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水稻籼粳亚种杂交“花时不遇”研究取得新突破——水稻花时调控基因DFOT1的克隆与利用

中国科学：生命科学 2022年第10期52卷 1553-1554页

作者：张光恒钱前中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

自第二次绿色革命以来,随着杂种优势理论的不断完善和杂交水稻持续的推广利用,我国杂交水稻已占水稻总种植面积的50%以上,占水稻总产的60%以上.杂交水稻为解决我国粮食安全问题作出了巨大贡献[1].目前我国杂交稻主要是籼稻亚种内籼籼交... 详细信息

自第二次绿色革命以来,随着杂种优势理论的不断完善和杂交水稻持续的推广利用,我国杂交水稻已占水稻总种植面积的50%以上,占水稻总产的60%以上.杂交水稻为解决我国粮食安全问题作出了巨大贡献[1].目前我国杂交稻主要是籼稻亚种内籼籼交品种(组合)为主,但同一亚种内遗传多样性不足,严重限制了杂交水稻产业的拓展空间和粮食总产突破.

关键词：第二次绿色革命水稻总产杂交水稻推广利用品种(组合) 遗传多样性拓展空间总种植面积

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水稻斑马叶突变体zl7的鉴定与基因的精细定位

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中国水稻科学 2023年第2期37卷 113-124页

作者：廉院训韦子芸张强李清任德勇胡江朱丽高振宇张光恒郭龙彪曾大力钱前沈兰浙江师范大学化学与生命科学学院浙江金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

【目的】斑马叶突变体作为水稻叶色突变体的重要种质资源,是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料,对于解析光合作用机理和提高水稻产量具有重要意义。【方法】用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻品种春江06建立突变体库,从突变体库中... 详细信息

【目的】斑马叶突变体作为水稻叶色突变体的重要种质资源,是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料,对于解析光合作用机理和提高水稻产量具有重要意义。【方法】用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻品种春江06建立突变体库,从突变体库中筛选到1份苗期为斑马叶的突变体,该突变体被命名为zl7(zebra leaf7)。在常规大田种植条件下分别比较突变体与野生型在苗期、抽穗期和成熟期叶色表型和产量性状差异,通过透射电镜实验分析叶片叶绿体发育情况,利用图位克隆方法克隆候选基因,利用荧光定量PCR方法分析参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达水平。【结果】从苗期开始,突变体zl7表现出典型的斑马叶,叶绿素含量降低,直到抽穗期,斑马叶表型消失,叶片逐渐复绿,叶绿素含量无明显差异。光合速率测定和电镜观察结果显示,突变体zl7的光合速率、气孔导度下降,叶绿体发育异常。与野生型相比,突变体的株高、分蘖、穗长、一次枝梗、二次枝梗和每穗粒数均显著降低,而粒长、粒宽和千粒重均略有增加。荧光定量PCR结果表明突变体中参与叶绿素降解相关基因的表达量显著升高,而参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达量显著降低。遗传分析表明,该突变体受一对隐性核基因调控。通过图位克隆将该基因定位在第7染色体,测序发现突变体的目标基因ZL7编码区发生单碱基替换,导致一个氨基酸由丝氨酸变为天冬酰胺。【结论】ZL7(Zebra Leaf 7)突变导致叶绿体发育异常,水稻叶片出现斑马叶表型,该基因在叶绿素合成及叶绿体发育中起重要作用。

关键词：水稻叶绿体遗传分析图位克隆

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利用CBE系统编辑Wx基因调控稻米直链淀粉含量

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中国水稻科学 2024年

作者：陈玉叶焦晓真王健王克剑陈峰朱克明刘朝雷江苏大学/生命科学学院中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室山东省农业科学院

Wx基因编码颗粒淀粉合成酶，是控制直链淀粉合成的主效基因，对稻米中直链淀粉的含量起决定性作用，直接影响稻米品质性状。本研究利用单碱基编辑器CBE系统对圣稻18品种的Wx基因第一外显子进行碱基替换，获得了两种碱基替换类型GCCCCC→... 详细信息

