用SSR标记评估东北三省水稻推广品种的遗传多样性

利用53个SSR标记和24个表型性状分析东北三省107个水稻推广品种,探讨东北水稻推广品种群体遗传多样性及不同育成年代、省份间的遗传多样性和互补性。结果表明,表型遗传多样性高于DNA水平,年代间表型与微卫星标记的遗传多样性具有较高的相似性,而地区间无明显相似性。东北水稻推广品种遗传多样性比较狭窄,随着时间推移增加的新等位基因多于消失的旧等位基因数。三省水稻推广品种遗传多样性呈现黑龙江>吉林>辽宁的趋势,但由于地区间频繁引种,东北水稻品种在区域上的遗传分化已不明显,其差异主要来源于品种间的基因型差异。不同省份存在较多的互补等位变异,最多的在黑龙江和辽宁之间。不同省份和不同年代间分别拥有各自特有和特缺的等位变异。参试品种可分为5个类群,每一类群均有两个以上年代(省份)品种分布。

东北三省水稻产量和品质及其与穗部性状关系的初步研究

以2004年辽宁、吉林、黑龙江3省水稻区域试验品种(品系)为试材,在栽培管理水平高、有代表性的沈阳、公主岭、佳木斯区试点,研究穗部性状及其与产量和品质关系的结果表明,3省各自产量及其构成因素的品种间差异均达到极显著水平,辽宁产量极显著高于另两省,后两省间差异不显著;辽宁穗数和每穗粒数分别极显著低于和高于另两省,其他产量构成因素省份间差异不显著;除一次枝梗结实率外,3省各自穗部性状的品种间差异都达到显著或极显著水平;辽宁穗部性状特点一是穗长较另两省短2cm左右,接近显著水平,着粒密度极显著高于另两省,二是一次枝梗数和一次枝梗粒数极显著高于另两省;糙米率是吉林>辽宁>黑龙江,精米率是吉林>辽宁、黑龙江,整精米率有黑龙江>吉林>辽宁的趋势,长宽比是辽宁、黑龙江>吉林,垩白率是吉林>辽宁、黑龙江,食味值是黑龙江>吉林>辽宁;每穗粒数及其密切相关的着粒密度、一次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗粒数、二次粒率与加工品质均呈负相关趋势,而结实率及其组成部分一、二次枝梗结实率与加工品质均呈正相关趋势,食味值与穗部性状的关系也表现类似趋势。

硅肥对北方粳稻产量和品质的影响

以沈农265和丰优2000为材料,在盆栽条件下,研究了硅肥不同施用量对水稻产量和品质的影响。结果表明,施用硅肥能提高水稻产量,其中有效硅240 kg/hm2使沈农265显著增产,有效硅180 kg/hm2对丰优2000增产效果达到显著水平。从产量构成因素上看,施用硅肥能提高每穴穗数、一次枝梗上籽粒千粒重、二次枝梗上籽粒千粒重、每穗粒数。施用硅肥能显著改善稻米品质,主要表现为稻米的糙米率、精米率和整精米率显著提高,稻米的垩白粒率和垩白度显著降低。相关分析表明,两品种的精米率和整精米率与有效硅施用量呈正相关。沈农265的稻米脂肪酸含量与有效硅施用量呈正相关,食味值与有效硅施用量呈负相关。有效硅施量在0～240 kg/hm2内,两品种直链淀粉含量和蛋白质含量与有效硅施用量相关不显著。综合考虑各处理稻米产量和品质,以180～240 kg/hm2的有效硅施用量较好。

辽宁水稻穗型分类及其与产量和品质的关系

以辽宁省近年来育成的40个水稻品种为试材,研究了穗部性状的品种间差异、穗型分类方法及其与穗部性状、产量和品质的关系。结果表明,调查的13项穗部性状的品种间差异均达到极显著水平;以单穗重、着粒密度、穗直立程度和穗型指数为指标,分别将试材划分为重、中、轻,密、中、稀,直、半、弯,上、中、下4类各3种穗型;总体看重穗型有与密穗型相对应的趋势,共同特点是穗数少而一次枝梗数和每穗粒数多,着粒密度大,二次枝梗粒数及其占每穗粒数的比率(二次粒率)高,结实性特别是二次枝梗结实性差,因而产量潜力较高但是品质较差;直立穗型与重穗型和密穗型的对应关系不如前两者之间明显,在穗数、一次枝梗数、每穗粒数、着粒密度等方面与重穗型和密穗型相似,但是二次粒率低,结实率高,加工品质、外观品质和食味品质都优于重穗型和密穗型;上部优势型在结实性和品质性状上有明显优势,但是产量较低。因此,直立穗型与上部优势型相结合将有利于北方粳稻产量和品质的协调统一。

