转基因水稻育种的研究与应用

就最近几年水稻基因工程育种的前沿研究——抗病抗虫基因水稻的培育、雄性不育基因的转育、转B一胡罗卜紊基因水稻的研究、高光效基因水稻的培育等研究情况及应用前景做了概要的评述。     

43份高结实率四倍体水稻米质检测分析

对43份高结实率四倍体水稻(Oryza sativa L.)材料米质进行了检测。结果表明,4份较优质的四倍体水稻材料有可能较快地育成优质达标的目标品种;43份四倍体水稻材料垩白度一、二、三等优质率均为0,这是下一步研究的重点和难点。     

水稻闭花授粉基因cl7(t)的遗传分析与基因定位

【目的】鉴定、遗传分析和定位水稻闭花授粉突变体新基因,了解水稻开花机理,利用闭花授粉基因防止转基因作物花粉漂移。【方法】通过EMS对优良粳稻品种H02进行诱变,发现了一个新的闭花授粉突变体8m30。利用突变体8m30与正常开花授粉材料广恢102配制的杂交种和相应的自交分离群体,采用形态特征观察、杂交后代的表型分离统计和遗传分析、基于图位克隆的基因定位等技术方法,对突变体8m30的表型、遗传和基因定位进行研究。【结果】突变体8m30与野生型H02相比,株高变矮,株型变紧,穗着粒密,在整个抽穗授粉过程中,颖花不张开。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制,位于第7染色体长臂的RM21964和RM234之间,遗传距离分别为0.1 cM和0.3 cM,两者间的物理距离为160 kb,与标记RM21971共分离,是一个尚未报道的基因,暂命名为cl7(t)(Cleistogamy 7(t))。【结论】水稻闭花授粉突变体8m30由位于第7染色体1对隐性核基因控制,位于第7染色体的RM21964和RM234之间160 kb范围内。     

辽宁滨海稻区水稻品种淀粉RVA谱特征的测定及应用

以食味品质好的日本品种作为对照,测定150个盘锦地区水稻(Oryza sativa L.)品种(系)的淀粉RVA谱及营养食味品质,并分析淀粉RVA谱特征值在品质育种方面的运用。结果表明,盘锦品种(系)直链淀粉、蛋白质及消减值均高于日本品种,而崩解值低于日本品种。按食味值把品种(系)分为低、中、高3部分,其中直链淀粉、蛋白质、崩解值及消减值在不同食味值区间内存在差异;食味值较高的品系其直链淀粉、蛋白质及消减值均较低;而崩解值较高。t检验显示,可以通过直链淀粉及蛋白质分析选择中、高食味值品系;而崩解值及消减值可以区分中、低食味值品系。     

一个水稻短根毛突变体的鉴定和基因定位

 【目的】鉴定和克隆水稻根毛突变体新基因,了解水稻根毛发育的分子遗传机理。【方法】通过T-DNA插入获得短根毛突变体。采用溶液培养、形态特征观察、杂交后代的表型分离统计及基于图位克隆技术的基因定位等方法,对突变体Ossrh1的表型、遗传和基因精细定位开展研究。【结果】突变体在苗期表现为根毛长度变短,只有野生型长度的36%左右,遗传分析表明该突变性状受1对隐性基因控制,利用Ossrh1和籼稻品种Kasalath杂交构建的F2群体对OsSRH1进行基因定位, 发现与第6染色体上的SSR（simple sequence repeat）标记RM3183和RM193连锁,OsSRH1距它们的遗传距离分别为0.9 cM和1.0 cM。通过在两标记间发展3个新的STS（sequence-tagged site）标记,将OsSRH1精细定位于标记T1757和T1768之间,物理距离约为115 kb。【结论】水稻短根毛突变体Ossrh1的性状由1对隐性核基因控制,该基因位于第6染色体的STS标记T1757和T1768之间115 kb范围内。     

