水稻类病变突变体lms1的表型鉴定与抗病分子机制分析

类病变突变体是研究植物细胞死亡和抗病分子机制的重要遗传材料。通过辐射诱变粳稻品种武运粳7号,获得一个少见的抗病性下降的类病变突变体lms1(lesion mimic and disease susceptible mutant 1)。与野生型相比,该突变体叶片自发出现红褐色斑点,其株高、穗长、每穗粒数以及单株产量降低,但千粒重增加;对水稻白叶枯病的抗性显著下降,组织染色表明突变体的叶片中存在明显的细胞死亡以及活性氧的过量积累。遗传分析表明,lms1突变体的表型受单隐性核基因控制,利用图位克隆技术将lms1基因精细定位于水稻9号染色体Indel7和Indel8两个分子标记间,物理距离为62 kb。定位区间内候选基因的PCR扩增测序结果表明,其中一个编码泛素羧基末端水解酶的OsLMP1(Lesion Mimic Phenotype 1)基因第1个外显子中插入了一段长度为654 bp的序列,导致其蛋白翻译提前终止。利用蛋白组学技术分析了lms1突变体与野生型对照的蛋白积累水平,共鉴定到19个差异蛋白(7个上调、12个下调),主要参与氧化还原、叶绿素合成、光合作用等代谢途径。上述结果为进一步研究OsLMP1基因的功能及其调控细胞程序性死亡与抗病性的分子机制提供借鉴。

水稻类病变早衰突变体lmes6的表型鉴定与基因定位

植物类病变与早衰的发生受激素、代谢、环境信号等多重因素影响,其分子机制尚未完全清楚。从水稻辐射诱变库中筛选到一个类病变早衰突变体lmes6(lesion mimic and early senescence 6),与野生型相比,lmes6突变体叶片从分蘖期开始出现类病变、叶色发黄、叶绿素含量显著降低,其穗长、每穗粒数、粒长及单株产量显著降低;组织染色显示该突变体的叶片出现细胞程序性死亡及活性氧过量积累;且该突变体增强了对水稻白叶枯病与细菌性条斑病的抗性。遗传分析表明lmes6的突变表型受单隐性核基因控制。利用图位克隆技术将目的基因精细定位在水稻7号染色体53 kb区间内,经候选基因预测与PCR测序分析,发现在lmes6突变体中一个编码Fd-GOGAT1(依赖于铁氧还蛋白的谷氨酸合酶)的基因LOC_Os07g46460发生了一个碱基替换,导致苯丙氨酸(F)变为亮氨酸(L),是该基因的一个新的复等位基因,与其他已报道的lc7、abc1、spl32等位突变相比,lmes6对水稻的生长发育、产量等方面抑制较小。对Fd-GOGAT1进行系统发育树分析及同源蛋白序列比对,结果表明Fd-GOGAT1蛋白在单子叶植物中高度保守。

水稻早衰基因ESL8的遗传与定位

早衰突变体是研究植物细胞凋亡分子机制的重要遗传材料。从水稻“科辐粳7号”诱变库中,筛选到一个早衰突变体esl8(early senescence leaf 8)。与野生型相比,该突变体叶片在抽穗期表现出严重的早衰,其株高、分蘖数、穂长、每穗粒数以及结实率,在成熟期均极显著降低,但千粒重无显著变化;该突变体叶片的叶绿素含量显著下降,组织化学染色进一步检测到细胞死亡、活性氧与丙二醛过量积累。遗传分析发现,该突变体的早衰表型受单隐性核基因控制。采用图位克隆技术将esl8基因精细定位在12号染色体的FM12-14和FM12-15分子标记之间,物理距离为359kb。候选基因预测与PCR测序结果表明,esl8基因是OsSL/ELL1基因的一个新等位变异,突变位点发生在该基因的保守区域。以上结果为进一步研究该基因编码蛋白的功能及其早衰分子机制提供理论依据。

