气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics,Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。

香型优质高产杂交稻新品种野香优669的选育与应用

【目的】选育产量、米质和抗性相协调的香型优质水稻新品种。【方法】利用亲本间的遗传多样性和农艺性状的互补性,以高产、高配合力的父本福恢669与香型、优质、抗病的不育系野香A杂交,结合多生态点抗性鉴定、高温逼熟后品质分析、多年多点品比试验等相结合。【结果】选育出优质、高产、抗病,株叶态协调的杂交稻品种野香优669。2019–2020年参加福建省中稻区域试验,全生育期两年平均139.8 d,比对照II优3301早熟1.1d,产量平均9363 kg·hm^(-2),比对照增产2.24%,未达显著水平。两年稻瘟病抗性鉴定综合评价为抗稻瘟病,稻米品质达部颁一等优质食用稻品种品质标准,2021年通过福建省农作物审定委员会审定(闽审稻20210014)。野香优669聚合了来自双亲的22个有利基因,其中6个为单方携带,16个为双亲均携带。【结论】野香优669产量高、抗性强、品质好、口感佳,在生产上大面积推广应用,是福建省农业主推品种之一。

两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收利用特性

探明不同产量水平下超级杂交稻的氮素吸收利用特性,可为我国西南稻区超级杂交稻高产栽培和育种提供理论和实践依据。以2个超级杂交稻品种(‘德优4727’‘泸优727’)和2个高产常规稻品种(‘金农丝苗’‘黄华占’)为材料,于2018—2020年在四川省德阳市(高产点)和泸州市(中产点)两个生态点进行大田和盆栽试验,研究两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收、转运及利用效率的差异。结果表明:大田条件下不同生态点间超级杂交稻产量、氮素吸收积累利用特性差异显著。高产点超级杂交稻产量、氮肥偏生产力较中产点分别增加8.3%~23.2%、8.3%~23.1%。高产点超级杂交稻播种(SO)—幼穗分化(PI)、PI—齐穗(HD)阶段氮素吸收量和氮素吸收速率(除2018年幼穗分化—齐穗外)均高于中产点,HD—成熟(MA)阶段仍保持较高的氮素吸收量。高产点超级杂交稻成熟期氮素总吸收量较中产点增加15.6%~33.7%。尽管高产点超级杂交稻氮素收获指数较中产点平均增加4.6%(2018年除外),但成熟期仍有大量氮素滞留在超级杂交稻的秸秆中,造成高产点氮素籽粒生产效率较中产点平均减少11.3%。方差分析表明,盆栽条件下土壤、土壤×地点、土壤×品种互作对超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率影响不显著。高产点盆栽超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率变化趋势与大田试验相似。高产点SO—PI平均温度高于中产点,HD—MA平均温度低于中产点;高产点SO—PI、PI—HD和HD—MA太阳辐射积累量(除2018年PI-HD外)均高于中产点。相关分析表明,高产点籽粒产量与PI—HD氮素吸收量、氮素收获指数呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI的氮素吸收量和平均温度呈显著负相关。中产点籽粒产量与氮素籽粒生产效率、总吸氮量呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI和HD—MA的平均温度呈显著负相关。因此,不同产量水平超级杂交稻产量和氮素吸收利用特性差异主要与不同生育期内的平均温度和太阳辐射有关。

