大米镉超标问题严重威胁人体健康.水稻镉吸收转运基因OsNramp5的功能缺失可有效降低镉在稻米中的积累.为了快速创制镉低积累的水稻新种质,本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除三系杂交稻优质抗病恢复系川恢491(R491)中的镉吸收转运基因OsNramp5,获得了多种不同突变方式的编辑植株,并筛选出单靶点突变无转基因成份的两种纯合突变株系(KO1和KO2).在镉污染土壤中种植并测定野生型和敲除植株糙米的镉含量,结果显示,相比于野生型R491,敲除株系KO1和KO2糙米中的镉含量显著下降,均降低约90％左右.农艺性状调查结果发现,相比野生型R491,KO1突变株系的农艺性状没有显著差异,但KO2突变株系的株高、结实率和千粒重显著降低.因此,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除镉吸收转运基因OsNramp5可快速创制镉低积累的水稻新种质,本研究创制的新种质为加速培育可在镉污染区种植的安全水稻品种提供了新的遗传资源.

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.

以石珊瑚共附生真菌为研究对象,探究不同培养条件对其次级代谢产物抗炎活性和化学多样性的影响.基于OSMAC(one stain many compounds)策略,分别选用马铃薯葡萄糖水(potato dextrose broth,PDB)和糙米培养基,并设置 3 种盐度(0.3%、3.0%和 10.0%),对 31 株石珊瑚来源共附生真菌进行小规模发酵培养.以脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的BV-2 小胶质细胞为炎症模型,从中筛选出具有抗炎活性的菌株;并通过薄层色谱法(thin-layer chromatography,TLC)指纹图谱、超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法(ultra-performance liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry,UPLC-QTOF-MS)以及基于特征的分子网络(feature-based molecular networking,FBMN)等技术手段进一步分析抗炎活性菌株次级代谢产物的化学多样性.结果表明,5 株菌株在糙米培养基条件下表现出显著的抗炎活性,对LPS诱导的BV-2 细胞中一氧化氮(nitric oxide,NO)的释放显示中等或强的抑制活性,且呈现显著的浓度剂量依赖性.而菌株C3-9 粗提物在 10 和 20 μg/mL的低浓度条件下也表现出了显著的抑制NO产生的作用,进一步的TLC和FBMN分析显示菌株C3-9 的次级代谢产物中含有丰富的抗炎活性化合物,且具有高度的多样性.石珊瑚共附生真菌C3-9 次级代谢产物具有显著的抗炎活性和多样性,为后续抗炎活性化合物的发现提供了基础.

米象Sitophilus oryzae是我国主要的储粮害虫之一,对多种谷物及其加工品均可造成严重危害.本研究为探明10℃下米象对糙米挥发性成分及前体物质(脂肪酸、氨基酸)的影响,使用顶空式固相微萃取气质联用技术(Headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)对糙米挥发性成分进行提取、鉴定,气相色谱-质谱联用仪(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)对糙米脂肪酸进行分析、高效液相色谱仪(High performance liquid chromatography,HPLC)对糙米氨基酸进行分析.结果显示:随着米象侵染时间的延长,糙米中脂质氧化和蛋白质水解不断在发生,8种氨基酸、11种脂肪酸存在显著差异.不同侵染时间内米象侵染对糙米挥发性成分有显著影响,通过偏最小二乘法-判别分析(Partial least squares discrimination analysis,PLS-DA)筛选出18种特征挥发性成分,其中1-十一醇、1-戊醇、二氢-5-十四烷基-2(3H)-呋喃酮、庚醛含量与侵染时间呈正相关,庚醇含量与之呈负相关.基于脂肪酸、氨基酸和特征挥发性成分含量的相关性分析得出,庚醇、邻苯二甲酸二异丁酯与油酸、亚油酸、丙氨酸、亮氨酸含量变化呈一定的相关性.以上结果表明在10℃条件下,米象仍存在缓慢的生命活动,促进了糙米氨基酸和脂肪酸的氧化降解,进而对挥发性成分的形成产生显著影响.

