不同亚种间水稻糙米镉含量及微量元素的差异分析

【目的】探究不同亚种间粳型、籼型、爪型、亚种间杂交改良系籼粳型和籼爪型耐镉水稻品系糙米镉含量的差异,以及糙米镉含量和微量元素之间、微量元素相互间的相关关系,同时为高必需微量元素且低镉水稻品系的选育提供参考。【方法】以低镉邻近品种‘湘晚籼12号’为对照,筛选出粳型、籼型、爪型、籼粳型、籼爪型共77份相对低镉水稻品系为材料,在镉重度污染区全生育期种植,成熟期测定供试材料的糙米Cd、Zn、Mn、Cu和Fe元素含量。【结果】不同类型耐镉品系糙米镉含量为籼粳型>籼爪型>籼型>粳型>爪型;粳型、爪型水稻糙米镉含量与生育期为差异极显著正相关(P<0.01),而籼型、籼粳型、籼爪型水稻糙米镉含量与生育期无显著相关性;粳型水稻糙米Cd与Zn、Cu含量分别为差异极显著正相关,籼型水稻糙米Cd与Mn、Cu、Fe含量均为差异显著正相关(P<0.05),与Zn含量为差异显著负相关,爪型水稻糙米Cd与Zn、Cu含量分别为差异极显著、显著正相关,籼粳型水稻糙米Cd与Mn含量为差异显著正相关,籼爪型水稻糙米Cd与Zn、Mn、Cu、Fe含量无显著相关性。微量元素间的分析表明,籼型水稻糙米Zn和Cu含量、粳型水稻Mn含量、爪型水稻的Fe含量高于对应的其他类型;粳型水稻Zn与Cu的吸收为协同作用,籼型水稻Zn与Cu、Fe的吸收为拮抗作用,Cu、Fe、Mn的吸收互为协同作用,爪型水稻Fe和Mn的吸收为协同作用,籼粳型水稻Zn与Mn、Cu、Fe间及Mn与Cu、Fe间为协同作用,籼爪型水稻Zn、Mn、Cu、Fe之间互为协同作用。【结论】籼爪型水稻糙米低Cd、高Fe和Zn营养型水稻品系具有较好的培育前景。

高效是当前水稻育种的主导目标

社会经济发展和水稻生产比较效益降低,促使水稻育种由过去追求高产为主,转向追求整个过程的高效。全过程高效育种主要体现在三个方面。一是水稻育种技术的高效性。分子标记和基因芯片技术能提高优良基因型的选择效率,基因编辑技术能高效创造优良等位变异,转基因技术能跨物种转移优良性状,都是提高育种效率的好方法。二是水稻产出性状的高效性。高产、卫生和有益健康是获得高收益的基础,优质是提高单位产量效益的乘数,多抗是减少单位产量成本的除数,早熟能保证一年两收,这些性状的整体协同才能实现单位面积稻田产出的高效益。三是水稻耕作性状的高效性。一年两熟制下的水稻直播栽培是高效的耕作技术,它需要水稻具备苗期耐低温、穗期耐低温、厌氧发芽、耐淹涝等特征。化学除草需要水稻具有抗除草剂特征。机械化收割要求水稻具有抗倒、不易落粒的特征。只有具备这些特征的水稻,才能实现水稻耕作过程的高效。总之,高效是当前和今后水稻育种的主导目标。

