秸秆还田对稻田土壤NH3挥发可产生影响,但相关排放变化规律和调控机制有待系统研究.以南粳46水稻品种为材料,太湖地区典型单季稻田原状土为研究对象,利用连续气流封闭法监测三种秸秆(水稻秸秆:RS;小麦秸秆:WS;玉米秸秆:MS)两种添加量(W秸秆:W土=0.5％、0.8％)下水稻各生长期NH3挥发通量、土壤理化因子及水稻产量;进而结合分子生物学技术,将环境因子与氮循环相关的功能微生物丰度进行耦合,揭示NH3挥发对不同种类秸秆和不同添加量的响应机制并解析关键因子,从而筛选出稻田生态系统氨减排效果最佳的秸秆还田种类及施用量.试验结果表明,秸秆种类及秸秆种类与其施用量交互作用对稻田土壤NH3挥发均产生显著影响,总体来看,与CK相比,施加秸秆处理NH3挥发变化幅度为-33.2％-27.3％.不同秸秆种类对稻田土壤NH3挥发影响不同,低添加量下,与CK相比,RS与WS施用对NH3挥发量均无显著影响,而MS施用显著增加NH3挥发量21.1％;高添加量下,RS施用显著降低NH3挥发量33.2％.不同秸秆施加量对稻田土壤NH3挥发影响亦不同,RS和MS处理下稻田NH3挥发量随施用量的增加分别降低31.2％和32.8％,而WS处理则呈现相反规律;不同秸秆种类及不同施加量交互作用下RS-0.8处理显著降低稻田土壤NH3挥发33.2％.田面水pH、总氮(TN)浓度、土壤微生物量碳含量(MBC)、土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落丰度是导致不同秸秆种类和用量下稻田土壤NH3挥发产生差异的主要影响因素;RS-0.8处理相较于其他处理显著增加土壤AOA、AOB群落丰度并显著降低田面水TN含量,综合效应下显著减少稻田NH3挥发量33.2％,并显著增加水稻产量22.9％.因此,综合稻田NH3挥发总量和水稻产量,秸秆施用水稻种植体系中水稻(RS)秸秆以0.8％施用量模式下减排增产效果最佳.

[目的]水稻的抽穗期对水稻地域适应性及水稻产量至关重要,对水稻抽穗期基因进行鉴定及功能分析,可以为水稻育种提供优异的基因资源.[方法]通过BSA-seq方法对一个黄化早抽穗突变体hz1(huangzao 1)进行基因定位克隆及连锁分析;利用RT-qPCR技术分析目的基因HZ1 的表达谱,并用水稻原生质体瞬时转化查明HZ1 的亚细胞定位;对突变体的抽穗期、叶绿素含量、过氧化氢含量等生理指标进行测定,详细分析其表型变化.[结果]田间表型观察发现hz1表现早抽穗,长日照(long-day,LD)及短日照(short-day,SD)条件下hz1 的抽穗期相同,分别比野生型(wild type,WT)早抽穗 43 d和 26 d,表明hz1 是一个光周期不敏感的突变体.同时hz1 表现黄化表型,相比WT,叶绿素含量下降.遗传分析表明hz1 由隐性单基因控制,F2 混池高通量测序将目的基因定位于水稻第 6 染色体上 17.8 Mb区间内,分析发现该区间内一个T-DNA插入位点LOC_Os06g40080 与hz1 目标性状完全连锁,LOC_Os06g40080 为已知的SE5 基因,编码血红素加氧酶 1(heme oxygenase 1,HO1).HZ1/SE5 在叶片中高表达,在LD及SD条件下具有昼夜节律性表达.亚细胞定位发现HZ1/SE5 蛋白定位于叶绿体中.表达调控分析表明HZ1/SE5主要通过调控水稻成花素Hd3a和RFT1 的表达来调控水稻的抽穗期;并通过调控叶绿素合成途径相关基因的表达水平影响水稻叶绿素水平变化.[结论]黄化早抽穗突变体hz1 由于血红素加氧酶编码基因SE5 突变导致其对光周期不敏感,HZ1/SE5 基因通过调控水稻成花素基因及叶绿素合成途径相关基因的表达而影响水稻的抽穗期及叶片的黄化.

籽粒性状直接影响水稻的产量和品质,因此,解析水稻籽粒性状的遗传机制对提高水稻产量和品质至关重要.本研究以籽粒性状差异较大的稽稻和广百香占为亲本构建定位群体,利用水稻1K mGPS SNP芯片对定位群体进行基因分型,构建了包含770个Bin标记的高密度遗传图谱,通过QTL定位分析,最终鉴定出17个调控籽粒性状的QTLs,其中粒长QTL4个,粒宽QTL3个,粒厚QTL3个,长宽比QTL2个,千粒重QTL5个,LOD值介于2.55～42.44之间,表型贡献率介于4.73％～29.63％之间.在这17个QTLs中,9个为已知粒型基因位点,8个可能是新鉴定位点,分别为粒长qGL6,粒宽qGW5、qGW10和qGW12,粒厚qGT10,长宽比qGLWR5-2,千粒重qTGW10和qTGW11.根据新发现粒宽QTL(qGW5)定位区间内的基因注释、与拟南芥的同源基因比对、时空表达分析、激素响应分析和序列分析,最终筛选到1个编码CCCH类锌指蛋白的调控水稻粒宽的候选基因Os05g0195101.本研究为进一步开展水稻籽粒性状基因的克隆和遗传调控的解析奠定了基础.

