广西邕宁普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)种群遗传多样性及核心种质构建研究

[目的]研究广西邕宁普通野生稻种群的遗传多样性和核心种质构建,为普通野生稻种群保护提供依据。[方法]从水稻12条染色体上均匀选取24对SSR标记对243份样本进行遗传多样性分析。[结果]结果表明,24对引物均表现出多态性,多态位点比率为100%;24个多态位点共检测出103个等位变异,平均等位基因数A为4.291 7,平均有效等位基因数E是2.511 2,平均期望杂合度He为0.573 2,平均多态信息含量PIC为0.572 0。根据聚类结果分析,从243份材料中筛选出31份核心种质,包含了24个SSR位点检测到的所有的遗传变异,其平均期望杂合度He是0.595 8,平均多态信息含量PIC是0.586 3,基本上可以代表广西邕宁普通野生稻种群的遗传多样性。[结论]广西邕宁普通野生稻资源具有丰富的遗传多样性。

贵州地方稻种遗传资源研究与利用概述

贵州稻种遗传资源经过20余年的研究,在收集、保存、评价与利用方面已取得较大进展。主要表现在:(1)陆续收集并整理、编目的地方稻种达5 667份,大部分已分别于不同时期送国家种质库作长期保存,系统完成农艺性状的鉴定与评价,筛选出一批矮秆、大穗、大粒、优质、抗病虫、耐逆(冷、旱)和功能型等特性突出的优异种质;(2)贵州地方稻种具有丰富的遗传多样性,是环境对品种的选择和品种对环境适应双向作用的同化产物,尤其在贵州高原的低温、高湿、寡照生境下形成的禾类和旱稻等种质,在耐逆(包括冷、烂、锈等不良土壤因子)等特性上表现出一定的独特性;(3)开展了地方稻种细胞质雄性不育恢复基因源、非sd1基因新矮源、双(多)胚等有利基因资源的鉴定和筛选;(4)概述了立足贵州省情的稻种资源保存途径,建立了以高原异生境繁种为基础、国家种质库为保障的遗传资源保存保护工作体系。对目前贵州稻种资源研究中存在的主要问题和今后工作的重点与发展方向进行了讨论。

筛选和转化药用野生稻TAC克隆获得耐旱水稻

【目的】利用分子生物学技术建立一种可有效转移药用野生稻有利基因的方法,为进一步大量开展利用药用野生稻有利基因提供技术基础。【方法】以植物抗性相关转录因子AP2/EREBP和bZIP家族基因保守序列为探针,采用同位素α-32P对探针进行标记,通过Southern杂交对药用野生稻TAC文库进行第一轮筛选;所获得阳性克隆用地高辛标记的探针进行第二轮筛选;最后利用PCR方法对第二轮筛选所获得的阳性克隆进行验证。通过农杆菌介导法将阳性克隆转入栽培稻品种日本晴,利用TAC载体插入片段两端的抗性标记Hpt和SacB,通过PCR扩增检测和和Southern杂交对转化植株进行鉴定。采用PEG胁迫法和生理指标变化对转基因T2植株的芽期、苗期耐旱性进行鉴定。【结果】第一轮TAC文库筛选共获得1 073个阳性克隆,其中,以AP2/EREBP的保守序列为探针筛选出606个、bZIP为探针筛选出467个。对这些阳性克隆进行第二轮筛选,从中共获得147个阳性克隆,其中,AP2/EREBP为探针筛选出95个、bZIP为探针筛选出52个。PCR验证有103个阳性克隆能够扩增出目的片段,分别是利用AP2/EREBP设计的引物筛选出63个克隆和bZIP的40个克隆,阳性克隆得率分别为66.32%和76.92%。通过农杆菌转化,以编号为52D-M16和22D-P2(与AP2/EREBP相关)以及55R-A17、49R-O14和8-A24(与bZIP相关)的克隆转化水稻日本晴均获得转化植株,转化试验结果发现外源插入片段越大则克隆转化的成苗率越低。抗性鉴定、PCR和Southern杂交结果均证明外源片段已转入受体水稻品种日本晴中。芽期抗旱性鉴定表明R12-23、R15-41和R1-8 3份材料的耐旱性优于受体日本晴,苗期鉴定显示M63-9和R12-23的耐旱性较强。综合认为,R12-23具有较好的耐旱性。【结论】通过构建药用野生稻TAC文库并结合特异克隆筛选和遗传转化方法,可以进行有利基因的转移,结合进一步的育种,有望实现药用野生稻在育种上的利用。

