水稻生物学国家重点实验室建设与发展实践

国家重点实验室的总体定位是围绕国家战略目标和科学前沿开展基础研究、应用基础研究、基础性工作和竞争性高技术研究,是国家创新体系中原始创新成果产出的核心基地。"开放、流动、联合、竞争"是国家重点实验室的新型运行机制。同时,国家重点实验室的建设与管理是一个系统工程,需要进行整体规划,不断地开展实践和改革来推动实验室的可持续创新发展。以水稻生物学国家重点实验室为例,总结分析了"十二五"以来,水稻生物学国家重点实验室在优势学科发展建设、科技创新能力提升,公用平台公益属性发挥,对外合作交流发展,一流人才队伍培养,长效管理机制建立方面的实践经验以及取得的成效,旨在为农业领域的国家重点实验室可持续创新发展提供参考。

水稻生物学国家重点实验室仪器设备管理实践

结合水稻生物学国家重点实验室十年来的建设与管理实践,主要对本实验室仪器设备管理工作做一总结,以期为高校实验室的建设和仪器设备管理提供参考。

开放基金管理对国家重点实验室发展的重要作用——以水稻生物学国家重点实验室为例

国家重点实验室开放基金是重点实验室推动学科基础研究与发展,开展高层次人才培养的重要手段。水稻生物学国家重点实验室秉承"开放、流动、联合、竞争"的方针,自2006年起设立开放基金,在资助对象、资助形式、评审制度、经费与考核管理等方面形成了一套行之有效的运作和管理方式。"十二五"以来,水稻生物学国家重点实验室共资助34个开放课题,重点资助水稻生理、抗逆、育种利用等方面的研究,有效地扩大了实验室的影响力,集聚了水稻生物学研究的力量,推动了水稻生物学的发展。

“一带一路”倡议下水稻生物学国家重点实验室国际化交流与合作

水稻生物学国家重点实验室利用自身优势,切实加强与“一带一路”沿线国家的国际合作,重点推广杂交水稻育种、水稻高产栽培和病虫害防控等技术以及水稻种质资源服务,开展人才培养和技术培训,助力推动“一带一路”倡议实施,对有关国家在落实粮食安全、促进农业发展、保障社会稳定等方面发挥了积极作用,实现了合作共赢。

致力于水稻分子育种平台建设——记水稻生物学国家重点实验室

水稻生物学国家重点实验室是以原农业部重点开放实验室为基础．结合浙江大学相关学科开展建设。2003年列入国家重点实验室建设项目，2006年通过建设验收。在2006年生命科学领域国家重点实验室评估中，实验室被评为优秀实验室。

水稻复配高丹草青贮对饲草品质和微生物群落的影响

为探究水稻与高丹草复配青贮条件下对饲草营养品质、饲喂价值及微生物群落的影响,共设置100%水稻单独青贮处理(R)、100%高丹草单独青贮处理(SS)、50%水稻和50%高丹草混合青贮处理(R+SS)3个处理,于青贮60 d后,对各处理青贮饲料养分含量、饲喂价值和微生物群落进行分析。结果表明,水稻复配高丹草青贮(R+SS)与水稻处理(R)相比,中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量分别显著降低3.10、5.35百分点,总可消化养分(TDN)、泌乳净能(NEL)、可消化干物质(DDM)和相对饲喂价值(RFV)分别提高了4.23百分点、0.44%、4.10百分点、12.46%。微生物物种组成及多样性分析结果表明,R+SS处理显著降低了饲草微生物的Alpha多样性,增加了乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度。冗余分析结果表明,NDF、粗蛋白(CP)含量及NEL是影响水稻和高丹草混合青贮饲草微生物群落物种组成的主要环境因子。综上,水稻复配高丹草混合青贮可以提高饲草中发酵相关乳酸菌丰度,从而有效改善水稻青贮饲草营养品质,提高饲喂价值。

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 .