几个不同穗型水稻品种籽粒灌浆特性的研究

为了揭示直立大穗型水稻品种穗上不同粒位籽粒的灌浆特性,以沈农265等5个不同穗型水稻品种为材料进行田间试验,用Richards方程W=A/(1+Be-bt)1/N对不同粒位籽粒的灌浆过程进行统计回归分析。结果表明,不同穗型品种不同粒位籽粒灌浆特性存在较大差异,直立穗型品种沈农265差异最大,相对一次枝梗籽粒和上部二次枝梗籽粒而言,中下部二次枝梗籽粒灌浆峰值低且达到峰值的时间晚,但是达到峰值后下降缓慢,因此籽粒增重曲线接近直线,最终粒重也与其他粒位接近。可见尽管供试的直立大穗型品种不同粒位籽粒灌浆存在比较激烈的竞争,但是中部和下部二次枝梗籽粒完全可以正常充实。

东北三省水稻品质性状比较研究

以2002-2007年辽宁、吉林和黑龙江三省水稻区域试验参试材料为试材,统一取样测定主要品质指标,分析品质性状的省份间差异、变化及其相互关系。结果表明,东北三省水稻碾磨品质普遍较高,其中吉林省参试品种糙米率和精米率最高,辽宁省参试品种整精米率最高;对于垩白粒率和垩白度,辽宁省与吉林省相差不大,但都显著高于黑龙江省;长宽比吉林>辽宁>黑龙江;蛋白质含量辽宁>吉林>黑龙江,直链淀粉含量则相反,但辽宁与吉林之间差异没有达到显著水平;胶稠度辽宁>黑龙江>吉林。近年来黑龙江和吉林水稻整精米率、黑龙江糙米率有所降低。粒长、长宽比与糙米率、精米率呈极显著负相关,垩白粒率、垩白度与精米率、整精米率和长宽比呈极显著负相关。因此,在水稻育种和栽培中,辽宁和吉林应主攻降低垩白粒率和垩白度,黑龙江和吉林应注意防止整精米率降低,黑龙江还要注重提高糙米率。

水稻株型性状与稻曲病发病程度关系的研究

以54个对稻曲病抗感程度不同的3种穗型粳稻品种(系)为材料,对田间稻曲病自然发病情况进行调查,计算发病率、严重度和损失率。分析稻曲病与株高、剑叶长、剑叶角等株型性状及穗长、颈穗弯曲度、着粒密度等穗部性状的关系。结果表明,稻曲病的发生存在着显著的品种间差异,直立穗型品种的发病率最高,并且显著高于弯曲穗型和半直立穗型,弯曲穗型品种的发病率略高于半直立穗型,但二者差异未达到显著水平。稻曲病的发生与株型特点并无必然的联系,而与穗部性状有较密切的关系,相关性大小为每穗粒数>二次枝梗粒数>二次枝梗数>着粒密度>二次粒率。同时还与单位面积穗数有一定联系。每穗粒数较多,尤其是二次枝梗上粒数较多是稻曲病发病率高的根本原因,穗型的直弯并不是影响稻曲病发病率的主要原因。

东北地区水稻产量和品质演进特征研究

以东北地区近40年生产上应用的18个代表性品种为材料,依据育成年代分为2000年以来、上世纪90年代、80年代和70年代(本文所指70、80、90年代均为20世纪),研究产量及其构成因素、穗部性状和品质的变化特性。结果表明,随着品种改良,产量均呈增加趋势,平均每个年代增长0.841 t/hm2,平均增长率为11.6%,主要是由于总颖花量的增加,其关键在于每穗粒数的增加。随年代演进,结实率逐步提高,近3个年代千粒重差异不显著,但极显著低于70年代。由70年代至90年代,出糙率、精米率和整精米率分别提高1.5%、7.1%、25.9%,而近年来育成的品种出糙率显著下降,精米率和整精米率无显著变化。粒长和长宽比随年代演进呈增加趋势,白度、垩白度、蛋白质含量下降,直链淀粉含量略有增加,食味品质明显改善。