亚洲栽培稻与AA染色体组稻种的可交配性及F_1杂种育性分析

从可交配性和F1杂种育性两方面对亚洲栽培稻与AA染色体组(以下简称AA组)其他7个稻种的系统关系进行了分析。结果表明:栽培稻籼、粳亚种与AA组不同稻种杂交均具有一定的结实率,可交配性不是影响亚洲栽培稻与其他AA组稻种间基因交流的主要生殖障碍。亚洲栽培稻与普通野生稻及尼瓦拉野生稻种间F1花粉育性和小穗育性有不同程度分化,与其他稻种的F1花粉育性和小穗育性均很低,F1杂种不育是AA组内基因交流的主要障碍。综合可交配性和F1小穗育性两方面的因素,初步得出:亚洲栽培稻与AA组稻种的亲缘关系由近及远依次是:普通野生稻、尼瓦拉野生稻、南方野生稻、展颖野生稻、非洲栽培稻、长雄蕊野生稻和短舌野生稻。其中普通野生稻和尼瓦拉野生稻是AA组中可直接利用于水稻育种的野生稻资源。

栽培稻与高州普通野生稻耐铝性的比较研究

【目的】研究栽培稻品种耐铝性及高州普通野生稻耐铝性的特点,明确供试品种中的耐铝品种和铝敏感品种,以及野生稻中的耐铝材料,为定位来自高州普通野生稻的耐铝基因奠定材料基础。【方法】以Al3+浓度为25、50和100μmol·L-1的简单钙溶液处理1d后的苗期种子根或野生稻离蘖茎新生根相对根伸长量(relative root elongation,RRE)的大小评价材料的绝对耐铝性,以各材料的RRE与耐铝性对照品种日本晴的RRE之比作为相对根伸长比衡量材料的相对耐铝性。【结果】供试品种间、不同Al3+浓度、不同处理时间对水稻种子根相对根伸长量RRE的影响均存在显著差异(P<0.0001);综合来看,日本晴、L202、辽粳944和88B等为耐铝品种;以Al3+浓度为50μmol·L-1的简单钙溶液处理1d后的RRE为指标衡量不同基因型材料的耐铝性是可靠的。广东高州普通野生稻种子根在Al3+浓度为50μmol·L-1简单钙溶液处理1d后RRE值表明,材料之间的耐铝性存在极显著差异(P<0.0001)。有55个编号材料的RRE≥0.50,为耐铝性材料。与栽培稻耐铝对照品种日本晴相比较,以50μmol·L-1Al3+浓度的简单钙溶液处理1d后RRE值大于日本晴(RRE=0.6198)的供试野生稻有37个编号(GZW020的RRE最大,为1.8730)。对高州普通野生稻离蘖茎新生根以Al3+浓度为50μmol·L-1溶液处理1d后RRE的比较,发现RRE≥0.50的耐铝性材料有13个。相关性分析表明,相同编号的野生稻其种子根RRE和离蘖茎新生根的RRE之间具有极显著的相关性(R=0.76012,P=0.0041)。认为高州普通野生稻材料蕴藏有耐铝的基因,随后在以栽培稻铝敏感品种华粳籼74为受体、耐铝野生稻GZW087为供体的BC3F2世代19个株系的耐铝性检测中发现2个株系具有耐铝性,表明来自野生稻亲本的耐铝性传递到了回交后代。【结论】水稻品种间耐铝性存在显著差异,广东高州普通野生稻有丰富的耐铝特性,这为定位其耐铝基因及创新水稻耐铝资源奠定了重要的材料基础。

小粒野生稻导入系子粒大小和形状的QTL定位

通过AB-QTL分析法,应用Windows QTL Cartographer 2.5软件,于2009～2010年分别在武昌和南宁对一套小粒野生稻（Oryza minuta）导入系的子粒大小、粒长、粒宽与子粒长宽比进行QTL定位.2009年检测到18个QTLs,其中千粒重、粒长、粒宽和子粒长宽比分别检测到6、4、5和3个QTLs,单个QTL可解释表型贡献率的5.18％～21.33％;2010年检测到12个QTLs,其中千粒重、粒长、粒宽和子粒长宽比分别检测到6、2、2和2个QTLs,单个QTL可解释表型贡献率的6.68％～16.55％.两年均检测到的QTLs共有10个,其中4个新鉴定的QTLs的表型贡献率较大,分别为qTGW-9.2、qTGW-12、qGL-9和qGW-12,其增效基因均来自于小粒野生稻.这些携带有利QTL的小粒野生稻导入系是进行水稻（Oryza sativa）产量和品质改良的优良材料.

