水稻不同基因型耐盐相关性状主成分分析及综合评价

以强耐盐性粳稻品种长白10号(CB10)和盐敏感粳稻品种东农425(DN425)杂交得到RIL群体生育期一致的60份株系为试验材料,盐处理和正常(对照)条件下测定其开花期和完熟期蒸腾速率、气孔导度、冠层温度、叶长、叶宽、叶面积、叶片卷曲度、穗长、单株有效穗数、千粒重、单株穗重、茎部及叶部Na+、K+浓度共15个单项指标。以各单项指标耐盐系数作为评价水稻耐盐性依据,利用相关分析、主成分分析及聚类分析方法综合评价其耐盐相关性。结果表明,叶面卷曲度与叶长、单株有效穗数与单株穗重呈极显著正相关,分别为r=0.816和r=0.902;聚类分析表明,盐胁迫下15个单项指标可转化为7个相互独立的综合指标,累积贡献率达74.086%;通过聚类分析将60个基因型划分为3类。文章有效整合多项耐盐相关性状信息,准确反映水稻不同基因型盐害敏感程度,可为耐盐水稻资源筛选及鉴定提供理论依据。

外源海藻糖对碱胁迫下不同品种水稻幼苗生长及生理特性的影响

为探究外源海藻糖对碱胁迫下不同品种水稻幼苗生长及生理特性的影响,以长白10号、龙稻5号、松粳16号、吉宏6号、龙粳18号及东农425等6个不同水稻品种为材料,对其碱胁迫处理。待水稻幼苗长至三叶一心时叶面喷施海藻糖处理,海藻糖浓度分别为0、5、10、15、20 mmol·L^-1,以清水为对照,在质量百分浓度0.2%Na2CO3溶液中培养3 d,分析碱胁迫下海藻糖对不同水稻幼苗生长及生理特性的影响。结果表明,碱胁迫下,不同水稻幼苗根总长度、根数、株高、叶长、存活率均显著下降,与对照相比,长白10号分别下降34.83%、33.33%、27.30%、6.27%和12.68%;龙稻5号分别下降36.14%、31.58%、29.04%、10.08%和15.50%;松粳16号分别下降59.04%、18.75%、31.93%、10.88%和25.72%;吉宏6号分别下降63.63%、37.50%、23.29%、1.98%和12.68%;龙粳18号分别下降56.79%、38.89%、24.84%、9.15%和29.58%;东农425分别下降71.77%、62.50%、30.61%、11.46%和48.57%。不同浓度海藻糖处理后,各品种水稻幼苗根总长度、根数、株高、存活率均有所提高,丙二醛及脯氨酸含量显著下降,SOD和POD活性显著增加,可溶性蛋白含量显著增加;其中以10 mmol·L^-1海藻糖处理效果最佳。说明叶面喷施适宜浓度海藻糖可有效提高水稻幼苗耐碱能力,缓解碱胁迫对水稻幼苗伤害。

盐、碱条件下水稻剑叶形态相关性状QTL分析

以东农425和耐盐碱的长白10号杂交获得重组自交系(RIL)为作图群体,对亲本重测序,利用差异设计120对Indel引物,在实验室原有102个SSR标记基础上增加113个多态性较好Indel标记,构建遗传连锁图谱,鉴定水稻耐盐、碱性。以浓度6 ds·m-1的Na Cl水溶液,p H 9.0 Na2 CO3水溶液作全生育期处理,正常水灌溉为对照。2016~2017年盐、碱胁迫和自然条件下测定水稻抽穗期对剑叶形态相关性状,并对各性状作QTL定位。结果表明,在两年试验中亲本和RIL群体受碱胁迫影响大于盐胁迫,亲本每个性状在盐、碱两种条件下均表现显著相关性,在盐、碱胁迫条件下共检测到26个与剑叶形态性状相关QTL。q SLl9和q ALl8在两年试验中均被检出,是两个主效QTL。研究结果可为水稻抽穗期耐盐、碱性QTL精细定位和分子辅助育种提供理论依据。

有色稻米B族维生素含量与种皮颜色关系研究

采用酶联免疫法测定相同环境条件下56份有色稻和33份无色稻糙米中6种B族维生素含量。结果表明,除VB7外,其他5种B族维生素含量在有色稻米和无色稻米间差异显著,有色稻米显著高于无色稻米,其含量依次为VB6>VB1>VB9>VB5>VB3>VB7;分析4种不同种皮颜色稻米6种B族维生素含量,发现VB1、VB5、VB6和VB9含量在不同种皮颜色稻米间差异显著,VB3和VB7含量在不同种皮颜色稻米间差异不显著。

