水稻糙米粗蛋白近红外光谱定量分析模型的优化研究

筛选有代表性的191份糙米样品为试材,其中42份来自国家稻种资源库、149份来自水旱稻杂交产生的DH系,蛋白质含量变幅5.90%～14.50%,采用偏最小二乘法（PLS）建立模型,并构造模型的评价参数--目标函数[R/（1＋RMSECV）],同时借助校正集和验证集两个载荷向量得分二维空间投影图,对近红外定量模型进行评价和优化.结果表明：在5 000～9 000 cm^-1范围内,预处理方法为一阶导数,校正模型和外部检验的目标函数值分别为0.701和0.687;两载荷向量得分直观分布图显示样品的聚类结果与目标函数筛选结果一致,也进一步验证了目标函数是模型评价和优化的有效指标.

水稻糙米蛋白质含量QTL定位及上位性分析

稻米蛋白质含量是水稻（Oryza sativa L．）营养品质育种的重要内容之一。本研究以华恢3号与中国香稻构建的重组自交系（RILs）群体为材料，构建了含有156个SSR标记的遗传连锁图谱，结合近红外分析仪测定两年（2009年，2010年）的糙米蛋白质含量，进行了QTL定位和遗传基础分析研究。两年共定位到3个控制糙米蛋白含量的QTL和16对上位性互作的位点。其中检测到的3个QTLs，分别位于第4、6、8染色体上，单个QTL解释的表型变异率为3．39％～34．2％，两年解释的总表型变异率分别为41．2％和5．95％，这些QTL中只有位于第8染色体短臂在区问RM310-RM547的qbpc8在2009年和2010年被重复检测到。LOD值分别为22．5和3．5，解释表型变异率分别为34．2％和5．95％。这些QTL的发掘，为分子标记辅助选择改良水稻营养品质奠定了基础。

水稻蛋白质近红外定量模型的创建及在育种中的应用

目的研究利用近红外光谱分析法定量分析水稻完整籽粒粗蛋白含量的可行性,初步探讨水稻杂种后代蛋白质含量的分离和变异,以期为水稻的营养品质育种提供参考依据,提高育种效率。方法收集蛋白质含量变幅(5.90%～14.50%)较大的191份代表性水稻样品,采用偏最小二乘(PLS)法建立糙米粗蛋白预测的校正模型。结果通过比较光谱预处理方法在不同谱区的处理效果:采用一阶导数+矢量标准化预处理、谱区为11998.9cm-1～5449.8cm-1和4601.3cm-1～4246.5cm-1建立校正模型的检验和预测效果最佳,糙米蛋白质的近红外测定值和化学测定值之间有较高的相关性和较低的误差;其决定系数为0.9886,相对标准偏差RSD为0.021,各项误差均在0.4以下。此外,利用该模型快速无破损的测定了水稻蛋白质育种的20个杂交组合的205个F2代单株,203个单株的马氏距离值在0.3以下,达到了试验精度的要求,分析结果表明:F2代群体单株间粗蛋白含量表现出广泛的变异,大部分单株蛋白质含量介于双亲之间,出现了超高亲和超低亲的单株,最高蛋白质含量达到15.3%。结论利用建立的各类误差较小近红外定量分析模型,实现了对育种亲本和中间育种材料的筛选鉴定;说明了通过蛋白质含量高的稻种资源与农艺性状优良的水稻品种杂交,低世代借助近红外分析技术辅助测定蛋白质含量可能是水稻高蛋白质育种的一条有效途径。

不同类型钙化合物对污染土壤水稻吸收累积Cd Pb的影响及机理

以潮泥田和红黄泥为供试土壤,利用盆栽试验研究了施用不同类型钙化合物(CaO、CaCO3、CaSO4)对水稻吸收累积Cd、Pb的影响及机理。结果表明,潮泥田施用CaO和CaCO3后,土壤pH值明显升高。当CaO施用量达到0.36gCa·kg-1时土壤有效态Cd含量显著降低,水稻糙米Cd含量也随之显著下降,降幅达26.3%;施用CaCO(30.24gCa·kg-1)和CaSO(40.24gCa·kg-1)后水稻糙米Cd含量降幅分别为23.7%(P<0.05)和18.4%(P<0.05)。红黄泥施用CaO、CaCO3和CaSO4后,土壤pH值变化趋势与潮泥田相同。当CaO施用量达到0.24gCa·kg-1时土壤有效态Cd含量显著降低,但水稻糙米Cd含量反而上升,当CaO施用量达到0.36gCa·kg-1时,与对照相比水稻糙米Cd含量增加34.5%(P<0.05);当CaO施用量增至0.48gCa·kg-1时土壤有效态Pb含量明显增加,水稻糙米Pb含量也随之显著增加,增幅达41.7%。在等钙(0.24gCa·kg-1)条件下,潮泥田及红黄泥施用CaO、CaCO3和CaSO4后因pH变幅较小导致水稻糙米Cd、Pb含量无明显差异。综合分析认为,利用钙化合物控制污染土壤上水稻对Cd、Pb的吸收累积时,需要根据土壤Cd、Pb含量和pH综合考虑合理的钙化合物类型和用量。