籼粳亚种间育性位点分型及籼粳杂交稻育性位点模式研究

【目的】了解我国籼稻、粳稻材料及籼粳杂交稻组合中亚种间育性位点的分布,建立实现亚种间育性亲和所需遗传位点模式,探索新的籼粳杂交稻组合模式,为亚种间亲和材料改良和籼粳育性亲和分子设计育种打下基础。【方法】通过筛选得到育性位点的籼粳分型标记对我国水稻材料进行育性位点的籼粳分型检测,挑选部分籼稻、粳稻亲本进行杂交并统计分析F1代花粉育性和结实率。【结果】籼稻和粳稻之间在所有育性位点均存在少量相互渗入。由于籼稻育性位点渗入,粳稻可以分为Ⅰ型(所有位点均为粳型)和Ⅱ型(Sc^(i)、Sd^(i)和Se^(i),上标i代表来自籼稻)。S5不亲和时籼粳杂交稻结实率约为50%,亲和时结实率约为80%。Sa、Sb、Sc或Sd单个位点杂合对于花粉育性影响较小,但Se/pf12/RHS12单个位点杂合时显著降低花粉育性。籼粳杂交稻材料检测结果表明其育性位点的基本模式是S5和部分花粉育性位点纯合/亲和。带有S5^(n)的籼稻两系不育系深08S与粳稻Ⅱ型材料的杂交F_(1)代的花粉育性和结实率正常。【结论】S5是控制雌配子育性的核心位点。影响雄配子育性的位点具有累加效应,其中Se可能是不可缺少的重要位点。S5+Se与Sa、Sb、Sc、Sd任意两个纯合位点可能是实现籼粳亚种间育性亲和的基本遗传位点模式。以广亲和两系籼稻不育系为母本,常规粳稻为父本的“籼不粳恢”籼粳杂交模式是一个可行的亚种间组合模式。

基因型与高温环境互作对杂交水稻整精米率的影响

为了提高高温伏旱区水稻的整精米率,以3个不育系(椰香A、沪旱82S、川康606A)与5个恢复系(泸恢107、泸恢127、泸恢276、泸恢1156、泸恢6150)配制的15个杂交中籼组合为材料,分别于2021、2022年早季和晚季种植,稻谷收获后分别采用40℃和80℃干燥,研究杂交水稻基因型与环境互作对整精米率的影响。结果表明,水稻生长期温度和稻谷干燥温度对整精米率的影响大,2021年水稻灌浆期气温正常,其整精米率(平均48.92%)比2022年(平均17.39%,罕见高温年景)高181.00%,稻谷干燥温度40℃处理平均整精米率(45.94%)比80℃处理(20.37%)高125.00%;恢复系对整精米率影响次之,泸恢6150所配组合整精米率最高,平均比其他恢复系所配组合高13.85%~25.34%;不育系对整精米率影响较小,其中椰香A所配组合整精米率最高,平均比其他不育系所配组合高8.97%~9.45%;不育系与恢复系的特殊配合力对整精米率影响较大,恢复系的一般配合力显著高于不育系。种植季节对整精米率影响最小,晚季种植比早季种植整精米率仅高2.97%。通过恢复系改良选择对整精米率特殊配合力高的杂交组合,使其处于适宜灌浆期温度下,并采用适宜的温度干燥稻谷,有利于大幅度提高整精米率。

水稻不育系泰丰A创制及其优良品质性状遗传基础研究

针对杂交稻“高产难优质”的瓶颈问题,基于杂种优势群与优势模式,选择华南地区高配合力、高异交率保持系博B和优质丝苗米亲本米31以及长江流域优质抗病早稻浙9248作为育种亲本进行复合杂交,通过穿梭种植生态加压表型鉴定与室内品质鉴定相结合的方法,育成了粒型细长、整精米率高、食味佳的“三高一优”不育系及其保持系泰丰A/B。截至2023年,用泰丰A配组育成泰丰优208、泰优390、泰优1002和泰优398等优质杂交稻共计92个。其中,80.4%的米质达到国(部)标优质3级以上标准,18个品次获得国家或省级优质稻食味鉴评金奖和银奖,2个品种被农业农村部认定为超级稻,较好解决了杂交稻“高产难优质”的“卡脖子”问题。此外,对控制泰丰A/B重要品质性状的QTLs(基因)进行了分析,发现位于第3、5、6和7号染色体上的gs3、GW5TFB、WxTFB和GW7TFB基因或其所在的染色体区段是泰丰A/B品质表现优异的重要遗传基础。