Wx基因编码颗粒淀粉合成酶，是控制直链淀粉合成的主效基因，对稻米中直链淀粉的含量起决定性作用，直接影响稻米品质性状。本研究利用单碱基编辑器CBE系统对圣稻18品种的Wx基因第一外显子进行碱基替换，获得了两种碱基替换类型GCCCCC→GCCCTT和GCCCCC→GCTCTC，均造成颗粒淀粉合成酶Wx第94位脯氨酸替换成亮氨酸，分别命名为WxP94L-1和WxP94L-2 。田间实验表明，相比野生型，WxP94L-1和WxP94L-2植株在株高、分蘖数、穗长、粒型、千粒重等主要农艺性状上无显著差异。稻米品质分析发现，WxP94L-1和WxP94L-2植株稻米直链淀粉含量由野生型的14.9 g/100g下降至12.5 g/100g和12.1 g/100g，同时胶稠度、碱消值和蛋白含量等性状与野生型相比无显著改变。总之，本研究利用单碱基编辑器创制了Wx基因新的等位型WxP94L，该等位型可使稻米直链淀粉含量小幅度降低，为水稻品质改良提供一种途径。

关键词： Wx 直链淀粉含量单碱基编辑 CBE

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广西稻瘟菌无毒基因AVR-Pita变异分析

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植物病理学报 2025年

作者：张小雨刘莉杨红邱结华湖北大学生命科学学院/省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室中国农业科学院中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室

田间稻瘟病菌菌群具有复杂的遗传结构，特别是其无毒基因变异快，是造成抗病水稻品种在种植数年后抗病性减弱的主要原因。因此，监测稻瘟菌无毒基因变异情况对于水稻抗病品种的合理布局具有重要的指导意义。本研究利用聚合酶链式反应（P... 详细信息

田间稻瘟病菌菌群具有复杂的遗传结构，特别是其无毒基因变异快，是造成抗病水稻品种在种植数年后抗病性减弱的主要原因。因此，监测稻瘟菌无毒基因变异情况对于水稻抗病品种的合理布局具有重要的指导意义。本研究利用聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction,PCR）、Sanger测序（Sanger sequencing）等技术分析了来自广西壮族自治区不同水稻种植区的84株稻瘟菌中无毒基因AVR-Pita的分布和变异情况。结果表明，在这84株稻瘟菌中，有66株能够扩增得到AVR-Pita基因区段。将所得AVR-Pita基因序列与NCBI中公布的AVR-Pita序列进行对比，发现这66个菌株含有6种AVR-Pita变异类型（AVR-Pita H1～H6）。进一步将这6种AVR-Pita变异类型的稻瘟菌菌株进行活体水稻喷雾接种、离体叶片划伤接种，以检测其致病性，结果显示这6种变异类型的菌株均能侵染携带Pi-ta基因的丽江新团黑谷（Pi-ta-LTH），表明这6种变异型不能被抗病基因Pi-ta识别。本研究揭示了广西壮族自治区稻瘟菌中AVR-Pita基因的变异情况，以及定期对该无毒基因变异情况进行监测的重要性。这一发现不仅为广西壮族自治区合理布局含抗病基因Pi-ta的水稻品种提供了科学依据，也为制定有效的稻瘟病防控策略奠定了基础。

关键词：稻瘟病菌 AVR-Pita 无毒基因变异监测

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基于图像的水稻纹枯病智能测报方法

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中国农业科学 2022年第8期55卷 1557-1567页

作者：韩晓彤杨保军李苏炫廖福兵刘淑华唐健姚青浙江理工大学信息学院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室

【目的】目前水稻纹枯病测报依赖人工调查水稻发病丛数、株数和每株严重度来计算其病情指数，操作专业性强，费时费力且数据难以追溯。本研究提出基于图像的水稻纹枯病病斑检测模型和发生危害分级模型，为水稻纹枯病智能测报提供理论依... 详细信息