水稻穗分化期不同土壤水势叶温及生理性状变化

以水稻开粳1号为材料,研究不同土壤水势梯度下不同胁迫时间及复水处理对叶片温度、叶片生理指标的影响。结果表明,在白天不同测定时间内,各土壤水分胁迫下,随土壤水势的降低,叶片温度升高,但在试验处理梯度内,叶温均低于气温,各处理复水7 d后叶温基本相同,且仍低于气温;在控水期间叶绿体色素含量降低,复水7 d后叶绿体色素含量增加,轻度水分胁迫(-0.02～-0.05MPa)处理高于控水14 d水平,重度水分胁迫(-0.06～-0.08MPa)高于控水7 d水平,表现为补偿现象,15∶00时叶温与叶绿素a呈极显著负相关;丙二醛(MDA)含量在轻度水分胁迫下先降低,复水后升高,但仍与控水初期水平相当,在重度水分胁迫下先升高,复水后降低,但仍高于控水初期,13∶00时丙二醛含量与叶温呈极显著正相关,14∶00时呈显著正相关。

粳稻直立穗型的主基因+多基因混合遗传分析

选用水稻直立穗型品种辽粳5号和弯曲穗型品种丰锦配制辽粳5号/丰锦组合,通过对P1、P2、F1、F2、B1和B2的颈穗弯曲度和穗角的调查,利用主基因+多基因混合遗传模型联合分离分析了粳稻穗直立性的遗传规律。结果表明,直立穗型性状的遗传无论是从颈穗弯曲度评价,还是利用穗角评价都符合两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传模式,且两对主基因间都存在互作。从F2估计,颈穗弯曲度在辽粳5号/丰锦组合的主基因遗传率为88.41%,穗角在该组合的主基因遗传率为89.04%。

应用SSR分子标记评价不同年代东北三省粳稻基因组遗传构成

为进一步明确北方粳型水稻基因组遗传构成,利用52个SSR分子标记对79份不同时期东北粳稻品种进行遗传多样性与基因组遗传构成的研究。结果表明：品种遗传多样性在省份间呈现出辽宁〉黑龙江〉吉林,在年代间呈现出2001-2008〉1981-1990〉1991-2000〉1963-1980的趋势;基因组籼稻成分比例表现为辽宁品种〉黑龙江品种〉吉林品种,20世纪80年代育成品种的籼性血缘含量最多;遗传构成分析显示出东北地区遗传构成随年代更迭逐渐丰富,3个省份的遗传成分存在一定差异,以辽宁地区最为复杂。20世纪80年代后籼粳杂交育种实践引入的籼稻基因不仅丰富了东北粳稻的遗传构成,而且＂适量＂籼稻血缘的应用对今后北方粳稻育种有重要作用。

不同穗型粳稻品种抗倒伏性的比较

选用北方稻区9个不同穗型粳稻品种为材料,初步探讨了不同穗型粳稻品种间抗倒伏性的差异。倒伏多发生在距地面20～40cm的第2、3节间。基部节间长与倒伏指数呈显著正相关;秆长与倒伏指数呈显著正相关;节至顶鲜质量、长短外径、截面面积与抗折力和弯曲力矩均呈显著或极显著正相关;穗长显著影响各节间的弯曲力矩;穗鲜质量与各节间抗折力、弯曲力矩呈显著正相关;穗颈角对各节间倒伏指数影响不显著。就单个品种而言,弯曲穗型内也存在抗倒性强的品种,不能单纯以穗型来评价品种抗倒性,应综合考虑品种的地域性及品种自身的特性。但从总体水平分析,北方稻区直立、半直立穗型粳稻品种比弯曲穗型品种倒伏指数小,抗倒性好。主要原因在于:直立、半直立穗型品种株高偏矮,基部节间短,更有利于抗倒;直立穗型品种基部茎秆抗倒性状表现良好;直立、半直立穗型品种穗短、轻且穗颈弯曲度小,对茎秆作用力小。此外,还讨论了生态条件、品种特性、穗型与抗倒伏性的相互关系。

