不同灌溉方式对寒地粳稻抗旱生理性状的影响

本试验以东农425和东农427为试验材料,在水稻全生育期内以土壤水势为灌水衡量指标,研究了五种不同灌溉方式对寒地粳稻抗旱生理性状的影响,结果表明:在整个生育期内,处理的叶片脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)积累量、变化幅度基本趋势为:旱作>重干湿交替灌溉>轻干湿交替灌溉>中干湿交替灌溉>常规灌溉,重干湿交替灌溉和旱作处理显著增加了叶片脯氨酸、丙二醛含量。叶片脯氨酸、丙二醛含量与植株抗旱性及产量均呈负相关关系,其中脯氨酸含量相关性显著;重干湿交替灌溉和旱作处理的叶绿素(Chl)含量明显低于常规灌溉及轻干湿交替灌溉、中干湿交替灌溉处理,随着生育进程的推进,轻干湿交替灌溉、中干湿交替灌溉处理的叶片叶绿素含量反而高于其他处理。中干湿交替灌溉处理能够显著增加水稻叶片叶绿素含量,叶片叶绿素含量与植株抗旱性及产量呈显著正相关。中干湿交替灌溉处理是较为合理的灌溉方式,即田间土壤水势灌溉下限不应低于-20kPa。通过对植物抗旱性及抗旱相关生理指标的分析得出东农425的抗旱性较东农427强。     

水稻重要农艺性状的QTL定位

以东农422与东农427构建的F2 3群体为试材,通过构建其分子标记遗传连锁图,全基因组定位与水稻农艺性状相关的数量性状位点。结果表明,在水稻的12个连锁群上共检测到28个QTLs,在1、4、5、6、7、8、10、11和12号染色体上都有分布,其中主要集中在第6、7号染色体上。共检测到5个控制水稻株高的QTLs,2个控制有效穗数的QTLs,4个控制千粒重的QTLs,6个控制穗长的QTLs,2个控制一次枝梗数的QTLs,9个影响水稻抽穗期的QTLs。由此可知,第6与第7条染色体是控制水稻重要农艺性状的QTLs的分布密集区。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑Badh2基因改良粳稻香味

CRISPR/Cas9基因编辑技术已经成为水稻育种新型手段,香稻育种一直是水稻育种行业的研究热点,水稻香味主要由8号染色体上的甜菜碱脱氢酶基因Badh2控制。为了改良原有品种的香味性状,促进香稻育种的发展,以非香型粳稻品种东农425为试验材料,构建了2个CRISPR/Cas9敲除载体对Badh2基因进行定点编辑,第1个载体(p YLCRISPR/Cas9-B1-gRNA)的2个靶点分别位于第2和第3外显子上,第2个载体(p YLCRISPR/Cas9-B2-gRNA)的2个靶点均在第2外显子上。采用农杆菌介导法对东农425进行遗传转化,成功获得了T0纯合植株,并对其衍生出的T1植株进行T-DNA元件检测,共获得8个突变类型不同且不含有转基因成分的纯合突变株系。同时采用咀嚼法和氢氧化钾浸泡法对这8个纯合突变株系的水稻籽粒进行香味检测,结果表明,8个Badh2株系均具有不同程度的香味,总体上载体p YLCRISPR/Cas9-B1-gRNA编辑的3个株系的香味更为浓郁。对这8个纯合突变株系的主要农艺性状进行考察,发现突变株系的穗数、穗粒数、结实率及千粒质量与野生型相比均没有明显差异。综上,本研究对东农425的Badh2基因成功地进行了编辑,并获得了香味显著提高且无转基因成分的纯合突变体材料,为加快香型粳稻品种的培育提供了技术支持。     

