利用QTL-Seq结合分子标记定位粳稻垩白粒率控制位点qChalk8

[目的]垩白是影响稻米外观品质的重要性状。本研究旨在利用QTL-Seq和分子标记作图定位粳稻垩白粒率调控相关的QTL。[方法]利用高垩白粒率粳稻材料拉木加和低垩白粒率粳稻品种水晶3号构建F_(2)分离群体,将两份独立的F_(2)群体分别种植于河南原阳和海南三亚,两个群体单株垩白粒率考种后分别选取极端个体混池进行QTL-Seq分析,然后使用分子标记作图对稳定的QTL进行验证。[结果]两个F_(2)群体的QTL-Seq分析发现8号染色体存在一个较为稳定的QTL位点qChalk8。进一步通过分子标记作图将该QTL定位于17.6-18.5Mb,该QTL位点的LOD值为7.08,表型贡献率为15.9%。[结论]利用QTL-Seq和分子标记作图定位了粳稻垩白粒率相关QTL-qChalk8,为粳稻垩白调控基因进一步的精细定位和基因克隆奠定了基础。

基因枪轰击中几个重要参数对小麦基因转化的影响

对基因枪轰击小麦幼胚愈伤组织过程中几个重要参数的研究结果表明,在同等条件下250μg·枪-1的金粉用量优于500μg·枪-1,颗粒直径1 0μm的金粉转化效果好于直径1 6μm金粉,单枪与双枪差别不大,可裂膜片压力为8 966MPa时,轰击后愈伤组织的再生绿点率明显高于可裂膜片为7 586MPa时的绿点率,9cm靶距的处理效果较好.

重复基因的进化--回顾与进展

基因重复是普遍存在的生物学现象,是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量,在生物进化过程中发挥着极其重要的作用。基因重复有何利弊,基因发生重复后,2个重复子拷贝的保留在基因功能方面是否存在偏好性,子拷贝在表达和进化速率上如何分化,以及重复基因为什么会被保留下来一直是进化生物学领域研究的热点问题之一。该文对以上重复基因研究的热点问题进行了介绍,并对重复基因的进化机制和理论模型及其近年来的一些主要研究进展进行了综述。

弱光对水稻生长发育影响研究进展

光是影响植物生长发育重要的环境因子之一。随着全球气候的异常,水稻生育期内阴雨寡照天气增多,太阳辐照减少,弱光会对水稻生长发育产生不利影响。本文综述了国内外有关弱光对水稻营养生长、避阴反应、光合作用特性、产量形成和品质等方面的影响。水稻营养生长的各个方面都受弱光影响,包括株高、分蘖、根系、叶片及其气孔和叶绿素等的发育。最重要的是弱光通过影响光合作用,进而影响干物质积累与分配,从而导致水稻产量和品质降低。光不仅为植物光合作用提供能量,还是一种信号物质,植物通过光受体感受光环境包括光质、光强和光向等的变化来调控自身形态建成。遮阴同样能导致弱光。遮阴后,植物光敏色素感受到环境中红光和远红光比例的变化,从而引起株高增加、节间伸长、分枝减少和加速开花等一系列反应,这些称为避阴反应。本文探讨了在弱光对作物生长发育影响的研究中使用不同遮阴材质对光质的影响。目前水稻避阴反应研究较少,本文讨论了水稻光敏色素基因及拟南芥中鉴定的与光信号相关的转录因子可能在水稻生产中的应用。对水稻在生育期内遇弱光环境时提出了相应的防治对策,并分析了当前研究中存在的问题和不足,指出了今后进一步研究的方向。

