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2019年中国作物学会学术年会

作者：梁文化孙旭超岳红亮赵春芳陈涛朱镇赵庆勇赵凌周丽慧姚姝张亚东江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心

【研究背景】水稻粒型包括粒长、粒宽和粒厚三个基本要素,是影响产量和品质的重要农艺性状。GS3是水稻中控制粒长和粒重的主效QTL,对粒宽和粒厚也有一定的影响。大粒品种GS3基因第二外显子发生SNP突变导致翻译提前终止,表明GS3编码的蛋... 详细信息

【研究背景】水稻粒型包括粒长、粒宽和粒厚三个基本要素,是影响产量和品质的重要农艺性状。GS3是水稻中控制粒长和粒重的主效QTL,对粒宽和粒厚也有一定的影响。大粒品种GS3基因第二外显子发生SNP突变导致翻译提前终止,表明GS3编码的蛋白对粒长和粒重是负调控作用,其N端OSR结构域失去功能是形成长籽粒的原因。然而,GS3基因功能的缺失对幼穗时期表达谱的变化并不清晰;【材料与方法】本研究以大粒粳稻TD70为供体,小粒籼稻Kasalath为背景构建了粒型基因GS3的近等基因系NIL-GS3和NIL-gs3,对等基因系NIL-GS3和NIL-gs3孕穗期的S (1-3cm),M (4-6cm) and L (8-10cm)三时期的幼穗取样,每个时期样品取三个生物学重复,共计18个小穗的样品深度测序。以日本晴基因组序列为参考,利用软件包Tophat和Cufflinks进行数据分析。通过ClusterProfile程序包利用GO(Geneontology)数据库和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢数据库进行富集分析;【结果与分析】近等基因系NIL-GS3和NIL-gs3的小穗发育不同时期的18个测序文库,共获得59.48G的cleanreads,平均每个样本3.3G的clean reads。利用软件Tophat将reads成功比对到参考基因组,特异性比对(unique alignment)到基因组中的比例位于82.5%-85.2%之间,平均为84.05%。组装后获得了116,184个转录本,来自58,658个基因,其中发现4,758为新的转录本。对NIL-GS3和NIL-gs3相同时期的差异表达基因情况分析,结果显示,在S期一共有900个差异表达基因,491个在G404中上调表达,409个下调表达;M期共有1739个差异表达基因,其中759个上调表达,980个下调表达;L期有1895个差异表达基因,960个上调表达,935个下调表达,随着小穗的发育差异基因数目逐渐增多,暗示GS3基因影响了小穗发育后期更多基因的表达。近等基因系相同时期比较发现,在S、M和L三个时期均差异表达的基因为163个。为探究差异基因的生物学功能,我们对近等基因系小穗发育三个时期的差异基因进行显著富集的GO类别进行特征分析。按照三个主要的GO类别(生物进程、细胞组分和分子功能)对NIL-GS3和NIL-gs3三个时期(S、M、L)比较获得的差异表达基因(900、1739、1895)进行GO分析,一共注释到683个GOterms,每个功能组包含5-1175个基因,在小穗发育的S、M和L阶段分别得到399、646和466个GOterms。碳水化合物代谢进程、脂类代谢进程、膜系统、转录调节等12个Pathway在三个时期均显著富集到。细胞进程的调节、RNA代谢进程的调节、DNA依赖的转录调节等在S期和M期两个时期都富集到。由此可见GS3基因影响了幼穗发育过程中很多重要的代谢途径;【结论】通过RNA-Seq我们发现GS3基因引起了水稻幼穗中大量的基因表达水平发送了变化,富集分析进一步揭示了膜系统、转录调节、离子结合等代谢通路均受到GS3基因的影响,推测,GS3基因可能通过调节这些代谢通路的而影响水稻的籽粒大小。

关键词：水稻近等基因系 RNA-Seq GS3 幼穗

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不同施氮量和肥料运筹对南粳2728和南粳505抗倒伏性状的影响

