分子标记辅助选择技术及其在水稻定向改良上的应用研究进展

综述了分子标记的概念、特点、种类,对分子标记辅助选择技术的优势和影响因素进行了介绍,同时对其在质量性状(稻米品质、抗病、抗虫性等)改良和数量性状(稻米产量、抗逆性、株型等)改良两方面的研究进展进行了归纳,并对研究中出现的问题进行了分析,对其应用前景进行了展望。

江苏省水稻细菌性基腐病病原分离与抗性资源鉴定

水稻基腐病是由玉米狄克氏细菌(Dickeya zeae)侵染引起的毁灭性细菌病害,对水稻产量和品质具有潜在的威胁。分别从江苏省南京市、扬州市采集水稻病根,通过菌落形态特征观察、分子鉴定以及致病性验证等对致病细菌进行分离和鉴定;同时筛选可供利用的太湖流域水稻抗性品种。结果表明:分离到的水稻基腐病致病菌JS2012是玉米狄克氏细菌;从56份太湖流域水稻资源中共筛选到26份抗性资源,结果为进一步研究水稻细菌性基腐病以及培育抗病品种奠定了基础。

水稻茎秆解剖结构与抗倒伏能力关系的研究

利用石蜡切片法研究了抗倒伏水稻品种南粳44、武运粳7号与不抗倒伏水稻品系宁7412基部茎秆解剖结构及其与水稻抗倒伏能力的关系。结果表明:抗倒伏水稻品种南粳44和武运粳7号基部节间的维管束数目较多,维管束鞘较厚,细胞层数较多,细胞排列紧密、体积较小;而不抗倒伏水稻品系宁7412基部节间的维管束数目偏少,维管束鞘较薄,细胞层数较少,细胞体积大。从解剖结构还可看出,南粳44和武运粳7号茎秆内的贮藏物质明显多于宁7412。这些茎秆解剖结构的差异可用于区分不同水稻品种(系)的抗倒性强弱,可以作为抗倒伏水稻品种的选育指标和筛选依据,为水稻抗倒伏品种的选育提供了理论依据。

Pi-b和Pi-ta基因在江苏省粳稻中的分布以及与穗颈瘟抗性的关系

利用稻瘟病抗性基因Pi-b、Pi-ta等位基因的显性标记对48份江苏省粳稻品种和618份粳稻新品系进行检测,并结合6个代表性稻瘟病生理小种的穗颈瘟抗性鉴定反应,分析抗性基因在江苏省粳稻中的分布及其与穗颈瘟抗性的关系。结果显示:抗性基因Pi-b和Pi-ta在江苏省粳稻品种和品系中存在广泛分布,其中抗性基因Pi-b的频率明显高于Pi-ta。不同生育类型的品种中,抗性基因Pi-b和Pi-ta在中熟中粳中的分布最少,且pi-b/pi-ta基因组合品种所占比例最高。从基因组合与抗性的关系来看,含单个抗性基因的新品系无论是感病率还是病情指数都明显低于不含Pi-b和Pi-ta抗性基因的品系,且Pi-ta基因的抗性效果要好于Pi-b基因,而同时含有两个抗性基因的新品系其抗性水平又优于只含单个抗性基因的粳稻品系。因此,在育种中选择两个抗性基因互补的粳稻作亲本,在后代群体中进行基因聚合,是提高江苏省粳稻穗颈瘟抗性最快速、有效的方法。

水稻可溶性淀粉合成酶基因SSⅡa和SSⅢa的功能、等位变异及其互作研究进展

水稻淀粉合成对稻米品质的影响研究一直备受关注,是水稻基础科学研究的热点和难点之一。淀粉合成途径受众多酶催化调控,可溶性淀粉合成酶(soluble starch synthase,SSS)是其中较重要的一种,极大地影响稻米食味品质的形成。可溶性淀粉合成酶基因SSⅡa和SSⅢa是控制稻米糊化温度和胚乳支链淀粉生物合成途径中的两个关键基因。本文重点回顾并归纳了国内外关于SSⅡa和SSⅢa基因的功能、等位变异及其互作对稻米蒸煮食味品质影响的最新研究进展,同时对SSⅡa和SSⅢa基因的育种利用前景进行了展望,以期为稻米品质分子改良和育种提供参考依据。