粳稻分蘖数全基因组关联分析及候选基因的挖掘

【目的】利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）检测与粳稻分蘖数显著相关的SNP位点,筛选影响分蘖数的候选基因,为分子辅助育种提高产量提供理论基础。【方法】利用295份来自世界各地的粳稻品种,于2018和2019年分蘖盛期调查水稻分蘖数,结合高通量重测序获得的788 396个高质量多态性SNP,利用TASSEL 5.0软件的MLM模型进行全基因组关联分析,对GEC软件计算的有效独立SNP数目进行阈值确定,判定SNP标记与目标性状关联的显著性。根据2年检测到的峰值SNP和水稻每条染色体LD衰减距离,确定2年共定位分蘖数主效QTL,并进一步提取QTL区间内所有基因外显子区非同义突变SNP和启动子区SNP进行单倍型分析,结合基因注释筛选影响粳稻分蘖数候选基因。【结果】295份粳稻品种的分蘖数在2018和2019年总趋势基本一致,并且均具有较大的表型分布。通过全基因组关联分析,在P<5.46×10^-6阈值条件下,从第8、9和10染色体上共鉴定3个与粳稻分蘖数相关的QTL（qTiller8、qTiller9和qTiller10）,其中,在2年中均检测到qTiller9,在2018和2019年的表型贡献率分别为11.86%和10.61%,而qTiller8和qTiller10仅在2018年被检测到,表型贡献率分别为9.36%和9.10%。对qTiller9区间内的全部15个基因进行单倍型分析,结果表明,在qTiller9区间内共有6个基因（LOC_Os09g25090、LOC_Os09g25100、LOC_Os09g25150、LOC_Os09g25190、LOC_Os09g25200和LOC_Os09g25220）的不同单倍型分蘖数之间存在极显著差异,LOC_Os09g25090被启动子区SNP分为2种单倍型,hap2（TAA）分蘖数极显著大于hap1（AGG）;LOC_Os09g25100被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2（GAGA）分蘖数极显著大于hap1（AGCC）;LOC_Os09g25150被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2（ATG）分蘖数极显著大于hap1（GCC）;LOC_Os09g25190被启动子区SNP分为2种单倍型,hap2（GCATCGCATCGACGCCGA）分蘖数极显著大于hap1（ATGCTGATGAAGTCATCC）;LOC_Os09g25200被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2（TAG）分蘖数极显著大于hap1（AGA）;LOC_Os09g25220被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap1（GG）分蘖数极其显著大于hap2（AA）。结合基因注释发现,LOC_Os09g25090和LOC_Os09g25100均预测编码钙调蛋白依赖性蛋白激酶,是脱落酸（ABA）表达所必需Ca²⁺的传感器,推测LOC_Os09g25090和LOC_Os09g25100为影响粳稻分蘖数的候选基因。【结论】筛选出LOC_Os09g25090和LOC_Os09g25100为影响粳稻分蘖数的候选基因。     

寒地粳稻粒长在DH群体中遗传变异研究

应用粒长不同的10个亲本,采用F1花药培养技术构建了寒地水稻6个组合的DH(Doubled Haploid,DH)群体。应用Choo等提出的模型及公式,分析了这6个DH群体粒长的分布,测算了粒长遗传力、超亲率,检测了粒长的基因对数及基因互作方式。试验粒长的遗传变异分为两大类型,主效基因加微效多基因混合遗传和无主效基因互作。3个组合粒长的遗传属于多个主效基因加微效多基因混合遗传;存在主效基因间的互作,为互补作用。粒长在DH群体的遗传力为0.40,超高亲率很低;控制粒长的基因对数为5.7～72.2对,平均20.1对。寒地水稻长粒种质创新相对较难,在H2代要加强其选择强度。     