不同氮肥施用模式下北方粳型超级稻物质生产特性分析

以北方粳型超级稻品种沈农265为试材,分析了4种不同施氮模式的群体叶蘖建成动态、物质生产特性及产量构成特点,探讨了不同施氮模式下物质生产特性对产量形成的影响。结果表明,各施氮模式均表现14.5kg667m-2施氮水平产量显著高于12.5kg667m-2施氮水平的产量,且14.5kg667m-2施氮水平各施氮模式增产都是因为增加了穗外因素(穗数、单位面积颖花数和单位面积实粒数),降低了穗内因素(穗重、千粒重、结实率、每穗总粒数和每穗实粒数)。在相同施氮总量下,"三段五次"和"稳前、攻中、优后"施氮模式产量显著高于"一头轰"和"长效一次性"施氮模式,但"三段五次"模式以提高单位面积穗数、单位面积实粒数等穗外因素来增产,而"稳前、攻中、优后"模式以增加穗重、千粒重等穗内因素来获得高产,前两者产量都显著高于后两者,主要是因为前两者抽穗后新增同化产物(同化物直接供应量)和抽穗前营养器官储存物质的二次利用量(同化物间接供应量)均高,营养器官的物质输出率和对产量的贡献率均高。此外,在2种施氮水平下,前两者的氮肥农学利用率、氮肥表观利用率和单位土地面积上的总吸氮量均显著高于其他施氮模式。在14.5kg667m-2施氮水平下,前两施氮模式都获得了超高产量(>11thm-2)。

两种穗型粳稻穗上不同粒位籽粒几个营养和蒸煮品质性状的比较分析

选用典型的直立穗型和弯曲穗型粳稻品种,研究了穗上不同粒位籽粒的几个重要营养和蒸煮品质性状差异及其分布特点。结果表明,穗型特征与蛋白质含量、直链淀粉含量和食味值高低无直接必然的联系,但是对穗不同部位间这些指标及其粒位顺序有较大影响。对3个直立穗型品种而言,蛋白质含量、直链淀粉含量表现为穗下部>中部>上部,食味值则相反,而对3个弯曲穗型品种而言,蛋白质含量、直链淀粉含量的表现规律不明显,食味值表现为穗上部>中部>下部;同一稻穗不同枝梗间相比,着生在二次枝梗上的稻米蛋白质含量相对较高、直链淀粉含量和食味值相对较低,而着生在一次枝梗上的稻米蛋白质含量相对较低、直链淀粉含量和食味值相对较高;同一枝梗间的不同着粒部位相比,下部二次枝梗第2、3粒位的蛋白质含量较高、食味值较低,中上部一次枝梗1～6粒位的蛋白质含量较低、食味值较高,而直链淀粉含量在粒位间规律不明显;直立穗型品种单一稻穗不同粒位间的差异大于弯曲穗型品种,其主要原因可能是直立穗型品种着粒密度过大。

中国北方杂草稻深覆土条件下出苗动力源分析

以盆栽的方式,采用不同的覆土深度,对中国北方杂草稻的出苗特性进行了研究,分析了杂草稻的出苗动力源。研究结果表明,在中国北方发现的部分杂草稻具有较强的中胚轴伸长特性和芽鞘节间伸长特性。在播种深度较浅时(3cm),杂草稻依赖于中胚轴的伸长顶土发芽;当覆土较深时(5cm),杂草稻中胚轴伸长特性更加明显,伸长长度加大,同时杂草稻的芽鞘节间也明显伸长,中胚轴和芽鞘节间的共同伸长为深覆土条件下杂草稻的出苗提供了动力基础。

水稻剑叶形态性状QTL分析

为了剖析水稻剑叶形态性状的遗传机理,以典型籼稻七山占和典型粳稻秋光构建的F10重组自交系(RIL)及其包括122个SSR标记的遗传连锁图谱为材料,对水稻齐穗期剑叶形态性状进行QTL分析。共检测到20个控制剑叶形态性状的QTLs,其中:5个剑叶长度QTL、7个剑叶宽度QTL、6个叶面积QTL和2个比叶重QTL,分布于第1、第2、第4、第5、第6、第7、第10和第12染色体上;2个控制比叶重的QTL为首次检出。为水稻剑叶形态性状的改良和理想株型的育成提供了基础性数据。