杂交水稻花粉收集装置气力输送系统仿真优化

为解决杂交水稻父、母本分田种植下父本花粉机械化高效收集的问题,对杂交水稻花粉收集装置的关键部件气力输送系统进行了仿真优化研究。首先对系统建立了流体力学模型,进一步利用CFD-DPM(computational fluid dynamics-discrete phase model)结合响应面法以进粉管内径、吸粉口长度、吸粉口宽度为因素,系统内气流均匀性及全压差为指标,优化系统结构参数并加以验证。结果表明,进粉管内径、吸粉口长度、吸粉口宽度及内径和长度的交互作用、长度与宽度的交互作用对气力输送系统内气流均匀性及全压差影响显著;两指标均随内径的增加而增加,吸粉均匀性随长度和宽度的增加先增加后减小,全压差随长度和宽度的增加而增加。气力输送系统较优的参数组合为内径200.00 mm、长度564.40 mm、宽度192.48 mm,对优化后结构进行仿真,得到气流速度变异速度和全压差分别为16.03%、238.37 Pa,与预测结果的相对误差分别为4.91%、3.39%,较初始结构下两指标分别减少了56.29%、31.57%,说明优化效果明显。研究结果提供了杂交水稻花粉收集装置气力输送系统快速优化设计的方法,可为装置气力输送系统的优化设计提供参考。

水稻显性半矮秆基因的SCAR标记及初步定位

粳稻品系Y98149是从离子束诱变的后代中获得的显性半矮秆突变体,与野生型Y98148是1对株高近等基因系。将已经获得的3个与水稻显性半矮秆基因紧密连锁的RAPD标记分别克隆、测序,根据测序结果设计了3对特异性PCR引物,成功地将RAPD标记S1041525、S1076549和S1272403转化成更稳定的SCAR标记SCS1041498、SCS1076510和SCS1272388。通过Y98148×Y98149的F2代分离群体的分析,这3个SCAR标记与显性半矮秆基因的遗传距离分别为12.6cM、7.5 cM和16.3 cM,且位于基因的同一侧。序列同源性比较表明,标记S1272403为单拷贝,其核苷酸序列与水稻第7染色体上2个BAC克隆B1249D05(AP006451)和OJ1212-C12(AP005604)同源性为99%,B1249D05与OJ1212-C12有23 kb的重叠区域,标记S1272403位于这个重叠区域,据此初步将显性半矮秆基因定位,为进一步精确定位和图位克隆奠定了基础。

一个籼稻脆性突变体的生物学特性及基因定位研究

水稻脆性突变体是研究细胞壁组分结构形成机制的重要材料。通过离子束诱变籼稻9311获得1个茎秆、叶片均脆的突变体,命名为bc9311-1。bc9311-1突变体与野生型9311相比,分蘖数减少,结实率显著降低,其他农艺性状无明显差异。叶片和茎秆的细胞壁成分分析表明,与野生型相比,bc9311-1突变体茎秆中的纤维素和木质素含量明显降低,半纤维素和SiO2含量显著增加;叶片中的纤维素含量降低,半纤维素和木质素含量增加,SiO2含量无明显差异。遗传分析表明,该脆性突变体脆性性状受单隐性基因控制。以bc9311-1突变体与02428杂交的F2群体为基因定位群体,利用SSR标记将bc9311-1突变位点定位在水稻第1染色体上,位于SSR分子标记的RM1095和RM3632之间,遗传距离分别为0.6cM和3.4cM,与其中的标记RM1183表现共分离。这些结果为进一步克隆突变基因,揭示脆性性状的分子机制奠定坚实基础。

水稻株高突变系的农艺性状与抗倒伏研究

以14个水稻日本晴株高突变体近等位系为材料,研究了株高对水稻农艺性状和抗倒伏能力的影响。结果表明:株高与穗长、节间3长、重心高度、主茎鲜重、主茎干重、千粒重、单株生产力和生物产量呈极显著正相关,与节间2长呈显著正相关;同时株高与倒伏关系密切,与倒伏指数呈极显著正相关,与弯曲力矩、秆型指数呈显著或极显著负相关。农艺性状与抗倒伏相关性显示,穗长、重心高度、基部节间长(第1、2节间)、主茎鲜重及干重、结实率、千粒重、单株生产力和生物产量等对植株的抗倒伏性影响较大。