抽穗扬花期极端自然高温胁迫对水稻结实率的影响研究（英文）

利用2013年极端自然高温的有利条件,调查198份在极端自然高温期间抽穗扬花的水稻材料结实率,分析了抽穗扬花期极端自然高温胁迫对不同类型水稻结实率的影响。结果表明,持续高温对供试材料的结实率存在一定的影响,且品种(系)间存在明显差异。对杂交籼稻组合的亲本进行分析发现,不同不育系或恢复系所配F1组合的结实率存在明显差异,不育系和恢复系对杂交F1组合的耐高温性存在一定的影响。相关分析表明,高温期间抽穗的常规籼稻恢复系和常规粳稻结实率与日最高温度均呈负相关,相关不显著,杂交籼稻F1组合结实率与恢复系结实率呈显著正相关。初步筛选出"宁恢广抗占"、"蜀恢527"、"成恢3203"和"籼引-8"4份籼稻恢复系和"武引粳恢"(B2)、"南粳44//W3660/南粳44"(B11)、"南粳44//W3660/南粳44"(B12)和"武运2330/JD6011"(B22)4份常规粳稻新品系,其结实率均接近90%,基本达到正常水平,表现出较好的耐高温性。

江苏省优良食味粳稻品种培育的发展与启示

江苏是我国水稻主产省之一,水稻常年种植面积220万hm^(2)左右,总产1950万t左右,单产近9.0 t/hm^(2),在保障江苏乃至全国粮食安全中的地位举足轻重。长期以来,江苏省的水稻育种一直以高产为主要目标,进入21世纪以后,优质成为江苏水稻育种的首要目标。本文综述了江苏省水稻优质育种的背景、食味品质改良的途径和优良食味粳稻品种培育的进展,剖析了江苏省优良食味粳稻育种的启示及今后江苏省水稻食味品质改良与优质育种发展的方向,以期为广大水稻育种工作者提供借鉴。

江苏省半糯型粳稻蒸煮食味品质性状的差异分析

【目的】近两年江苏省选育了大量的半糯型粳稻品种。不同半糯型粳稻品种间的食味品质及稻米理化特性仍存在较大差异。探究影响半糯粳稻食味品质形成的原因,将为优良食味水稻育种提供理论依据。【方法】以2019年参加江苏省优良食味稻米评比的39个半糯型粳稻品种为试验材料,通过对蒸煮食味、外观、理化、RVA谱特征值等24个品质相关指标的测定,分析不同食味值组别间各性状指标的差异及与食味品质之间相关性。【结果】依据食味值高低将其分为高食味值(>80)、中食味值(70~80)和低食味值(<70)三组。与低食味值组相比,高食味值组品种具有较低的垩白粒率、垩白度、蛋白质含量和米饭硬度,较好的透明度,较高的胶稠度、米饭外观和黏度值。统计分析表明,直链淀粉含量、成糊温度、RVA谱特征值在三组间差异均不显著。相关性分析表明,米饭食味值与直链淀粉含量、胶稠度呈显著正相关,与蛋白质含量、成糊温度、透明度及垩白性状显著负相关。进一步分析表明高食味值组中各性状与食味值相关性均未达到显著水平,而中、低食味值组中直链淀粉含量与食味值均呈显著正相关。【结论】稻米外观和理化品质对半糯型粳稻食味品质的形成有重要影响,在半糯型粳稻中食味值较高的品种往往具有更好的外观品质、较高的直链淀粉含量和胶稠度、较低的蛋白质含量,因此在半糯型水稻育种过程中应重视这些指标的辅助选择。