水稻冠层垂直反射率的品种间差异及其影响因素初步分析

【目的】揭示结实期冠层垂直反射率与群体和株型性状关系。【方法】以辽宁省56个水稻品种(品系)为试材进行田间试验。【结果】冠层垂直反射率存在显著而稳定的品种间差异,与颈穗弯曲度呈极显著的正相关,与比叶重和叶宽呈显著或极显著的负相关,与叶面积指数的关系有待进一步研究。【结论】颈穗弯曲度是影响冠层垂直反射率的主要因素,进一步揭示了直立穗型水稻品种产量潜力高的生理基础。

水稻灌浆期冠-气温差与土壤水分和气象因子的关系

在水稻灌浆结实期进行不同梯度水分胁迫处理，研究该时期水稻冠-气温差（冠层-空气温差）与土壤水分及气象因子间的关系。结果表明，灌浆期水稻冠-气温差与土壤水分含量关系密切，总体来说，土壤含水量越低，冠层温度越高，冠-气温差的算术值越大，而且冠层温度一般来说都低于气温，灌浆前期表现得尤为明显。冠层温度与气象因子中的大气温度、太阳辐射呈极显著正相关，与空气湿度呈极显著负相关，与风速呈负相关但不显著。一天中，不同水分处理间冠-气温差差别最大的时间在各灌浆时期表现不同，但基本集中于12：00～15：00。

生菜低温胁迫转录因子LsICE1的克隆、特征分析及其转化水稻

【目的】克隆生菜(Lactuca sativa L.)低温胁迫转录因子LsICE1,对其进行序列分析和水稻遗传转化,研究超表达LsICE1基因对水稻耐低温能力的影响。【方法】设计简并引物,利用RT-PCR技术获得生菜LsICE1基因保守区域,再通过SON-PCR技术获得LsICE1基因的5′端和3′端,拼接得到全长的cDNA。对该序列进行生物信息学分析,采用半定量RT-PCR研究LsICE1的低温表达模式。最后构建植物表达载体,利用农杆菌介导法对水稻进行遗传转化。通过比较低温处理后对照和转基因株系的存活率和生理指标,鉴定超表达LsICE1基因对水稻耐低温能力的调控作用。【结果】测序结果显示,拼接后的cDNA片段长1 622 bp,包含一个1 497 bp完整的开放阅读框,编码498个氨基酸残基,命名为LsICE1,GenBank登录号为HQ848932。半定量RT-PCR研究表明,LsICE1基因是冷诱导条件下差异表达的基因。进化树分析表明,LsICE1蛋白与葡萄的ICE1蛋白亲缘关系最近,处于同一进化分枝。PCR和RT-PCR分子检测证明,LsICE1基因已经整合到水稻基因组中。与对照相比,低温处理后超表达LsICE1基因的转基因株系存活率和脯氨酸含量明显增加,相对电导率和丙二醛含量积累速率明显下降。【结论】首次从生菜中克隆了低温胁迫转录因子LsICE1,超表达LsICE1基因水稻株系提高了抗低温胁迫能力。

利用程氏指数分析两系杂交粳稻亲本籼粳成分与产量及其构成因素的关系

为了研究北方粳型两系杂交水稻亲本籼粳成分与杂种产量和杂种优势的关系,以北方粳型两系杂交水稻亲本及组合为材料,利用程氏指数法对亲本和杂种进行籼粳分类比较。结果表明,北方粳型两系杂交水稻亲本程氏指数为16.92,偏粳;杂种的籼粳成分与父本呈极显著正相关;父本的籼粳成分与杂种的产量及其构成因素相关不显著,母本的籼粳成分与产量杂种优势和穗粒数呈显著和极显著负相关,亲本籼粳成分差异与产量及产量杂种优势呈显著和极显著正相关;父母本的籼粳成分与杂种产量杂种优势呈二次曲线关系,存在临界极值。因此,北方粳型两系杂交水稻要获得产量杂种优势,父母本的籼粳成分要适度搭配。