水稻(Oryza sativa)穗部性状与产量直接相关,其相关基因的挖掘与功能解析对于保障国家粮食安全意义重大.以籼稻华占(HZ)和粳稻热研2号(Nekken2)及构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料,测定了穗长、每穗粒数、结实率、柱头外露率及一次枝梗数等穗部性状.结合高密度分子遗传图谱进行QTL定位,结果共检测到31个QTLs,分别位于第1、2、3、4、5、6、10和11号染色体上,其中2个位点的LOD值分别高达5.45与5.28.通过分析筛选QTL区间内可能影响穗部性状的相关基因,并利用qRT-PCR进行基因表达检测,发现LOC_Os05g05490、LOC_Os05g06150、LOC_Os03g11700、LOC_Os03g12430、LOC_Os05g28720、LOC_Os05g30890、LOC_Os05g31740和LOC_Os02g17880在双亲间的表达水平差异显著.其中,前5个基因编码三角状五肽重复蛋白,而后3个基因编码糖基转移酶.研究挖掘到31个与穗部性状相关的QTLs,为进一步定位和克隆相关基因,从而选育高产水稻新品种奠定理论基础.

[目的]Bacillus altitudinis LZP02 是一株水稻根际促生菌(PGPR),能定殖于水稻根部,形成生物膜,且Mn2+对LZP02 菌株生物膜形成具有促进作用,但调控机制尚不明确,旨在探究Mn2+对LZP02 菌株生物膜形成的促进机制.[方法]采用结晶紫染色法进行生物膜定量分析、蒽酮-硫酸法测定胞外多糖产量、扫描电镜(SEM)观察LZP02 菌株在水稻根际定殖情况、转录组学测序技术分析差异表达基因(DEGs).[结果]添加 4 mmol/L Mn2+和 8 mmol/L Mn2+显著提高了LZP02 菌株的成膜能力和胞外多糖产量,扫描电镜发现 4 mmol/L Mn2+和 8 mmol/L Mn2+提高了LZP02 菌株在水稻根际的定殖能力,随着Mn2+浓度的增加,DEGs数量显著增多,其主要富集在芽孢形成、毒素代谢途径和双组分系统中.1 mmol/L Mn2+和 4 mmol/L Mn2+处理组发现skf操纵子中基因的表达均上调.扫描电镜观察发现在 1 mmol/L Mn2+和 4 mmol/L Mn2+处理组中LZP02 菌体存在损伤.4 mmol/L Mn2+处理组双组分系统中KinE和Spo0A基因均显著上调.[结论]Mn2+通过"嗜食同类"和双组分系统中KinE基因激活Spo0A～P提高了菌株LZP02 的成膜能力.

秸秆还田、高效肥料、节水减氮是我国农业绿色发展主推技术,高产低排放品种是减少稻田CH4排放重要方向.为明确秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉集成技术对不同品种水稻田CH4排放的影响,本研究以双季稻为对象,采用随机区组的裂区试验设计,设置施用尿素+间歇灌溉(U)、尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(US+S)、控释尿素减量20％+秸秆还田+间歇灌溉(CRUS+S)、尿素减量20％+秸秆还田+节水灌溉(US+S+SWD)共4个主区因素,常规稻和杂交稻作为2个副区因素,利用静态箱-气相色谱法监测双季稻生育期内CH4排放规律及减排效果.结果表明,碳投入、氮投入、灌溉量和分蘖数是影响双季稻CH4排放的主要因素.秸秆还田可补充氮肥20％减量的养分,并显著促进常规稻和杂交稻CH4的排放,其中常规稻增排60.0％～107.8％,杂交稻增排99.8％～107.8％,这主要归结于秸秆还田带来大量碳源.秸秆还田搭配控释尿素并不能减少CH4排放,较US+S增排1.8％～9.7％(除常规晚稻外).节水灌溉能显著控制秸秆还田下CH4排放的大量增长,相比US+S,US+S+SWD处理显著降低了CH4排放15.9％～23.1％.各处理间产量无显著差异,表明秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉可以达到稳产作用.杂交稻CH4排放量及产量略高于常规稻,但不存在显著差异.总体而言,秸秆还田显著提高CH4排放量,控释尿素和减量施氮无明显减排效果,节水灌溉能有效降低秸秆还田下单位产量的CH4排放强度.未来随着稻田秸秆还田比例增加,优化水分管理以促进秸秆好氧分解将成为CH4减排的关键.