秧苗富锌对不同水稻品种镉积累及相关转运基因的影响

【目的】秧苗富锌是发挥水稻锌-镉拮抗效应的一种新模式,研究不同水稻品种对秧苗富锌降镉效应的响应差异及潜在机制,为该模式的推广应用奠定基础。【方法】选择武运粳21号、浙粳优1578、黄华占、徽两优丝苗等4个品种开展水培富锌和盆栽验证试验,研究不同品种锌富集的动态特征及移栽后水稻组织对镉的吸收转运差异,通过分析根系相关镉转运基因的表达状况探究秧苗富锌降镉效应的种间差异机制。【结果】锌培养对水稻秧苗的生长发育无明显影响,但不同品种幼苗锌富集能力差异明显,浙粳优1578幼苗锌积累量(230μg/株)最高,武运粳21号次之(124μg/株),黄华占和徽两优丝苗相对较低(85.1—95.0μg/株)。浙粳优1578幼苗根系镉转运基因对富锌较为敏感,OsZIP7表达下调48.7%,OsZIP1表达上调81.3%;武运粳21号幼苗根系OsIRT1和OsZIP7表达分别下调35.9%和35.0%,OsZIP1表达上调31.1%;而黄华占和徽两优丝苗幼苗根系镉转运基因对富锌较不敏感。秧苗富锌使分蘖期武运粳21号根系和茎叶镉浓度分别下降26.7%和36.7%;浙粳优1578根系和茎叶镉浓度分别下降32.0%和40.0%,根系-茎叶镉转运系数显著下降12.0%。秧苗富锌使武运粳21号、浙粳优1578和黄华占糙米镉含量分别下降37.5%、36.7%和25.3%,而对徽两优丝苗糙米镉含量无明显影响,表明秧苗富锌对水稻降镉效应存在明显的种间差异。相关分析显示,糙米Cd浓度与茎叶Cd浓度呈显著正相关,而茎叶Cd浓度与根系和茎叶Zn浓度呈显著负相关,表明水稻内部Zn、Cd拮抗作用明显。根系和茎叶Zn浓度均与OsZIP7和OsIRT1的相对表达量呈显著负相关,与OsZIP1的相对表达量呈显著正相关关系,表明秧苗富锌主要通过调控根系OsZIP1、OsZIP7和OsIRT1的表达,从而间接影响糙米镉含量。【结论】不同品种幼苗根系镉转运基因对富锌的响应差异明显,浙粳优1578和武运粳21号较为敏感,故而糙米镉含量下降幅度高于其他品种。

有色金属矿区农田土壤-水稻镉积累状况及其响应关系研究

位于西江上游的河池地区被誉为中国的"有色金属之乡",重金属产业经过多年选矿开矿的工业化发展使得当地生态环境受到严重的重金属污染。为评价广西西江流域中上游主要地区矿业活动对土壤和糙米质量安全的影响,采集研究区域内水稻及其对应土壤样本进行分析评价。调查发现,参照《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332—2006),当p H<6.5、6.50≤p H≤7.50、p H>7.5时,土壤Cd含量超标率分别达到90.63%、96.97%、98.36%;参照《食品中污染物限量标准》(GB2762—2012),糙米Cd含量的超标率为19.34%。单因子污染评价表明,超过50%的调查样点土壤Cd处于重度污染,仅有10%左右调查样点的土壤Cd属于清洁等级,且上游地区土壤-水稻系统Cd污染较为严重。分别建立了水稻糙米Cd含量、糙米Cd生物富集系数与土壤有效态Cd含量、土壤p H值以及土壤有机质含量的定量关系,模型拟合度均高于50%。预测糙米Cd含量拟合度较好的模型为多元非线性回归模型,预测糙米Cd生物富集系数拟合度较好的为多元线性回归模型。多元回归模型的回代检验和残差分析表明,计算值与实测值的相关性较好,残差值较小且均匀分布,在一定程度上可以用来预测水稻糙米Cd的积累情况。