转C4型PEPC基因水稻非生物胁迫耐受性研究进展

作物在生长过程中会遇到很多非生物胁迫,如高温、高光强、干旱以及土壤盐碱化等,严重影响着作物产量潜力的发挥。水稻作为一半以上人类的主食以及模式植物,其对逆境信号分子的感受和响应作用机制一直是植物科学研究的热点之一。而高表达转玉米C 4型PEPC基因水稻显著增强了水稻的耐逆特性,作为表现耐逆优势的植物材料,在不同非生物胁迫有系列报道。文章对该水稻材料在形态、产量、生理生化及分子方面的变化特点以及其在响应非生物逆境下信号分子、转录因子、靶基因以及激素的作用机制等方面进行了总结,以期为进一步阐明水稻的耐旱机理提供参考依据。

镉对水稻及种植土壤影响的研究进展

稻米镉污染已成为影响全球粮食安全的重大问题,介绍镉对水稻的影响以及土壤承载镉的阈值2个方面的研究现状,从镉对水稻生长过程中的形态、生理特性、种植土壤及其微生物的影响、水稻在吸收镉过程中几个主要途径及参与水稻运输镉过程的运输蛋白家族等方面,结合土壤对镉的钝化与解毒机制,分析了水稻镉污染的有效缓解途径,并整理了相关的土壤修复措施,并对未来研究进行展望。

优质高产糯稻新品种南粳糯2号特征特性与栽培技术要点

南粳糯2号是江苏省农业科学院粮食作物研究所以优质高产粳稻新品系C08作母本、优质抗病糯稻品种镇糯19号为父本杂交配组,利用常规育种与分子标记辅助选择相结合育成的迟熟中粳糯稻新品种,具有株高适中、抗倒性好、丰产稳产性好、品质优、综合抗病性强、熟相好等优点。南粳糯2号在江苏省水稻区域试验中平均产量672.4 kg/667 m2,稻米品质达农业行业标准1级,中感稻瘟病和条纹叶枯病,中抗白叶枯病。2021年通过江苏省农作物品种审定委员会审定,适宜江苏省苏中及宁镇扬丘陵地区种植。

利用四引物扩增受阻突变体系PCR技术检测水稻低直链淀粉含量基因Wx-mq

根据Wx-mq基因存在的单核苷酸变异,利用四引物扩增受阻突变体系PCR(Tetra-primer ARMS-PCR)的方法设计特异引物,对12个水稻品种(或品系)以及武育粳3号(不含Wx-mq基因)/关东194(含Wx-mq基因)的F2分离群体进行扩增,依据其PCR产物的带型,可以准确区分出Wx-mq基因纯合、非Wx-mq基因纯合以及杂合基因型三种类型,其电泳结果与成熟后对胚乳外观特性鉴定完全一致。因此,作为一种简单、低成本的实用技术,四引物ARMS-PCR可以广泛用于Wxmq基因水稻的资源鉴定和分子标记辅助育种。

优质高产抗条纹叶枯病水稻新品种南粳52的选育与利用

南粳52是以日本优质粳稻关东194为父本,以江苏优质高产粳稻武粳13为母本进行杂交,经多代选择培育而成的优质、高产、抗条纹叶枯病迟熟中粳稻新品种,全生育期151～158 d10该品种株高95～101 cm,长势较旺,分蘖力较强,茎秆粗壮,抗倒性强;叶色淡绿,后期转色好,灌浆速度快;产量一般在9 000 kg/hm2以上,有效穗315万/hm2左右,每穗总粒数130粒左右,结实率90%～95%,千粒质量28 g左右;抗条纹叶枯病,感穗颈瘟和纹枯病,中抗白叶枯病;稻米品质优,达国标二级优质稻谷标准。南粳52于2014年通过江苏省品种审定,适宜在江苏省苏中和宁镇扬丘陵地区种植。