水稻对外源氨基酸的吸收与转运

采用不同浓度的L-蛋氨酸培养液培养秧苗,并用L-亮氨酸15N喷施分蘖期、抽穗期和蜡熟期水稻叶面,研究水稻根系对L-蛋氨酸、水稻叶面对L-亮氨酸15N吸收情况。结果表明,用1 000、2 000、3 000、4 000 mg/L的L-蛋氨酸溶液浸根培养,与对照相比,秧苗L-蛋氨酸含量分别增加8.2%,9.8%、19.7%、21.3%;用500 mg/L的L-亮氨酸15N在分蘖期、抽穗期和蜡熟期喷施水稻叶面,三个时期都会不同程度吸收L-亮氨酸,吸收最好的时期是抽穗期和蜡熟期。     

镁水耦合对寒地水稻品质的影响

在黑龙江庆安水利试验站,以水稻(Oryza sativa L.)龙庆稻3号为试验材料,采用随机区组法,以负压式土壤湿度计监测土壤水势,研究镁水耦合对寒地水稻品质的影响,以期为优质高产栽培提供理论依据和技术支持。结果表明,龙庆稻3号垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量、蛋白质含量和米饭食味评分镁肥与水分间存在互作反应。与对照相比,镁肥施用后龙庆稻3号的垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量和蛋白质含量均降低,米饭食味评分值提高;与常规水分管理相比,以-15~-20 k Pa为控水下限的水分管理的龙庆稻3号的整精米率提高,垩白粒率、垩白度和米饭食味评分值均降低。以-15~-20 k Pa为控水下限同时施用镁肥的处理,龙庆稻3号稻米的商品品质(加工和外观品质)最好;以常规水分管理同时施用镁肥的处理,龙庆稻3号稻米的营养食味品质较好。     

水稻外观品质性状和千粒重的QTLs分析

通过以明恢63和优质泰国香米KDML105两个籼稻品种为亲本杂交的重组自交系(Recombinant inbred line,RIL)群体,构建包含134个简单重复序列标记(SSR)的遗传连锁图谱.2009、2010年对水稻(Oryza sativa L.)的粒长、粒宽、粒形、粒厚、腹白率、心白率和千粒重进行数量性状位点(QTL)定位.2009年检测到16个QTLs,其中粒长、粒宽、粒形、粒厚、腹白率、心白率和千粒重分别检测到2、2、1、1、1、1和8个QTLs,单个QTL可解释表型变异的4.43％～ 13.06％.2010年检测到19个QTLs,其中粒长、粒宽、粒形、粒厚、腹白率、心白率和千粒重分别检测到2、3、3、2、3、3和3个QTLs,单个QTL可解释表型变异的6.04％～24.31％.千粒重qTGW-3和qTGW-6-2在2009、2010年两年中均被重复检测到,qTGW-3在两年中分别可解释表型变异的13.06％和7.12％,qTGW-6-2在两年中分别可解释表型变异的7.66％和14.56％.     

铅镉复合污染对水稻生长及产量的影响

[目的]探讨铅镉复合污染对水稻生长、产量及品质的伤害及机理。采用盆栽试验,研究了不同程度的铅镉复合污染对水稻生长发育及产量品质的影响。[结果]铅镉低浓度胁迫能够促进水稻生长,高浓度抑制水稻的株高;铅镉胁迫显著降低了水稻的分蘖数,随着胁迫浓度增加,分蘖数下降幅度增大;铅镉胁迫显著降低了水稻每盆穗数、结实率、千粒重和产量,低浓度胁迫下每穗总粒数显著增加,高浓度胁迫下每穗总粒数显著降低;铅镉低浓度胁迫下糙米率和精米率显著增加,高浓度胁迫下糙米率和精米率显著降低,整精米率随处理浓度的增加而显著下降;水稻籽粒中铅镉含量与土壤中铅镉浓度成显著正相关,土壤铅镉含量达到中高浓度时,水稻籽粒铅镉含量严重超标,铅镉最高超标达333%和122%。[结论]该研究为污染地区水稻栽培技术体系的建立提供依据。     

