海南南繁区水稻基因飘流的最大阈值距离及其时空分布特征

【目的】陵水、三亚、乐东三县（市）是各类水稻（包括转基因水稻）冬季南繁的主要基地或中心。计算并绘制海南南繁区乡镇尺度水稻基因飘流的最大阈值距离图,为南繁水稻育种设置合理的隔离距离提供参考。【方法】采用已建立的水稻基因飘流模型和阈值分析方法,依托南繁区自动气象站资料,计算了该区域乡、镇尺度向不育系和栽培稻基因飘流的最大阈值距离（the maximum threshold distances of gene flow,MTDs）,分析其时、空分布特征和影响因子。参照中国农业部有关水稻种子生产的质量标准,阈值分别设为1%和0.1%。【结果】南繁区向不育系的MTD_1%平均值为（110±31）m,最短为53 m,最长为195 m。向不育系的MTD_0.1%平均值为（169±44）m,最短为75 m,最长为271 m。向栽培稻的MTD_1%均小于1 m;MTD_0.1%平均值为（3.4±1.1）m,最短为0.6 m,最长为5.8 m。向不育系和栽培稻的MTD_0.1%两者相差近50倍。南繁区MTDs有2个高值区和4个高值点,3个低值区和5个低值点。以陵水、三亚、乐东为主体的南繁区,地处热带,三面临海,北面有五指山为屏障。冬季盛行东北季风,春季和初夏盛行南太平洋的东南季风和印度洋的西南季风。因此,南繁区的沿海陆地平原大都风速较大;沿海陆地与五指山区之间为中、低山丘陵地带,丘陵的走向和高度决定了该区的风向和风速;五指山南坡附近的丘陵地区,风速会因屏障效应而明显减小。【结论】地形特征和大气环流影响风向和风速,决定了南繁区MTDs空间分布的基本格局：高值区主要分布在该地区的东翼、西翼和南部沿海平原;低值区主要分布在五指山南麓的屏障区域。     

转基因水稻基因飘流研究十年回顾

中国是世界最大的水稻生产国和亚洲栽培稻的起源中心之一。随着中国转基因水稻研发的快速发展,需要研究水稻转基因飘流可能对环境和食品安全带来的潜在风险。基因飘流及其数据是对转基因水稻进行科学评估和监管的重要参数。为此,从2002年开始组建了研究团队,对转基因水稻的基因飘流进行了为期10年的系统研究。取得的结果主要包括：（1）阐明了水稻基因飘流的基本规律,揭示了影响水稻基因飘流的生物学和气象学主控因子。沿水稻开花期的主流风向,采用长方形田间试验设计,分别在三亚、广州和杭州3个点2-3个生长季,研究了纯合转bar基因花粉供体L201或B2 (姐妹系,抗除草剂Basta)向19个非转基因受体（包括不育系、常规稻品种、杂交稻F1和普通野生稻）在不同距离上的基因飘流率,明确了转基因向不育系的飘流率最高,向普通栽培稻品种的基因飘流率最低(相邻种植时小于1%或0.1%),向普通野生稻的基因飘流率介于不育系和常规稻之间,向不育系的最大基因飘流率比向普通野生稻和栽培稻要大1-3个数量级;基因飘流率随距离增加呈负指数曲线衰减,且存在急剧降低的“拐点”,“拐点”的距离与试验点水稻开花期的风速密切相关,广州和杭州为1-2 m,三亚约为5 m;采用圆形、以花粉供体为中心的田间试验设计,以异交结实率很高的不育系博A作受体,清晰地解析了风向与基因飘流率的数值关系,主流和次主流风向下游4个扇区的基因飘流事件累计达90%-96%,而逆风向和侧逆风向4个扇区仅为4%-10%。综上所述,水稻转基因飘流率与常规育成品种间的异交率（一般在1%以下）基本相同,在数量级上转基因并未增加新的风险。（2）建立了以气象资料为参数的水稻花粉扩散和基因飘流普适模型,计算和预测了中国南方稻区17省、市的最大基因飘流阈值距离（maximum threshold distances, MTDs）。受东南季风和地形地貌的影响,中国南方稻区MTDs的空间分布特征为：东西之间有自东向西逐渐减小的趋势,南北之间首先在南方丘陵地区逐渐减小、越过南岭后再向东南沿海地区逐渐增大。（3）利用人工构建的普通野生稻与基因（Bt或bar）飘流后代栽/野F1杂种混栽群体,经多年多代跟踪观察,分析了转基因飘流至普通野生稻后的命运,发现栽/野F1杂种在3-5年后完全消失,混栽群体中检测不到外源的Bt和bar,有理由推测普通野生稻具有自我保护的机制。（4）研究了小规模田间试验中采用花期隔离和布帐隔离措施降低水稻基因飘流率的效果;调查了海南、广东、广西普通野生稻原生境居群与相邻种植的栽培稻花期相遇情况,建立了相应的数据库;研究了基因拆分技术作为生物学限控措施从根本上限控基因飘流的效果;以本研究的结果及对国际上主要农作物基因飘流的调研数据为基础,提出了在水稻基因飘流风险评估和监管中采用分类管理和阈值管理的原则。在10年回顾和科学分析的基础上,对未来研究的重点也进行了展望。     

