龙粳31大面积推广原因分析及其对黑龙江粳稻育种的启示

黑龙江省地域广阔,气候环境复杂多样,各地域间积温差异显著,给水稻品种选育和大规模推广带来了挑战。龙粳31是21世纪以来我国年推广面积和累计推广面积最大的粳稻品种。该品种以其高产稳产、抗病耐冷、生态广适、米优耐储等优点,打破了空育131在黑龙江长达10年之久的主导地位。本文结合黑龙江省粳稻育种现状,深入分析龙粳31大面积推广的原因,以供今后育种开展。

种植方式对寒地水稻抗倒伏性状的影响

为了探索不同种植方式对寒地水稻抗倒伏能力的影响,以‘龙粳21’和‘龙稻18’为试材,比较研究了水直播、旱直播和插秧栽培模式下水稻的抗倒伏特性。种植方式对寒地水稻的抗倒伏特性有显著影响,但两品种表现不一致。其中,‘龙粳21’N1至N4节间的倒伏指数为插秧>水直播>旱直播,单茎抗推力为旱直播>插秧>水直播。‘龙稻18’N1、N3和N4节间的倒伏指数为插秧>旱直播>水直播,N2节间为旱直播>插秧>水直播,单茎抗推力均为水直播>插秧>旱直播。相关分析表明,提高寒地水稻抗倒伏能力应适当降低株高、重心高度和N1、N2节间的长度,不宜攻大穗。在寒地稻区,通过选择适宜的品种及合理地构建多穗和小穗的群体结构,既利于直播稻获得较高的产量,也有利于提高抗倒伏性。

利用龙稻5号/中优早8号RIL群体定位粒形QTL

【目的】粒形是决定稻米产量、品质和商品价值的重要数量性状之一。本研究旨在利用水稻重组自交系群体鉴定控制粒形的QTL,为水稻粒形基因的挖掘和长粒形粳稻育种应用奠定基础。【方法】以短圆粒形的粳型超级稻品种龙稻5号(LD5)为母本和细长粒形的早熟籼稻品种中优早8号(ZYZ8)为父本构建包含176个家系的重组自交系群体测定粒长、粒宽、长宽比和粒厚等粒形性状,分析粒形性状间的关系并进行QTL定位和比较分析。【结果】利用区间作图法共检测到8个粒形QTL,分布在3、5、6、7和11号染色体上,表型贡献率范围为4.69%~18.89%,LOD值范围为2.52~8.74。这8个QTL包括3个粒长QTL qGL3、qGL7和qGL11,2个粒宽QTL qGW3和qGW5,2个粒厚QTL qGT3和qGT6,1个长宽比QTL qLWR3。其中,qGL3、qGL7、qGW3、qGW5和qLWR3可以在3个年份稳定检测到。利用多环境联合分析共检测到14个粒形QTL,包括qGL2、qGL3、qGL7和qGL11共4个粒长QTL;qGW3和qGW5共2个粒宽QTL;qGT3、qGT5和qGT6共3个粒厚QTL;qLWR3a、qLWR3b、qLWR5、qLWR7和qLWR11共5个长宽比QTL,分布在2、3、5、6、7和11号染色体上,表型贡献率范围为2.28%~15.78%,LOD值范围为4.20~20.90。与已克隆的粒形基因进行染色体位置比较发现,qGL3/qLWR3区间包含已克隆的GL3.1;qGW5区间包含已克隆的GW5;qLWR3b/qGT3区间包含已克隆的TGW3。【结论】利用区间作图法和多环境联合分析的方法从龙稻5号和中优早8号的重组自交系群体中共鉴定了14个粒形QTL,其中8个QTL是两种方法重复检测到的。这些QTL定位区间内包含已克隆的GL3.1、TGW3和GW5等粒形基因。

水稻抗倒伏性评价方法及机理的研究现状与展望

倒伏是影响水稻生产的主要限制因素之一。倒伏后群体冠层结构遭到破坏,叶片光合速率锐减,同时群体内部湿度增加诱发真菌性病害和穗发芽,进而影响稻米品质和产量。本文综述了水稻倒伏的评价方法和诱发原因、抗倒伏能力与茎秆理化特性的关系、抗倒伏基因的挖掘及功能研究等方面的研究进展,比较分析了不同水稻倒伏评价方法的特点,分析了株型等形态性状、氮肥运筹、种植密度、种植方式以及大风、暴雨、臭氧等环境因素对水稻倒伏的影响,归纳了纤维素含量、木质素含量以及维管束数目等茎秆物理特性及化学成分与水稻倒伏的关系,总结了矮化相关基因和纤维素合成相关基因参与水稻抗倒伏的调控机制。此外,文章展望了未来水稻抗倒伏研究方向,并提出一些建议:(1)创新和优化水稻倒伏评价体系;(2)挖掘鉴定新的抗倒伏基因,强化水稻抗倒伏的机理研究;(3)选育抗倒伏水稻品种;(4)根据品种、栽培条件和气候环境等因素制定倒伏综合应对措施。

