水稻化感物质抑草作用机理的分子生物学研究

水稻化感作用是通过水稻植株体向环境中释放化感物质来实现的 .水稻化感物质的主要抑草作用机理有 :抑制杂草种子的发芽 ,影响激素平衡 ,破坏细胞膜系统的完整性 ,影响光合作用和呼吸作用 ,干扰对营养和水分的吸收 ,影响蛋白质合成和基因表达等 .水稻化感作用是由多基因控制的 ,表现为数量性状 .利用分子生物学技术和化感生物检测技术等研究手段检测到了多个水稻化感作用的主效应 (QTLs)位点 ,但不同水稻化感种质其主效应QTLs位点明显不同 .通过分子辅助选择和建立近等基因系的方法对检测到的QTLs作进一步的精细定位 ,最终实现水稻化感抑草有利基因的克隆是今后研究的重要方向 .

现阶段中国水稻种质创新的研究策略和应用思考

水稻种质研究和合理利用是解决我国现阶段稻米生产存在问题的最有效途径之一。本文概述了当前国内外种质研究的现状 ,讨论了我国种质研究存在的问题 。

水稻叶片形态的遗传与分子生物学研究进展

稻叶形态是水稻株型改良的重点,本文介绍了叶形和叶色在遗传和分子生物学等方面的研究进展,并对水稻叶片形态的应用前景进行了展望。

水稻粒重的遗传与分子生物学研究进展

水稻是世界重要的粮食作物,而粒重又是水稻产量的构成因子。揭示水稻粒重的遗传规律,对于粮食产量的提高具有重大意义。本文综述了现阶段水稻粒重方面的研究进展,包括粒重的影响因素和遗传特点,以及粒重相关数量性状位点(QTL)的定位克隆和在分子育种上的应用,并提出了该研究领域目前存在的问题和今后的发展方向。

中国水稻国外引种概况及效益分析

建国以来,我国通过各种途径引进了各类国外水稻种质,其中9963份已被国家种质库正式编目。通过检疫、隔离种植和多年评价,一批优异种质被直接或间接利用于水稻育种和生产。在我国水稻生产中,连续几年年种植面积超过6.67万hm2(100万亩)和在6670～66700hm2(10万～100万亩)的国外常规品种分别为22个和81个;具有国外胞质雄性不育和/或国外强恢复系(亲本/血缘)、年种植面积超过40万hm2(600万亩)的杂交水稻组合33个;一大批国外引进种质已成为不同时期我国高产、优质和多抗水稻育种的骨干亲本,近60年来衍生了2000余个新品种。据不完全统计,60年来,因直接和间接利用国外引入水稻种质而增产的稻谷超过773亿kg,产生了巨大的经济效益和社会效益。因此,加强国外水稻种质资源的引入,对于丰富我国稻种资源宝库,增加遗传多样性,防止遗传脆弱性,保证我国粮食安全意义重大。

对中国水稻骨干亲本评定方法的探索

亲本是作物育种的基础,骨干亲本指同一时期用于育种的亲本中在同样的世代内衍生的品种(系)数量较多,种植面积较大的育种材料。确定骨干亲本不但能够了解育种历史和亲本的贡献,而且对育种也有重要指导作用。本文分析了以往确定骨干亲本时存在的主要问题,提出评定骨干亲本应该有一定的规范,即对同时代育成品种(系)和同衍生世代量化比较。以水稻数据库中我国育成的2398份水稻品种(系)为依据,按亚种分类,育成年代分组,以连续3代衍生的品种(系)数量及其种植面积为参数,分析育成品种在后续育种研究中的应用状况,在此基础上,采用量化评选的方法,评选出我国20世纪下半叶用于水稻育种的骨干亲本,其中籼稻26个,粳稻23个。本文以水稻为例提出了评选骨干亲本的原则和方法,并对今后选择育种亲本和提高育种效率提出了一些建议。

中国常用水稻保持系及恢复系开花灌浆期耐热性评价

以我国常用的15个水稻保持系和26个丰产性较好的恢复系为材料,于主茎见穗当天起连续15d进行高温胁迫处理(9:00-15:00,39～43℃),研究花期高温胁迫对水稻保持系和恢复系结实特性的影响。结果表明,根据高温胁迫指数,可把水稻品种分为热钝感型、耐热型、不耐热型和热敏感型等4个类型。其中,水稻保持系K22B、博白B和V20B为热钝感型材料,Ⅱ-32B、中浙B和中9B为热敏感型材料;水稻恢复系明恢63耐热性最强,其次为R207和P929,P62-2-2、R8006和P51等耐热性最弱。进一步分析表明,高温胁迫指数与水稻在自然条件下结实率、空壳率和秕谷率之间相关不显著,但与胁迫环境下结实率和空壳率的相关性均达极显著水平。花期高温胁迫致使水稻保持系和恢复系结实率下降,空壳率大幅度上升。