海南山栏稻HKT2基因片段的克隆与序列生物信息学分析

山栏稻是旱稻的一大类,具有极其重要的社会、生态和经济价值.为研究海南山栏稻运输Na+和K+的分子机制,根据GenBank中已登录的水稻OsHKT2基因的保守序列设计1对引物,从山栏稻幼根中提取总RNA,然后采用PR-PCR(RT-PCR)方法扩增出HKT2基因片段,将扩增出的片段回收后连接到pMd18-T载体上,挑选阳性克隆进行PCR检测后测序,得到一段长为1593 bp的序列.序列分析表明,该片段编码530个氮基酸,与GenBank中注册的水稻OsHKT2基因核苷酸序列的同源性为94％,与OsHKT2蛋白的氨基酸序列同源性为91％.     

氮素对山栏稻光合作用、产量性状和氮素利用的影响

为了提高山栏稻产量,确定山栏稻合理施氮量,改进旱作山栏稻施肥策略,从而探寻山栏稻高效高产生态栽培方式,减少稻田氮素污染。本试验设置了四种施氮量处理：N1 (施氮量90 kg/hm²)、N2 (施氮量180 kg/hm²)、N3 (施氮量270 kg/hm2)和CK (传统不施氮处理),研究两个典型山栏稻品种‘山川24’和‘满坡紫’的产量性状、叶绿素含量、光合速率、植株含氮量、吸氮量和氮素利用效率。结果表明,N2和N3处理相比于CK显著提高山栏稻产量、叶绿素含量和光合速率。其中N3处理产量最高,但N2与N3产量差异不显著,N2在成熟期时光合速率更高。叶、茎和穗的含氮量和吸氮量随施氮量增加而显著增加,N2处理在生育后期具有更高的叶含氮量。N3和N2处理的总吸氮量显著高于N1和CK。相较于N3处理,在成熟期时N2处理茎吸氮量较低,能更好地转运茎中的氮到籽粒中去。N2处理的氮素利用效率各指标基本高于N3处理。从产量和氮素利用两个方面考虑,施氮量180～270 kg/hm²是最适合旱作山栏稻的氮素水平。     

有关种子萌发的教学实践与思考

作物学是海南大学“双一流”建设学科,农学专业是作物学一流学科对应的本科专业。《种子学》是农学专业的核心课程与骨干课程。为契合海南大学一流学科建设,总结出《种子学》课程教学中剖析基本概念与理论的方法。以种子的萌发为例,分别从种子萌发的概念、吸胀伤害与吸胀冷害、光照与种子萌发等方面探讨培养大学生的探究能力和逻辑思维能力的具体措施。     

