以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp.indica cv.'Shuangkezao')获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料,在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫,探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异.结果表明,与野生型相比,弱光胁迫后,pe-1叶片黄化程度显著降低,株高和叶面积显著增加;三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同.此外,pe-1叶绿素含量增加,且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型,表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强,适应能力更强.pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型,表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强.综上,pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力,该结果有助于耐弱光水稻品种的选育.

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.

选用Pi2、Piz-t、Pi9、Pi25、Pi5、Pita、Pia、Ptr、Pi1、Pikm、Pi54等11个抗稻瘟病基因的功能性分子标记,对华南稻区近年育成的90个籼稻骨干亲本进行抗性基因鉴定与稻瘟病抗性评价.结果表明,综合抗性等级达到高抗、抗、中抗、中感、感及高感的亲本分别为0份、3份、35份、38份、14份和0份,且年度间表现较为一致.不同鉴定时期的稻瘟病抗性级别相关性分析进一步显示,苗瘟与叶瘟、苗瘟与穗颈瘟以及叶瘟与穗颈瘟的抗性级别呈极显著正相关.对上述11个抗性基因在90个亲本中的分布进行检测,发现除Pi9基因以外,其他10个抗性基因在亲本中的分布频率分别为75.56％(Pi54)、70.0％(Pi5)、47.78％(Pi2)、31.11％(Pi25和Pia)、20.0％(Ptr)、15.56％(Pi1)、13.32％(Pita)、4.44％(Pikm)和1.11％(Piz-t).11 个抗性基因在不同省际间育成亲本中的分布频率差异较大.进一步结果表明,随着聚合抗性基因数量的增加,亲本抗性水平呈相应提升趋势,但不同抗性基因组合对于提升水稻亲本抗病性的贡献呈现明显差异.本研究为华南稻区新育成籼型常规水稻品种的合理布局及抗稻瘟病基因的育种应用提供有益的参考.

旱直播技术可有效提升水稻生产效率.中胚轴长度(ML,mesocotyl length)是影响旱直播水稻出苗和幼苗活力的重要性状.选育长中胚轴品种是促进旱直播技术推广最为经济、有效的方式.旱直播在南亚和东南亚地区的籼稻种植区已有一定推广面积,在粳稻种植区推广面积较少.前人已发现一批中胚轴伸长相关候选基因,但其可靠性及适用性尚待验证.基于已报道的97个中胚轴伸长相关候选基因,在不同来源的TROP和TEMP两个粳稻自然群体开展候选基因关联分析,鉴定到4个显著候选基因,解释 4.7％～6.3％和 5.4％～6.7％的遗传变异.其中,LOC_Os01g44130、LOC_Os03g50560 和 LOC_Os05g27790在TROP和TEMP群体中均显著关联,而LOC_Os11g10990和LOC_Os10g20860分别在TROP和TEMP群体中显著关联.候选基因所编码蛋白主要参与植物激素合成与代谢、信号转导和植物生长进程.进一步在TROP群体(LOC_Os05g27790-Hap3和LOC_Os05g27790-Hap6、LOC_Os03g50560-Hap1、LOC_Os01g44130-Hap1 和 LOC_Os11g10990-Hap1 和 LOC_Os11g10990-Hap3)和TEMP群体(LOC_Os05g27790-Hap6、LOC_Os01g44130-Hap1 和LOC_Os10g20860-Hap5)中分别鉴定到 6个和 3 个可用于分子标记辅助育种的优异单倍型.本研究鉴定到的显著关联候选基因及其优异单倍型可应用于水稻长中胚轴分子育种实践中.