长江流域5省市近10年国家审定水稻品种产量和品质与其相应气候特性的分析

为揭示水稻的气象特征与水稻品种产量和品质特征的相响应关系,收集了长江流域江苏、安徽、湖北、四川及重庆5省市2005—2016年国审水稻品种信息以及5省市相近纬度(29.61°～33.5°)的9个地区相应的气象数据,系统分析了这些地区的国审水稻品种类型的产量、品质特征以及各地区气候因子的特征以及相互关系。结果表明:长江流域水稻主产的5省市的近10年国审稻米产量逐年增加,稻米品质从东(江苏)到西(四川)品质变差。其中江苏以粳型常规稻为主;安徽和湖北均以籼型两系及三系杂交稻为主;四川和重庆则以籼型三系杂交稻为主;相关分析的结果表明:本研究选取的9个中稻的地区均能满足中稻生长季节的年度积温的条件,但是温度越高则对产量有负效应,种植时应避免过高温度,尤其是中国的东部(淮安),而年度的光照小时总数则对籽粒的外观和食味品质有显著的正效应,增加光照时间有利于获得较高的品质,这个效应尤其对长江流域中稻地区的西部(重庆)有益,为中国中稻地区的优质高产栽培提供参考。

南粳系列水稻品种的食味品质与稻米理化特性

【目的】明确3个优良食味南粳品种的主要蒸煮食味品质性状的特点及与亲本间的差异,为水稻优质育种提供理论依据。【方法】本研究以南粳系列优良食味粳稻品种南粳46、南粳9108、南粳5055及其父本关东194、母本武粳13和武香粳14为试验材料,比较分析稻米理化特性、支链淀粉分支结构、RVA谱黏滞性、热力学特性、米饭食味特性等25个食味品质相关性状的差异,分析稻米理化性状与米饭食味特征值间的关系、化学成分和支链淀粉分支结构与理化特性间的关系。【结果】3个南粳品种在大多数性状上具有一致性,与常规粳稻亲本武粳13和武香粳14相比,3个南粳品种均具有更小的直链淀粉含量、峰值时间、热浆黏度、最终黏度、回复值、消减值、回生焓、回生率和米饭硬度值,更大的胶稠度、崩解值、米饭黏度值和综合食味值。在支链淀粉分支结构上,3个南粳品种的A链(DP6-12)比例更大,而B1链(DP13-24)更小。3个南粳品种大多数性状均与关东194相似,说明南粳系列品种的食味品质特性遗传自关东194。3个南粳品种中亦存在差异性状,南粳46的蛋白质含量和热力学参数更低,南粳9108的脂肪含量更高,而南粳5055的成糊温度更高。相关性分析表明,除蛋白质含量、糊化温度、峰值时间外,米饭综合食味值与稻米大多数理化性状存在显著或极显著的相关性,而稻米理化特性主要受直链淀粉含量的影响。【结论】3个南粳品种食味品质的优异特性是具有更低的糊化和回生特性,更高的胶稠度和米饭黏性,更短的糊化时间和更大的崩解性能。较低的直链淀粉含量是其优良食味品质形成的主要原因,而蛋白质含量和支链淀粉分支链比例主要对糊化和回生特性起作用。

利用分子标记辅助选择聚合水稻Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因

近年来,优良食味粳稻品种南粳46、南粳5055和南粳9108在江苏等地大面积推广,促进了优质稻米产业的发展。但这些品种均不抗稻瘟病,且缺乏适合在淮北地区种植的中熟中粳型优良食味粳稻品种。本研究以同时携带稻瘟病抗性基因Pi-ta和Pi-b的江苏抗病、高产粳稻品种武粳15为母本,携带低直链淀粉含量基因Wx-mq的优良食味粳稻品种南粳5055为父本配置杂交组合进行聚合育种。利用Pi-ta和Pi-b基因的分子标记多重PCR体系以及Wx-mq基因的四引物扩增受阻突变体系PCR检测技术,分别在不同的分离世代对目标基因位点进行检测,结合田间多代选育、抗性鉴定和籽粒胚乳外观鉴定,成功地将Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因聚合于一体,选育出稻瘟病抗性好、食味品质优、产量高的水稻新品系"南粳0051",适合在江苏省淮北地区种植。本研究将三套自主研发的PCR检测体系成功应用于分子标记辅助选择,不仅为水稻多基因聚合育种提供了快捷、高效的选择方法,也为水稻抗病、优质育种创制了新的种质资源。