中国水稻地方品种与选育品种的遗传多样性比较分析

利用98对SSR标记对202份中国水稻地方品种和选育品种的遗传多样性进行比较分析。结果显示供试品种具有较丰富的遗传多样性,共检测到等位基因1350个,每个位点的等位基因数（Na）变化范围为3-39,平均14个;Nei基因多样性指数变化范围（He）为0.125-0.955,平均0.733;多态信息量（PIC）变化范围为0.122-0.953,平均0.680;稀有等位基因数（Nr）913个;等位基因丰度（Rs）8.33。栽培稻地方品种和选育品种遗传多样性差异明显,地方品种等位基因数、Nei基因多样性指数、多态信息量、稀有等位基因数和等位基因丰度（Na=1219,He=0.747,PIC=0.710,Nr=756,Rs=8.50）均高于选育品种（Na=919,He=0.704,PIC=0.650,Nr=529,Rs=7.01）。各染色体组水平的遗传多样性分析表明,选育品种仅在1号染色体上的遗传多样性高于地方品种,进一步分析显示选育品种的遗传改良在基因组水平上具有区间特异性。

中国南方八省(自治区)水稻纹枯病菌群体遗传结构的SSR分析

【目的】明确中国南方水稻纹枯病菌不同地理群体的遗传结构,为研究该病害的流行规律提供信息。【方法】采用8个SSR荧光标记对收集自中国南方8省(自治区)的188个水稻纹枯病菌进行检测。利用POPGENE version 1.31软件计算各项遗传多样性参数,近交系数由FSTAT 2.9.3软件估算。基于马尔可夫链模型,采用GENEPOP 4.2软件以卡方检验估计Hardy-Weinberg平衡。应用Arlequin 3.1软件进行分子方差变异分析,并通过遗传分化系数计算基因流。基于Nei’s遗传距离,利用MEGA5.0软件构建UPGMA树状图。使用STRUCTURE 2.3.3软件的贝叶斯聚类法进行群体遗传结构分析,并估计群体间遗传混杂程度。采用Mantel test检测遗传距离与地理距离的相关性。【结果】8个地理群体的平均观测等位基因数和有效等位基因数分别为4.025和2.071。Shannon’s信息指数为0.659—1.088,平均为0.859。等位基因丰富度为2.500—5.152,平均为3.858。观测杂合度为0.425—0.619,平均为0.506。期望杂合度为0.399—0.546,平均为0.472。总群体水平的近交系数(FIS=-0.069)为负值,表明总群体内杂合子过剩(纯合子缺失)。Hardy-Weinberg平衡检验表明,在6个群体中存在因杂合子的缺失或过剩引起的平衡偏离,暗示了水稻纹枯病菌同时具有克隆生长和有性繁殖,两种繁殖方式间的平衡因群体而异。AMOVA分析结果显示,有88.14%的遗传变异来自群体内部的个体间,表明遗传变异主要发生在群体内。Mantel检测发现,遗传距离与其地理距离之间呈显著正相关(r=0.422,P=0.025)。UPGMA聚类表明,所有群体可被划分为遗传分化明显的两个亚群(FST=0.209—0.624),其中位于珠江沿岸的广宁和长塘群体为一个组群,而位于长江沿岸的6个群体为另一组群,与遗传结构分析结果一致。位于长江沿岸的群体遗传混杂明显,基因交流水平高(Nm=2.525—8.447),群体分化程度较低(FST=0.029—0.094)。【结论】中国南方水稻纹枯病菌分布范围广泛、可能的混合繁殖模式以及菌核或菌丝具有远距离传播特性,是导致其遗传多样性水平较高的原因。长江亚群内部个体在不同群体之间的迁移所形成的基因流动,在一定程度上阻止了群体间的遗传分化。而长江亚群和珠江亚群之间存在明显的遗传分化,推测病原菌有限的长距离迁移可能是群体遗传变异空间结构形成的主要原因。