水稻OsNRAMP5基因低镉积累突变位点功能标记的开发与验证

为了对水稻低镉积累基因进行精准检测和世代跟踪,提高低镉积累水稻品种的分子标记辅助育种(MAS)选育效率,基于籼稻品种9311及其低镉积累突变体lcd1材料7号染色体上OsNRAMP5基因第7外显子单核苷酸的突变,参照四引物扩增受阻突变PCR(Tetra-primer amplification refractory mutation system-PCR,Tetra-primer ARMS-PCR)原理设计了共显性功能标记nra5fun,且采用PCR方法分别对18份籼稻、18份粳稻及金23B/lcd1杂交F_(1)代材料进行分子标记特异性验证。电泳结果表明,含OsNRAMP5基因SNP突变材料lcd1可扩增出大小为723 bp、210 bp的条带,含野生型OsNRAMP5基因的材料9311可扩增出大小为723 bp、557 bp的条带,金23B/lcd1 F_(1)代杂合型材料可扩增出大小为723 bp、557 bp、210 bp的条带,共显性标记nra5fun得到的电泳条带与引物设计时预测的目标片段完全吻合;Sanger测序结果表明,电泳扩增条带片段的序列与目的基因的DNA序列和SNP突变位点的序列一致;18份籼稻和18份粳稻种质资源均能扩出大小为723 bp、557 bp 2个目的条带,说明这些材料均不含有OsNRAMP5基因的单个SNP突变,表明该标记特异性较高。因此,开发的功能标记nra5fun能够准确、高效地识别水稻低镉积累基因的纯合突变型、纯合野生型和杂合型,可在水稻低镉积累分子育种中推广应用。

不同遗传背景籼稻白叶枯病抗性基因Xa21、Xa23品系的抗性评价

以含有水稻白叶枯病抗性基因Xa21和Xa23的材料为供体,以课题组选育不含Xa21或Xa23基因的材料为受体,通过杂交、复交等方法,并采用分子标记辅助选择(molecular marker-assisted selection,MAS)世代选择,将含有Xa21和Xa23基因的材料、含与不含Xa21或Xa23基因的姊妹系接种7种广泛使用的白叶枯病菌种生理小种,分析了这些材料白叶枯病的抗性。研究表明含有抗性基因Xa21的水稻材料抗性累计(HR、R、MR)所占比例依次为菌株HNA1-4、PXO86(84.62%)>YN24(82.14%)>GD1358(73.08)>PXO99(67.86%)>GDA2(63.33%)>FuJ(6.67%),表明含Xa21基因材料对菌株FuJ所诱发的白叶枯病基本无抗病能力,但对于其他菌株,仍有36.67%~15.38%的材料易感病;含Xa23基因的材料在所有诱发菌株中抗性累计(HR、R、MR)均在76%以上,仍有23.02%~15.52%的材料对7种诱发菌株没有抗性。通过对菌斑长度变异系数大小的分析,表明含有Xa21或Xa23基因的材料对不同菌株抗病能力或对同一菌株的抗病能力不同材料有较大的变化。通过对诱发白叶枯病菌株间菌斑长度的相关性分析,表明含有Xa21的材料菌株GDA2或HNA1-4与对应的其他6菌株之间达到了显著或极显著正相关,含有Xa23基因的材料菌株YN24、GD1358、PXO86与对应的其他6种菌株间呈极显著正相关,含此2类基因材料抗性鉴定选取对应菌系可以提高选育效率。通过对姊妹系的分析表明,Xa21或Xa23基因的白叶枯病抗性与选育材料的背景有关。相关性分析表明,Xa21基因的材料抗性与亲本材料呈极显著正相关(R=0.5725^(**)),Xa23基因材料抗性与亲本材料呈显著正相关(R=0.2212^(*))。