赤霉素(GA_3)和脱落酸(ABA)对不同水稻品种生长和生理特性及GA20ox2、GA3ox2基因表达的影响

以5个水稻品种4叶1心期的幼苗为材料,比较研究了1μmol/LGA3和10mg/LABA处理对不同水稻品种生长发育、生理特性及基因表达的影响。结果表明,GA3处理能够促进水稻地上部分伸长生长,抑制根伸长生长;同时,5个品种叶片的叶绿素含量、可溶性蛋白质含量和细胞膜透性呈上升趋势。10mg/LABA处理则严重抑制种子萌发和地上部伸长生长;5个品种叶片的叶绿素含量、可溶性蛋白质含量和细胞膜透性则呈现下降趋势。用RT-PCR方法对GA20ox2和GA3ox2基因表达水平的变化进行检测,结果表明GA3处理后,日本晴GA20ox2基因表达略微下调,其余4个品种的GA20ox2基因表达上调。ABA处理抑制GA20ox2基因表达。GA3ox2基因表达也受GA3和ABA调控。在南粳44、关东194和日本晴中,GA3诱导GA3ox2表达,ABA显著抑制GA3ox2表达。

分子标记辅助选择聚合水稻暗胚乳突变基因Wx-mq和抗条纹叶枯病基因Stv-b^i

以江苏高产粳稻品种武运粳7号为母本,具有条纹叶枯病抗性基因Stv-bi和暗胚乳突变基因Wx-mq的日本粳稻品种关东194作父本配制杂交组合进行聚合育种。利用与Stv-bi基因共分离的SCAR标记及与暗胚乳突变基因Wx-mq紧密连锁的CAPS功能标记对其分离世代进行标记位点的检测,结合田间多代选育、抗性鉴定和籽粒胚乳外观鉴定,将条纹叶枯病抗性基因Stv-bi和暗胚乳突变基因Wx-mq同时转育到高产品种中,筛选、培育出优质、抗病、高产且农艺性状优良的水稻新品系宁9108。利用与水稻优质及抗病基因紧密连锁的分子标记,不仅初步建立了优质、抗病育种的分子标记辅助选择体系,也为水稻优质、抗病、高产育种提供了一种简单、快捷的选择方法和重要的中间材料。

特大粒水稻材料粒型性状的QTL检测

利用特大粒粳稻TD70(2011年千粒重达80g)和籼稻品种Kasalath杂交,经单粒传法获得的240个重组自交系(RIL)为作图群体,分别于2010年和2011年对粒长、粒宽、粒厚性状进行鉴定,用完备区间作图法,以均匀分布于12条染色体的141个SSR标记对粒型性状进行QTL检测。共检测到粒型性状的QTL 18个,分布于第2、3、5、7、9和12染色体上。其中,控制粒长的QTL 5个,控制粒宽的QTL 6个,控制粒厚的QTL 7个。两年间均能检测到的QTL有7个,分别为粒长QTL qGL3.1,粒宽QTL qGW2.1、qGW2.2、qGW5.1、qGW5.2,粒厚QTL qGT2.3、qGT3.1;其平均贡献率分别为56.19%、4.42%、29.41%、10.37%、7.61%、21.19%和17.06%。第2染色体RM1347-RM5699区间是粒长、粒宽、粒厚的共同标记区间。第3染色体RM6080-RM6832区间为粒长qGL3.1、粒厚qGT3.1共同标记区间。18个QTL的增效等位基因均来源于大粒亲本TD70,且增效作用显著。定位的大部分位点包含已报道的精细定位和克隆的主要粒型基因;除第2染色体的qGW2.1(qGT2.1)、qGW2.3、qGL2.2和第12染色体的qGT12等位点已有粒型性状相关报道外,定位的qGT2.2,qGW9和qGT9可能是新的QTL。

中国水稻生产现状与发展趋势

从种植面积、单产、总产等方面对世界粮食和水稻生产的历史和现状进行了概述,并对水稻生产在中国和世界粮食中的重要地位进行了分析,提出了我国水稻生产的发展趋势,对保障我国粮食生产安全具有重要意义。