华南晚籼杂交稻叶片SPAD值及其一般配合力和遗传效应的动态变化

本研究旨在揭示华南晚籼杂交稻叶片SPAD值一般配合力及遗传参数的动态变化规律,为华南杂交水稻的高产高效新品种培育提供相关的科学依据。以华南地区生产上广泛应用的3个籼稻不育系和6个籼稻恢复系配置了18个不完全双列杂交组合,分析不同发育阶段叶片SPAD值及其一般配合力及遗传效应的动态变化规律。结果表明:杂种及其亲本叶片SPAD值移栽后呈逐渐下降趋势,于幼穗分化期(栽后43或50 d)达到最低点,始穗期(60 DAT)后快速下降。不同组合以及同一组合在不同发育时期叶片SPAD值存在较大差异。灌浆结实期至蜡熟期,‘荣丰A’、‘五丰A’、‘华占’和‘广恢308’及其相应组合叶片SPAD值下降较快,而‘明恢63’和‘桂99’及其相应杂交组合依然保持相对较高的SPAD值,并与亲本SPAD值一般配合力的动态变化相一致。除分蘖始期叶片SPAD值以特殊配合力为主外,达70.76%,其余发育阶段叶片SPAD值均以一般配合力起主导作用。杂种叶片SPAD值在生殖生长阶段的遗传力(21.90%~63.89%),显著高于其营养生长阶段的遗传力(8.02%~14.79%);其遗传效应以加性效应为主,同时存在显性或/和上位性效应,始穗期至抽穗扬花期的显性或/和上位性效应增大,达18.37%和22.02%。发育前期和中期,叶片SPAD值受环境条件影响较小,后期则较大地受到环境条件影响。

杂交水稻新组合卓两优1126百亩片单产17.79 t/hm^(2)超高产栽培技术

卓两优1126是湖南杂交水稻研究中心和湖南农业大学用小粒不育系卓201S与大粒恢复系R1126选配而成的强优势新组合。该组合株叶形态好,剑叶挺直,穗层相对较低,根系发达,穗大粒多,结实率高,稻米品质好,具有优异的抗倒伏能力和较大的高产潜力。同时,该组合的小粒型不育系可进行轻简机械化制种,实现杂交水稻种子生产全程机械化,降低种子成本,促进水稻生产方式转型。2023年卓两优1126在云南省蒙自市进行百亩超高产攻关示范,平均单产达17.79 t/hm^(2)。本文详细阐述了卓两优1126百亩片单产17.79 t/hm^(2)超高产栽培技术,并提出栽培种植过程中获取高产的关键措施。

优质超级稻新品种荃优212的选育与应用

荃优212是福建省农业科学院水稻研究所利用自育的优质抗稻瘟病恢复系福恢212与安徽荃银高科种业股份有限公司选育的荃9311A配组育成的中籼杂交稻新品种,米质达部颁一等优质食用稻品种品质标准,2018年通过福建省农作物品种审定,2021年被农业农村部确认为超级稻品种,是目前福建省选育的超级稻品种中首个米质达部颁一等优质食用籼稻品种品质标准的品种,2023年荃优212通过国家农作物品种审定。介绍了恢复系福恢212的选育过程和配制杂交稻荃优212的种植表现。

甬优籼粳杂交稻作再生稻种植的再生特性及产量形成分析

为探究甬优籼粳杂交稻作再生稻种植时的再生特性及产量形成特点,以生产上应用广泛的甬优籼粳杂交稻品种甬优1540和甬优4949为试验材料、籼型杂交稻品种隆两优534为对照材料作再生稻种植进行了田间试验。结果显示:籼粳杂交稻和籼型杂交稻2个类型品种的再生特性存在显著差异;籼粳杂交稻甬优1540和甬优4949的优势再生节位为低节位的倒5节和倒4节,2个节位的再生苗有效穗占比之和分别为81.9%和68.9%,产量贡献率之和分别为89.6%和72.5%;2个节位再生稻的穗长、每穗粒数显著高于倒3节和倒2节,并呈现出从下往上节位逐步变小的趋势;而籼型杂交稻品种隆两优534的优势再生节位则是高节位的倒2节和倒3节,2个节位的有效穗占比和产量贡献率之和分别为71.5%和72.5%;甬优4949头季稻收割后1~7 d内的再生苗的成穗率、有效穗占比和产量贡献率分别为89.4%、74.6%和79.2%,均显著高于收割后8~12 d和12 d以上的再生苗;甬优1540和甬优4949再生稻的穗长、每穗粒数均要显著大于隆两优534,产量分别增产21.6%和17.3%。结果表明甬优籼粳杂交稻的低节位强再生力和再生苗穗大粒多的再生特性是其作再生稻种植时易获得高产的主要因素。