通过对2017-2021年"第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"收集到的福建水稻地方品种资源品质性状进行鉴定与评价,结果表明:在165份白米稻和红米稻中,粘稻的垩白度变异系数最大,其中籼型白米垩白度最高为148.91％,其次为透明度,而糙米率变异系数最小在5.0％以下.糯稻的阴糯米率变异系数最高在70.0％以上,其次是白度和直链淀粉含量2项指标,而糙米率、碱消值、胶稠度3项指标变异系数较小,都在10.0％以下.从米质指标达标率来看,粘稻整精米率和垩白度达标率较低,在50.0％以下,其他指标较高,均在65.0％以上;糯稻整精米率和直链淀粉含量达标率较低,在50.0％左右,其他指标达标率较高,均在65.0％以上.蒸煮食用品质优劣是优质稻评价的一项重要内容,粘稻中蒸煮食用品质3项指标均达到部颁优质3级以上品种占总数的60.7％,糯稻中占总数的35.4％.与福建第二次普查收集到的品种相比,第三次普查收集到的品种中蒸煮食用品质达到优质的品种比例有大幅度的提升.本研究筛选出10份米质达部颁优质的种质资源,可以为今后优质材料创制提供物质基础;另外还筛选出15份高直链淀粉含量种质,可用作加工专用稻新材料创制.本次收集到的水稻地方品种中有色稻资源较为丰富共有32份约占总数的20.0％,可为今后功能性水稻生产及育种提供宝贵资源.今后应加强地方品种品质鉴定评价工作,从中挖掘出优异的种质资源为水稻育种新材料创制提供物质基础,促进和推动优异水稻新品种选育.

选取适合湖南种植的48个水稻品种(系)在中轻度和重度镉污染土壤上进行盆栽试验,通过分析水稻籽粒产量、各器官富集系数、转运系数及植株净化效率,探明不同镉污染土壤对水稻镉富集、转运及净化效率的影响.结果表明:中轻度和重度镉污染土壤下糙米Cd含量、籽粒产量分别为0.010～0.048 mg·kg-1、96.63～152.55 g·盆-1和0.105 ～ 0.476mg·kg-1、101.10～ 165.12 g·盆-1,重度镉污染土壤明显促进糙米镉含量增加,但对籽粒产量影响不大;中轻度和重度镉污染土壤下糙米镉富集效率和产量均不存在显著相关性;依据产量和糙米镉富集效率进行聚类分析,将所有品种在中轻度镉污染土壤下分为低镉低产组、低镉高产组;重度镉污染土壤分为高镉低产组、高镉高产组;两种镉污染土壤水稻各器官镉富集大小顺序均为糙米＜叶＜茎秆＜根系,转运效率则为土-根＞茎-叶＞茎-糙米＞根-茎,土壤镉主要转运至根部并富集于根部;水稻镉富集及转运效率受产量因素影响较小,但受土壤镉浓度影响较大;重度镉污染土壤明显增强水稻各器官镉富集和根-糙米各环节镉转运效率,较中轻度镉污染土壤增幅显著;水稻根部的净化效率远高于地上部分.

目的 研究蛇足石杉内生真菌Cercospora lagenariae MT-45的代谢产物.方法 利用硅胶柱色谱及半制备液相色谱等方法进行化合物的分离纯化,并根据化合物的理化性质及MS、NMR数据鉴定其结构;利用体外模型进行抗炎活性筛选.结果 从内生真菌C.lagenariae MT-45的糙米发酵物中分离得到9个聚酮类化合物,分别鉴定为尾孢菌酸A(1)、格链孢酚(2)、交链孢醇单甲醚(3)、(+)-nigrosporaol A(4)、alternarienonic acidB(5)、2-methyl-5-carboxymethyl-7-hydroxychromone (6)、2,5-dimethyl-7-hydroxychromone (7)、1-deoxyrubralactone(8)、(-)-altemarlactam (9).结论 其中化合物1为新化合物,化合物6对脂多糖(LPS)诱导的小鼠巨噬细胞RAW 264.7一氧化氮(NO)产生具有一定的抑制作用,IC50为(57.5±1.2) μmol/L.