减量配施新型基质缓释肥对水稻产量及氮肥利用率的影响

为探究减量配施新型基质缓释肥对水稻(Oryza sativa L.)的影响,通过两年田间试验研究了水稻籽粒产量及氮肥利用率的响应。两年平均结果显示,与全量施用普通肥(180 kg·hm^-2)相比:全量施用缓释肥水稻增产13.4%(P<0.05),植株氮吸收量提高9.1%(P<0.05),氮肥农学效率提高50.4%(P<0.05),氮肥表观利用率提高37.8%(P>0.05);减量10%施用缓释肥水稻增产9.6%(P<0.05),植株氮吸收量提高3.3%(P>0.05),氮肥农学效率提高51.1%(P<0.05),氮肥表观利用率提高26.6%(P>0.05);而在减量10%施用缓释肥的同时以有机肥代替部分化肥,水稻增产11.1%(P<0.05),植株氮吸收量提高7.3%(P>0.05),氮肥农学效率提高57.6%(P<0.05),氮肥表观利用率提高44.8%(P<0.05)。缓释肥处理促进水稻增产增效的原因是其叶面积指数、叶绿素含量、净光合速率、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性较高。综上,基质缓释肥减量10%施用(尤其在配施有机肥条件下)可维持较高的水稻产量和氮肥利用率,在水稻生产中具有应用前景。

水稻显性半矮秆基因对株高表达的影响及其对GA_3的敏感性

对具有显性半矮秆基因的6对高矮秆近等基因系的株高表达特性进行了比较。水稻显性半矮秆基因抑制了茎秆节间的伸长，矮秆系倒4～5、3、2、1节及穗长分别为高秆系的97．2％、53．3％、65．1％、61．9％和94．7％。通过对Y98149（突变体）和Y98148（野生型）在苗期和成株期对GA3反应的研究，发现Y98149较Y98148对外源赤霉素更敏感；内源赤霉素测定结果显示显性半矮秆突变体内源赤霉素含量较低，是野生型的78％。

水稻脂质氧化酶同工酶种质储藏特性的研究

对水稻脂质氧化酶(LOX)同工酶缺失的单体及聚合体人工老化实验研究表明:不同LOX的缺失突变体之间,以LOX-1,LOX-2、LOX-3全缺的D1308、D1311的发芽率始终最高,老化指数最低;LOX-1缺失所造成的影响要大于LOX-2缺失和LOX-3缺失。LOX缺失的单体及聚合体具有较好的储藏特性,LOX的缺失对保持种子生活力和延缓稻谷陈化变质具有重要的作用。进一步的分析认为LOX-1的缺失阻断或延缓了LOX-2和LOX-3所启动的脂质过氧化反应,从而延缓了稻谷的陈化变质,减轻种子生活力的下降。LOX-1可能是控制稻谷陈化变质和种子衰老的关键基因。

基质型缓释尿素对蕹菜产量、品质及氮肥利用率的影响

通过两年田间小区试验,分析基质型缓释尿素对蕹菜产量、品质性状以及氮肥利用率的影响,并结合室内氮素损失模拟试验、植株形态生理性状、田间土壤矿质氮含量等解析其影响机制。结果表明,与常规尿素相比:基质型缓释尿素可降低氮素淋溶(9.2个百分点)和氨挥发损失风险(8.7个百分点);提高田间土壤矿质氮含量(6.7%以上);提高蕹菜叶面积(8.5%以上)和叶片SPAD(18.4%以上);改善蕹菜叶片净光合速率(11.1%以上)、气孔导度(14.3%以上)、羧化效率(25.1%以上);提高蕹菜叶片硝酸还原酶活性(11.4%以上);提高根系表面积(7.7%以上),有利于植株同化积累和养分利用,进而提高蕹菜生物学产量(18.4%以上)和氮肥表观利用率(7.3个百分点以上);但对蕹菜的品质性状(如:维生素C、粗蛋白、可溶性糖和硝酸盐)无显著影响。综上,基质型缓释尿素可降低氮素损失风险、提高土壤氮素有效性、促进蕹菜生长,该型缓释肥在蕹菜等蔬菜生产中具有应用前景。