我国两系法杂交水稻中试开发的实践与经验

我国两系法杂交水稻中试开发经过５ａ的实施已经取得显著进展。通过不育系生态联合鉴定筛选出一批实用的光温敏不育系；通过新组合生态适应性鉴定筛选出一批性状优良的两系杂交稻新组合在生产上应用。初步建立了不育系稳产、高产繁殖技术体系及杂交种子稳产、高产制种技术体系，建立了亲本原种生产、防杂保纯和质量监控体系及杂交种子生产管理体系。通过项目的实施，取得了下述几条基本经验：①选准组合、办好示范样板是发展的基础；②种子生产技术工程化是发展的关键；③防杂保纯与质量监控是发展的保障。我国两系杂交稻生产已进入快速发展阶段。     

基于B/S结构海南普通野生稻资源数据库的构建

笔者在资源考察、记录和收集的基础上,建立了基于B/S结构的海南普通野生稻资源数据库管理系统。该系统以《野生稻种质资源描述规范和数据标准》为规范采集数据,将海南普通野生稻居群资源的表型数据、来源地、经纬度和水稻生产数据等有机结合,具备数据管理和用户查询功能。通过本系统可以全面了解库内各个普通野生稻居群种质的特征特性,为海南普通野生稻资源的科学管理与数据共享构建基础服务平台。     

我国主要水稻光温敏核不育系类型的气候适应性

 针对夏季低温对我国两系杂交稻制种生产的严重威胁，用1997~1998年由三亚、武昌、贵阳、南京4个生态点组成的“新不育系联合生态鉴定”试验资料，分析了以培矮64S为代表的实用低温敏类型不育系和以N5088S为代表的实用光敏类型不育系的育性光温影响规律。结果表明，培矮64S的育性受温度影响，育性稳定性较差，下限温度指标年际间和地区间变化较大；N5088S育性主要受日长影响，其临界光长同一地年际间差异小，但地区间差异较大。同时，用1951~1992年逐日平均气温和理论日长资料，分析和评价了我国南方稻区（18°14′~34°17′N）的三亚、南京、广州、福州、长沙、杭州、南京、高邮、徐州等9个城市的光温特征及其时空规律。在此基础上，从生态角度提出了克服夏季低温危害两系杂交稻制种的三项生态技术措施，一是要根据气候规律正确选择适宜的制种地区和季节；二是华中双季稻区应改秋制为春制或选择山区单季稻区秋制；三是应全面评价温敏和光敏类型不育系的特点，因气候合理地利用现有的水稻不育系资源。     

水稻光温敏核不育系的光温特性及其熟期性模型研究

对8个熟期性不同的水稻光温敏核不育系在三亚、贵阳、武汉、南京4地各4 a的分期播种熟期性资料及同期的温度和日长资料进行了分析.结果表明,不同熟期类型不育系的感光性和感温性强弱均为晚籼(粳)＞中籼＞早籼;大部分不育系在中温条件(24～28℃)下的感光性强于在低、高温条件下的感光性;各不育系短日下的感温级低于或等于长日下的感温级;短日高温生育期的表现与常规水稻一致,即中籼＞早籼＞晚籼(粳).选配了各不育系的熟期性模型,早籼和中籼不育系可以用温度线性或非线性模型表达,但晚籼(粳)不育系以用光温综合模型表达为宜.     

利用功能标记鉴定普通野生稻中的白叶枯病抗性基因

 以9个菲律宾白叶枯病菌小种对供试的9份普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.）及1份高感白叶枯病材料IR24进行抗性鉴定,发现IR24对所有的菌株都表现为高感, 6份野生稻材料对9个菌株表现全抗,占参试野生稻总数的67%。取自广西玉林的1份材料只感PXO280(P8),海南万宁的1份材料感PXO71(P4),广州高州的1份材料对PXO79、PXO99和PXO339感病,而这几份材料对其余菌株都表现为抗病,说明每份材料至少含有1个抗性基因。利用已克隆的白叶枯病抗性基因xa5、xa13、Xa21和Xa27的功能标记检测,结果表明9份供试普通野生稻中都不含抗性基因xa5、Xa21;5份为显性Xa13纯合体,4份为隐性抗病xa13杂合体;5份为抗病显性Xa27纯合体,3份为隐性xa27纯合体,1份材料中xa27和Xa27都不存在。