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。

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。

水稻分蘖角度及其调控的生物学研究

水稻分蘖角度是创新水稻株型研究的关键因素之一,有关分蘖角度的研究一直是水稻高产栽培、育种及生理生态研究的重点。本文综述了水稻分蘖角度的遗传控制和有关环境生态因子、营养条件以及激素等对分蘖角度的影响,为杂种优势利用和株型改良相结合的高产水稻育种目标提供理论线索。

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。

水稻矮缩病毒对介体昆虫黑尾叶蝉生物学参数及种群增长的影响

【目的】水稻矮缩病毒(RDV)是水稻普通矮缩病的病原。该病害主要依赖于黑尾叶蝉经卵以持久增殖方式传播,危害水稻。本研究旨在明确RDV对黑尾叶蝉存活、发育、繁殖和种群增长的影响,分析病毒对介体昆虫的间接影响。【方法】采用室内实验比较了黑尾叶蝉在健康水稻及感病水稻上的发育繁殖情况,组建了实验种群生命表,并调查了RDV对种群增长的影响。【结果】与健康水稻相比,感病水稻上叶蝉若虫期存活率更高,雌若虫发育历期显著缩短,雄成虫寿命显著延长,产卵量显著增加,其他生物学参数无显著差异。五个生命表参数仅净生殖率(R_0)存在显著差异,感病水稻上叶蝉R_0显著高于健康水稻。饲喂感病水稻的养虫笼内叶蝉种群增长更快,总成虫数量更多,在接虫后的第4、5和6月显著高于健康水稻上的数量。【结论】水稻矮缩病毒可以提高黑尾叶蝉的存活率和产卵量,并促进种群的增长。

外施多效唑诱导水稻对稻飞虱的抗性

【目的】利用化学激发子提高植物抗虫性从而抑制害虫,是目前正在开发的一种新型的害虫绿色防治技术。本研究旨在解析一种化学激发子——多效唑(paclobutrazol,PBZ)提高水稻Oryza savita对稻飞虱抗性的机理,以期为其在害虫防控中的应用打下基础。【方法】用不同浓度PBZ以根吸的方法处理秀水110品种水稻24 h后接入褐飞虱Nilaparvata lugens和白背飞虱Sogatella furcifera初孵若虫,测定接虫后不同时间若虫存活率;用含有5和10 mg/L PBZ或者防御化合物[咖啡酰腐胺、刺苞菊苷和樱桃苷(1和10 mg/L)及芥子酰胍丁胺(0.1和1 mg/L)]的稻飞虱人工饲料饲喂以及用5和20 mg/L PBZ溶液喷施褐飞虱若虫后,测定褐飞虱若虫存活率;5 mg/L PBZ根吸处理水稻、褐飞虱若虫为害和5 mg/L PBZ根吸处理水稻再接褐飞虱若虫后,测定水稻体内水杨酸(salicylic acid,SA)、过氧化氢(hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))和乙烯(ethylene,ET)以及防御化合物芥子酰胍丁胺、咖啡酰腐胺、刺苞菊苷和樱桃苷的含量。【结果】与对照(根吸不含PBZ的营养液的水稻)相比,5 mg/L PBZ根吸处理水稻,接虫后3 d时褐飞虱若虫存活率降低33.3%;当PBZ浓度达到20 mg/L时,接虫后4 d时褐飞虱若虫全部死亡,但PBZ本身对褐飞虱若虫没有直接的毒杀作用。与对照组相比,5 mg/L PBZ根吸处理24 h后不接褐飞虱为害放置24 h时水稻植株体内SA含量显著上升,5 mg/L PBZ根吸处理水稻24 h再接褐飞虱若虫为害72 h时H_(2)O_(2)含量显著上升,5 mg/L PBZ根吸处理24 h后不接褐飞虱为害放置48-96 h、褐飞虱为害24-72 h及5 mg/L PBZ根吸处理水稻24 h再接褐飞虱若虫为害48-96 h ET释放量均显著下降,5 mg/L PBZ根吸处理诱导了水稻植株中咖啡酰腐胺和芥子酰胍丁胺2种酚胺类化合物以及刺苞菊苷和樱桃苷2种黄酮类化合物含量的显著上升。在褐飞虱人工饲料中添加1或10 mg/L的咖啡酰腐胺、芥子酰胍丁胺、刺苞菊苷或樱桃苷,可有效降低褐飞虱若虫存活率。【结论】PBZ是一种有效的化学激发子,可以通过激活水稻的SA和H_(2)O_(2)通路、抑制ET通路,诱导水稻相关防御化合物的合成,提高水稻对褐飞虱的抗性。