干湿交替条件下稻田土壤氧气和水分变化规律研究

在水稻高产栽培技术中,为合理利用水资源,改良土壤通气性,干湿交替灌溉技术已广泛应用。干湿交替灌溉技术的核心是协调土壤水分与氧气之间的平衡。本研究采用大田试验,在水稻生育后期进行干湿交替处理,同步监测稻田5 cm土层土壤氧气、水分及温度的变化,以探讨稻田土壤氧气和水分运移变化规律及其互作关系,为进一步揭示干湿交替灌溉技术的内在生理机制奠定基础。研究结果表明,干湿交替条件下,稻田土壤含水量处于饱和状态时,基本监测不到土壤含氧量;而稻田土壤在慢慢变干的过程中,5 cm土层土壤体积水分含量逐渐降低,土壤氧气含量逐渐升高。在花后19 d、24 d、29 d,当5 cm土层土壤体积含水量分别下降为25.4%、25.1%、24.7%时,土壤含氧量则分别上升到17.5%、17.4%、17.4%。在水稻生育后期不同阶段,土壤氧气含量的日变化呈现先降低再升高的趋势,谷值一般出现在14:00—15:00之间;土壤含水量随时间呈波动式逐渐降低的变化趋势;土壤温度呈现先升高后降低的趋势,峰值一般出现在15:00—16:00之间。从上午8:00到下午17:59,当土壤温度升至峰值时,土壤水分含量较低,而土壤含氧量开始升高。水稻开花期、灌浆期和成熟期的土壤氧气含量与土壤含水量均表现出极显著负相关关系,土壤温度与土壤水分间呈显著负相关关系,而土壤氧气与土壤温度之间无显著相关关系。说明干湿交替条件下,水稻生育后期稻田土壤中的水分和氧气含量存在一定的此消彼长的关系。因此,通过适度的干湿交替管理措施,可在一定程度上调节水稻根系周围的土壤水分和氧气的平衡。

水稻不同部位伤流强度的差异及其与籽粒充实的关系

为明确水稻弱势籽粒充实的作用机理,以豫粳6号(粳稻)和两优培九(籼稻)为试验材料,于幼穗分化期设置不同的氮素穗肥处理(即0、90、180kghm2纯氮)试验,研究了基部节间和穗颈节间伤流强度、伤流液中可溶性糖的灌浆期动态变化,灌浆盛期伤流强度日变化规律及穗颈节间伤流强度和伤流液中可溶性糖与籽粒充实度的关系。结果表明,水稻基部节间和穗颈节间伤流强度灌浆期变化不同,基部节间伤流强度于花后5d达最大值,之后呈下降趋势;穗颈节间伤流强度于花后5d、17d各出现一个峰值,花后11d达低谷,平均穗颈节间伤流强度表现为无氮肥处理最高,高氮肥处理最低。穗颈节间伤流强度日变化以白天较低,夜晚较高且随着施氮量的增加而降低。籽粒灌浆期,花后10、15、25和35d粳稻穗颈节间伤流强度与其弱势粒充实度呈显著或极显著正相关关系,而籼稻相关性不显著;穗颈节间伤流液中可溶性糖含量与强弱势粒充实度均极显著正相关。基部节间伤流与籽粒充实度的关系不显著。说明穗颈节间伤流与弱势粒充实关系密切,可以此作为衡量弱势粒充实程度的指标之一。因此,以氮素调控为手段提高穗颈节间伤流强度来提高弱势粒充实度是可行的。

不同深耘及施穗肥方式对水稻根系活力、籽粒灌浆及产量的影响

【目的】探明不同深耘施穗肥方式对水稻根系活力、籽粒灌浆动态及产量的影响。【方法】采用大田完全随机小区试验,在倒四叶期设置平作撒施、深耘撒施、开沟起垄撒施和深耘深施4个氮素穗肥处理,对不同深耘施穗肥方式下水稻生育后期伤流强度、籽粒灌浆动态及稻谷产量的差异进行研究。【结果】与平作撒施相比,不同深耘施穗肥方式显著提高水稻的基部节间和穗颈节间伤流强度和稻谷产量,以深耘深施肥措施最好,其次为开沟起垄撒施、深耘撒施。不同深耘施穗肥方式下强、弱势粒最大生长量、起始势、相对起始势、最大灌浆速率和平均灌浆速率均有提高。【结论】在砂壤土水稻田中,水稻生育中期可采用深耘处理提高根系和籽粒库容活力,改善籽粒灌浆进程,进而提高稻谷产量。