不同施氮量和肥料运筹对南粳2728和南粳505抗倒伏性状的影响

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江苏省遗传学会2019年学术研讨会

作者：赵庆勇张亚东朱镇陈涛梁文化赵春芳周丽慧姚姝赵凌路凯王才林江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心

以优良食味中熟中粳稻新品种南粳505和南粳2728为材料,分别设置施氮量为0、10、15、20、25、30kg/亩6个施肥处理和基蘖肥:穗肥=0:0、10:0、8:2、7:3、6:4和5:5 6个肥料运筹处理,研究不同施氮量和肥料运筹对水稻茎秆性状及抗倒伏性的影... 详细信息

以优良食味中熟中粳稻新品种南粳505和南粳2728为材料,分别设置施氮量为0、10、15、20、25、30kg/亩6个施肥处理和基蘖肥:穗肥=0:0、10:0、8:2、7:3、6:4和5:5 6个肥料运筹处理,研究不同施氮量和肥料运筹对水稻茎秆性状及抗倒伏性的影响。结果表明,不同施氮量对南粳505和南粳2728茎秆性状表现基本一致。随着施氮量的增加,南粳505和南粳2728株高增加,上部3张叶片的长度和宽度增加;重心高度增加,基部第1、2、3、4节间的长度增长,且与施氮量呈极显著的正相关;各节间抗折力随施氮量增加而降低,弯曲力矩和倒伏指数则随施氮量的增加而显著提高。随着穗肥比例的增加,南粳505和南粳2728株高呈增加趋势,上部3张叶片的长度和宽度增加;重心高度增加,基部第1、2、3节间的长度显著减小,抗折力增加,各节间的倒伏指数呈先增加后减小趋势。结果表明,南粳505和南粳2728适宜施氮量为15-20kg/亩,仍具有较好的抗倒性,而当氮肥过量时,倒伏指数增加,两个品种均易发生倒伏。随穗肥比例的增加,南粳505和南粳2728的倒伏指数呈先增加后减小趋势,倒伏指数最大出现在基蘖肥:穗肥=6:4。因此,减少施氮量或增加穗肥比例,能使南粳505和南粳2728基部3个节间长度减小,节间抗折力增大。但减少施氮量能够减小南粳505和南粳2728的倒伏指数,提高抗倒伏能力,而增加穗肥比例在一定程度上增加了南粳505和南粳2728的倒伏指数,抗倒伏能力减小。因此,为保证南粳505和南粳2728的丰产性而又降低倒伏风险,适宜施氮量为15-20kg/亩,同时要适当减少后期穗肥的比例。

关键词：施氮量肥料运筹茎秆性状倒伏指数

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水稻类受体蛋白激酶RLKN1在调节植物耐盐性中的功能研究

水稻类受体蛋白激酶RLKN1在调节植物耐盐性中的功能研究

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江苏省遗传学会2019年学术研讨会

作者：路凯张亚东朱镇陈涛赵庆勇赵凌周丽慧姚姝赵春芳梁文化魏晓东王才林江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心

类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinases,RLKs)广泛参与到细胞信号转导和植物对逆境胁迫的响应过程,水稻中RLKs成员超过1100多个且大部分功能尚未知晓。本研究首先利用RNA-seq以及荧光定量PCR筛选到16个转录水平受NaCl调节的RLKs... 详细信息