叶片直立是决定作物株型、光合效率和产量的重要农艺性状之一.细胞分裂素(CTK)是调控农作物株型、抗逆和产量的重要激素,但其在水稻(Oryza sativa)叶片直立生长中的作用仍不清晰.该文报道了水稻细胞分裂素氧化酶/脱氢酶9(OsCKX9)影响叶枕发育并正调控叶夹角.组织学切片显示,osckx9突变体叶夹角的变化是由于叶枕近轴端和远轴端细胞的不对称分裂所致.qRT-PCR检测表明,OsCKX9在叶枕中的表达量较高.激素处理表明,OsCKX9能被tZ、iP、cZ、6-BA和eBL等诱导表达.激素测定显示,osckx9突变体的叶枕处积累了大量的CTK,且其对eBL的敏感度显著低于野生型.综上,OsCKX9正调控水稻叶夹角,该研究为解析水稻叶夹角的遗传基础和培育理想株型提供了基因资源.

叶绿素是水稻光合作用的重要色素,叶绿素的合成决定光合作用的效率,影响植物的产量和品质.在本研究中,发现糖原合成酶激酶OsGSK2过表达植株Go-2成熟期呈现叶片深绿色的表型.相比野生型,Go-2植株叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量显著升高.透射电镜观察结果显示,相比野生型,Go-2植株叶绿体类囊体片层增多.酵母双杂交"一对一"实验证实OsGSK2与Golden2-Like转录因子OsGLK1存在互作,并进一步通过双分子荧光互补实验确认OsGSK2与OsGLK1存在互作.在水稻原生质体中检测双荧光素酶活性发现,相比单转OsGLK1,OsGSK2与OsGLK 1共转显著提高下游靶基因的表达水平.荧光定量PCR结果表明,相比野生型,在Go-2植株中OsGLK1直接调控的靶基因OsPORB、OsCAO1、LHCB6等转录水平显著上调.研究结果初步揭示了OsGSK2与OsGLK1互作调控水稻叶绿素合成和叶绿体发育的分子机理,进一步拓展了水稻糖原合成酶激酶的分子功能,丰富了水稻叶色调控的分子网络,为水稻高光合分子育种提供了理论依据.

为筛选出高产且适用于粮食安全生产的镉低积累水稻品种,本研究以18个早、中、晚熟稻品种为供试材料,比较了不同品种水稻在中轻度镉污染农田的生长情况以及对镉吸收、积累差异,并通过综合定量评价方法进行评估.结果表明:根据综合定量筛选评价方法将糙米镉浓度、稻谷产量、转运系数和秸秆积累量作为评价指标并赋予不同权重,通过计算综合得分筛选出的高产且镉低积累水稻品种有JR-9(沪香粳106)、JR-2(沪早香软1号)、JR-7(8333)、JR-15(宝农34)和JR-8(南梗9108);品种JR-8水稻产量最高,品种JR-9、JR-7和JR-15水稻产量均显著高于其他品种;不同水稻品种的稻米镉含量差异较大,JR-9、JR-15、JR-7稻米镉含量显著低于其他水稻品种;品种JR-2转运系数最低,更多的镉保留在秸秆中,表现出最高的秸秆积累量,最终成为候选品种.本研究采用的综合定量评价方法可对高产、低Cd的水稻品种进行科学评价,并初步筛选了 5个适用于中轻度Cd污染农田推广的Cd低积累水稻品种,其稻米Cd含量达到国家粮食安全限量标准.

稻巨座壳引起的稻瘟病是一种重要的农作物真菌病害,该病害的发生和流行限制了水稻的产量,威胁全球粮食安全.细胞凋亡和自噬在稻巨座壳的致病性中起重要作用,抗细胞凋亡的存活因子 Svf1 在禾谷镰刀菌和核盘菌中被报道与致病力相关,但是其在稻巨座壳中的详细功能却并未见报道.本研究对MoSvf1进行序列分析,发现Svf1在真菌中高度保守.对其进行基因敲除并观察表型,发现 Mosvf1 突变体菌落生长减慢,菌丝形态异常,但其产孢量相比野生型有显著性增多.说明MoSvf1 正调控稻巨座壳的营养生长,负调控孢子的形成.Mosvf1 突变体的附着胞形成和致病力无可见缺陷.为进一步完善MoSvf1 的互作调控网络,我们通过IP-MS的方法鉴定MoSvf1 的互作蛋白,发现其中包含多个与胞内信号传导及细胞凋亡有关的蛋白.对 MoSvf1 互作蛋白的分析有助于进一步揭示MoSvf1 的调控模式和作用途径,为阐明稻巨座壳的生长和凋亡打下重要基础.