育成巨胚稻与其亲本的糙米粒型性状和矿物质含量的比较分析

为了揭示育成巨胚稻、引进的粳型巨胚稻和籼型常规稻亲本的糙米粒型性状和矿物质含量的差异,分析了3类水稻的糙米粒型和胚性状指标,检测了糙米中6种重要矿物质的含量。结果表明:(1)所有巨胚稻的胚大小约为常规非巨胚稻的4倍,笔者育成的巨胚稻遗传了其巨胚稻亲本的巨胚性状,也保留了其常规非巨胚稻亲本的粒型特征;巨胚稻糙米粒重的增加有利于增加绝对胚重,但与相对胚重呈显著负相关性;(2)与‘91-308’相比,4种巨胚稻糙米中钾、镁、钙、铁、锰、锌等矿物质的含量大多数都有大幅度的增加,其平均增加幅度分别为30.2%、9.4%、75.8%、8.3%、58.3%、23.0%;育成巨胚稻糙米的钾、镁和钙含量比其巨胚稻亲本有所增加。结论:杂交选育过程中,育成巨胚稻保持了其常规稻亲本的籼型粒型特征,遗传了粳型巨胚稻亲本的巨胚和高矿物质含量特性。

药用野生稻杂交后代对稻瘟病的抗性

以Tetep、B40为抗、感对照品种,采用自然诱发,鉴定药用野生稻(Oryza officinalis Wall.)与栽培稻(Oryza sativa L.)杂交后代对稻瘟病的抗性。结果表明,以黑选A为母本与药用野生稻杂交的后代A_(C-1)、A_(C-2)、A_(C-3)叶瘟病级严重度均为3级,病斑孢子层级均为1级,与药用野生稻亲本一致,表现中抗;但杂交后代AC-4发生分化,其叶瘟病级严重度达7级,病斑孢子层级为5级,与母本黑选A一致,表现感病。

普通野生稻与栽培稻杂交后代部分材料的RAPD分析

为了将云南元江普通野生稻的部分优良性状转移到常规栽培稻合系35中,以这2种材料为杂交亲本获得了100多个BC2F3株系,并利用RAPD分子标记技术进行了早期选择辅助分析。在株高和结实率2个性状的多样性分析中,5个引物分别扩增出了47和58条带,多态条带比率(PPB)分别为74.47%和86.21%,Nei’s平均多样性指数分别为0.3085和0.2921。在分蘖率遗传多样性的分析中,10个引物共扩增出129条带,其中有124条为多态条带,多态条带比率(PPB)达96.12%。Nei’s平均多样性指数为0.2464。结果表明,RAPD标记技术能有效地指导田间的育种选择。通过该技术发现了1株材料具有较大的变异,应在以后的育种中给予高度重视。

“野生稻”转性研究：日本学者的利弊得失

有关稻作文化起源的研究,日本学者确实做出了难能可贵的贡献。但日本学者将"野生稻"从根茎繁殖转为靠种子繁殖归因于纯自然因素作用的结果,完全忽视了人的主观能动性在这一历史过程中的关键作用,颠倒了内外因主次关系的理解。因此,有必要对日本学者关于"野生稻"转性的研究进行梳理并加于解读,澄清其利弊得失,从而推动稻作文化起源研究的深入。

普通野生稻花器性状及异交结实性分析

以7个普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)和3个栽培稻(Oryza sativa L.)为材料,研究普通野生稻的花器性状和异交结实率及其相关性。结果表明,普通野生稻的花药长度和宽度、柱头长度和宽度及花粉量均比栽培稻大,但其花粉粒大小、花粉活力、花粉可育度和套袋自交结实率均比栽培稻小。相关分析结果表明,普通野生稻的花药长度与花药宽度、花粉量与花药宽度、柱头长度与柱头宽度、柱头宽度与花柱夹角分别呈显著正相关,花粉可育度与花粉活力呈极显著正相关;普通野生稻与栽培稻的异交结实率与其花器性状和套袋自交结实率之间无显著相关性。

根际氮氧互作对直播水稻根系特征和群体质量的影响

采用直播模式,对不同施氮量条件下的水稻(Oryza sativa L.)根际追施过氧化钙增氧,考察水稻根系特征及产量形成规律。结果表明,1随施氮量降低,增氧可提高水稻产量的增加幅度,理论产量分别提高3.1%、6.4%和9.8%;2水稻增氧后根表面积显著增加,其中LNA较LN增幅最大,达31.7%;3增氧后水稻根系伤流强度不同程度增加,其中灌浆期MNA较MN提高37.7%;4HNA较HN齐穗期LAI降低,而灌浆期、收获期增加,其余处理在不同生育时期增氧后的LAI均提高,尤其LN的提高幅度最大。可见,低氮水平下增氧可提高根系形态和根系活力,减缓LAI降低;随施氮量降低,增氧的增产效果提高。