类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinases,RLKs)广泛参与到细胞信号转导和植物对逆境胁迫的响应过程,水稻中RLKs成员超过1100多个且大部分功能尚未知晓。本研究首先利用RNA-seq以及荧光定量PCR筛选到16个转录水平受NaCl调节的RLKs,其中7个RLKs受诱导、9个受抑制。为了进一步分析筛选到的RLKs的功能,我们以优良食味粳稻南粳9108(NJ9108)作为受体植株,通过CRISPR/Cas9对筛选到的这16个RLKs候选基因分别进行敲除并且对敲除植株进行耐盐性鉴定。结果发现RLKN1基因的两个不同位点的敲除突变体rlkn1-1和rlkn1-2对NaCl的敏感性增强,盐处理条件下突变体的的存活率降低,离子泄漏率升高,表明RLKN1正调节植物对盐胁迫的抗性。RLKN1基因的表达受到ABA、甘露醇和干旱胁迫的诱导,表明RLKN1基因可能参与植物对盐胁迫及其他非生物胁迫的响应过程。同时,我们检测了RLKN1基因在不同组织中的表达水平,发现RLKN1在根、茎、叶、叶鞘、幼苗中均有表达,在根和叶片中的表达水平较高。在盐处理条件下,rlkn1-1和rlkn1-2中积累较多的MDA(丙二醛),说明盐处理下rlkn1突变体相比野生型NJ9108受到更大的氧化损伤。我们检测NJ9108和突变体中的SOD和CAT活性,结果表明rlkn1-1和rlkn1-2中SOD和CAT活性均比野生型较低。此外,我们还研究了另外一个水稻类受体蛋白激酶SIT1(Salt Intolerance 1),SIT1表达被报道受NaCl的诱导且SIT1的RNAi株系对盐胁迫的抗性明显增强,我们通过CRISPR/Cas9在NJ9108品种中对其进行敲除,发现敲除SIT1后的NJ9108对盐的耐受性明显增强,说明在育种上SIT1基因可用于改良水稻耐盐性。本研究有助于深入理解RLKs在植物响应盐胁迫过程中的生物学功能,并且为耐盐水稻新品种的选育提供理论依据。

关键词：盐害 RLKN1 类受体蛋白激酶信号传导 SIT1

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Pi-ta、Pi-5、Pi-km和Pi-b基因在粳稻品种(系)中的分布及对穗颈瘟的抗性

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江苏农业学报 2018年第5期34卷 961-971页

作者：张善磊孙旭超陈涛赵春芳朱镇赵庆勇周丽慧赵凌姚姝王才林江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心江苏南京210014

利用稻瘟病抗性基因Pi-ta、Pi-5、Pi-km、Pi-b的功能标记,对国内外238份粳稻品种(系)进行基因检测,结合穗颈瘟鉴定结果,明确4个抗性基因的区域分布特点,评估其对穗颈瘟的抗性效果。Pi-ta和Pi-b主要分布在东北、长江中下游及西南地区品种... 详细信息

利用稻瘟病抗性基因Pi-ta、Pi-5、Pi-km、Pi-b的功能标记,对国内外238份粳稻品种(系)进行基因检测,结合穗颈瘟鉴定结果,明确4个抗性基因的区域分布特点,评估其对穗颈瘟的抗性效果。Pi-ta和Pi-b主要分布在东北、长江中下游及西南地区品种(系)中,Pi-5和Pi-km在西南地区品种中的分布高于其他地区。238份粳稻品种(系)中含Pi-ta、Pi-5、Pi-km、Pi-b单个抗性基因的品种(系)分别有33、30、29和38份;含2个抗性基因的品种(系)共有66份,其中含Pi-ta/Pi-b的品种(系)最多,有28份;同时含3个抗性基因的品种(系)有12份; 4个基因均不含有的品种(系)有30份。Pi-ta对穗颈瘟的抗性效果最好,感病率为0,病情指数为22. 73;其次是Pi-5和Pikm基因,病情指数分别为59. 17和70. 69; Pi-b对穗颈瘟的抗性效果最差,感病率为86. 84%,病情指数为83. 55。双基因组合对穗颈瘟的抗性效果依次为:Pi-ta/Pi-5>Pi-ta/Pi-km>Pi-ta/Pi-b>Pi-5/Pi-km; 3份同时含有Pi-ta、Pi-5、Pi-km 3基因的品种表现出最强的穗颈瘟抗性。

关键词：粳稻穗颈瘟抗性基因分子标记

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ALS抑制剂类除草剂抗性水稻功能标记的开发与验证

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中国水稻科学 2018年第2期32卷 137-145页

作者：陈涛张善磊赵凌张亚东朱镇赵庆勇周丽慧姚姝赵春芳梁文化王才林江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心南京210014 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009