基于FACE (free-air CO2 enrichment)试验平台,以籼稻IIY084与粳稻WYJ23为试验对象,连续两年(2013、2014)研究糙米产量和矿质元素(Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se)含量对CO2浓度升高的响应.结果 表明,CO2浓度升高条件下,IIY084与WYJ23籽粒和糙米产量增加,其中,糙米两年平均增产34.3％和16.3％.CO2浓度升高连续两年降低IIY084糙米中Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se含量,其两年平均分别降低了10.4％、13.4％、15.5％、11.7％、25.7％、3.2％,而WYJ23糙米中矿质营养含量未出现一致的下降现象.其中,2014年糙米Mn、Cu、Zn和Ni含量对CO2浓度升高的负响应达到显著水平(P＜0.05).此外,糙米Fe(P＜0.1,2014)、Mn(P＜0.01,2013和2014)、Cu(P＜O.1,2014)、Zn(P＜0.01,2013和2014)、Ni(P＜0.01,2014)、Se(P＜O.05,2013;P＜0.01,2014)含量在水稻品种间存在显著性差异.CO2浓度升高不同程度地增加糙米中矿质元素积累量,6种元素两年平均增加2.1％～29.2％(IIY084)和12.8％～ 19.3％(WYJ23).可见,CO2浓度升高条件下,IIY084糙米中矿质元素含量较WYJ23有更明显的下降趋势,导致食用IIY084较WYJ23有更大的Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se缺乏风险.因而,在确保粮食安全而进行增产品种选育时,应该优先选择矿质营养品质较高的水稻品种.

为探讨降低土壤和糙米重金属的灌溉模式,选取江西省萍乡地区的中度重金属污染稻田,研究了灌浆期习惯性灌溉(间歇性灌溉)和长期淹水灌溉2种灌溉模式对水稻产量、糙米重金属及土壤理化性质的影响.结果表明:与习惯性灌溉相比,长期淹水灌溉条件下的水稻产量降低1.25％;糙米Cd和Pb含量分别降低42.79％和3.70％,其中糙米Cr含量显著降低44.81％,但糙米Hg含量显著增加200％,糙米无机As含量增加3.29％;土壤Cd含量降低38.77％,其中土壤有效态Cd含量和阳离子交换量显著降低72.08％和36.71％,但土壤pH和有机质增加0.97％和6.32％;同时相关性分析发现糙米Cr含量与土壤有机质呈显著负相关,与阳离子交换量呈显著正相关,糙米Hg含量与土壤有效态Cd含量和阳离子交换量呈极显著负相关.长期淹水灌溉可有效降低污染稻田土壤Cd进入水稻,实现水稻安全生产,但会增加糙米Hg积累和减产.

水稻灌浆期经常遇到阴雨寡照天气,从而导致水稻减产和品质下降.本研究通过分析沿黄稻区近6年水稻灌浆期的气象数据发现,灌浆期日照时数减少是在该时期影响沿黄稻区水稻生产的主要气候因子;以生育期适合沿黄稻区种植的80个粳稻品种为材料,在灌浆期用65％的黑色遮阳网遮阴30 d,检测了水稻冠层顶部晴天、阴天和雨天3种天气下光、温度和湿度等生态环境,分析了灌浆期遮阴对水稻千粒重、加工品质和垩白性状的影响,并进行了耐弱光品种的筛选.结果 表明遮阴后水稻冠层顶部阳光在能量和信号两个层面都发生了变化,即辐射量减少和R/FR比值降低;灌浆期遮阴后千粒重降低、糙米率、精米率和整精米率下降、垩白粒率和垩白度增加,其中对千粒重和垩白性状影响最大;以遮阴后千粒重降幅、垩白粒率和垩白度增幅为指标,通过聚类分析从中筛选出了方四落、新丰5号、早香3和小香共4个优质耐弱光品种.