利用CRISPR/Cas9技术创制香糯型粳稻种质

为促进黑龙江优质水稻品种选育,以粳稻品种唯农208为试验材料,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对Badh2和Wx基因进行定点编辑。在T;代获得Badh2和Wx基因均突变纯合株系,通过气相色谱-质谱联用技术检测突变体与野生型2-AP含量,发现突变株系2-AP含量较野生型显著增加,由0.065μg·g^(-1)增加至0.410~0.504μg·g^(-1)。直链淀粉含量测定结果表明,突变株系直链淀粉含量显著降低,由17.0%下降至1.52%~1.83%,呈糯性,且农艺性状与野生型相比无显著差异。综上,利用CRISPR/Cas9技术改良粳稻品种唯农208,获得兼具香味和糯性粳稻种质,加快黑龙江优质粳稻新品种选育进程。

利用全基因组关联分析挖掘粳稻直链淀粉含量调控基因

直链淀粉含量是评价稻米蒸煮食味品质关键指标,挖掘控制该性状QTLs/基因对于改良稻米品质具有重要意义。研究利用295份粳稻种质组成的自然群体为试验材料,测定2019年和2020年稻米直链淀粉含量,结合重测序得到788 396个高质量SNP,利用Tassel 5.0软件混合线性模型(MLM,Q+K)作全基因组关联分析。结果表明,两年共检测到12个与稻米直链淀粉含量相关QTL,分布在水稻第3、4、11和12染色体上,贡献率范围为8.78%~11.62%,其中qAAC4-2和qAAC12-2在两年中重复检测到。进一步针对这两个QTL区间内所有基因作单倍型分析,结合基因注释和前人研究结果,推测LOC_Os04g33640为影响稻米直链淀粉含量新候选基因。

孕穗期冷水胁迫下施用外源物质对寒地粳稻氮光合效率及产量的影响

【目的】制定减灾保产化控栽培技术,有效抵御寒地粳稻孕穗期低温冷害。【方法】采用裂区试验设计和中心组合试验设计,基于产量相关指标隶属函数值,筛选出寒地粳稻孕穗期冷水胁迫下氯化钙(CaCl2)、谷氨酸(Glu)、γ-氨基丁酸(GABA)三种外源物质最适施用浓度及其最适浓度配比,并研究孕穗期冷水胁迫下施用最适浓度配比三种外源物质(CGG)对寒地粳稻氮光合效率及产量形成的影响。【结果】1)孕穗期冷水胁迫下施用CGG最适浓度配比为1.87 mmol/L CaCl2、2.76 mg/LGlu、4.40 mmol/L GABA,隶属函数平均值最大(0.932)。2)与正常灌溉相比,孕穗期低温胁迫下寒地粳稻氮光合效率下降;与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度配比CGG可显著提高东农428齐穗期叶面积指数(5.37%)及氮光合效率(4.53%);可显著提高松粳10齐穗期单位面积叶片干物质量(2.56%)和叶面积指数(3.39%)。3)与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度配比CGG可提高寒地粳稻抽穗至成熟期干物质积累量,但其积累量仍低于正常灌溉水平,且在品种和处理间存在差异。4)与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度配比CGG寒地粳稻产量及产量构成因素均有所上升,但仍低于正常灌溉水平,且对冷敏感的品种影响更为显著。5)与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度CGG东农428和松粳10温度生产效率平均增幅分别为5.55%和23.72%。外源CGG对于温度生产效率差异的贡献率为8.99%。【结论】孕穗期冷水胁迫下施用最适浓度配比CGG可通过促进齐穗期叶片生长,进而提高群体氮光合效率,有利于抽穗后干物质积累及产量形成,减轻孕穗期冷水胁迫对寒地粳稻产量造成的损失,提高寒地粳稻温度生产效率。

水稻4种功能营养成分与SSR标记关联分析

以108份水稻种质组成的自然群体为试验材料,鉴定水稻中抗性淀粉(RS)、谷蛋白(Glu)、总黄酮(Tfl)、γ-氨基丁酸(GABA)等4种功能成分含量的性状。利用69个SSR标记分析群体结构,通过TASSEL3.0的GLM和MLM模型作性状和标记关联分析,进一步挖掘优异等位变异及相关载体材料。结果表明,共检测到31个与水稻中4种功能成分含量显著相关的位点,其中13个位点在两种模型中均被检测出显著关联。进一步得到29个优异等位变异。两年两个模型中均检测出RM1374、RM1379和RM27850。

利用CRISPR/Cas9技术敲除OsEIL1和OsEIL2基因改良水稻耐盐性

为了培育耐盐水稻品种,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在水稻品种东农427的耐盐负调控基因OsEIL1和OsEIL2设计1个敲除靶点对其进行同时敲除。通过PCR和测序的方法,在T_(0)共检测出了5个突变单株,其中有1株为双基因同时突变的植株。在该植株的T_(1)株系中,获得了4株双基因纯合突变且不含T-DNA元件插入的植株。在T_(2)进行苗期耐盐性鉴定,成熟期考察农艺性状指标。结果表明,在苗期200 mmol/L NaCl溶液处理5 d后,突变体植株的鲜质量和干质量显著高于野生型植株,地上部及地下部钠离子含量均显著低于野生型植株,钾离子含量与野生型植株无明显差异。恢复7 d后,突变体植株幼苗存活率(75.0%)显著高于野生型植株(8.3%)。在成熟期,突变体的主要农艺性状未发生明显变化。综上,利用CRISPR/Cas9技术对水稻品种东农427进行了耐盐改良,为耐盐水稻品种的培育提供了理论和材料基础。