不同氮素水平下恢复系及杂交稻组合氮肥高效利用

为了比较利用MAS选育的氮高效型恢复系及其杂交稻组合在不同氮素水平下的农艺性状差异。本研究以抗病虫害和氮高效的多基因聚合恢复系R4302、R4312及其配制的8个杂交稻组合为试验材料,‘华占’‘天优华占’为对照,设置0 kg/hm~2(N)、112.5 kg/hm~2(N)、150 kg/hm~2(N)、187.5 kg/hm~2(N)4个氮肥水平,成熟期测定与分析供试材料的单株有效穗数、单株产量、干物质产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和收获指数。结果表明,不同氮素水平下R4302各农艺性状均优于‘华占’,R4312除氮肥农学利用率外其他农艺性状优于或接近‘华占’,表明OsTCP19基因的丢失并未影响R4302、R4312氮肥的高效利用;杂交稻组合天丰A/R4302、天丰A/R4312为氮高效型组合;贵A/R4302、科20A/R4312、香龙A/R4302、科4364A/R4312为低氮高效型组合;荃9311A/R4302属于双高效型组合;科20A/R4302属于高氮高效型组合;恢复系可用单株产量、氮肥农学利用效率、干物质产量其中1项指标或有效穗数来评估氮肥的利用效率;杂交稻组合可用单株产量、干物质产量、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、有效穗数、收获指数其中1项指标来评估氮肥的利用效率。本研究为通过氮高效基因选育氮肥高效利用型恢复系和杂交水稻组合提供参考。

不同遗传背景籼稻Xa23基因品系的白叶枯病抗性筛选和评价

【目的】系统比较分析含Xa23基因的籼稻品系白叶枯病抗性,为白叶枯病抗性育种及水稻白叶枯病防治等提供种子资源,同时为白叶枯病分子抗性育种提供参考。【方法】以14种遗传背景不同且含有Xa23基因的81份籼稻品系为材料,孕穗期采用剪叶接种法接种7种南方稻区白叶枯病生理小种代表菌株(FuJ、YN24、HNA1-4、GDA2、PXO86、GD1358和PXO99),接种20 d左右当参试材料的病情趋于稳定时,量取病斑长度,鉴定参试材料的抗病性。【结果】供试材料对7株白叶枯病菌菌株的抗感分析结果显示,81份品系中有74份品系对7株白叶枯病菌菌株均为抗病,其中35份品系对所有菌株为高抗;含Xa23基因品系对7株白叶枯病菌菌株的抗性频率大小为:PXO86和YN24(100.0%)>GD1358和HNA1-4(98.8%)>PXO99(96.3%)>GDA2(95.1%)>FuJ(93.8%);同一遗传背景品系对7株白叶枯病菌菌株病斑长度的变异系数在100.0%以上的有遗传背景为A、B、C、E、F和H类品系对菌株FuJ,遗传背景为A、B、D和E类品系对菌株GDA2,遗传背景为A类品系对菌株GD1358和HNA1-4,遗传背景为A和B类品系对菌株PXO86、PXO99,遗传背景为A、C和E类品系对菌株YN24;对14种遗传背景不同品系白叶枯病抗性的方差分析结果表明,不同来源含Xa23基因的品系与7株白叶枯病菌菌株间病斑长度均无显著差异(P>0.05);对含Xa23基因的品系在7株白叶枯病菌菌株诱发下的菌斑长度的相关性分析结果表明,菌株GD1358、HNA1-4、PXO86和YN24与对应的其他菌株间呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关。【结论】在白叶枯病抗性研究时选用菌株GD1358、HNA1-4、PXO86和YN24其中1种抗源接种试验材料,即可得到较宽抗谱的抗性材料,提高育种效率。

抗除草剂转基因稻米蛋白的消化稳定性和热稳定性分析

为抗除草剂转基因水稻食用安全性评价中的致敏性评估提供参考,对抗除草剂转基因稻米蛋白的消化稳定性和热穗定性进行分析.体外模拟胃肠液消化和热加工处理抗除草剂转基因水稻Bar68-1稻米蛋白、非转基因亲本对照D68稻米蛋白、阴性对照酪蛋白、阳性对照大豆胰蛋白酶抑制剂和牛血清蛋白,通过SDS-PAGE凝胶电泳观察它们在各时间点的降解情况.研究结果显示：消化稳定性试验中,转基因稻米蛋白和非转基因稻米蛋白在2 ～30 min内全部消化,可判断它们在模拟胃、肠液中可消化;热稳定性试验中,转基因稻米蛋白和非转基因稻米蛋白一样,在一定温度下（60、75、90、100℃）加热一定时间（15、30、60、120 min）后仍具有较好的热稳定性.结果表明,转基因抗除草剂水稻Ba68-1具有较好的热稳定性,在模拟胃液和模拟肠液中均可消化,不具备过敏原抗消化性的特征.