【目的】培育具有乙酰乳酸合酶(ALS)抑制剂类除草剂抗性的品种是防治水稻直播田杂草危害最经济、有效的途径之一,而利用分子标记辅助选择有助于提高其品种选择效率。【方法】在明确除草剂抗性突变体黄华占M-1 ALS基因编码区碱基差异的... 详细信息

【目的】培育具有乙酰乳酸合酶(ALS)抑制剂类除草剂抗性的品种是防治水稻直播田杂草危害最经济、有效的途径之一,而利用分子标记辅助选择有助于提高其品种选择效率。【方法】在明确除草剂抗性突变体黄华占M-1 ALS基因编码区碱基差异的基础上,利用四引物扩增受阻突变体系PCR(Tetra-primer ARMS-PCR)技术,设计引物对不同品种(品系)和淮稻5号/黄华占M-1的F2群体进行基因型检测,并结合除草剂的田间试验对标记的准确性进行验证。【结果】ALS基因编码区序列比对分析表明,尽管籼、粳稻之间具有多处差异碱基,但只有第1642和1643碱基TG到AT的变异能导致位于高度保守域的第548位编码氨基酸由色氨酸突变为甲硫氨酸,进而使水稻产生对ALS抑制剂类除草剂的抗性。依据PCR扩增产物的电泳带型,可以准确区分出3种不同的基因型,其基因型与苗期除草剂抗性的表型完全一致。【结论】利用Tetra-primer ARMS-PCR技术,可以实现对两个连续变异碱基位点基因型的快速检测,从而加快ALS抑制剂类除草剂抗性水稻品种的选育进程。

关键词：乙酰乳酸合酶基因除草剂抗性碱基突变四引物扩增受阻突变体系PCR

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耐盐碱水稻研究现状、问题与建议

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中国稻米 2019年第1期25卷 1-6页

作者：王才林张亚东赵凌路凯朱镇陈涛赵庆勇姚姝周丽慧赵春芳梁文化孙明法严国红江苏省农业科学院粮食作物研究所/国家水稻改良中心南京分中心/江苏省优质水稻工程技术研究中心南京210014 江苏沿海地区农业科学研究所江苏盐城224002

我国有234万hm^2沿海滩涂和1亿hm^2内陆盐碱地,是我国不可多得的土地后备资源,综合利用潜力巨大。水稻作为沿海滩涂和盐碱地改良的首选粮食作物,国内外学者对耐盐碱水稻开展了广泛研究。耐盐碱水稻是指能在盐(碱)浓度0.3%以上的盐碱地... 详细信息

我国有234万hm^2沿海滩涂和1亿hm^2内陆盐碱地,是我国不可多得的土地后备资源,综合利用潜力巨大。水稻作为沿海滩涂和盐碱地改良的首选粮食作物,国内外学者对耐盐碱水稻开展了广泛研究。耐盐碱水稻是指能在盐(碱)浓度0.3%以上的盐碱地生长、单产在300 kg/667 m^2以上的水稻品种。本文对耐盐水稻种质资源筛选、耐盐基因/QTL的定位与克隆、耐盐水稻鉴定与评价方法、耐盐水稻新品种选育及其配套栽培技术的研究进行综述,指出耐盐碱水稻研究中存在的问题,提出进一步加强耐盐碱水稻研究的建议。

关键词：水稻耐盐碱沿海滩涂盐碱地

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水稻抗咪唑啉酮类除草剂基因ALS功能标记的开发与应用

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作物学报 2018年第3期44卷 324-331页

作者：王芳权杨杰范方军李文奇王军许扬朱金燕费云燕仲维功江苏省农业科学院粮食作物研究所/国家水稻改良中心南京分中心/江苏省优质水稻工程技术研究中心江苏南京210014 扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009

选育和利用抗除草剂水稻品种具有重要的生产实践意义。通过筛选水稻资源,发现了抗除草剂材料金粳818,其ALS基因编码区第1880位碱基存在一个由G到A的碱基变异,导致丝氨酸突变为天冬酰胺,从而具有除草剂抗性。本研究基于该位点的碱基变异... 详细信息