基于CRISPR/Cas9系统的水稻光敏色素互作因子OsPIL15基因编辑

【目的】光作为一种环境信号,可影响植物的基因表达、酶活性和形态建成。光敏色素互作因子在光信号传导过程中起着重要作用。本研究旨在构建水稻光敏色素互作因子OsPIL15的CRISPR/Cas9表达载体,创制OsPIL15突变体,挖掘水稻功能基因,丰富和完善水稻光信号调控分子机制。【方法】依据CRISPR/Cas9技术原理,设计OsPIL15突变靶点。将所设计靶序列在水稻基因组中进行比对,排除非特异性靶位点,同时使该靶序列含有常用酶切位点,方便后期突变体鉴定。化学合成靶位点寡核苷酸序列并与载体pBUN411连接构建CRISPR/Cas9表达载体,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,以除草剂抗性标记筛选获得阳性转基因植株。利用酶切法判断T0代转基因植株是否发生突变,结合测序结果分析突变单株的突变基因型。将靶点序列在水稻全基因组中进行比对分析,选择5个与靶序列同源性较高且错配在4 bp以内的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估,分析所设计靶序列特异性。【结果】所构建表达载体成功实现了对OsPIL15的定向编辑,酶切显示在选取的25株T0代转基因植株中获得15株突变体,其中包括5株纯合突变体、6株双等位突变体和4株杂合突变体,共10种不同突变基因型和11个突变株系。突变类型以单碱基插入或缺失为主,同时也得到2种56和66 bp较大片段缺失株系。对部分纯合突变、双等位突变和杂合突变体的T1代植株进行分析,结果表明,T0代产生的突变基因型绝大部分能稳定遗传给下一代。T0代纯合突变体后代为纯合突变单株,仅在株系14纯合突变体后代中检测到1株未突变单株;T0代双等位突变体后代可得到2种纯合突变型和1种双等位突变型;T0代杂合突变体后代则可得到纯合、杂合及未突变3种类型。对T0代未突变植株的后继世代酶切分析显示,62株T1代转基因植株均未发生突变,表明CRISPR/Cas9在T1代转基因阳性植株中未重新发挥基因编辑作用。对20株突变体的5个潜在脱靶位点进行分析,5个潜在脱靶位点均未检测出脱靶效应,表明所设计靶序列具有较高特异性。对选取的3组不同基因型ospil15 T1代突变体表型进行初步观察,结果表明,突变体生育期和分蘖数未出现明显变化,株高极显著下降,籽粒粒长极显著增加,最大增幅达5.69%。【结论】CRISPR/Cas9系统能对OsPIL15进行定向编辑,获得的10种不同突变基因型的ospil15突变体与野生型相比株高极显著降低、籽粒粒长极显著增大。

不同时期施氮比例与种植方式对豫南稻区粳稻产量性状和氮素利用效率的影响

采用裂区设计,在豫南地区研究了不同时期施氮比例和种植方式(手插秧、机插秧)对水稻产量和氮肥利用率的影响,为指导豫南稻区水稻生产提供理论依据。结果表明,手插秧、机插秧2种种植方式下,与不施氮肥处理相比,不同氮素配比(基蘖肥与穗肥比例分别为4∶6、5∶5、6∶4、7∶3)均可提高水稻的穗粒数和产量,手插秧条件下以氮素配比为6∶4产量最高,增幅达27.65%;机插秧条件下以氮素配比为7∶3产量最高,增幅达115.55%;且机插秧产量高于手插秧,但差异未达到显著水平。手插秧在6∶4处理条件下有效穗数和穗粒数高于其他处理;机插秧在5∶5处理条件下有效穗数最高,在7∶3处理条件下穗粒数最高;手插秧和机插秧对照的结实率和千粒质量最高。手插秧成熟期干物质积累在氮素配比为6∶4达最大;抽穗开花期,手插秧与机插秧在氮素配比6∶4与7∶3处理条件下叶片、茎鞘、植株氮素含量较高;氮素生理利用率,在不同氮素配比条件下机插秧均高于手插秧,且2种种植方式均以氮素配比7∶3为最高;氮素偏生产力,手插秧条件下以氮素配比6∶4为最高,机插秧条件下以氮素配比7∶3最高;而百千克籽粒需氮量,手插秧条件下以氮素配比5∶5与6∶4最高,机插秧条件下以氮素配比6∶4最高。因此,种植方式对氮素配比的响应存在明显差异,手插秧和机插秧的最佳施氮配比分别为6∶4和7∶3,此时产量和氮素利用效率最高。