【目的】目前水稻纹枯病测报依赖人工调查水稻发病丛数、株数和每株严重度来计算其病情指数，操作专业性强，费时费力且数据难以追溯。本研究提出基于图像的水稻纹枯病病斑检测模型和发生危害分级模型，为水稻纹枯病智能测报提供理论依据。【方法】利用便携式图像采集仪采集田间水稻纹枯病图像，研究不同目标检测模型（Cascade R-CNN和RetinaNet）和特征提取网络（VGG-16和ResNet-101）对水稻纹枯病病斑的检测效果，筛选出具有较好检测效果的模型。针对Cascade R-CNN模型检测纹枯病病斑存在漏检现象，根据纹枯病病斑呈现形状不规则、大小和位置多变的复杂情况，对Cascade R-CNN进行改进，添加OHEM结构均衡难易样本，选择边框回归损失函数，通过精准率、漏检率、平均精度和P-R曲线来评价不同模型的检测效果。在改进的Cascade R-CNN-OHEM-GIOU模型检测结果基础上，分别建立基于病斑面积和病斑数的水稻纹枯病丛发生危害分级模型，通过决定系数（R 2）和Kappa值筛选分级模型。【结果】在相同主干网络条件下，Cascade R-CNN模型较RetinaNet模型对水稻纹枯病具有更好的检测效果，其中Cascade R-CNN-ResNet-101目标检测模型效果最佳，病斑检测准确率为92.4%，平均精度为88.2%，但漏检率为14.9%。改进的Cascade R-CNN-OHEM-GIOU检测模型有效解决了样本不均衡问题，添加边框回归损失函数有效降低了漏检率，较Cascade R-CNN-ResNet-101模型降低8.7%，平均精度提高到92.3%。以人工分级结果作为标准，基于病斑面积的水稻纹枯病发生危害分级模型在0—5级分级准确率分别为96.0%、90.0%、82.0%、76.0%、74.0%和96.0%，平均分级准确率为85.7%,Kappa系数为0.83，基于图像的水稻纹枯病丛发生危害分级与人工分级结果具有较高的一致性。【结论】基于图像的水稻纹枯病智能测报方法可实现病斑自动检测和发生危害自动分级，提高了测报的智能化水平，结果客观且可追溯，也可为其他农作物病害智能测报提供参考。

关键词：水稻纹枯病病斑图像智能测报 Cascade R-CNN模型危害分级模型

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根际饱和溶解氧对水稻分蘖期光合及生长特性的影响

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中国水稻科学 2024年第4期38卷 437-446页

作者：胡继杰胡志华张均华曹小闯金千瑜章志远朱练峰中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006 宁波市农业技术推广总站浙江宁波317000 江西省红壤研究所/国家红壤改良工程技术研究中心南昌331717

【目的】研究分蘖期根际饱和溶解氧对水稻光合及叶绿素荧光参数的调节作用,对提高水稻光能利用效率和优化水稻氧营养栽培理论具有重要意义。【方法】通过水培试验,以水稻、深水稻和旱稻3种生态类型水稻品种为试验材料,设置根际饱和溶解... 详细信息