选育和利用抗除草剂水稻品种具有重要的生产实践意义。通过筛选水稻资源,发现了抗除草剂材料金粳818,其ALS基因编码区第1880位碱基存在一个由G到A的碱基变异,导致丝氨酸突变为天冬酰胺,从而具有除草剂抗性。本研究基于该位点的碱基变异,设计了11条等位基因特异PCR(allelic-specific PCR,AS-PCR)引物,经过优化筛选,获得两个引物组合F1N(S1/S9)和F1M(S1/S10),将该标记命名为AS-ALS。利用F2群体及其亲本和杂交种,结合AS-ALS标记检测和除草剂抗性分析,结果表明感除草剂ALS-G等位基因型只能被F1N引物对有效扩增,抗除草剂ALS-A等位基因型只能被F1M引物对有效扩增,而杂合基因型能同时被两对引物F1N和F1M扩增,ALS-A纯合或杂合等位基因型都表现抗除草剂,ALS-G纯合基因型表现感除草剂。因此本研究开发的标记能有效区分除草剂抗性基因的3种基因型,基因型与表型完全对应。该标记用于回交育种,可以选择ALS-A杂合基因型单株,剔除ALS-G纯合等位基因型,在自交的F2保留ALS-A纯合基因型单株,连续自交,能快速获得除草剂抗性稳定的水稻材料。该除草剂抗性基因的功能标记还可用于咪唑啉酮类除草剂抗性资源筛选。

关键词：水稻除草剂乙酰乳酸合成酶 ALS基因功能标记

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外源葡萄糖增强高表达转玉米C_4型pepc水稻耐旱性的生理机制

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作物学报 2018年第1期44卷 82-94页

作者：张金飞李霞何亚飞谢寅峰江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心江苏南京210014 南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037

为揭示葡萄糖参与植物耐旱性的内在机制,以高表达转玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因(C4-pepc)水稻(PC)和受体"Kitaake"(WT)为材料,通过盆栽和水培试验,研究外施葡萄糖联合干旱处理... 详细信息

为揭示葡萄糖参与植物耐旱性的内在机制,以高表达转玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因(C4-pepc)水稻(PC)和受体"Kitaake"(WT)为材料,通过盆栽和水培试验,研究外施葡萄糖联合干旱处理下,功能叶片的光合参数、总可溶性糖及其组分、Ca2+、NO含量、己糖激酶活性、B类钙调磷酸酶(calcineurin B-like,CBL)与蔗糖非发酵1(sucrose nonfermenting-1,SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 3s,Sn RK3s)基因表达的变化。结果表明,在盆栽试验中,分蘖期外施3%葡萄糖联合干旱处理对水稻的产量及其构成因子影响不显著,而在孕穗期处理,PC的株高、穗数、每穗实粒重和单株产量均显著高于WT。在水培试验中,外施1%葡萄糖和12%(m/v)聚乙二醇6000(polyethylene glycol-6000,PEG-6000)模拟干旱处理,均显著提高了PC功能叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和羧化效率(CE),叶片内蔗糖和果糖的含量也均显著高于WT。值得关注的是,PC叶片己糖激酶(hexokinase,HXK)活性、CBL1/Sn RK3.1/Sn RK3.4/Sn RK3.21基因的相对表达量在外施1%葡萄糖联合12%PEG模拟干旱处理下均显著低于12%PEG处理,而NO含量则显著上升。相关性分析也表明,PC中Pn、胞间CO2浓度(Ci)和Gs分别与葡萄糖含量、HXK活性和Sn RK3.16基因表达显著相关。外施葡萄糖处理可上调PC糖水平,下调其CBL和Sn RK3s基因表达,诱导NO参与叶片气孔调节,从而增强保水能力,保持光合能力稳定,最终表现为耐旱。

