水稻快速育种技术的研究进展

水稻是我国最重要的粮食作物之一,在保障粮食安全方面发挥着主力军作用。得益于科技发展尤其是水稻育种科技的进步,自水稻矮化育种和杂交水稻的大面积应用以来,我国水稻单产先后实现了两次质的飞跃。新时期消费者对水稻品种和稻米产品的需求越来越多元化,当前的水稻育种效率仍不够理想,难以满足未来需求。作为自花授粉作物,水稻在育种过程中的杂交分离世代需要经过多代连续自交才能实现性状的纯合稳定。然而,大田环境下水稻生长周期长、难以进行周年种植,导致水稻育种周期长,成为水稻育种的瓶颈之一。快速育种(Speed breeding)技术是近年来兴起的通过环境调节和生长调控等综合措施促进作物生长、开花和成熟从而加快作物世代进程的新技术,可以缩短从种子到种子的繁育周期,实现一年多代繁育,有望显著缩短育种年限、提升育种效率。本文以水稻为重点,从作物快速育种技术的兴起、水稻快速育种的研究概况、水稻快速育种中的关键基因、影响水稻繁育周期的环境因素、快速育种与现代育种技术的融合等方面,系统梳理水稻快速育种的研究现状和进展,并对该领域研究面临的挑战及今后的重点方向进行讨论和展望,旨在推动水稻快速育种技术的发展和应用,提升水稻育种效率,为保障粮食安全和农业可持续发展提供有益参考。

水稻开颖突变体的遗传分析和基因克隆

花器是种子生成的基础,水稻花器发育直接影响稻谷产量与品质。源美丝苗与P704杂交后代中发现一株开颖突变体(oh,open-hull),其穗部发育有缺陷,主要表现为:开颖,结实率显著下降,种子变小。遗传分析发现开颖表型由一对隐性细胞核基因控制。通过BSA分析,开颖基因被定位于水稻第3染色体上,检索发现候选区间与Os MADS1(LOC_Os03g11614)基因重合,与蜀恢498参考基因序列进行比对,oh中OsMADS1的第一外显子第118位发生碱基颠换,导致编码的天冬氨酸变成酪氨酸,将该等位基因命名为OsMADS1^(oh)。从oh中克隆OsMADS1^(oh)并构建过表达载体,通过农杆菌介导转入易转化材料(中花11)中,转基因后代出现开颖表型,证实OsMADS1^(oh)导致开颖。另外,RNA定量分析结果表明,MADS8和YABB5的表达受OsMADS1调控。本研究从育种材料中筛选到开颖突变体,并从中鉴定了新的Os MADS1等位基因,为阐明花器形成的分子机理研究提供了特异种质和基因资源。

水稻粒型调控基因功能研究进展

水稻是世界上的重要谷类粮食作物之一,其产量和品质一直都是育种学家关注的重点,关系到全球粮食安全和人类健康。水稻粒型主要包括粒长、粒宽、粒厚等,是受多基因控制的重要数量性状,不仅直接影响水稻产量,还与水稻品质密切相关。深入了解水稻粒型的形成与调控机理将有助于进一步提升水稻单株产量、改善稻米品质。分子生物学的发展和基因组学的研究为探究水稻内部调控机制带来了新的变革。大量水稻粒型的数量性状遗传位点(Quantitative trait locus,QTL)成功被鉴定与解析,并验证了与之有关的基因功能。目前,已有几条调控粒型的通路得到鉴定,如泛素-蛋白酶体降解途径、G蛋白信号途径、丝裂原活化蛋白激酶途径、转录因子调控途径、植物激素途径以及表观遗传途径等。然而,粒型调控网络极其复杂,多数基因上下游的调控组件作用机制尚不清楚,甚至影响粒型的各条通路间均存在一定的交叉互作。本文综述了影响水稻粒型的不同信号通路相关基因研究进展及关键粒型基因间的互作关系,总结了近年来粒型基因在育种上的应用情况,并提出结合多组学解析水稻粒型的调控机理研究,以期更好地服务于分子设计育种,为开发新的高产优质稻育种提供支撑。

粤北地区不同留桩高度下适宜再生稻品种筛选及产量构成分析

【目的】评价不同留桩高度下再生稻生育期和产量表现,筛选适宜粤北地区不同留桩高度下的水稻品种。【方法】以广东省培育或审定的34个水稻品种为供试材料,设中桩和低桩2种留桩高度,研究不同留桩高度下品种间生育期、产量和产量构成的差异。【结果】头季稻产量为5210.9~8566.8 kg/hm^(2),其中黄广华占1号最高;低桩再生季产量为3335.0~6357.3 kg/hm^(2),较中桩(2084.4~5940.5kg/hm^(2))提高16.1%,2种留桩高度下均以青香优19香再生季产量最高。聚类分析表明,中桩条件下,再生季产量和两季总产(头季+再生季)可分为高产、中高产、中产和低产4大类群,二者各类群数量分别为4、7、18、5个和1、14、14、5个;低桩条件下,再生季产量仍分为4大类群,数量分别为2、17、14和5个,两季总产则分为高产(10个)、中产(21个)和低产(3个)3大类群。与中桩再生稻相比,低桩条件下再生季生育期平均延长9.1 d,每穗粒数增加,但有效穗数和结实率降低。倒3节位、倒4节位和倒5及以下节位再生稻对产量的贡献率在中桩条件下分别为4.7%、33.3%和62.0%,在低桩条件下分别为0%、11.9%和88.1%。【结论】以再生季产量属中高产以上类群,同时两季总产属高产类群作为标准,筛选出黄广油占、黄广华占1号、黄广太占、五优粤禾丝苗、广8优金占、恒丰优387、青香优003、青香优132和青香优19香共9个品种适宜作中桩再生稻种植,二广香占3号、黄广油占、黄广华占1号、黄广太占、粤禾丝苗、南晶占、粤泰油占、黄华占、五优粤禾丝苗和广8优金占共10个品种适宜作低桩再生稻种植。中桩再生稻主要来自倒4节及以下节位,低桩再生稻主要来自倒5节及以下节位。