不同黑稻品种黑米和谷壳的花青素产量及其抗氧化性比较

该研究以5个黑稻品种籽粒为材料,通过单因素实验探究树脂吸附法中各因素对黑米花青素纯化效果的影响,优化花青素纯化工艺,比较分析对不同黑稻品种黑米和谷壳的花青素纯化后的产量;采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)法比较其抗氧化活性,并采用PCR方法检测花青素生物合成代谢途径中关键结构基因,以明确不同黑稻品种中黑米和谷壳花青素产量及其抗氧化特性,为黑稻花青素开发利用提供技术支撑。结果表明:(1)黑稻花青素提取液的最佳纯化条件为:静态吸附平衡时间4 h,解吸时间1.5 h,吸附液pH为2.5,温度30℃,70%乙醇洗脱。(2)黑稻黑米中花青素产量最高的品种是‘辐黑香糯’(213μg/g),谷壳中花青素产量最高的品种是‘固城黑糯’(226μg/g),且‘固城黑糯’黑米和谷壳的总花青素产量最高(432μg/g)。(3)黑米花青素的DPPH清除率为65.1%,黑色谷壳花青素的DPPH清除率为73.7%,每克黑米和黑色谷壳的花青素冻干粉对DPPH自由基清除能力分别相当于3.694和4.208 mmol维生素E,谷壳花青素抗氧化能力比黑米花青素高13.9%。(4)对5个黑稻品种的花青素合成途径的5个关键基因检测发现,仅‘矮血糯’中无黄酮-3′-氢化酶基因(OsF3′H),而且其谷壳中的花青素产量(125μg/g)也显著低于其余4个品种,表明OsF3′H基因可能与黑稻谷壳的花青素含量有关。

气候因子对稻米品质形成及其影响机制的研究进展

稻(Oryza sativa L.)米品质形成除受遗传因素影响外,气候因子发挥着很大作用,不仅直接影响稻米充实度、干物质积累速率及花粉育性,同时也对子粒淀粉合成相关酶活性有显著的调控效应,进而影响稻米品质形成。综合分析温度和光照两个主要气候因子对碾米品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质的影响,结果表明,日平均温度低,昼夜温差大,光照度强和日照长度短有利于稻米整精米率和胶稠度提高,垩白率和垩白度降低,蛋白质减少;日平均温度高,昼夜温差小,光照度弱和日照长度短有利于碱消值和直链淀粉减少。在生产上,针对不同的气候条件,选择抗逆性强的水稻品种,耐高温、高光照或低温;加强天气预测,根据水稻灌浆结实期可能发生的天气状况,人工调节移栽日期以避过不利天气状况,同时配以合适的栽培管理措施以提高稻米品质。

OsI2基因的克隆及其植物表达载体的构建

在旱稻IRAT109干旱胁迫下cDNA芯片分析结果的基础上,通过RT-PCR,5'-RACE及3'-RACE方法,从IRAT109总RNA中扩增得到了干旱胁迫下芯片表达谱中上升表达强度第二的基因全长序列,命名为OsI2,全长有523bp,并对基因序列结构进行了分析。该基因与全长cDNA文库中的CT836140.1有99%同源。OsI2基因编码产物对应1个包含57个氨基酸的开放阅读框(ORF),为一功能未知蛋白。其编码产物也可能对应两个中间相隔19bp的较小ORFs(43个氨基酸和42个氨基酸),都是功能未知的蛋白。在pBI121载体的基础上,将OsI2基因与CaMV35S连接成功构建了pBI121-OsI2植物表达载体,为进一步研究其功能创造了条件。

多年生长雄蕊野生稻感光性的遗传分析

非洲的长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)具有多年生、抗病、抗虫、耐寒、耐旱等优良特性,可用于栽培稻的遗传改良。但其感光性强,长日照下不抽穗。为了在分子标记辅助育种过程中排除不需要的强感光性,须先找到长雄蕊野生稻中控制感光性的QTL。感光性是指水稻受日照长短的影响而改变其抽穗期的特性。抽穗期作为水稻重要的农艺性状,与产量有着密切的联系。本研究以长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)为父本,栽培稻巴利拉(Balilla)为母本杂交构建的F2群体为研究材料。对F2群体的抽穗期性状进行QTL定位分析,共得到6个控制水稻抽穗期的QTL,这些QTL分别位于第2号、第4号、第8号和第9号染色体上。在两年长日照下的F2群体中都检测到第8号染色体上的qDTH-8-1位点,但短日照下未检测到该位点,说明其跟感光性相关。qDTH-8-1是一个主效位点,对抽穗期表型贡献率最大,其中包含已被克隆的DTH8/GHD8基因。此外,我们还检测到另外4个已被定位但未被克隆的位点qDTH-4-1、qDTH-8-2、qDTH-9-1和q DTH-9-2,他们在本群体中的效应不大。结果表明,长雄蕊野生稻的感光性主要由qDTH-8-1控制,育种后代中要注意检测该位点的基因型。通过检测长雄蕊野生稻中的抽穗期QTL并进一步克隆到基因,这有助于深入了解野生稻强感光性的遗传机理,为水稻品种改良提供基因资源。