关键词：水稻葡萄糖磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶气孔导度干旱

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干旱条件下DCMU对高表达转C4-pepc水稻的花青素合成基因及其相关信号的影响

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中国生态农业学报 2018年第3期26卷 409-421页

作者：何亚飞许梦洁李霞江苏省农业科学院粮食作物研究所江苏省优质水稻工程技术研究中心国家水稻改良中心南京分中心南京210014 南京林业大学生物与环境学院南京210037 南京晓庄学院南京211171

为了揭示高表达转玉米C4-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,EC 4.1.1.31)基因水稻(PC)在耐旱中光合与花青素调节途径的内在联系,本研究以PC和未转基因野生型原种(WT)的水培苗为试验材料,在4~5叶期,通过50μmol·L-1光合抑制剂DCMU[3-(3... 详细信息

为了揭示高表达转玉米C4-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,EC 4.1.1.31)基因水稻(PC)在耐旱中光合与花青素调节途径的内在联系,本研究以PC和未转基因野生型原种(WT)的水培苗为试验材料,在4~5叶期,通过50μmol·L-1光合抑制剂DCMU[3-(3’,4’-dich-lorophenyl)-1,1-dimethyl-urea]预处理1 h,观察其在12%PEG-6000模拟干旱处理下的表现。结果表明,在模拟干旱条件下,DCMU预处理使两种供试材料相对含水量显著下降,且PC相对含量显著高于WT;干旱处理下,两种材料的花青素含量显著升高,DCMU和干旱处理使两种材料的花青素含量下调,且PC水稻中始终伴随着较高的花青素含量。光合数据表明,与单独12%PEG-6000处理相比,DCMU联合12%PEG-6000处理显著抑制了两种水稻材料的净光合速率、气孔导度、胞间CO2含量及羧化效率,但PC的各指标显著高于WT。同时,DCMU联合12%PEG-6000处理显著下调两种供试材料的内源蔗糖含量,但PC中蔗糖含量显著高于WT。进一步研究发现PC中更高的蔗糖含量与花青素合成有关转录因子b HLH(Os B1,Os B2)、R2R3-MYB(Os C1)、COP1(constitutively photomorphogenic 1)、HY5(elongated hypocotyl 5)更高的转录水平同步,下游花青素合成相关基因Os PAL、Os CHI、Os CHS、Os F3H、Os F3’H、Os DFR、Os ANS的表达量增加。PC水稻可能通过诱导NO和Ca2(10)感受干旱信号,参与转录因子的调节,进而参与花青素合成基因的调控,合成较多的花青素,增强PC水稻对干旱逆境的响应,增强保水能力,最终表现耐旱。

关键词：转C4-pepc基因水稻磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶蔗糖花青素 DCMU 干旱

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长江流域中稻产量和品质与其生育期光温的相关性以及响应特征

长江流域中稻产量和品质与其生育期光温的相关性以及响应特征

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第十九届中国作物学会学术年会

作者：陆佳岚马成陶明煊李霞方先文王净曹悦吴博晗赵春芳张亚东张卫建张俊陈长青张巫军夏加发江学海柳开楼乔中英张彬江苏省农业科学院/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心/江苏省农业资源种质保护与平台南京师范大学食品与制药学院江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心中国农业科学院作物科学研究所南京农业大学重庆市农业科学院安徽省农业科学院贵州省水稻研究所江西省红壤研究所苏州市农业科学院广东省农业科学院

【研究背景】随着人民生活水平的提高,对稻米品质尤其是食味品质的要求越来越高,而由于人口数量增长、环境恶化、耕地面积减少以及耕地质量下降等因素,导致水稻品种产量下降品质恶化,为了探讨现阶段水稻品种产量和品质的光温响应特点以... 详细信息