用微卫星标记评估中国水稻主栽品种的遗传多样性

【目的】为正确评估中国水稻(Oryza sativa L.)主栽品种的遗传多样性提供依据。【方法】应用位于水稻)12条染色体上已筛选的24个微卫星(simple sequence repeats,SSR)标记组合(每条染色体2个),分析63个主栽常规稻品种和杂交稻组合亲本(2002年推广面积达6.67×104ha(100万亩))的遗传变异。【结果】共检测到135个等位基因,平均每个标记5.6个;多态性频率(frequency of polymorphisms,FP)变动范围为0.486～0.840,平均0.682。水稻恢复系比保持系/不育系遗传差异大;与常规籼稻品种相比,常规粳稻品种的遗传多样性较低。聚类分析表明,中国籼稻品种主要来自华南稻区和长江流域稻区,粳稻品种则分布于北方稻区和太湖流域(江苏和浙江省),表现出明显的地域分布特点。【结论】作者认为,应用微卫星标记所作的中国水稻品种聚类分析与传统系谱分析趋势一致,结果更为精确。

转Bt基因水稻对二化螟绒茧蜂生物学特性的影响

用转Bt基因 (cry1Ab)水稻KMD1饲喂 3龄、4龄和 5龄二化螟Chilosuppressalis一定时间后 ,作为二化螟绒茧蜂Apanteleschilonis的寄主 ,研究了转基因水稻经寄主对绒茧蜂生物学特性的影响。结果发现 :KMD1处理后 ,三个龄期幼虫的寄生率都显著下降 ,其中 4龄和 5龄达极显著水平 ;3龄和 4龄上的结茧率显著低于对照 ;蜂蛹历期均短于对照 ,但仅 3龄差异显著 ;从 5龄幼虫所羽化的雄蜂寿命显著短于对照 ;蜂茧长显著短于对照 ;而对卵 +幼虫期、茧块茧数。

水稻生物学本体的构建

Ontology是一种知识组织体系和用来进行知识表示的工具。本文介绍了Ontology的概念、组成、角色关系的计算机表示方法和水稻生物学本体的构建。水稻生物学本体由性状本体、植物本体和基因本体构成。

我国水稻分子生物学发展现状及展望

在水稻分子生物学研究方面,解析了水稻广谱抗病遗传基础及机制、杂种优势的分子遗传机制、水稻感知和耐受冷害热害机制、调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展的分子机理、自私基因维持植物基因组稳定性的分子机制和大规模种质资源的全基因组变异,并提出我国水稻科技发展趋势与对策。

转中国对虾抗菌肽基因水稻抗白叶枯病效应初析

抗菌肽是一类具有抗菌活性的多肽类物质。利用农杆菌介导法将中国对虾抗菌肽基因np3和np5分别导入粳稻品种爱知旭中,PCR检测显示,T0代转np3基因和np5基因水稻植株的阳性率分别为36%和45%。RT-PCR检测T1代转基因水稻,结果表明抗菌肽基因在RNA水平上得到表达,而抗菌肽的表达对农艺性状未产生显著影响。用白叶枯病菌小种CR4分别对4个T1代转np3基因和np5基因株系进行接种,所有转基因株系均表现出比对照更高水平的抗性。为了验证抗菌肽基因的广谱抗性,进一步检测了np5转基因株系对3个菌株JS97-2、ZHE173和OS-225的抗性,发现中国对虾抗菌肽基因np5对白叶枯病菌可能具有较广谱的抗性。

硅酸盐菌剂对水稻生物学性状及养分累积的影响

通过盆栽试验,研究了硅酸盐菌剂对水稻成熟期生物性状及主要生育时期养分累积的影响。结果表明,硅酸盐菌剂处理的水稻根系及穗部干质量分别比对照提高30.3%、10.1%;硅酸盐菌剂可显著增加水稻主要生育时期养分含量,与对照相比,水稻植株全氮增加7.4%~31.7%,全磷增加7.4%~14.3%,全钾增加3.7%~18.3%,全硅增加5.9%~7.9%。硅酸盐菌剂处理后土壤有效硅含量可维持在较高水平,水稻收获后土壤有效硅含量增加2.8%。因此,硅酸盐菌剂介入土壤环境后,能促进水稻生长发育及主要生育时期养分积累,增加土壤有效硅含量,具有较好应用前景。

无选择标记转中国对虾抗菌肽基因水稻的获得及其遗传分析、抗病检测

为了获得不含筛选标记、抗病性显著增强的转抗菌肽基因水稻,利用双T-DNA载体系统将中国对虾抗菌肽基因dp3和选择标记基因Hpt导入到水稻恢复系明恢86中。结果表明,T1代110个株系中88.2%的株系出现抗感分离,其余11.8%的株系全为阴性。PCR检测7个分离比例符合3∶1的株系显示,dp3和Hpt基因在3个株系中为自由组合,在4个株系中出现连锁。在468个检测单株中筛选出31个无选择标记的转基因植株,占总样本的6.6%。RT-PCR检测T1代转基因植株显示,抗菌肽基因在RNA水平上得到表达。用白叶枯病小种PXO86、PXO99和纹枯病小种GD-118、C-30对上述3个转基因株系进行接种,转基因阳性植株明显提高了对白叶枯病和纹枯病的抵抗力。