为探究核黄素在水稻非生物胁迫响应中的作用,以粳稻Kitaake和籼稻T98B为试验材料,考察了核黄素对2种材料的盐、高温、渗透、碱和氧化胁迫响应的影响,重点测定了盐和高温胁迫下水稻体内核黄素合成基因的表达和相关生理指标.结果表明,(1)施加外源核黄素有效提高了 2种水稻材料的盐和高温胁迫耐受性,降低了渗透胁迫耐受性,而其氧化和碱胁迫耐受性不受影响.(2)逆境胁迫均不同程度地促进了核黄素在2种水稻材料中的积累,尤其在盐和高温胁迫下促进效果最明显.(3)盐和高温胁迫均诱导了核黄素合成酶基因的表达,促进了核黄素的生物合成,改善了水稻的胁迫耐受性.研究表明,非生物逆境胁迫能促进核黄素在水稻体内的合成和积累,外源核黄素也能明显提高水稻对盐和高温胁迫的耐受性,但却降低了其对渗透胁迫的耐受性.

通过"第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"项目,对江西省各农业县(市)水稻地方品种资源进行了调查和收集,2017-2019年共收集到水稻地方品种资源321份,对其形态特征、主要农艺性状和品质特性进行了鉴定.从地域分布来看,江西水稻地方品种资源在11个地级市均有分布,主要集中分布于九江、上饶、宜春、抚州、吉安和赣州等6个面积较大且山区丘陵地较多的地级市,这些地区经济欠发达、交通不便,又是少数民族聚集地,农户喜欢以水稻地方品种的稻米为原材料加工美食.江西省水稻地方品种资源存在籼稻与粳稻两个亚种,以籼稻为主,分为早稻、中稻和晚稻,以中、晚稻为主,粘稻和糯稻分别占38.0％和62.0％,种皮颜色种类丰富,有35份红米和紫黑米种质资源.江西水稻地方品种资源遗传变异丰富,多数表现为颖尖秆黄、无芒或短芒,穗型适宜、剑叶及茎秆角度适中、抗倒伏且落粒性适宜;鉴定出15份抽穗期与株高适宜的大穗、多颖花、高结实率、高千粒重的优良品种资源,还筛选鉴定出优异糯稻和有色稻米资源各12份.这些水稻优异地方品种资源具有较大的挖掘潜力,可为水稻新品种选育提供重要的资源支撑.

水稻(Oryza sativa)是我国主要粮食作物之一.提高水稻叶片叶绿素含量,进而提高其光合作用效率是实现高产稳产的重要途径之一.该研究以父系籼稻品种华占(HZ)、母系粳稻品种热研2号(Nekken2)及其构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料,在分蘖期和成熟期分别对亲本及其后代剑叶的叶绿素含量(SPAD值)进行测定,同时基于已构建的高密度遗传连锁图谱进行QTL定位.结果共挖掘到20个与叶绿素含量相关的QTLs(分蘖期7个,成熟期13个),LOD值最高达4.77.利用qRT-PCR方法检测QTL区间内与叶绿素含量相关的候选基因的表达,发现LOC_Os06g11780、LOC_Os06g12360、LOC_Os06g39716、LOC_Os08g42610、LOC_Os02g18500、LOC_Os03g21240、LOC_Os03g21400、LOC_Os03g21780、LOC_Os03g30950及LOC_Os03g40550基因的表达量在双亲间差异显著.结合基因表达量及亲本叶绿素表型数据,推测LOC_Os06g11780、LOC_Os06g12360和LOC_Os08g42610的高表达极大地提高了水稻叶绿素含量,进而有效提高植物光合产能.研究结果为筛选和培育高光能利用效率的水稻新品种提供了有利的遗传资源,并为揭示水稻叶绿素含量的动态变化规律及分子调控机制奠定了重要基础.