【目的】研究分蘖期根际饱和溶解氧对水稻光合及叶绿素荧光参数的调节作用,对提高水稻光能利用效率和优化水稻氧营养栽培理论具有重要意义。【方法】通过水培试验,以水稻、深水稻和旱稻3种生态类型水稻品种为试验材料,设置根际饱和溶解氧(RSDO)和自然生长(CK)2种处理,分别测定水稻分蘖期叶绿素荧光参数、光合特性和干物质积累量等指标。【结果】根际饱和溶解氧条件下,水稻和深水稻叶片光响应曲线下降,且在光强高于500μmol/(m^(2)·s)时,与对照的光响应曲线差距变大。光响应曲线拟合结果表明,根际饱和溶解氧会降低水稻叶片最大净光合速率、表观量子效率(Q)、暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP)。3个水稻品种在根际饱和溶解氧环境中光下最大光化学效率(F_(v)'/F_(m)')、实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)均低于对照,非光化学猝灭(NPQ)和1-qP高于对照。根际饱和溶解氧能提高水稻夜间呼吸速率(R_(n))和胞间CO_(2)浓度(C_(i))。3个水稻品种叶片叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均表现为RSDOCK。根际饱和溶解氧显著降低水稻和深水稻的地上部干物质量与叶面积指数,分别较对照下降12.6%、9.4%和9.2%、6.6%,旱稻品种处理间无显著差异。【结论】分蘖期根际饱和溶解氧抑制了水稻叶片光合色素合成,降低了叶片PSⅡ性能和光能利用效率,不利于水稻早期生长;相较于水稻和深水稻,旱稻对根际饱和溶解氧有更好的适应性。

关键词：水稻根际氧荧光参数光响应曲线光系统Ⅱ 叶绿素分蘖期

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水稻穗粒数基因Gn1a的等位基因挖掘与育种应用

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中国水稻科学 2025年第2期39卷 220-230页

作者：刘智超常龙学艾鑫金龙张丰勇李志永王以锋童晓红黄捷张健金健应杰政广西大学生命科学与技术学院/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室南宁530004 中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室杭州311401

【目的】基于水稻功能基因组学的快速发展,通过全基因组关联分析和等位基因挖掘,鉴定出调控每穗粒数的关键基因Gn1a的优异等位变异,为现代水稻高产分子育种策略提供了理论依据与靶点资源。【方法】通过构建高世代回交自交系遗传群体开展... 详细信息

【目的】基于水稻功能基因组学的快速发展,通过全基因组关联分析和等位基因挖掘,鉴定出调控每穗粒数的关键基因Gn1a的优异等位变异,为现代水稻高产分子育种策略提供了理论依据与靶点资源。【方法】通过构建高世代回交自交系遗传群体开展QTL精细定位;基于近等基因系(NILs)验证目标QTL的遗传效应;结合目标基因的PCR扩增、高通量测序及多序列比对解析功能变异位点;进一步开发功能分子标记并应用于水稻种质资源的基因型精准鉴定。【结果】在中嘉早17、中早39(常规早籼主推品种)、华占、R173(杂交晚籼核心恢复系)4个背景与粳稻吉资1560构建的BC_(3)F_(3)群体中,1号染色体短臂Gn1a位点共同定位到控制穗粒数与二次枝梗数的QTL。Gn1a测序分析揭示,中嘉早17与中早39携带新型Gn1a等位变异(命名为Gn1a-i),与粳型等位基因Gn1a-j相比,在5'UTR区存在16-bp缺失。4套近等基因系的分析结果表明Gn1a-i增加每穗粒数和籽粒产量。基于该InDel位点开发的共显性功能标记ZC51,对9类39份水稻材料(涵盖常规早籼、常规晚籼、三系保持系、两系不育系、三系恢复系、北方粳稻、南方粳稻、农家品种及野生稻)进行Gn1a等位基因分型检测,结果显示:籼型群体(常规早/晚籼、三系保持系、两系不育系、三系恢复系)100%携带Gn1a-i等位基因;野生稻与农家品种携带Gn1a-j等位基因;粳稻群体(南/北方)携带Gn1a-i和Gn1a-j双等位基因。【结论】明确了Gn1a-i等位基因通过增加二次枝梗数和每穗粒数来提高籽粒产量,Gn1a-i有利等位基因在当前粳稻品种的改良中具有较大利用潜力,Gn1a功能基因标记ZC51能直接用于分子标记辅助选择育种。

关键词：每穗粒数等位基因数量性状座位分子标记辅助选择

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R语言及在农业试验数据分析中的基本应用(二)