水稻小粒不育系新组合卓两优1126的高产特征

[目的]挖掘杂交水稻产量潜力,培育超高产品种,既是一道科学难题,也是“藏粮于技”安全战略。本研究旨在解析小粒不育系卓201S配组的杂交稻卓两优1126高产形成规律,为优质高效超级杂交稻培育提供理论支撑。[方法]2022年选用小粒不育系新组合卓两优1126和对照品种超级稻两优培九、Y两优900和湘两优900为试验材料,在湖南省隆回县统一高产栽培,系统比较卓两优1126与其他3个超级杂交稻产量及其产量构成、干物质积累、根系发育和抗倒性,探究小粒不育系新组合卓两优1126高产特征。[结果]卓两优1126产量极显著高于对照,较超级杂交稻第1期代表品种两优培九增产35.07%,较超级杂交稻第4期代表品种Y两优900增产17.84%,较超级杂交稻新代表品种湘两优900增产14.52%。卓两优1126产量的提高主要原因是在保持稳定千粒重和结实率基础上,通过平衡有效穗数与每穗粒数使群体总颖花数显著提升。与对照相比,卓两优1126单茎地上部干质量、根干质量和根冠比均极显著高于对照,表明卓两优1126根系具有显著的生长优势,能够很好地协调植株地下和地上部分的生长,有助于超高产的形成。卓两优1126株高适中,基部3节间总长和穗下节间长度都极显著高于对照,但基部第2节间的弯曲力矩和抗折力与湘两优900的差异未达到显著水平,卓两优1126在增加株高的同时保持了较强的抗倒性。卓两优1126耐低氮,稻米品质综合评级为部标优质2级,极端高温下较对照Y两优1928增产5.53%。[结论]卓两优1126在保持稳定的千粒重和结实率基础上,通过平衡有效穗数与每穗粒数使群体总颖花数显著提升,从而实现超高产。卓两优1126亲本间粒型存在显著差异,可以实现父母本混播混收的全程机械化制种,降低种子生产成本。另外,小粒型不育系千粒重仅为常规不育系的1/2,在制种产量保持不变的前提下,单位制种面积的杂交稻种子粒数比普通不育系多1倍,大幅降低杂交稻的用种成本。因此,以卓两优1126为代表的“小粒种高产稻”模式,能为解决杂交水稻当前困境提供新思路,是新的发展方向。

不同灌溉模式对籼粳杂交稻甬优1540产量与水分利用效率的影响

旨在探讨不同灌溉模式对籼粳杂交稻甬优1540产量与水分利用效率的影响,并阐明其相关生理基础。本研究以甬优1540为材料,设置了3种灌溉模式,即长淹灌溉(continuous flooding,CF)、轻度干湿交替灌溉(alternate wetting and moderate drying, AWMD)以及重度干湿交替灌溉(alternate wetting and severe drying, AWSD)。研究结果表明,与CF相比, AWMD与AWSD均能显著提高水分利用效率,增幅分别为22.6%~25.6%与18.2%~23.1%;AWMD可以显著提高水稻产量,增幅为8.6%~10.0%,而AWSD则显著降低水稻产量,降幅为6.0%~7.5%。与CF相比, AWMD显著降低了拔节期水稻的茎蘖数、地上部干物质重、叶面积指数、移栽至齐穗期的光合势以及移栽至拔节期的作物生长速率,但显著提高了茎蘖成穗率、拔节至齐穗期的作物生长速率、主要生育期水稻根长密度、深根比、比根长、根系总吸收表面积与活跃吸收表面积,以及灌浆后2次土壤复水期的剑叶净光合速率、根系氧化力、根系与叶片中玉米素和玉米素核苷(Z+ZR)含量、籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性等指标。以上结果表明, AWMD可以协同提高甬优1540产量与水分利用效率,优化根-冠生长发育特征,提高灌浆期植株生理活性,实现高产与水分高效利用,为本研究最佳水分管理模式。