寒地水稻龙粳31耐冷特性及油菜素内酯的耐冷调节作用

为探索寒地水稻耐冷特征及生理基础,以耐冷性较强的寒地水稻龙粳31和冷敏感水稻9311为研究材料,鉴定其在低温以及低温和BRs联合处理下的耐冷表型和生理生化指标的变化情况。龙粳31较9311具有更高的低温发芽率以及苗期的低温表型抗性。BRs处理后,龙粳31与9311的低温发芽率有所提高。生理指标变化方面,低温处理下龙粳31幼苗的Pro含量上升幅度更大,而9311的MDA含量和相对电导率上升幅度更大;BRs+低温处理下MDA和相对电导率均有所下降。内源激素变化方面,低温处理下IAA、ABA和SA含量均有所上升,而GA含量有所下降;BRs+低温处理下IAA含量有所下降,GA含量有所上升,且龙粳31上升幅度更大。这些结果表明龙粳31与9311相比,更具耐冷生理基础,而BRs处理可使水稻产生利于耐冷性提高的变化趋势。

利用双向导入系和重组自交系定位和挖掘水稻苗期耐冷QTL和有利等位基因

苗期低温冷害常造成水稻生长发育受阻,影响形态建成最终导致减产。鉴定和挖掘优良的耐冷基因,选育耐冷水稻品种,是减少冷害造成水稻产量损失的有效措施。本研究以籼稻明恢63和粳稻02428为亲本构建的双向导入系及重组自交系群体为研究材料,通过人工气候室进行苗期耐冷性鉴定,考查枯萎度和冷害恢复生长后的存活率,结合重测序构建的Bin基因型数据,进行苗期耐冷性QTL定位,3个群体在1号、4号、5号、7号和12号染色体上共检测到13个与水稻苗期耐冷性相关的QTL,解释0.36%~13.63%的表型变异。未定位到不同遗传背景下稳定表达的QTL,但有5个同时影响枯萎度和存活率的QTL被检出,分别位于1号、5号、7号和12号染色体,其中位于1号染色体12,732,139~13,202,097 bp和14,445,778~14,585,009 bp及5号染色体14,658,891~15,684,510 bp的3个QTL的LOD值都高于25,被认为是可靠的主效QTL。结合基因注释、表达谱数据和3K种质资源的苗期耐冷表型数据分析,推测位于5号染色体区间内影响枯萎度和存活率的基因很可能是已克隆的耐冷基因OsWKRY45,而1号染色体2个区间的2个基因是新基因位点,其候选基因分别是LOC_Os01g25540和LOC_Os01g25560。单倍型分析结果表明,LOC_Os01g25540的Hap2、Hap4和Hap9,LOC_Os01g25560的Hap1、Hap8和Hap10为有利单倍型。研究结果将为水稻品种耐冷分子改良提供宝贵的耐冷资源和有利基因。

基于粳稻F_2和F_(2:6)群体的连锁图谱及剑叶性状QTL比较分析

以粳稻沈农265和丽江新团黑谷(LTH)为亲本,分别构建了F2群体和F2:6群体,分析并比较了两群体的遗传信息和控制剑叶相关性状(剑叶长、宽和比叶重)的数量性状基因座。结果表明:1)多数标记在染色体上的顺序相同,但标记间距不同。F2群体中30个标记显著偏离预期的1:2:1孟德尔分离比例,13个标记极显著偏离预期的1:2:1孟德尔分离比例,其中19个偏向沈农265,11个偏向LTH。F2:6群体中62个标记显著偏离预期的1:1孟德尔分离比例,38个标记极显著偏离预期的1:1孟德尔分离比例,其中43个偏向沈农265,19个偏向LTH。偏分离标记共形成10个偏分离区域,其中有6个区域同时出现在两个群体中。2)F2:6群体检测QTL的能力强于F2群体。F2群体共检测到7个控制剑叶性状的QTL(2个控制剑叶长,4个控制剑叶宽,1个控制比叶重),而F2:6群体共检测到17个控制剑叶性状的QTL(7个控制剑叶长,5个控制剑叶宽,5个控制比叶重),其中有4个QTL在两群体中同时检测到,分别是第9染色体上控制剑叶长的qFLL9,第4染色体上控制剑叶宽的qFLW4,第12染色体上控制剑叶宽的qFLW12.1和第6染色体上控制比叶重的qSLW6。其中,控制比叶重的qSLW6(加性效应值为1.956mg/cm2),极富研究与应用价值。