含草甘膦抗性标记的水稻核不育繁殖系载体构建与验证

【目的】使用草甘膦抗性基因替代潮霉素抗性基因,构建核不育繁殖系的转化载体,赋予繁殖系对除草剂草甘膦的抗性,规避现行政策对转基因作物中使用抗生素标记基因的限制。【方法】利用同源重组的方法,构建含草甘膦抗性基因Epsps#、花粉致死基因ZmAA1、核不育恢复基因OsEat1和红色荧光基因DsRed2的水稻eat1核不育基因繁殖系载体pC3300-Epsps-AA-Eat-Red;采用农杆菌介导法转化水稻。【结果】通过转化籼稻品系9K19-5获得普通核不育繁殖系Eat9K的转化植株318个。表型鉴定表明,单拷贝转化体Eat9K-3的花粉有可育和不育2种类型,种子有具有和不具有荧光信号2种类型,具有荧光信号的种子在发芽期能耐受浓度至少为1 g/L的草甘膦。建立的四引物检测法能够区分野生型Eat1基因和核不育eat1基因。【结论】证明载体pC3300-Epsps-AA-Eat-Red有效,创制了具有除草剂抗性的普通核不育繁殖系新种质,建立了区分野生型Eat1基因和核不育eat1基因的四引物检测法。

两类水稻Nramp5基因突变体衍生系在镉污染稻田中糙米镉锰积累特征分析

以来源于珞红4A的Nramp5基因缺失突变型、来源于lcd1的Nramp5基因点突变型及缺失与点突变的杂合体为材料,比较在有效镉(Cd)含量为0.58 mg/kg(pH值5.3)的中度污染稻田种植条件下不同突变类型和遗传背景材料的糙米Cd和锰(Mn)含量。结果表明,遗传背景不影响由Nramp5基因缺失或点突变所赋予的糙米Cd和Mn低积累特性;Nramp5基因缺失突变与点突变的杂合体的糙米Cd含量为0.082mg/kg,显著低于含野生型Nramp5基因的对照品种9311(2.345 mg/kg),且与Nramp5基因缺失或点突变的纯合体相比,Cd含量和Mn含量均无显著差异;Nramp5基因缺失纯合体、点突变纯合体及缺失与点突变杂合体的糙米Cd含量均符合国家食品安全标准(≤0.2 mg/kg)。因此,来源于珞红4A的Nramp5基因缺失突变的亲本与来源于lcd1的Nramp5基因点突变的亲本配组,其杂交种仍然具有糙米Cd低积累特征,本研究为杂交水稻低镉积累分子育种提供了重要参考数据。

抗虫抗除草剂转基因水稻恢复系B2A68的培育

利用人工优化合成的抗虫基因Cry2Aa#与抗除草剂的Bar基因构建的植物表达载体转化水稻恢复系D68,经过分子鉴定获得1个单拷贝的转基因水稻株系B2A68。B2A68和杂交种株1S/B2A68叶片中Cry2Aa蛋白的表达量在齐穗期分别为10.45～26.84和9.0～13.45μg/g。草铵膦抗性试验和抗虫性测定结果显示,转基因水稻B2A68既抗除草剂草铵膦,又抗稻纵卷叶螟。