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中国稻米 2022年第1期28卷 95-102页

作者：王磊闵佳鑫申红芳鄂志国中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室杭州310006

本文是介绍R语言及在农业试验数据分析基本应用的第二篇。我们采用盖钧镒主编的《试验统计方法》中的示例数据集,介绍R语言在农业试验数据分析中的一些最基本和最常用的应用。重点介绍的统计方法包括t检验、方差分析以及均值的多重比较... 详细信息

本文是介绍R语言及在农业试验数据分析基本应用的第二篇。我们采用盖钧镒主编的《试验统计方法》中的示例数据集,介绍R语言在农业试验数据分析中的一些最基本和最常用的应用。重点介绍的统计方法包括t检验、方差分析以及均值的多重比较、卡方检验等。通过本文的介绍,期望有更多的农业科技工作者下载并开始使用这一具有强大的统计计算功能、便捷的数据可视化系统以及免费开源的R语言。

关键词： R语言 t检验方差分析均值多重比较卡方检验

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基于电子舌和代谢组学评价不同等级滇红茶汤非挥发性差异组分

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中国食品学报 2024年第6期24卷 354-368页

作者：谢佳灵陈佳瑜袁海波王立磊杨艳芹江用文中国农业科学院茶叶研究所农业部茶树生物学与资源利用重点实验室杭州310008 安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室合肥230036

茶汤滋味是评价茶汤品质以及划分茶叶等级的重要因子之一。为了探明不同等级滇红工夫红茶茶汤差异的关键组分,本研究采用感官审评、电子舌和超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱高分辨质谱技术,对不同等级滇红工夫红茶汤品质进行研究。... 详细信息

茶汤滋味是评价茶汤品质以及划分茶叶等级的重要因子之一。为了探明不同等级滇红工夫红茶茶汤差异的关键组分,本研究采用感官审评、电子舌和超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱高分辨质谱技术,对不同等级滇红工夫红茶汤品质进行研究。结果表明:依据感官审评12个滇红茶汤可分为优质组、良好组、劣质组3组。电子舌分类结果与感官审评相一致,且电子舌对应不同滋味属性的传感器对3组茶汤的响应度各有不同。采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱高分辨质谱技术对其进行代谢组学研究,共检出116个化合物,包括氨基酸及其衍生物类26个,儿茶素类及其聚合物类15个,酚酸类16个,核苷酸及其衍生物类15个,黄酮(醇)及其糖苷类20个,生物碱类6个,有机酸类11个,糖类2个以及其它类5个。利用正交偏最小二乘回归分析,3组滇红茶汤得到良好区分(R^(2)Y=0.985,Q^(2)=0.902)。此外,基于VIP>1.2和显著性P<0.05,共筛选出7个影响不同等级茶汤的关键差异性组分,即:精氨酸、没食子儿茶素、表儿茶素、尿酸、脱落酸、烟酸、腺苷-5'-二磷酸。研究结果为不同等级的滇红茶汤品质评价和质量控制提供一定的理论支撑。

关键词：电子舌代谢组学滇红茶汤非挥发性组分

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我国水稻分子生物学发展及展望

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中国稻米 2022年第1期28卷 7-12页

作者：崔元江郭龙彪中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室杭州310006

水稻是最重要的主粮之一,也是禾谷类作物基因组研究的模式作物。经过几十年的努力,我国科学家在水稻遗传学和功能基因组学领域取得了一系列创新性的成就,特别是在水稻理想株型、育性、广谱抗病、耐冷耐热、耐盐和养分高效利用方面的分... 详细信息

水稻是最重要的主粮之一,也是禾谷类作物基因组研究的模式作物。经过几十年的努力,我国科学家在水稻遗传学和功能基因组学领域取得了一系列创新性的成就,特别是在水稻理想株型、育性、广谱抗病、耐冷耐热、耐盐和养分高效利用方面的分子遗传机理解析,以及分子设计育种理论方面,开创了以水稻为模式作物研究复杂性状基因调控网络的新领域。展望了我国未来水稻分子生物学发展的趋势。

关键词：水稻分子生物学遗传调控分子设计育种高光效水稻无融合生殖

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