粳稻叶绿素含量QTL与其合成降解相关基因的比较分析

为剖析水稻叶绿素不同时期的表达规律及后期持绿的遗传机制,以沈农265和丽江新团黑谷的粳-粳交重组自交系为材料,对水稻分蘖期、抽穗期和成熟期的叶绿素含量以及生育后期的持绿能力进行QTL定位分析。检测到5个控制分蘖期叶绿素含量的QTL、7个控制水稻抽穗期叶绿素含量的QTL和10个控制成熟期叶绿素含量的QTL,分布在除第5染色体以外的11条染色体上。比较它们与编码叶绿素合成及降解过程中的重要酶的基因发现,虽然生育前期检测到的QTL较少,但对应的叶绿素合成降解相关基因却较多。随生育期的推移,检测到的QTL数目增多,但对应的叶绿素合成降解相关基因却减少。暗示生育前期大多数叶绿素合成(降解)相关基因表达的水平差异不大,后期控制叶绿素合成降解的个别关键基因表达水平增加。并以此为基础提出了叶片生育后期持绿的两种可能遗传基础。

利用SRAP标记分析玉米遗传多样性

相关序列扩增多态性(SRAP)是一种基于PCR的新型分子标记技术。本研究的目的在于探讨利用该标记进行玉米种质资源遗传多样性分析和杂种优势群划分的价值及可行性。利用22对SRAP引物对16个玉米自交系进行了遗传多样性分析,共扩增出197条具多态性的条带,平均多态性信息量为0.8847,平均多态性比率为59.8%。通过聚类分析将16个自交系分为5个群,其划分结果与系谱分析基本一致。该结果表明SRAP标记是一种适合于玉米种质遗传多样性研究的分子标记。

基于RAPD标记进行水稻籼粳分类研究

应用RAPD标记方法对30个水稻栽培品种进行了籼粳分类研究。从80个随机引物中筛选出了扩增出具有多态性的谱带的18个引物,并从中选出重复性高、稳定性好的S1004,S1012,S1019,S1048,S1049,S1053,S1063,S1070,S1075共9个引物进行反应。依据随机引物对不同品种水稻总DNA扩增出的特异性扩增条带,用Ne i’s公式计算30个水稻品种间的相似系数,并以UPMGA法进行聚类分析,其结果与品种系谱基本吻合,证明RAPD标记可应用于水稻的分类。

水稻粒形相关性状的QTL分析

利用Nipponbare(粳)/Kasalath(籼)//Nipponbare(粳)的98个BC1F5回交重组自交系群体及其对应的包含245个分子标记的连锁图谱,于2009年和2010年分别在日本筑波和中国沈阳对水稻粒形相关性状(粒长、粒宽和粒厚)进行数量性状基因位点(Quantitative trait loci,QTL)分析。共检测到16个控制粒形相关性状的QTL,包括在日本筑波检测到的13个QTL和在中国沈阳检测到的9个QTL。它们分布在第1,2,3,5,6,9,10和12号染色体上,其中有6个QTL在2个环境下被同时检测到,分别是控制粒长的qSL3-1和qSL12;控制粒宽的qSW5;控制粒厚的qST3、qST5和qST6-1。这些QTL为粒形相关性状在不同环境条件下的相对稳定遗传提供了理论支持,而其余的在特定环境下表达的QTL也反映了粒形相关性状遗传的复杂性。

粳稻株高QTL与赤霉素和油菜素内酯合成及信号转导基因相关分析

【目的】通过比较控制株高及其构成因素的QTL与赤霉素和油菜素内酯合成及信号转导相关基因的关系,为明确株高的分子调控机制提供理论参考。【方法】利用沈农265和丽江新团黑谷杂交构建的粳-粳交重组自交系为作图群体,对水稻株高及其构成因素进行QTL定位,并与控制赤霉素和油菜素内酯合成及信号转导的相关基因进行比对分析。【结果】RILs群体的株高及各个构成因素均呈正态分布。株高与各构成因素间呈正相关。相邻的构成因素间呈极显著的正相关,而相距较远的构成因素间的相关性减弱甚至负相关,进一步分析表明,株高主要受倒1和倒4节间长度的影响。共检测到21个控制株高及其构成因素的QTL,分布在第1、2、3、5、6、7、8、9、11和12染色体上。其中位于第9染色体上的QPH9b即直立穗基因EP1(DEP1或qPE9-1)对于水稻的株高起着很重要的作用,其主要通过影响倒1和倒2节间的长度来影响株高,该基因的分子功能与之前发现的众多控制株高的基因均不同,可能是一个种新的调控株高的机制。【结论】通过比较21个QTL与赤霉素和油菜素内酯合成及其信号转导相关基因发现,该群体株高的遗传基础复杂。