不同灌溉方式对寒地粳稻农艺性状及产量的影响

以负压式土壤湿度计监测土壤水势,以常规灌溉方式为对照,研究了4种灌溉方式(轻干湿交替灌溉、中干湿交替灌溉、重干湿交替灌溉和旱作)对寒地粳稻农艺性状及产量的影响。结果表明:与常规灌溉相比,4种灌溉方式随土壤水势降低越大,稻株的株高、叶面积、分蘖数和成穗率等降低的幅度越大;5种灌溉方式下乳熟末期的株高、每穴分蘖数、高效叶面积之间均有极显著差异;产量以对照最高,其次是轻干湿交替灌溉,对照与其他灌溉方式均有极显著差异,而轻干湿交替灌溉与中干湿交替灌溉之间无显著差异。因此,从节水角度来说,可以采用轻干湿交替和中干湿交替的灌溉方式种植寒地粳稻。     

烟草铁蛋白基因NtFer1对粳稻遗传转化及其基因功能研究

利用农杆菌介导法将烟草铁蛋白基因Nt Fer1转入粳稻,经抗性筛选、PCR、Southern杂交、Northern杂交检测。结果表明,外源基因已整合到粳稻基因组中,并能稳定遗传表达。过量Fe2+营养液条件下培育自交T1代植株,研究表明转基因株系SOD和POD活性、叶绿素相对含量高于对照,而MDA含量则相反;转基因株系叶片和糙米总铁含量高于对照,所测16种氨基酸总含量与对照无显著差异,但部分氨基酸含量存在差异;接种稻瘟病混合小种菌液转基因株系稻瘟病叶瘟指数低于对照。烟草铁蛋白基因Nt Fer1转入表达可提高粳稻叶片和糙米储藏铁离子能力,增强对高铁胁迫耐性和稻瘟病叶瘟抗性。     

一次性施氮对寒地春玉米生长发育和子粒品质的调控及生产效益分析

以高产玉米品种德美亚3号为试验材料,研究传统分期施肥(NP,364.5 kg/hm2)、氮肥一次性基施两种氮肥施用方式,N0.8(291.7 kg/hm2)、N0.9(328.1 kg/hm2)、N1.0(364.5 kg/hm2)、N1.1(401.0 kg/hm2)、N1.2(437.4 kg/hm2)共5个施氮量处理(氮肥一次性基施),不施肥(N0)为对照,研究其对春玉米地上部分农艺性状特征、子粒品质、产量及生产效益的影响。结果表明,增加氮肥的供给显著改善玉米植株的农艺性状,适宜氮素供给地上部低位节间机械强度显著提高,玉米产量及蛋白质含量和生产效益显著提高。适宜氮素供给调控下,显著改善植株的生长环境条件,氮素营养供给的时间和供给量与需求相匹配,倒伏率显著下降。改变传统的分期施肥为一次性缓释氮肥基施供给,施肥量在原施肥量的90%以上,协调氮素营养的供给与需求,显著提高地上部低位节间机械强度,产量和生产效益显著增加。     

水稻新品种东农425的选育及特征特性

东农425是松938×东农V7的杂交后代经多年运用系谱选择和生态压力选择相结合的方法选育而成。该品种具有优质、高产、抗病和耐冷的特点。2007年通过黑龙江省农作物品种审定委员会审定并推广。     

黑龙江省香稻种质资源品质分析

本实验对东北地区搜集来的香稻和非香稻材料的品质性状进行综合比较和评价,并对20份香稻品种的主要品质性状进行表型主成分分析和聚类分析。结果表明:这20个香稻的蛋白质含量平均值明显高于非香稻,蒸煮食味品质好于非香稻,有16个香稻品种在胶稠度性状上达到了国家优质一级标准,且多项品质指标的变异系数都高于非香稻品种。主成分分析中粒型因子、碾米品质因子和蒸煮食味品质因子对稻米品质累计贡献率达到65.5%。20个香稻品种被归为3类,这3类都各自具有优良的品质特点。在进行香稻品质育种时,应当注意外观品质(粒形和垩白性状)和碾米品质(整精米率)的选择,提高整精米率、降低垩白度,同时要选择遗传背景较远的亲本,以期提高东北地区香稻资源品质,达到优质育种的目的。