【研究背景】随着人民生活水平的提高,对稻米品质尤其是食味品质的要求越来越高,而由于人口数量增长、环境恶化、耕地面积减少以及耕地质量下降等因素,导致水稻品种产量下降品质恶化,为了探讨现阶段水稻品种产量和品质的光温响应特点以及响应机理,【材料与方法】本研究利用了长江流域中稻区多样的气候条件,2017年和2018年分别在长江流域中稻区9个省市设立10个和11个试验点,选择各地区代表性品种8～9个,共18个品种,进行大田分期播种试验,设置以当地最适播种期为基准,前后共分三期播种,分析供试水稻产量和品质的变化,并记录同期的气象特征,并在2018年和2019年在南京试验点,选取了不同类型的四个水稻品种(常规籼稻,常规籼稻-软米类型,常规粳稻,常规粳稻-软米类型),设置了人工光温实验,重点研究不同自然温光条件下对其开花后不同天数的籽粒干物质重的累积特性、灌浆速率、淀粉合成相关酶以及基因表达以及胚乳细胞和淀粉体的变化以及其对产量和品质的影响。【结果与分析】所有试验点2年三期分期播种水稻品种的光温特征均可以分为高温高光区(中部)、低温低光区(西部)以及中温中光区(东部);其中产量为低温低光区(西部)>中温中光区(东部)>高温高光区(中部);精米率为中温中光区(东部)>低温低光区(西部)>高温高光区(中部);垩白粒率和蛋白质含量均为高温高光区(中部)>中温中光区(东部)>低温低光区(西部);直链淀粉含量为低温低光区(西部)>高温高光区(中部)>中温中光区(东部);胶稠度为中温中光区(东部)>高温高光区(中部)>低温低光区(西部),糊化温度区域间差别不大。相关分析显示,齐穗后光温分别与产量和品质特征均显著相关(P<0.05);对于籼稻而言,灌浆结实期遭遇较高的气温,多接近30℃(中籼2503为29.1℃),这个高温伴随着最大的日照小时数(7.3 h)会显著地增强灌浆前期Wx、SSII-3和AAP6的表达,提高GBSS和SSS酶活,增加前期灌浆速率,但减弱灌浆中期的SSII-3和灌浆后期Wx表达,减缓灌浆中后期的灌浆速率,最终使得产量、精米率和蛋白质含量提高,直链淀粉含量和胶稠度的降低;对于粳稻而言,其生育期遭遇高温在27℃左右(淮稻5号为27.0℃,南粳9108为27.5℃),可以始终维持其在开花后28d内保持较均匀的灌浆速率,这与其较高的Wx表达和GBSS酶活以及灌浆前中期较高的SSII-3表达有关,并维持灌浆后期较高的SSS和SBE酶活的调节平衡,对最终小区的实际产量影响不大,但降低了稻米精米率和糊化温度,提高稻米蛋白质和直链淀粉含量,稻米变硬:减弱光强则使淮稻5号降低了产量,但其籽粒的蛋白质含量、精米率和胶稠度升高,稻米变软,而减弱光强还会使水稻灌浆至成熟时期后移,并造成第三期播期籽粒的产量有回升;弱光提高了南粳9108Wx基因表达和GBSS酶活性,灌浆中期SSS酶活性增高,SBE酶活性增加,直链淀粉含量和精米率均增加;弱光则减少了中籼2503Wx基因表达、GBSS酶以及SSS酶活性,SBE酶活性则增加,精米率降低,胶稠度减少;弱光同样降低了滇屯502 Wx基因表达和GBSS酶活性,但是SBE酶活性也降低,这与常规籼稻中籼2503的表现相反,SSS酶活性灌浆前期降低,灌浆后期提高,SSⅡ-3基因表达高峰则在灌浆中期出现,精米率提高,胶稠度减少。【结论】外界光强和温度对不同水稻亚型的影响很复杂,长江流域中稻区,选择适宜的品种,参照中部"双减"(齐穗后20天内的平均温度不超过31℃,日照小时累计数不超过160 h),东部"一减(温)一增(光)"(齐穗后平均温度不超过29℃,日照小时累计数不少于90h)以及西部"双增"(平均温度不低于20℃,日照小时累积数不少于110 h)等温光原则,均可以种植出高产与优质协调的稻米。

关键词：水稻长江流域产量品质气温光

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