盐碱胁迫下水稻苗期地上部Na^+、K^+浓度的QTL分析

在盐、碱胁迫条件下检测控制水稻苗期地上部Na^+、K^+浓度的QTL位点,为深入研究水稻的耐盐、碱性遗传机制及分子标记辅助育种提供理论依据。利用小白粳子/空育131衍生的含有200个株系的重组自交系群体,及其包含142个SSR标记的遗传连锁图谱对盐、碱胁迫条件下水稻苗期盐、碱害级别、地上部Na^+浓度、K^+浓度及Na^+/K^+进行QTL分析。在2种胁迫条件下共定位到了15个QTL,其中盐、碱胁迫条件下分别检测到7,8个QTL,分布在第2,3,5,7,8,9,11,12染色体上,LOD值为2.52~6.59,表型贡献率在6.10%~28.00%。其中,盐胁迫下与Na^+浓度相关的qSSNC3和碱胁迫下与Na^+/K^+相关的qASNK3定位在相邻区间;盐胁迫下与Na^+/K^+相关的qSSNK2和碱胁迫下与K^+浓度相关的qASKC2定位在相同区间;碱胁迫下与碱害级别相关的qSAT8和与Na^+浓度相关的qASNC8、与K^+浓度相关的qASKC8定位在相同或相邻区间,说明2种胁迫条件下Na^+、K^+浓度具有一定的遗传重叠。通过相同标记或比较图谱将本研究结果与前人研究结果进行比较分析,发现有13个QTL为已知QTL,而位于RM547~RM22750的qSAT8和qASNC8为新的QTL位点。

孕穗期冷水胁迫下施用γ-氨基丁酸对寒地粳稻氮光合效率的调控效应

以生育期相近粳稻品种东农428和松粳10为试验材料,研究孕穗期冷水胁迫下施用外源γ-氨基丁酸(GABA)对寒地粳稻功能叶片氮光合效率及产量的调控效应,为制定有效抵御低温冷害化控栽培技术提供理论依据。结果表明,外源GABA主要通过提高松粳10剑叶光保护能力提高其光合效率;通过缓解低温胁迫对东农428剑叶光损伤程度,提高光保护能力进而提高其光合效率。孕穗期冷水胁迫下寒地粳稻剑叶OsGS1;1、OsGS1;2、OsGS1;3及OsGAD2表达量上调,与植物冷应激反应有关。OsNADH-GOGAT、OsGDH1和OsGDH3表达量上调、OsFd-GOGAT表达量显著下调,谷氨酰胺合成酶(GS)活性显著上升,说明孕穗期冷水胁迫抑制剑叶光呼吸过程中谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶(GS/GOGAT)循环代谢,促进质体中GS/GOGAT循环及谷氨酸脱氢酶(GDH)途径中铵(NH4+)同化代谢。孕穗期冷水胁迫下施用GABA(4.5 mmol·L^-1)促使寒地粳稻剑叶OsGS2、OsFd-GOGAT和OsNADH-GOGAT表达量下调;但OsGS1;3、OsGDH3和OsGAD2表达量上调,GS、GDH及谷氨酸脱羧酶(GAD)活性显著升高,使谷氨酸(Glu)家族氨基酸含量显著上升,如抗逆氨基酸GABA、脯氨酸(Pro)、Glu等,避免高NH4+毒害,提高寒地粳稻耐冷性。

Identification of Cold Tolerance of Rice Germplasm Resource at Germinating Stage in Cold Region

Total 75 rice varieties （lines） in Heilongjiang Province （or cold region） as germplasm resources were identified for cold tolerance at germinating stage by controlling temperature in artificial incubator. The results showed that the shooting seed rate at the germinating stage could be used as the evaluation index of cold tolerance. The cold tolerance was recorded on 1-9 scale and could be identified by the criteria of five indexes such as highly tolerant （HT）, tolerant （T）, moderately tolerant （MT）, susceptible （S）, highly susceptible （HS）.

利用高密度遗传图谱发掘水稻抽穗期新位点

水稻抽穗期是决定水稻种植地区及其季节适应性的关键因素,发掘控制水稻抽穗期相关的新主效QTL至关重要。利用包含527个bin标记的高密度遗传连锁图谱,通过靶向测序基因型检测技术对水稻"空育131/小白粳子"衍生的RIL群体进行抽穗期基因型分析。通过对双亲和RIL群体的基本统计分析发现,双亲抽穗期呈极显著差异,表型处于RIL群体范围内,RIL群体有明显的超亲分离现象,符合正态分布。利用IciMapping 4.2软件的完备区间作图法,在水稻第1、3和7号染色体上共检测到4个QTL,其中3个QTL区间内分别含有与抽穗期相关的已知基因Os GI、Hd6和Ghd7,而qHD-3-1是控制水稻抽穗期的新位点。