水稻幼穗-颖花发育的研究进展

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,也是单子叶植物发育生物学研究的理想模式植物,水稻幼穗和颖花的发育还是最终产量赖以依托的基础。对水稻幼穗和颖花发育的研究已成为植物分子遗传学和作物科学共同的研究焦点。近年来,有关水稻幼穗和颖花发育的研究取得了长足的进展,本文对幼穗和颖花的发育过程、栽培措施和环境因子对幼穗和颖花发育的影响以及幼穗和颖花发育的相关基因等方面的国内外进展进行了综述,同时指出了目前研究中存在的问题及相应的研究对策。

辽宁省近15年的部分水稻主栽品种的简单重复序列(SSR)多态性分析

应用简单重复序列(SSR)标记方法对辽宁省近15年的14个大面积种植的水稻品种进行遗传多样性分析的结果表明,17对引物共产生43个位点,其中多态性位点17个,平均每对SSR引物检测到2.53个,占位点总数的39.53%。用Nei’s公式计算水稻品种间的遗传距离,并以算术平均非加权聚类(UPGMA)法进行聚类分析并结合系谱分析结果表明,辽宁省近15年的水稻主栽品种遗传多样性不够丰富,多数品种间的亲缘关系较近,欲进一步提高产量还需拓宽遗传基础。

基于高密度SNP遗传图谱的粳稻芽期耐低温QTL鉴定

水稻直播由于省时、省工和节约成本而备受农户关注。然而,芽期耐冷性不强致使现行推广的许多优良水稻品种不适于直播生产。因此,挖掘鉴定芽期耐冷位点,为后续的辅助育种提供基因资源就日益受到重视。本研究利用丽江新团黑谷和沈农265构建的重组自交系群体及其重测序构建的包含2818个bin标记的遗传图谱对水稻芽期的耐冷性进行QTL定位分析。共检测到5个芽期耐冷QTL,分布在水稻的1号、3号、9号和11号染色体上,增效等位基因均来自耐冷亲本丽江新团黑谷。这些QTL的LOD值的范围从3.05到24.01,表型贡献率为8.0%~53.5%。其中,表型贡献率最大的主效QTL是qCTB11b,位于11号染色体长臂端的21.24 Mb^22.03 Mb之间,物理图谱区间为790 kb。随后利用"选择作图"的策略进行了QTL验证和累加效应分析,明确了可以通过QTL的累加聚合实现芽期耐冷能力的遗传改良,聚合的增效QTL越多,耐冷能力提升越明显。上述研究结果不仅可以增强人们对芽期水稻耐冷能力遗传基础的认识和理解,也可以为后续直播品种的遗传改良提供理论依据和技术指导。

水稻相关序列扩增多态性反应体系的建立及其多态性位点在F_2群体中的分离分析

建立了一套完整、稳定、高效的水稻相关序列扩增多态性(SRAP)反应体系,同时利用110对SRAP引物对水稻品种沈农606和丽江新团黑谷进行比较扩增,其中35对引物可以检测到多态性,约占所用引物的31.82%。用该35对引物进一步对上述两个品种配制的杂交后代的F2进行检测,共扩增出1683条带,平均每对引物48条带,其中多态性条带143条,平均每对引物4.09条多态性条带。有24个多态性位点在F2群体中的分离显著或极显著地偏离了理论比值而表现异常分离,比率为16.78%。这些偏分离位点中偏向沈农606基因型的有11个;偏向丽江新团黑谷基因型的有12个;仅有1个偏杂合体类型。卡方检验说明,标记位点的偏分离是配子体和合子体选择共同作用的结果。

水稻移栽后新生根系相关性状的QTL分析

为揭示水稻移栽后新生根系相关特性的遗传基础,以笹锦、北陆129及其杂交衍生的回交重组自交系群体为材料,构建包含对应的由245个分子标记组成的遗传图谱对水稻移栽后的新生根相关性状进行分析.共检测到10个控制根平均直径、总根长、平均根表面积、平均根长和根数等性状的 QTL.这些 QTL 分布在第1、2、5、9和11染色体上,并在第9和11染色体上成簇分布,表型贡献率为10．7％~28．5％.随后利用“选择作图”策略对主效 QTL 进行了验证分析.其中,位于第11染色体上标记 C477和 G320B 之间（5461121－6686166 bp）的同时控制根长、根表面积和根数的 QTL qRL11．1, qASA11和 qRN11．1是新发现的位点,具有一定的研究与应用价值.