基于NIRS技术的复合化肥成分定量分析及应用研究

提出了一种基于近红外漫反射光谱测定复合肥料中尿素、缩二脲和水分等成分含量的新方法。文中在对原始光谱进行预处理后建立了检测这三种成分含量的偏最小二乘(PLS)模型,其检验决定系数R2值分别为0.986 1和0.971 3,所建立模型的交互验证均方根误差RMSECV分别为2.59,0.38,0.132,模型预测相关因子分别为0.973 3,0.921 5,0.967 9;从市售的复合化肥中选取六种样品验证模型的准确性,其相关因子分别为0.923 7,0.978 6,0.987 4。研究结果表明,该方法可以对复合肥料中尿素、缩二脲和水分等成分含量进行快速测定,与传统分析方法相比具有分析时间短、操作简便、环保无污染等优点,有较好的应用前景和实际意义。

氮离子束与γ射线辐照日本晴和“9311”水稻突变体库的筛选

利用氮离子束和γ射线辐照处理粳稻日本晴和籼稻"9311",经过M1代损伤鉴定、M2代筛选和M3代重复鉴定,分别得到了740份和666份日本晴突变体,571份和781份"9311"突变体。获得的突变体发生了叶片、茎秆、穗部和籽粒、生理等性状的突变。在氮离子束辐照处理中,日本晴和"9311"分别在5.0×1016N+/cm2和2.5×1016N+/cm2剂量辐照时获得高突变率,为6.44%和6.38%;γ射线辐照处理中,2种材料均在150Gy剂量辐照时获得高突变率,分别为5.68%和9.44%。在本试验中,各高突变率群体均为辐照当代损伤最低的群体。新构建的突变体库将为水稻功能基因组学研究提供较好的基础材料。

水稻脆秆矮生突变体鉴定及基因定位研究

经过氮离子束处理的籼稻品种9311,其M2代中发现1株茎、叶均较脆且株高偏矮的突变体,暂定名为矮脆(dfr)。该突变体株高74.5cm,而野生型株高为122.9cm;细胞壁成分分析表明,突变体和野生型叶片纤维素含量分别为13.8%和23.8%;半纤维素分别为24.2%和20.6%;突变体和野生型茎秆的纤维素含量分别为22.3%和34.1%;半纤维素分别为30.3%和18.6%;细胞壁其他成分无明显变化。遗传分析表明,该突变体脆性矮生性状受单隐性基因控制;以突变体dfr与02428杂交组合的F2代群体为基因定位群体,利用SSR分析标记将dfr突变位点定位在2号染色体,位于SSR分子标记的RM5472和RM240之间,遗传距离分别为1.1cM和1.6cM。这些结果为研究脆秆矮生突变体及其基因克隆打下基础。

重金属污染土壤中Cd、Cr、Pb元素向水稻的迁移累积研究

为了探明水稻各组织器官的重金属含量对土壤重金属浓度的依赖性,评价重金属中重度污染土壤植株水稻的安全风险,通过对不同浓度的Cd、Cr、Pb 3种重金属水稻盆栽试验,研究中、重度污染土壤培养条件下重金属在水稻植株中分布以及籽粒中迁移累积特性。研究结果显示,随着土壤重金属含量增加,水稻植株富集重金属呈上升趋势,但是土壤重金属浓度增加,水稻对重金属的富集系数下降。在中、重度污染的Cd、Cr、Pb 3种重金属土壤种植的水稻植物高度和生物学产量并没有显著差异,从植株生长上看重金属污染危害有一定的隐蔽性。3种重金属在水稻植株中迁移能力的大小依次为:Cd>Cr>Pb,在水稻植株不同器官重金属富集能力依次为根系>茎秆>叶>籽粒。水稻糙米的糊粉层重金属含量显著高于胚乳中的重金属含量,水稻糙米在加工成精米后Cd含量平均降低19%,Cr含量平均降低56.8%,Pb含量平均下降29.8%,这表明稻米通过加工后重金属污染风险降低,可规避一定的食用风险。

