旱稻渗入系的构建与分析

以优良水稻品种沈农265为轮回亲本,以农家旱稻品种毫格劳为供体亲本,通过多代回交和连续自交的方法,构建了一套包含180个家系的旱稻渗入系。用GGT2.0绘制了旱稻渗入系的图示基因型,获得了2个亲本在渗入系中的比例和长度。该套渗入系覆盖了整个旱稻毫格劳基因组,标记间平均距离为8.37 cM,覆盖水稻基因组1566 cM,90.5%的渗入片段长度集中在10～20 cM之间,单个最小渗入片段长度为1 cM,渗入片段平均长度为13 cM。说明该渗入系的构建非常有利于目标性状的定位。

旱稻渗入系抽穗期根系性状QTL定位

研究稻作抗旱的根系特征及其遗传机理,发掘旱稻有利基因,从水旱稻杂交中选育高产耐旱的稻作品种提供理论基础和研究材料。以强抗旱的旱稻毫格劳为供体亲本,超高产水稻品种沈农265为受体亲本,利用187个SSR标记构建了一套具有180个家系的旱稻渗入系群体,并采用单标记分析法,对抽穗期根系6个性状:最长根长、粗根数、总根数、平均最粗根粗、根干重、总干重进行QTL定位。抽穗期共检测到QTL38个,其中影响上述6个性状的QTL数目分别是6、6、4、6、4和12个,它们的总贡献率分别为29%、27%、21%、33%、23%和61%。此外,在粗根数和总根数中分别检测到3个和1个来自毫格劳的等位基因的加性效应为负,其余均为正。除平均根粗外,其他5个性状的加性效应都较大。89.5%的渗入位点对以沈农265为遗传背景的渗入系的6个性状根系有促进作用;定位到的影响不同根系性状的QTL多数成簇、集中分布;RM3853附近定位到影响4个性状的QTL,推测是一个在抽穗期与根系性状和抗旱密切相关的基因或基因簇。

基于植物功能-结构模型的玉米-大豆条带间作光截获行间差异研究

间作种植形成了异质冠层空间结构,但因此导致的作物生长、表型和光截获的行间差异目前还少有定量化。为解析条带间作生产力的行间差异,本研究基于田间观测数据构建植物功能-结构模型(Functional-Structural Plant Model,FSPM),量化间作系统中光截获的行间差异。于2017—2018年开展了玉米和大豆单作、2行玉米和2行大豆的2:2 MS间作以及3行玉米和6行大豆的3:6 MS间作田间试验。基于植物生长平台GroIMP开发了玉米-大豆间作的FSPM,模型较好地模拟了叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)、株高和光截获系数动态三个指标,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为0.24~0.70 m^(2)/m^(2)、0.06~0.17 m和0.06~0.10。田间试验结果表明,间作种植显著增加了玉米节间直径。受玉米遮阴影响,大豆节间变长、变细,且随大豆条带变窄差异越明显。模型模拟的2:2 MS间作玉米光截获比单作玉米高35.6%,3:6 MS边行玉米和内行玉米的光截获分别比单作玉米高27.8%和20.3%。2:2 MS与3:6 MS边行大豆的光截获比单作大豆分别少36.0%和28.8%;3:6 MS大豆内Ⅰ行和内Ⅱ行比单作大豆的光截获分别少4.1%和1.8%。基于三维FSPM,未来可进行不同生长环境下间作种植模式等的布局优化,以达到最佳系统光截获优势。

旱稻渗入系拔节期根系性状QTL定位

研究稻作抗旱的根系特征及其遗传机理,在作物育种程序上改良作物根系性状,提高作物抗旱性,为水旱稻杂交选育抗旱高产品种提供理论依据。本研究利用187个SSR标记和1套具有180个家系的旱稻渗入系群体BC3F7构建遗传连锁图,采用单标记分析法,对拔节期根系的6个性状(最长根长、粗根数、总根数、平均最粗根粗、根干重、总干重)进行QTL定位。拔节期检测到QTL共56个,其中影响上述6个性状的QTL数目分别是9、10、3、12、9和13,其总贡献率分别为43%、44%、19%、70%、39%和68%。另外,在检测到的QTL中除与总根数有关的有2个来自毫格劳的等位基因降低性状值以外,其位点毫格劳的等位基因均增加性状值。92.8%的渗入位点对以沈农265为遗传背景的渗入系的根系6个性状有促进作用;定位到的影响不同根系性状的QTL多数成簇排列;在RM1261附近定位到影响3个性状的QTL,推测是一个与根系抗旱性状密切相关的基因区域。