水稻窄卷叶突变体nrl4的表型分析与基因定位

【目的】研究水稻卷叶突变体叶形变化的分子机理,鉴定出新的水稻卷叶基因。【方法】利用EMS诱变籼稻品种浙农34,获得一个窄卷叶突变体,命名为nrl4(narrow and rolling leaf 4)。在抽穗期随机选取野生型浙农34和nrl4各10株,对其进行表型观察和主要农艺性状调查等,并测定叶绿素含量;同时用Zeiss荧光显微镜观察剑叶中部叶片横切面维管束的数目并统计泡状细胞数量。以多代自交稳定的突变体nrl4为母本与野生型浙农34杂交,观察植物F_1和F_2叶片表型,统计F_2中性状分离比并作卡方测验,分析突变表型的遗传行为。利用nrl4与粳稻品种浙农大104杂交,采用F_2分离群体进行基因精细定位。利用定量表达对定位区间内5个预测的基因进行相对表达量的分析。【结果】与野生型相比,窄卷叶突变体nrl4抽穗期时全部叶片卷曲且变窄、叶绿素含量升高;株高稍有增加,结实率增大,籽粒明显变长、变窄。窄卷叶突变体nrl4功能叶夹角不同程度减小,叶形更为直立。突变体叶近轴表面特有的泡状细胞数目降低、体积变小,导致叶片向内卷曲。突变体nrl4的叶脉数减少,叶片变窄,中脉一侧2个大维管束之间的小维管束平均为4.5个,而野生型为6.0个。遗传分析表明,突变体nrl4和浙农34杂交的F_1表型正常,F_2群体中正常植株与窄卷叶突变植株的分离比符合3﹕1,表明突变体nrl4的突变性状受1对隐性核基因控制;利用SSR和In Del分子标记将nrl4定位在水稻第3染色体长臂3M11103和3M1115之间、物理距离约为53 kb的区间。在这一区间内,有5个预测注释基因,序列比对和表达分析表明在野生型浙农34和突变体nrl4之间,这些基因序列及启动子序列均未发生变化,但是LOC_Os03g19770在突变体叶片中的表达量显著增加。【结论】nrl4叶片变窄与维管束数目减少有关,叶片发生内卷与泡状细胞数目减少、体积变小有关。水稻窄卷叶突变体nrl4的性状由1对隐性核基因控制,该基因位于第3染色体In Del标记3M11103和3M1115物理距离约为53 kb的区间内,预测区间内基因序列及5′UTR区未发现碱基变异,但LOC_Os03g19770在突变体叶片中的表达量达到了野生型植株叶片的17.5倍,推测LOC_Os03g19770为候选基因。     

不同温度对水稻灌浆期籽粒淀粉关键酶活性及稻米品质的影响

为了阐明不同温度条件下优质米形成的生理机制,以水稻品种牡丹江28和牡丹江30为试验材料,研究了不同温度对水稻灌浆期籽粒淀粉关键酶活性及稻米品质的影响。结果表明:灌浆成熟期高温处理下水稻籽粒蛋白质含量升高,直链淀粉含量变化因品种而异,而食味值变差。整个灌浆过程ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶在高温处理下的酶活性高于常温处理,淀粉分支酶活性因品种不同而表现不同。高温处理使糊化开始温度升高,粘滞峰消减值变大,高温处理下两品种糊化开始温度较常温处理均有升高,回冷粘滞性恢复值变化与糊化开始温度一致。高温处理下最终粘度呈上升趋势,下降粘度值因品种而有所差异。     

蔗糖对灌浆期水稻籽粒中蔗糖合酶活性的影响

蔗糖合酶是一种参与植物体内蔗糖代谢的重要酶。实验采用了离体穗培养技术研究蔗糖对蔗糖合酶活性的调节作用。结果表明,蔗糖处理显著提高了水稻籽粒中蔗糖合酶活性,而且蔗糖合酶活性随着蔗糖浓度增加而增加。当用同浓度渗透调节剂甘露醇、山梨醇和氯化钾,及其它单糖如葡萄糖、果糖,以及两者混合物等代替蔗糖处理,都不能产生与蔗糖相同的效应。说明蔗糖对蔗糖合酶活性的影响并不是渗透胁迫引起的。     

