southern blot分析结果表明T0植株大部分为单位点整合．T0及T1代转化植株均呈现了一些形态变异,如矮化、无分蘖或多分蘖、结实率降低、粒型或穗型改变、小穗结构改变等．利用Hm离体叶片筛选法对部分T1群体进行筛选,得到了1个变异性状与Hm抗性共分离的突变体,该突变体的变异表型为结实率比非转化对照下降约50％,每穗颖花总数比对照减少约40％,二者的总效应导致突变体单穗产量比对照约下降70％．     

粳稻转基因恢复系的研究

利用基因枪转化法将抗除草剂的bar基因和抗二化螟的SCK(修饰后的CpTI)基因导入到优质粳稻恢复系超优一号中。经对转基因植株进行分子检测,表明外源基因已整合到水稻基因组中;经田间除草剂抗性检测和二化螟接种鉴定,表明转基因稳定株系直到T6仍表现高抗除草剂且没有分离,说明bar基因能稳定遗传并高效表达;转基因恢复系与非转基因恢复系相比,抗虫性有所提高,但提高程度在株系间有差异。经对转基因恢复系所配杂交组合进行除草剂检测和优势测定,表明转基因杂交稻也高抗除草剂,且F1全部正常结实,结实率达80%以上,并具很强的杂种优势,说明亲本抗性基因通过制种已转移到F1中并得到高效表达,同时说明外源基因的导入没有改变原受体的优良性状;经对部分转基因杂交稻进行纯度鉴定,表明秧田喷施除草剂后,本田的不育株率和杂株率明显降低,特别是两系杂交稻效果更明显。