水稻伤流强度与根系形态和生理指标的关系研究

为研究水稻伤流强度与根系形态、根系活力等指标的相关关系,采用土壤盆栽试验,对4个供试水稻品种不同生育时期的根体积、根长、根条数、根系活力、单株伤流强度和根系活力的变化趋势进行了研究。结果表明,水稻基部节间伤流强度、根长、根体积、根条数均随生育进程呈先增加后减少的变化趋势,且水稻基部节间伤流强度与根粗、根长、根条数和根系活力呈显著或极显著正相关关系。

盐、干旱胁迫下水稻相关miRNA的鉴定及表达分析

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。

基于CRISPR/Cas9系统的OsbHLH116基因编辑及其脱靶效应分析

以水稻OsbHLH116基因为编辑对象,根据基因编码区序列(CDS)在第一外显子区域设计长度为19bp的sgRNA,化学合成sgRNA的寡核苷酸序列,然后与CRISPR/Cas9系统表达载体pBUN411连接,再用农杆菌介导法获得水稻转基因株系,最后利用酶切和测序相结合的方法对OsbHLH116突变体进行了筛选鉴定和脱靶效应分析。结果表明,所构建的pBUN411-gRNA载体成功实现了对基因OsbHLH116的定向编辑。酶切分析表明在选取的10株T0代转基因苗中得到了6个OsbHLH116突变单株。对6个突变单株进行了TA克隆测序分析,发现了纯合突变、双等位突变和杂合突变3种类型。酶切分析表明2个潜在脱靶位点均未发生脱靶效应。

有机肥类型及其施肥配比对稻田培肥效应和经济效益的影响

采用3种有机肥和2种施肥配比,研究了有机肥类型和施肥配比对水稻产量、土壤的培肥效应和经济效益的影响。结果表明,施用相同有机肥,6∶4施肥配比的水稻产量高于6∶3∶1;相同施肥配比,施用菜子饼肥的水稻产量均显著高于沼液、商品有机肥和CK。2种施肥配比条件下,菜子饼肥处理抽穗开花期及抽穗开花期至成熟期干物质积累量均高于沼液、商品有机肥和CK。6∶4施肥配比条件下,成熟期水稻谷草和子粒含氮量在沼液和商品有机肥处理下均高于6∶3∶1。6∶4施肥配比条件下,氮收获指数、氮素转移率、氮素生理利用率和氮素农学利用率均高于6∶3∶1,且此条件下成熟期土壤有机质含量高于6∶3∶1,有利于培肥地力。虽然6∶4施肥配比条件下菜子饼肥产量最高,但由于菜子饼肥的成本较高,故沼液经济效益最高。因此,本试验条件下,在绿色稻米生产中施肥种类选取沼液更有利于经济效益的提高和培肥地力,有机肥的施用配比以6∶4施肥为最佳。

河南黄淮麦茬稻区适宜旱稻品种及鉴定指标的筛选

为筛选适合河南黄淮麦茬稻区种植的优良旱稻品种,建立适宜的旱稻鉴定评价体系,利用河南地区主要推广的23个水、旱稻为材料,于旱棚内旱直播种植,在孕穗期和成熟期对植株形态、生理生化性状和单株产量进行测定和分析。结果表明,水分胁迫条件下,高产品种的平均单株产量、分蘖数、株高、地上部鲜重和根基粗分别是低产品种的2.46、1.78、1.17、1.57和1.18倍,分蘖数、株高、地上部鲜重和根基粗与旱田单株产量呈显著正相关。旱田产量和分蘖数可以作为河南黄淮麦茬旱稻的评价指标,株高、地上部鲜重和根基粗可以作为辅助指标。初步筛选洛稻998、徐旱702、原旱稻3号和郑旱2号为适宜推广的高产抗旱品种。