水稻生物可降解膜覆盖机插技术研究与应用

生物可降解膜覆盖机插种植技术是将生物可降解地膜与水稻机插技术相结合,实现覆膜和插秧一体化作业的技术。覆膜机插种植能够促进水稻生长,增加水稻植株干物质积累和氮素积累量,提高水稻氮肥利用率和产量;从生态效益上看,覆膜机插种植能够显著降低稻田甲烷排放量,抑制稻田杂草的生长,显著减少杂草群落的种类和密度;从生产效益上看,覆膜机插种植能够减少水稻生长耗水量,降低生产成本,提高生产效益,利用生物可降解膜替代塑料薄膜还降低了水稻覆膜生产中对环境的污染,为水稻绿色提质增效生产提供了新的途径。

我国水稻分子生物学发展及展望

水稻是最重要的主粮之一,也是禾谷类作物基因组研究的模式作物。经过几十年的努力,我国科学家在水稻遗传学和功能基因组学领域取得了一系列创新性的成就,特别是在水稻理想株型、育性、广谱抗病、耐冷耐热、耐盐和养分高效利用方面的分子遗传机理解析,以及分子设计育种理论方面,开创了以水稻为模式作物研究复杂性状基因调控网络的新领域。展望了我国未来水稻分子生物学发展的趋势。

盐胁迫下水稻苗期Na^+和K^+吸收与分配规律的初步研究

选择苗期耐盐性较强的水稻(Oryza sativa)品种(株系)‘AB52’、‘02402’和‘02435’及敏感品种‘日本晴’,在网室周转箱内,设置5 000和8 000 mg·L-1NaCl两种盐处理,以清水为对照,研究盐胁迫下苗期水稻植株不同部位Na+和K+的吸收和分配与品种耐盐性的关系。结果表明,盐胁迫下,株高、绿叶干重和绿叶面积下降,绿叶中的水分含量降低,但茎鞘中的水分含量有所上升。5 000 mg·L-1NaCl胁迫处理10 d,耐盐品种所受的生长影响和叶片伤害程度低于敏感品种,但8 000 mg·L-1NaCl胁迫处理下品种间差异变小。盐胁迫下,水稻植株吸收Na+和置换出K+,但不同器官部位中Na+和K+的区域化分布特征明显,各部位的Na+含量由低到高依次为绿叶、根、茎鞘和枯叶。下部老叶能优先积累较多Na+而枯黄;绿叶吸收Na+相对较少,维持较低的Na+水平,同时保持较高且稳定的K+含量;植株茎鞘通过选择性吸收大量Na+和置换出一部分K+到叶片中,保持绿叶较稳定的K+含量和相对较低的Na+含量,维持较高的K+/Na+比,从而使植株少受盐害。敏感品种‘日本晴’在盐胁迫下绿叶中的Na+含量相对较高,且5 000 mg·L-1NaCl胁迫下绿叶Na+含量已接近高值,与在8 000 mg·L-1NaCl胁迫下差异不大,而耐盐品种绿叶吸收较少的Na+。另一方面,耐盐品种茎鞘的含K+相对较高,在盐胁迫下能吸收容纳较多的Na+,而绿叶中K+/Na+比较高。可以认为,绿叶的K+/Na+比可作为一个衡量耐盐性的相对指标。

应用形态、等位酶和SSR标记研究水稻矮仔占衍生品种的遗传差异

选取我国水稻矮仔占衍生品种 2 4份 ,应用形态学、等位酶和微卫星 (SSR)标记 ,分析矮仔占衍生品种的遗传差异。聚类分析表明 3种方法在鉴别品种的遗传差异上存在较大差异。形态性状和SSR标记均能有效地鉴别 2 4份衍生品种 ,而等位酶仅能鉴别其中 17份。从形态学性状看 ,以香药糯与其他品种的遗传差异最大 ,SSR分析以香药糯、珍珠矮 11和辐陆选与其他品种的遗传差异较大 ,而等位酶分析 ,则以团结 1号与其他品种的差异最大。三类标记的遗传距离间虽存在有一定的相关性 ,但相关系数较小 (0 .2 17～ 0 .4 94 ) ,其中 ,形态学性状与SSR标记间相关极显著 (r =0 .4 94 ,P =0 0 0 2 ) ,等位酶与其他两类标记的相关性均不显著。研究结果还表明 ,系统选育和辐射选育的品种与亲本间有可能存在较大的遗传差异。