我国南方地区水稻投入与产出、利润关系的解析——以江西省进贤县为例

于2023年采用田间地头访谈和调查问卷的方式,在江西省进贤县选取5个乡镇,调查了水稻生产中种子、化肥、农药、水电、改良剂、有机肥、机械等投入因素及产出情况,并通过回归拟合方法解析了水稻投入与产出、利润的关系。结果表明:当地93.1%的农民对水稻生产的投入总成本过高,95.1%的农民过量施用化肥且钾肥施用不足,超过80%的农民过量施用农药;过度投入的增产效果不明显,反而降低利润;相对于常规稻,杂交稻平均产出显著提高了21.1%,但杂交稻在早稻生产中的占比不足1/3;施用土壤改良剂石灰可以减少农药投入,从而提高利润33.4%,但仅有不到20%的农民施用石灰。基于上述研究结果,提出了相应的建议。

机械直播杂交籼稻高产群体共性特征研究

【目的】阐明机械直播杂交籼稻高产群体的共性特征,构建规范化的机直播杂交籼稻品种鉴选方法和指标体系。【方法】以11个杂交籼稻品种为试材,研究机直播对不同杂交水稻品种群体质量及产量的影响,探讨机直播高产群体共性特征及其与产量间的关系。【结果】与中产、低产类型品种相比,高产类型品种的两年平均产量分别显著提高了2.77%~9.63%和11.19%~18.31%。高产类型品种拔节期、齐穗期及成熟期地上部干物质累积量分别显著提高27.78%~58.62%、15.38%~32.35%及18.23%~34.32%,收获指数显著提高了24.25%~34.84%,齐穗期高效叶面积指数(LAI)显著提高了37.92%~85.43%,上三叶片较长(剑叶34.17~42.17 cm、倒2叶46.23~50.30 cm、倒3叶55.17~59.23 cm),倒2叶(1.67~1.93 cm)、倒3叶(1.40~1.53 cm)较宽,N1、N2、N3(基部至穗顶第1、2、3节间)节间长度分别缩短了12.06%~47.34%、14.02%~15.85%、1.97%~14.21%,而N4、N5(基部至穗顶第4、5节间)节间分别增加了6.86%~9.95%、6.68%~7.86%。相关分析表明,机直播条件下,各生育时期地上部干物质量、LAI、剑叶长和宽、倒2叶和倒3叶长,宽以及张角(茎秆和叶片平直部分的夹角)与稻谷产量及其构成因素密切相关。尤其以齐穗期高效LAI、倒2叶宽、剑叶长与产量相关性达极显著水平(r=0.910^(**)~0.927^(**))。【结论】增加齐穗期高效LAI(6.04~7.19),并注重协同提高剑叶长(34.17~42.17 cm)与倒2叶宽(1.67~1.93 cm),是机械直播杂交籼稻高产的共性规律。

施氮量与移栽密度对小粒型杂交水稻产量形成的影响

【目的】明确小粒型杂交稻的产量形成特性。【方法】以卓两优0985(小粒型杂交稻)和丰两优4号(对照)为材料,在不同施氮量(0,N0;180 kg/hm^(2),N1;210 kg/hm^(2),N2)和密度(26.7 cm×20.0 cm,D1;20.0 cm×20.0 cm,D2;20.0 cm×16.7 cm,D3)条件下开展大田试验。【结果】两品种LAI、叶片SPAD值随施氮量增大而提高,N1与N2差异不显著,但显著高于N0处理;两品种茎鞘物质输出率随施氮量增大而下降,而叶片物质输出率表现相反;两品种产量随施氮量增加而提高,但N1与N2间差异不显著,不同密度处理下一般以D2处理较高;N0处理下卓两优0985产量显著高于对照品种,而施氮条件下两品种产量相当。【结论】卓两优0985产量形成特性为叶面积较小、穗粒数较多、库源比较大,灌浆中后期光合优势明显,花后物质积累量与茎叶物质转运率、经济系数较高,不施氮条件下具有较高产量等。本研究条件下,卓两优0985以N1D2(180 kg/hm^(2)、20 cm×20 cm)为最佳处理。