不同根际溶解氧质量浓度对生育中后期水稻根系和抗氧化酶活性的影响

为探究溶解氧质量浓度对不同基因型水稻品种生育中后期根系生长发育的影响。以4种不同基因型水稻为试验材料,采用水培法,研究不同溶解氧质量浓度对水稻生育中后期根系形态、根系抗氧化酶活性及可溶性蛋白质含量的影响。结果表明,生育中后期高氧处理可显著增加水稻的根长和根条数,低氧处理对水稻根系的伸长影响不大,根条数有所增加,均未达到显著水平;高氧处理可显著增加抗氧化酶活性及可溶性蛋白质含量,说明水稻生育中后期增加根际溶解氧质量浓度有利于水稻根系的生长发育,有效延缓根系衰老。

复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响

采用大田试验,以大穗型水稻品种新丰2号为试验材料,研究了抽穗期喷施复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实、稻米品质和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响。结果表明,外源喷施复配化学调节剂IV和V可增加水稻强势粒和弱势粒的起始灌浆势、相对起始势,提高最大灌浆速率和平均灌浆速率,缩短达到最大灌浆速率所需时间,显著改善强势子粒的外观品质和碾磨品质,提高水稻弱势子粒的千粒重,且强势粒和弱势粒中蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达均得到显著提高。因此,外源喷施复配化学调节剂IV和V可通过增加强势粒和弱势粒中蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达,进而提高水稻强势粒和弱势粒的灌浆充实、增加产量、改善稻米品质。

扬花灌浆期抗耐弱光水稻品种评价及筛选

以豫南稻区23个籼型杂交稻主导品种和沿黄稻区3个常规粳稻为试验材料,研究了水稻灌浆期弱光对水稻生长的影响。结果表明,65%遮阴条件下,水稻叶片叶绿素含量、结实率和千粒重均受到很大影响,不同品种间存在差异。遮阴后水稻的3片功能叶SPAD值升高。24个水稻品种的结实率较对照降低,平均降幅达20.45%;26个品种千粒重均下降,平均降低17.67%。以结实率和千粒重为指标,建立抗耐遮阴指标体系,通过聚类分析筛选出综合抗耐弱光水稻品种6个,分别为方欣1号、冈优527、豫农粳6号、绿丰20、冈优827、内2优6号。

河南沿黄稻区粳稻种质资源香味基因筛选

利用水稻香味基因Badh2第2外显子和第7外显子特异的分子标记筛选了河南沿黄稻区208份粳稻种质资源,从中筛选出15份含有香味基因的种质材料,其中Badh2基因第2外显子突变类型12份,第7外显子突变类型3份。在河南沿黄稻区光周期条件下,这15份种质材料的开花日期从7月下旬至9月上旬不等,全生育期115~170 d。

不同生育时期淹水对水稻Sub1A耐淹基因导入系产量的影响

在苗期、分蘖期和抽穗期等3个生育时期对常规籼型水稻IR64和IR64 Sub1A耐淹基因导入系(IRRI149)进行淹水处理,测定各个生育时期淹水后的有效分蘖数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量,以确定不同生育时期淹水对Sub1A耐淹基因导入系产量的影响。结果表明,在苗期淹水,IRRI149和IR64的单株产量分别为39.11 g、24.92 g;分蘖期淹水,分别为10.31 g、0.48 g;抽穗期淹水,分别为24.35 g、23.36 g。IRRI149在苗期和分蘖期淹水条件下,有效分蘖数、每穗粒数、结实率、千粒重、单株产量均显著高于IR64;3个处理时期中以分蘖期淹水对产量的影响最为明显。

优质香稻新品种豫农粳11号的选育及应用

豫农粳11号是河南农业大学利用常规育种与香味基因分子标记辅助选择相结合的手段选育的香型粳稻新品种。该品种综合性状和稳产性好、米质优良、具香味,2017年通过河南省农作物品种审定委员会审定。本文介绍了豫农粳11号的选育过程、特征特性及栽培技术要点。