水稻超高产经营模式下土壤微生物学特性的研究

为了从土壤微生物学特性的角度初步揭示水稻超高产栽培模式的高产机理,对福建省尤溪县超高产示范田的土壤微生物学特性和酶活性进行研究。结果表明,超高产栽培模式和常规栽培模式相比较,前者的水稻田土壤中的细菌、真菌、放线菌、固氮菌种群数量均获得较高水平。尤以10月11日(烤田之后)取样的差异最为明显,分别比cK高出5.65、4.96、3.13、15.6倍。而且氨化细菌、好气性自生固氮菌、好气性纤维素分解菌、嫌气性纤维素分解菌分别高56.7、10.90、4.23、7.02倍。土壤酶活性总体差异显著,其中差异明显的是蛋白酶和脲酶。说明超高产栽培模式更加有利于改善土壤通气性,增加稻田土壤微生物数量和提高微生物学活性。     

水稻群体分蘖整齐度与自动调节的分析

采用变异系数法研究水稻分蘖整齐度的结果表明,水稻开始分蘖后分蘖平均数的品种间差异就达到极显著水平,一直持续到抽穗期,因而决定了穗数的品种间差异也达到极显著水平;水稻分蘖整齐度品种间差异前期没有达到显著水平,最高分蘖期以后达到显著水平,抽穗后又降低到显著水平以下;每次测定的水稻分蘖平均值均与以后平均值呈显著或极显著的正相关,不同时期分蘖整齐度与当时平均值呈显著或极显著的负相关,而且与以后平均值也呈显著或极显著的负相关;前期分蘖整齐度之间相关性变化较大,而后期分蘖数基本稳定,整齐度之间表现显著或极显著的正相关;总体看相邻穴间分蘖数基本表现为负相关,但是绝大多数未达到显著水平;分蘖整齐度及分蘖数与株高和叶片性状的相关性基本没有达到显著水平,但是分蘖数平均值有与叶片宽度和角度负相关的趋势。     

水稻披垂叶突变体及其杂交后代耐冷性的鉴定与评价

在云南高海拔冷凉自然条件下对两个粳型水稻披垂叶突变体品系（MR304、MR312）及其与常规品种的杂交后代（F1、F2）进行了苗期耐冷性鉴定,在抽穗期对突变体及其杂交后代的花粉育性类型进行了分析,并在成熟期进行了相关经济学性状和生物学性状的考察。结果表明,在苗期的耐冷性鉴定中,突变体及杂交亲本均为抗型（R）;杂交后代F1中南40/MR312、滇粳优5号/MR304、Ansanbyeo/MR304为中抗型（MR）,滇粳优5号/MR312为感型（S）,其余均为抗型（R）。抽穗期亲本银光花粉可育率最高,为88.9%;杂交后代F1组合中只有银光/MR304的花粉可育率最高,为94.5%,超过对照（92.5%）,组合Ansanbyeo/MR304的花粉可育率最低。亲本银光的结实率超过对照（70.9%）,达到82.4%,突变体MR304、MR312的结实率低,分别为26.2%和5.0%;F1中两组合（银光/MR304、银光/MR312）的结实率均超过对照或亲本。该研究揭示了利用水稻披垂叶突变体产生的F1杂种优势可以增强杂交稻在高海拔冷凉条件下的耐冷性优势;抽穗期的花粉育性大小是鉴定杂交后代（F1）植株耐冷性强弱的重要指标。     

结实期源库活性对稻米垩白度的影响

选择６个垩白差异明显的早籼稻品种为材料，分３期播种，使之在不同温度下灌浆结实。以结实期叶片含Ｎ量累积值为源活性指标，以籽粒灌浆有效含水量累积值为库活性指标，研究了稻米垩白度与结实期源库活性的关系。结果表明：①稻米垩白度在很大程度上决定于结实期源库活性的大小，其决定系数达０．８４～０．９６；②在不同播期（温度）下，库活性的变化大于源活性；③对稻米垩白度的影响，除浙辐３７为源活性大于库活性外，其余５个供试品种均为库活性大于源活性；④稻米垩白度与库活性呈极显著负相关，与源活性的相关性，垩白较大品种为显著负相关，垩白较小品种相关不显著     