基于杂交水稻叶片SPAD值的氮素营养诊断模型的初步构建

为探明水稻叶片SPAD值的最佳测定叶位和最佳的SPAD值次级指标,并构建基于水稻叶片SPAD值的氮素营养诊断模型,开展以品种为主区,氮肥施用量为副区的双因素裂区设计试验。参试品种为Q优6号和宜香优2115,氮肥施用量设5个水平(纯N 0、75、150、225、300 kg/hm^(2)),分析叶片的敏感性、代表性和稳定性,并探讨SPAD值次级指标与施氮量和叶片含氮量之间,及叶片氮积累量与叶片含氮量和产量之间的关系。结果表明,叶片敏感性、代表性和稳定性大小顺序分别为L4(顶4叶)>L3(顶3叶)>L1(顶1叶)>L2(顶2叶)和L3>L4>L2>L1、L2>L3>L4>L1,可见,L3、L4可作为氮素营养诊断的共同理想指示叶。选择L3、L4的SPAD值几何平均数(GMSI34)作为最佳的SPAD值次级指标。由叶片氮积累量与产量和叶片含氮量的抛物线方程、一元线性回归方程,GMSI34与叶片含氮量的指数方程,求得拔节期、孕穗期、抽穗期的SPAD值次级指标的临界值(GMSI34_(临))分别为48.5、44.3和42.9,与实际获取的GMSI34实相比较,若GMSI34_(实)-GMSI34_(临)<0时,则表明水稻缺氮,需要追氮,若GMSI34_(实)-GMSI34_(临)≥0,则表明水稻氮营养充足,无需追氮。综上,基于杂交水稻叶片SPAD值的氮素营养诊断模型,可为杂交水稻高效氮肥管理提供技术支持。

海南两系杂交稻制种适宜区域与时段选择

掌握两系杂交稻在海南制种的气象灾害风险,是科学合理安排两系杂交稻制种生长期的重要依据。针对两系杂交水稻制种过程中的3个关键阶段(育性敏感安全期、抽穗扬花授粉安全期和灌浆安全期)的气象灾害概率进行分析,通过数据分析和实例验证得出各地区制种的安全时段,以及需重点考虑的气象灾害。海南两系杂交水稻育性敏感安全期可安排在3月上旬至4月中旬,三亚、陵水地区从3月上旬开始;乐东、东方、昌江从3月下旬至4月上旬开始;临高在4月中旬至下旬左右,不同界限温度变化略有先后。各地花期的阴雨天气较为随机且概率较小;临高、昌江地区制种重点关注灌浆安全期干热风等危害,提早播种。目前海南水稻制种区域和时段合理,可根据不育系材料不育起点温度阈值和耐受低温时间长短,适当调整播种时段。

福建两系杂交稻制种安全高产的精细气候适宜性区划

利用福建省67个国家气象观测站1971-2020年气象资料以及地理信息资料、两系杂交稻制种基地调查资料,构建了两系杂交稻制种育性转换敏感期气候风险模型与风险等级指标、扬花授粉期天气综合危害指数模型与等级指标两个安全期气候区划指标,选择不育系育性转换起点温度23℃开展研究,基于两系杂交稻制种气候适宜性分区等级标准,采用多层复合方法,开展基于GIS的福建省两系杂交稻制种安全高产精细气候适宜性区划。结果表明:育性敏感期安排在7月上旬-下旬、7月中旬-8月上旬,扬花授粉期安排在8月上旬-中旬,适宜区分布在福建北部、西南部等县市海拔300m以下的区域,次适宜区分布在福建北部、西南部等县市海拔300-500m的区域;育性敏感期安排在7月下旬-8月中旬、8月上旬-下旬,扬花授粉期8月下旬-9月上旬,适宜区分布在福建北部、西南部等县市海拔400m以下的区域,次适宜区分布在福建北部、西南部等县市海拔400-500m的区域;育性敏感期安排在7月上旬-8月下旬,扬花授粉期安排在8月上旬-9月上旬,低适宜区分布在海拔500-1000m的区域,不适宜区分布在海拔1000m以上区域。