磷营养元素与水稻幼苗镉吸收关系研究

以籼稻(Oryza sativa L.)9311为试验材料,水培法培养水稻幼苗,通过施加不同浓度梯度的磷、镉,研究水稻的生长发育状况。通过石墨炉原子吸收光谱分别检测水稻幼苗吸收镉的含量,发现当镉浓度为0.05 mmol/L时,随着磷浓度的增加,水稻幼苗镉含量与0.05 mmol/L处理相比,分别增加了9.6%、21.8%和43.5%,但磷镉同时处理水稻地上部分镉含量比镉单独处理水稻的镉含量降低了25.7%,说明磷能降低镉由地下部分向地上部分的转移率。研究还表明,相同镉处理的情况下,水稻的干物质量随着磷浓度的增高先上升后下降,超氧化物歧化酶(SOD)等同工酶的活性呈先降低后升高的趋势,且312 mg/kg磷浓度为最适处理量。

水稻植株高矮突变系材料的株高性状与产量等相关性分析

对利用N离子束和γ射线诱变获得的粳稻日本晴和籼稻"9311"89份株高突变体的株高性状和产量性状进行了相关分析。结果表明,株高和水稻的产量与其构成因素:穗粒数、结实率、千粒重以及穗长、单株茎秆干重有着一定的相关性。株高与穗长、穗粒数、千粒重、单株茎秆干重、单株生产力呈极显著的正相关,与有效穗数呈极显著的负相关。通过对株高与其他产量结构因素的相关分析,进一步了解了株高的变异对于水稻经济产量因素的影响。

脂肪氧化酶、红米种皮在抗米糠酸败中的作用

米糠酸败的主要原因是由于脂肪酶作用的结果,但对米糠酸败过程中脂肪氧化酶同功酶和红米种皮的作用却研究甚少。利用人工加速老化方法处理水稻脂肪氧化酶同功酶LOX-1、LOX-2和LOX-3活性均低的白米、LOX-1,2活性低、LOX-3活性高的白米及LOX-3活性低、LOX-1,2活性高的红米材料的米糠,旨在研究脂肪氧化酶同功酶、红米种皮对稻谷米糠酸败的影响,结果表明:在人工加速老化试验条件下,随老化时间的延长,LOX-1、LOX-2和LOX-3活性均低的白米材料,米糠酸败氧化的程度为最高,游离脂肪酸的累积速度最快;而LOX-1,2活性低、LOX-3活性高的白米材料,米糠酸败氧化的程度和游离脂肪酸的累积速度则低于LOX-1、LOX-2和LOX-3活性均低的白米材料;LOX-3活性低而LOX-1,2活性高的红米材料,米糠酸败氧化的程度为最低,游离脂肪酸的累积速度也最慢。由此可见,LOX-3活性低、LOX-1,2活性高与红米种皮的协同作用能显著抗米糠酸败。

水稻种子脂肪酶与储藏特性及相关基因SCAR标记的研究

通过离子束诱变皖鉴2090后代脂肪酶活性检测分析，获得了脂肪酶活性高低的近等基因系。利用人工加速老化实验进行了耐储藏性评价，并从近等基因系中选取一对脂肪酶活性不同的材料进行RAPD标记筛选，在650条随机引物中经过多次重复筛选，引物S1302、S1380在脂肪酶活性低的品种中稳定地显示特异的多态性。其中S1302被转化为SCAR标记。该标记的获得为进一步的分子标记辅助育种和图位克隆打下了坚实的基础。

基于近红外光谱技术的水稻种子成分分析模型的建立

对单粒种子样品成分进行快速无损检测,对于作物遗传育种研究有着重要意义。本文采用近红外光谱技术(NIR)和偏最小二乘回归法(PLSR),研究了水稻种子的近红外光谱特性及其与直链淀粉、蛋白质含量的关系,建立了基于NIR的水稻种子成分快速检测模型。通过比较几种不同的光谱预处理方法对于单粒和群体样品模型的效果,对模型进行了优化。结果显示,多元散射校正(MSC)对单粒样品模型的优化作用显著,而一阶导数对单粒和群体样品模型改善都有明显的效果。模型评价参数显示,预测效果良好,为基于NIR的水稻单粒种子成分分析提供技术支撑。