论湖南水稻育种的主攻方向和技术策略

当前中国水稻产业处在转型期,转型的方向是经营规模化、农民专业化、服务社会化、全程机械化、栽培轻简化。为了适应这种转变,湖南水稻育种应重点开展如下5个方面的工作:(1)主攻早、中熟期的双季稻育种,以适应双季稻面积和直播栽培面积扩大对短熟期品种的需求;(2)培育低镉、高直链淀粉含量的双季稻品种,以提高稻米健康品质;(3)培育苗期耐5℃低温的早稻和开花期耐17℃低温的晚稻,以防止倒春寒、寒露风对直播双季稻的危害;(4)利用粳稻和爪哇稻资源以及非典型亚种间杂种优势,以提高双季稻产量潜力;(5)重点储备抗螟虫、抗除草剂的转基因水稻技术,以迎接转基因水稻时代的到来。

转基因水稻B2A68事件特异性检测方法的建立

利用hiTAIL-PCR方法扩增获得转基因水稻B2A68中T-DNA右边界591 bp的旁侧序列,该序列位于水稻第3染色体上。参考已公布的该插入位点的水稻基因组序列和载体左边界序列分别设计上下游引物,扩增获得外源基因插入位点的左边界925 bp旁侧序列。以左右旁侧序列为基础,建立了转基因水稻B2A68事件特异性定性检测方法。采用该方法可从转基因水稻B2A68中扩增到521 bp和307 bp的2条特异性目标条带,其它水稻不会扩增到条带或者上述相同大小的目标条带。该方法特异性强,检测灵敏度达到0.1%,能满足海关、工商、农业等部门的检测需求。

水稻耐逆境种质创新研究十年回顾

十多年来,我们围绕中国南方水稻生产遇到的主要逆境因素,开展了水稻种质挖掘和创新研究。克隆或优化了耐旱基因AtDREB1A和CbDREB1A,抗除草剂基因Epsps~#、Pat~#和Mat~#,抗螟虫基因Cry2Aa~#和Cry1Ca~#,以及植酸酶-牛乳铁蛋白肽融合基因PhyLf。培育出了抗除草剂早籼稻新种质Bar68,抗2种除草剂水稻新种质EB7001S,抗除草剂、具植酸酶和抗菌肽活性的水稻新种质BPL9K,抗螟虫、抗除草剂的水稻新种质B2A4008S、B2A68、B1C893和B1C106,以及一些耐旱、耐盐、耐低温并抗除草剂的水稻新种质。从爪哇稻、籼爪交重组自交系、粳稻中筛选出了一些耐高温、耐旱性较好的种质资源。改良了华占、岳恢9113、Y58S、广占63S等骨干杂交稻亲本的褐飞虱和白叶枯病抗性。培育出了耐涝中间材料Sub-1BS。这些耐逆境新种质的创制,将为水稻耐逆境育种提供有力的技术支撑。

抗草甘膦、抗螟虫水稻E1C608的鉴定和重要表型特征分析

草害和虫害是造成水稻减产的两个重要因素,培育转基因抗除草剂、抗虫水稻是解决这两个问题的有效途径之一。分子鉴定结果表明,以恢复系R608为受体的遗传转化获得了3个独立转基因事件,其中1个为单拷贝转化体,命名为E1C608-3。用ELISA方法检测外源抗草甘膦和抗螟虫蛋白含量的结果表明,E1C608-3的T2代分蘖期的根、茎、叶中EPSPS蛋白含量为120.16-1223.28μg/g,CRY1C蛋白含量为1.23-8.72μg/g,且两个外源蛋白在不同器官中的表达量均表现为叶>茎>根(P<0.01)。T3代测定结果显示,E1C608-3转化体在秧苗期草甘膦的耐受浓度至少为16g/L,其耐受浓度至少是转化受体R608的16倍。T3代抗虫实验结果显示,E1C608-3对稻纵卷叶螟幼虫平均致死率为95.56%,表现出良好的螟虫抗性。T4代农艺性状测定结果显示,E1C608-3与转化受体存在较大差异,但都处在水稻天然种质资源的变异范围之内。以上结果表明,E1C608-3是一个抗除草剂、抗螟虫的水稻新种质。