利用分子检测和基因编辑快速创制籼粳杂种亲和材料

[目的]利用分子检测和基因编辑技术,快速精准创制籼粳人工亲和系材料,打破籼粳杂种不育,为实现远缘杂种优势利用提供新范例。[方法]本研究以优质籼稻‘黄华占’(HHZ)和优质粳稻‘中嘉8号’(ZJ8)为测试底盘,利用分子检测技术,检测HHZ和ZJ8中影响籼粳杂种不育的主效座位基因型,结合基因编辑技术,对影响HHZ与ZJ8杂种F1育性的主效座位进行基因敲除,从而快速精准创建具有高结实率的HHZ与ZJ8籼粳杂种F1。[结果]HHZ与ZJ8杂种F1表现出强大的杂种优势,但其小穗育性为半不育。根据籼粳稻亚种间杂种不育已有认知,通过分子检测,发现该杂交组合存在一个已克隆的杂种不育主效座位S5。为此,本研究利用基因编辑技术,分别敲除S5座位籼稻的杀手基因ORF5+和粳稻的帮凶基因ORF4+,与野生型相比,这些编辑材料的重要农艺性状无明显变化。但这些编辑材料分别与野生型ZJ8和HHZ杂交获得的杂种F1的小穗育性能够完全恢复到全可育。[结论]利用分子检测和基因编辑能实现籼粳杂交育种的理性设计,快速培育出籼粳亲和型材料,最大程度地保留籼粳稻遗传多样性,为突破籼粳杂种不育和实现籼粳杂种优势的充分利用提供了一种新模式。

籼粳杂种不育的遗传分析和候选基因鉴定

[目的]籼粳亚种间杂交F1的育性问题严重阻碍了亚种间杂种优势的利用,探究籼粳杂种不育的遗传机理,挖掘新的籼粳杂种不育调控基因,为促进籼粳杂种结实率遗传改良提供理论依据。[方法]粳稻品种Sasanishiki和籼稻品种Habataki杂交后,采用单粒传法自交10代,获得包含95个株系的稳定遗传重组自交系(RIL),基于Illumina平台,对双亲和RIL进行高通量测序,在全基因组水平分析RIL中Habataki血缘的分布与比例,进而鉴定偏分离区域作为潜在的籼粳杂种不育位点。同时,剖析“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”中典型籼粳稻基因组变异数据,对群体水平进一步验证并趋近目标育性基因区域。最终通过序列比对锁定籼粳杂种不育候选基因。应用CRISPR基因编辑技术进行定点基因敲除,对目标基因进行功能验证。[结果]Habataki和Sasanishiki的杂交F1在穗数、每穗粒数和千粒重上体现出明显的杂种优势,但其结实率显著降低,I2-KI镜检发现F1花粉育性显著降低。RIL的全基因组高通量测序在第1、3、5、6、7和12染色体上检测到明显的偏分离,即该区域的基因型趋向于籼稻Habataki。通过序列比对,进一步确定已知育性基因Sc、S5和HSA1为第3、6和12染色体上偏分离区域的目标基因。应用CRISPR基因编辑技术敲除Habataki中Sc-Haba-3的多拷贝,成功改善了其与Sasanishiki杂交F1的花粉育性和结实率,说明该基因可独立行使功能。同时,在第1染色体的偏分离区域发现Habataki和Sasanishiki之间存在复杂的结构性变异,Sasanishiki基因组中一段24.7 kb包含4个预测基因的片段在Habataki中被一段64.8 kb包含10个预测基因的片段取代,此结构性变异可能参与籼粳杂种育性的调控。[结论]检测到多个籼粳杂种不育相关位点,应用CRISPR基因编辑技术敲除Habataki中Sc的多拷贝成功改善其杂种F1育性,确定其为水稻亚种间育性改良的目标基因。同时锁定了第1染色体Sd区域的目标基因。