水稻QTL图位克隆的特征分析

图位克隆作为基因克隆的最有效手段,在水稻QTL克隆方面取得了很大的进展。文章通过分析近年来关于水稻QTL图位克隆的15个成功案例,总结了水稻QTL图位克隆的几个重要特征:(1)亲本杂交类型为种间或亚种间杂交,双亲的目标性状差异显著;(2)目标QTL为主效,一般能解释大部分的表型变异;(3)物理图距一般小于40kb;(4)初级定位结果准确,精细定位群体大于6000(隐性群体不小于1500)单株。文章还对QTL图位克隆的难点及解决方法进行了有益的探讨。

胸部肿瘤放射治疗三种体位固定方式的比较分析

目的:利用图像引导设备研究三种固定装置对胸部肿瘤摆位误差大小的影响。方法:回顾性分析我科2015年3月1日至9月30日30例胸部肿瘤患者,三种体位固定方式各入组10例,应用Varian RapidArc Cone-Beam CT(CBCT)对所有入组胸部肿瘤患者进行图像验证,验证患者摆位误差,每例患者行CBCT 10次,共计300次,与原始定位CT图像进行比较,采取骨性配准,得出相应的摆位误差并记录。通过研究患者升降床方向(Vertical,Vrt),进出床方向(Longitudinal,Lng),左右方向(Lateral,Lat)的系统误差值、随机误差值、靶区的偏移量及≤5 mm摆位次数进行比较得出哪种固定方式有较大的优势。结果:三组患者(A组:热塑体模组;B组:负压真空袋组;C组:翼型板联合负压真空垫组)的摆位误差,通过两两比较我们可以发现C组为最优。三组不同固定方式在Vrt(升降床方向)、Lng(进出床方向)和Lat(左右方向)的摆位误差分别为A组(-0.12±0.42)cm、(-0.23±0.70)cm、(-0.04±0.39)cm;B组(0.23±0.31)cm、(-0.21±0.63)cm、(-0.03±0.37)cm;C组(0.23±0.33)cm、(0.05±0.41)cm、(0.06±0.33)cm。在Vrt方向的P值分别为A vs B:P=0.000、A vs C:P=0.000、B vs C:P=0.281;在Lng方向的P值分别为A vs B:P=0.007、A vs C:P=0.871、B vs C:P=0.004;在Lat方向的P值分别为A vs B:P=0.022、A vs C:P=0.489、B vs C:P=0.113。结论:胸部肿瘤放疗时不可避免存在一定程度摆位误差,为减少摆位误差影响,建议使用翼型板联合真空垫对胸部肿瘤患者进行固定。

不同生育时期增温对寒地水稻产量和品质的影响

随着全球气候变暖,高温已成为威胁寒地水稻生产的主要气候因素之一。利用六角形开口玻璃房模拟日间增温,并用耐热高产品种龙稻21和热敏感优质品种龙稻18为试验材料,进行了不同生育时期的增温处理试验。结果表明,模拟增温设施能够实现日间平均1.2~2.6℃的增温效果。全生育期增温使龙稻21和龙稻18的产量分别提高7.4和4.5 t·hm^(-2),增产效应主要是通过增加生物量、有效穗数和每穗颖花数实现的。进一步分析不同生育时期增温对产量的影响发现,分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期的增温使龙稻21的产量分别增加1.2、3.9、0.8和1.1 t·hm^(-2)。拔节期、抽穗期和灌浆期的增温能使龙稻18的产量分别增加1.5、2.5和1.8 t·hm^(-2)。孕穗期增温导致龙稻21和龙稻18的产量分别减少0.2和1.2 t·hm^(-2)。各生育时期增产主要通过增加生物量、有效穗数和每穗颖花数实现。不同耐热品种对增温的响应不同,主要受结实率的影响。同时也发现,增温对千粒重存在负向作用。分蘖期和拔节期增温能够增加糙米率和精米率,而孕穗期、抽穗期和灌浆期的增温导致糙米率、精米率下降以及垩白米率、垩白度升高。增温对稻米食味值、蛋白质含量和直链淀粉含量的影响较小。未来如果高温出现在寒地水稻生育前期危害较弱,而且还有部分有利作用。但如果高温发生在孕穗期、抽穗期和灌浆期,对寒地优质稻谷的生产危害较大,应进一步加强对寒地水稻生育后期高温的研究和耐高温品种的选育。