为探究盐胁迫下水稻地上部和根部Na+、K+含量和分布对其生物量累积和苗期耐盐性的影响,利用125 mmol/L NaCl对51份不同类型水稻种质资源进行胁迫处理,测定5个形态学指标:耐盐级别、相对根长、相对地上部干重、相对根干重和地上部含水量;6个离子指标:地上部Na+含量、根系Na+含量、地上部K+含量、根系K+含量、地上部Na+/K+和根系Na+/K+,共11个耐盐相关指标.在主成分分析基础上,利用隶属函数和标准差系数赋予权重法获得水稻苗期耐盐性综合评价值(D值).利用特异引物扩增SKC1基因编码区进行测序、比对和单倍型分析.结果表明:除相对根长外,地上部Na+含量与其余4个形态学指标呈极显著负相关,耐盐级别与地上部Na+含量、根系Na+含量和地上部Na+/K+均呈极显著负相关,耐盐级别、相对地上部干重、相对根干重、地上部含水量4个指标两两之间均呈极显著正相关.利用SPSS主成分分析将11个单项指标转换为4个主成分,累计贡献率达82.093％.依据PC1中各指标的载荷系数,筛选出相对地上部干重、耐盐级别、相对根干重、地上部Na+含量、地上部Na+/K+和根系Na+含量6个重要指标;结合综合评价D值与这6个指标的线性回归分析,发现耐盐级别和地上部Na+/K+的系数较大,分别是影响水稻苗期耐盐性的形态学和离子平衡关键因子.通过对51份水稻种质资源SKC1编码区序列比对,共检测到9种不同的单倍型.其中源于越光的单倍型(Hap1)为粳稻种质资源的优势等位基因;源于Nona Bokra的单倍型(Hap7)为籼稻和Aus的优势等位基因.本研究结果可从离子平衡层面为耐盐水稻资源筛选与鉴定提供理论依据.

水稻是海南省最主要的粮食作物之一,然而海南耕地面积少、稻谷总产低,粮食自给压力大,培育优质高产抗逆水稻品种、提高水稻总产量是保障海南粮食安全的重要途径.本研究以2003-2021年期间通过海南省审定的水稻品种为材料,对产量、米质、抗性等农艺性状的年际间变化、品种分布频率以及性状间的相关性等进行分析,解析海南品种的基本特性.2003-2021年海南省审定水稻品种384个,品种类型主要为杂交籼稻品种,占71.3％;审定品种的区试和生试产量水平表明海南水稻单产水平不高;每穗粒数在110～160粒的中小穗型居多;稻瘟病抗性或白叶枯病抗性水平有待提高,双抗品种的占比不到0.5％;直链淀粉含量偏高,年际间呈现缓慢下降的趋势,达到食用籼稻品质一级～三级的水稻品种占比约为24％,米质水平整体上较一般.基于此,在海南水稻的产量提升、品种抗性和米质改善等方面,都需要种质的创新和突破,培育优良水稻新品种.另外,还可修订水稻品种审定的标准、加强水稻栽培研究和推广方面的力度等来促进海南水稻生产水平的提升.

褐飞虱是水稻生产危害中最严重的虫害之一,发掘水稻中抗褐飞虱的新基因并培育抗性品种是现今控制该虫害最有效的举措.广西农家种质——籼稻47-1连续3年的苗期、成株期对褐飞虱都表现一致高抗,遗传稳定性良好,具有明显的趋避性和抗生性,定位其抗性基因并探究其机理,对丰富抗褐飞虱基因的多样性和培育抗性水稻品种具有重大意义.本研究通过利用抗褐飞虱材料47-1与感褐飞虱材料9311杂交构建了包含91个单株的F2群体,采用虫体增重法进行褐飞虱抗性表型鉴定.结果显示F2群体抗性单株(虫体增重倍数≤1.1)与感性单株(虫体增重倍数＞1.1)的数量比为61:30,卡方检验(x2=3.081＜x20.01,1=3.84)表明该性状的分离比符合1对显性基因的分离规律.基因定位在第4染色体标记04M0.453与04M3.688之间的区域内检测到一个褐飞虱抗性位点,与克隆的Bph40定位区间重叠.序列分析表明,47-1中Bph40(t)基因的CDS与已克隆的Bph40 CDS仅存在3个单碱基突变,共导致2个氨基酸差异,系统进化树分析发现两者的亲缘关系最近,表明该抗性基因就是Bph40的一个等位基因.