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。

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。

水稻矮缩病毒对黑尾叶蝉取食及产卵偏好性的影响

水稻矮缩病毒(Rice dwarf virus,RDV)是水稻普通矮缩病(Rice dwarf disease)的病原,主要依赖黑尾叶蝉Nephotettix cincticeps经卵以持久增殖方式传播。本研究采用室内试验观测了带毒与无毒的黑尾叶蝉在健康及感病水稻间的取食、产卵选择趋性。取食偏好性试验发现,无毒叶蝉对感病水稻趋性更强,从观测的第8小时开始达显著差异水平;带毒叶蝉则对健康水稻趋性更强,在观测的第24小时开始达到显著差异水平,表明RDV侵染水稻会引起黑尾叶蝉取食偏好性的改变。产卵偏好性试验发现无毒及带毒黑尾叶蝉在健康及感病水稻间3个观测指标(每植株卵块数、每卵块的卵量及每植株上的总卵量)均无显著差异,表明RDV侵染水稻对黑尾叶蝉产卵选择偏好性无显著影响。本文初步明确RDV对黑尾叶蝉取食和产卵偏好性的影响,为揭示介体昆虫-病毒-寄主植物三者之间的互作机制提供佐证。

根际饱和溶解氧对水稻分蘖期光合及生长特性的影响

【目的】研究分蘖期根际饱和溶解氧对水稻光合及叶绿素荧光参数的调节作用,对提高水稻光能利用效率和优化水稻氧营养栽培理论具有重要意义。【方法】通过水培试验,以水稻、深水稻和旱稻3种生态类型水稻品种为试验材料,设置根际饱和溶解氧(RSDO)和自然生长(CK)2种处理,分别测定水稻分蘖期叶绿素荧光参数、光合特性和干物质积累量等指标。【结果】根际饱和溶解氧条件下,水稻和深水稻叶片光响应曲线下降,且在光强高于500μmol/(m^(2)·s)时,与对照的光响应曲线差距变大。光响应曲线拟合结果表明,根际饱和溶解氧会降低水稻叶片最大净光合速率、表观量子效率(Q)、暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP)。3个水稻品种在根际饱和溶解氧环境中光下最大光化学效率(F_(v)'/F_(m)')、实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)均低于对照,非光化学猝灭(NPQ)和1-qP高于对照。根际饱和溶解氧能提高水稻夜间呼吸速率(R_(n))和胞间CO_(2)浓度(C_(i))。3个水稻品种叶片叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均表现为RSDO<CK,类胡萝卜素和相对电导率表现为RSDO>CK。根际饱和溶解氧显著降低水稻和深水稻的地上部干物质量与叶面积指数,分别较对照下降12.6%、9.4%和9.2%、6.6%,旱稻品种处理间无显著差异。【结论】分蘖期根际饱和溶解氧抑制了水稻叶片光合色素合成,降低了叶片PSⅡ性能和光能利用效率,不利于水稻早期生长;相较于水稻和深水稻,旱稻对根际饱和溶解氧有更好的适应性。

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。

合成生物学在水稻基因工程及遗传改良中的应用研究进展

合成生物学是融合了生命科学和工程学的新兴学科,近年来在水稻中已经取得了一系列进展。利用合成生物学的手段不仅可以将水稻改造成高价值的天然产物生产工厂,还可以对水稻的产量、营养品质进行改良和优化。概述了利用合成生物学在水稻中合成药用蛋白、疫苗和天然代谢产物,以及改良农艺性状、提高水稻产量几个方面的研究进展。