灌浆期亏缺灌溉对水稻产量形成的影响

【目的】探明抗旱性不同的单片段代换系（single segment substitution line,SSSL）水稻与其受体亲本在灌浆期亏缺灌溉条件下茎鞘非结构性碳水化合物的降解、运转及籽粒充实过程中相关酶活性的变化。【方法】以介入巴西陆稻IAPAR9抗性基因片段的单片段代换系W27-3-5-2-4-3-3-5-7和受体亲本华粳籼74为材料,利用水平分根系统在水稻花后7 d设置全根水层（两个分隔室内均保持浅水层,W/W）、半根水分亏缺（一个分隔室内保持浅水层,另一个分隔室内土壤水分控制在-30--40 kPa,W/D）、全根水分亏缺（两个分隔室内土壤水分均控制在-30--40 kPa,D/D）3种土壤水分处理,研究花后7 d不同土壤水分亏缺对抗旱性不同的单片段代换系及其受体亲本的产量和构成的影响。【结果】与W/W相比,D/D处理下茎鞘和籽粒内源ABA含量显著增加,灌浆中后期水稻剑叶的相对含水量、SPAD值及光合速率明显降低,水稻茎鞘中α-淀粉酶、β-淀粉酶活性有所增加,但是其蔗糖合酶（sucrose synthase,SS）的活性却显著降低。D/D处理下籽粒SS、酸性蔗糖转化酶（acid invertase,AINV）、可溶性淀粉合酶（soluble starch synthase,SSS）和Q酶活性在灌浆前中期也明显降低。然而,W/D处理下茎鞘和籽粒内源ABA有所增加,但与W/W差异不显著。W/D处理对水稻剑叶的相对含水量、SPAD值、光合速率无显著影响,但对灌浆前中期籽粒SS、AINV、SSS和Q酶活性却有显著影响,使得灌浆前中期籽粒SS、AINV、SSS和Q酶活性显著上升。分析灌浆期亏缺灌溉下单片段代换系与受体亲本间差异,发现亏缺灌溉下代换系的茎鞘非结构性碳水化合物的运转率明显地高于华粳籼74,其籽粒灌浆充实过程中相关酶的活性、物质的动态变化及内源ABA含量等对水分亏缺响应较华粳籼74敏感,其产量在两种亏缺灌溉处理下降低不明显,表现出较强的抗旱性。【结论】灌浆期适度土壤水分亏缺可提高稻株各器官ABA含量,利于茎鞘非结构性碳水化合物的降解和输出,但对灌浆期功能叶的光合同化物的生产与积累无显著影响,因此产量在适度水分亏缺条件下不会显著降低。     

不同镉浓度对寒地水稻根系活力和籽粒品质的影响

[目的]研究不同镉浓度对寒地水稻根系活力和籽粒品质的影响。[方法]采用盆栽试验方法,研究不同镉浓度对水稻不同生育期根系活力、成熟期水稻植株和籽粒中镉含量、籽粒品质的影响。[结果]随着镉浓度的增加,水稻根系明显下降,植株中镉含量增加,糙米中蛋白质含量降低。[结论]土壤镉污染降低水稻根系活力和稻米营养品质。     

水稻基因克隆技术及其应用

水稻全基因组测序工作的完成是水稻基因和基因组研究史上的一个重要里程碑.基因组测序计划完成之前水稻的基因克隆技术主要是针对单个或少数几个基因进行,而水稻基因组计划完成之后其基因克隆技术则以大规模、高通量为特征.     

水稻品种产量试验的边际效应分析

农作物品种产量试验中边际效应是普遍存在的。本研究按照江苏省水稻品种区域试验的田间设计要求,选用8个品种对小区边际效应进行分析。结果表明:①每穗总粒数、每穗实粒数和小区行产量均有多个品种表现显著或极显著的边际效应,穗数只有扬4928、千粒重只有武育粳3号存在边际效应,但品种的边际效应主要是在边1行。②剔除小区边1行后,所有品种的产量均低于不剔除边1行的产量,即边际效应最终影响品种的产量,但边际效应没有影响品种的产量位次和显著性分析结果。③大穗和偏大穗型品种的每穗总粒数、每穗实粒数易表现出边际效应,而小区行产量的边际效应与不同穗数类型的相关性并不明确。