新型土壤改良剂对水稻吸收累积Cd、Pb的影响初探

在盆栽条件下研究了一种新型土壤改良剂(商品名:农大夫-地保2号,又名土壤还原素)对两种污染土壤(潮泥田和红黄泥)水稻吸收累积Cd、Pb的影响。结果表明,施用土壤改良剂能显著提高潮泥田和红黄泥的土壤pH值,降低土壤有效态Cd、Pb及水稻糙米Cd、Pb含量。当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时,两种土壤的pH值均显著高于对照(H-0)。当土壤改良剂施用量达到4 g/kg时,潮泥田土壤有效态Cd含量低于对照30.8%(P<0.05);当其施用量增至8 g/kg时,土壤有效态Pb含量比对照降低21.9%(P<0.05),同时水稻糙米Cd、Pb含量比对照降低18.4%(P<0.05)和20.3%(P<0.05)。当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时,红黄泥土壤有效态Cd、Pb分别低于对照30.7%(P<0.05)和24.4%(P<0.05),而其水稻糙米Cd、Pb含量在土壤改良剂施用量为4 g/kg时降幅达22.8%(P<0.05)和24.2%(P<0.05)。综合分析认为,施土壤改良剂能显著降低污染土壤上水稻糙米的Cd、Pb累积,其效果与土壤改良剂用量、土壤pH值及土壤Cd、Pb含量有关,可能对酸性土壤更有效。

水分管理模式对水稻吸收累积镉的影响及其作用机理

利用盆栽试验研究了不同水分管理模式(全生育期淹水,WF;分蘖期晒田,TP;乳熟期晒田,MP;分蘖-乳熟期两次晒田,TMP;湿润灌溉,WI)对Cd污染红黄泥和潮泥田水稻吸收累积Cd的影响.结果表明:两种土壤Fe2+含量均以WF处理最高,TMP处理最低;潮泥田和红黄泥WF处理的Fe2+含量分别比TMP增加了585.4%和1316.3%(P<0.01).不同处理的两种土壤有效S和有效态Cd含量顺序均表现为:WF<TP<MP<WI<TMP.其中,潮泥田WF处理的土壤有效S和有效态Cd含量分别比TMP降低了96.4%和70.1%(P<0.01),红黄泥分别降低了55.5%和54.1%(P<0.01).两种土壤均以WF和MP处理的水稻产量相对较高.不同处理的水稻茎叶、糙米Cd含量顺序为:WF<MP<TP<WI<TMP;潮泥田WF处理的水稻茎叶和糙米Cd含量分别比TMP降低了74.1%和57.5%(P<0.01),红黄泥分别降低了55.6%和43.6%(P<0.01).除土壤有效态Cd含量外,不同水分管理模式通过土壤中Fe2+和有效S含量变化对两种Cd污染土壤水稻吸收累积Cd产生显著影响,其中有效S的影响程度显著大于Fe2+.

中国黑龙江与韩国糙米氮钾镁含量与食味品质关系的研究

采用中国黑龙江省和韩国水稻品种(品系)各18个,种植于中国黑龙江省857农场,以比较韩国和中国黑龙江水稻品种糙米全氮、全钾、全镁含量的差异及其与食味品质的关系。结果表明中国黑龙江水稻糙米全氮含量极显著高于韩国,全钾含量则相反;韩国水稻糙米全镁含量高于中国黑龙江55.6mg/kg,但差异不显著;韩国品种食味评分(84.1分)极显著高于中国黑龙江品种(78.7分);韩国品种的食味评分与Mg/K当量比及Mg/K、Mg/N、Mg/(K+N)质量比显著或极显著正相关;各指标的品种间变异系数表现为全镁含量>全钾含量>全氮含量>食味评分。糙米N、Mg含量及其与其它元素比值的差异是韩国品种食味值高于中国黑龙江省品种的主要原因。

包膜锌肥与石灰联合施用对水稻植株不同部位镉累积的影响

【目的】探究包膜缓释锌肥及其与石灰联合施用对水稻的降镉效果。【方法】本研究制备了水基聚丙烯酸酯包膜锌肥,设计了对照(不施锌肥和石灰)、单独施用常规锌肥、包膜锌肥、石灰、常规或包膜锌肥与石灰联合施用等6个处理。通过盆栽试验研究了各处理对土壤有效锌(Zn)、镉(Cd)含量及水稻植株各部位Cd积累的影响。【结果】①基施包膜锌肥后4~50 d期间土壤水溶态Zn浓度比施用常规锌肥处理高0.56~2.96倍;相较于不施锌肥和石灰的对照处理,施用包膜锌肥使分蘖期水稻根系和茎叶Zn浓度升高35.4~36.6%,而施用石灰使分蘖期水稻根系和茎叶Zn浓度下降29.4~43.4%。②与对照处理相比,施用包膜锌肥使茎叶Cd含量下降36.4%,成熟期水稻糙米Cd浓度下降34.0%,降镉率比常规锌肥提高了9.6%。施用石灰使土壤CaCl2提取态Cd浓度下降74.7%~92.7%,但根系至糙米Cd转运系数提高了42.1%,糙米Cd浓度仅下降43.1%。③相较于单独施用包膜锌肥和石灰处理,包膜锌肥与石灰联合施用对水稻糙米的降镉率分别提升了25.1%和16.0%,表现出明显的协同作用。【结论】包膜锌肥可在一定程度上延长外源锌在土壤中的有效期,强化水稻全生育期Zn-Cd拮抗作用,对水稻的降Cd效率有一定的提升,与石灰联合施用可进一步降低水稻糙米Cd含量。