元江普通野生稻(YP)是一份被称为植物活化石的种质材料,同时其也拥有大量的抗性(R)基因。为了鉴定元江普通野生稻中含有目前已知白叶枯病抗性基因的情况。以元江普通野生稻(YP)、渗入系后代(L214和G252)及其渗入系的感病亲本栽培稻合系35(HX35)作为供试材料,通过接菌鉴定、功能标记检测、同源克隆和实时荧光定量(qRT-PCR)技术来评价这些材料对白叶枯病的抗性。接菌鉴定结果显示,YP、L214、G252对供试的白叶枯病菌C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C9和PXO99^A均表现出抗性且病斑长度均小于2 cm;而HX35对供试的9个菌株均表现出感病且病斑长度远超6 cm。白叶枯病抗性基因检测结果显示,YP中含有Xa10的同源基因,HX35、L214、G252中含有xa23的感病同源基因。序列比对结果显示,抗病基因Xa10与YP中的Xa10启动子的效应因子结合元件(EBE_AvrXa10)区域序列差异较大。同样地,隐性感病基因xa23与HX35、L214和G252中的xa23启动子的效应因子结合元件(EBE_AvrXa23)区域序列一致。qRT-PCR结果显示,在接了PXO99^A菌株24 h后,YP、HX35、L214和G252中的免疫反应被激活,而YP中的Xa10和HX35、L214、G252中的xa23在所有处理时间段内均未被诱导表达。由此推测,YP、L214和G252中可能含有新的抗白叶枯病基因。

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。

为选育优质抗稻瘟病保持系软华B,以携带稻瘟病抗性基因Pi46和Pi2的优质籼稻H281作为供体亲本、以软华B为轮回亲本,利用分子标记辅助选择(MAS)技术结合系谱选育法,聚合2个外源基因以改良保持系软华B。对性状稳定的改良株系进行稻瘟病抗性鉴定、稻米品质分析等。通过回交及多代自交,并结合分子标记检测,获得以软华B为遗传背景且含有2个纯合目标基因的BC₁F₆群体2个、BC₂F₅群体2个、BC₃F₄群体2个。田间自然诱发鉴定结果表明,不同回交世代改良材料在自然病圃均抗稻瘟病;育性鉴定结果显示,回交世代对不育系的不育度为52.7%~100.0%;农艺性状考查及米质分析表明,改良株系基本保留了软华B的主要农艺性状和稻米品质特性。SNP基因芯片分析结果显示,BC₁F₆的背景回复率为74.42%~77.77%,BC₂F₅的背景回复率为86.42%~87.75%,BC₃F₄的背景回复率为92.27%~92.59%。利用连续回交、自交和分子标记辅助选择等技术可有效聚合多个抗性基因,获得抗稻瘟病的新保持系,快速实现保持系软华B的分子改良,为选育抗病、优质的杂交稻组合提供良好的亲本材料。

为了明确粗糙脉孢菌NC-3菌株在水稻秸秆还田上的应用潜力,采用室内培养和盆栽试验相结合的方法,分析NC-3菌株在水稻秸秆上的定殖,对水稻秸秆降解,纤维素、半纤维素、木质素、总酚酸含量以及油菜发芽率和成苗率的影响。结果表明,NC-3菌株能在灭菌的水稻秸秆上迅速定殖(72 h长满菌丝和孢子)。相比无菌水,培养7,14,21 d,NC-3菌株处理的水稻秸秆降解率分别提高2.3,7.3,3.2百分点;秸秆纤维素、木质素以及总酚酸含量分别下降2.0,10.7,10.4百分点,0.7,0.9,1.3百分点和7.6%,6.9%,6.4%。NC-3菌株对水稻秸秆、纤维素、木质素和总酚酸的降解作用主要发生在培养的前14 d(0~14 d),对半纤维素的降解作用在培养14 d后逐渐增强。添加水稻秸秆会显著降低油菜发芽率和成苗率,且随秸秆用量的增加抑制作用增强,但接种NC-3菌株能显著提高油菜发芽率和成苗率(相比无菌水,分别提高3.3,9.7百分点)。总之,接种脉孢菌NC-3菌株能有效加快水稻秸秆降解和酚酸类物质转化,可有效提高油菜发芽率和成苗率。

为了探究水稻油菜素内酯不敏感1相关受体激酶1前体物质OsBAK1P对水稻相关农艺性状的影响。通过以中花11粳稻品种为材料,根据基因所设计的特异性引物从水稻穗部cDNA中扩增得到CDS片段大小为651 bp的目的序列片段;通过酶切酶连的方法成功构建了PTCK303-OsBAK1P过表达载体和PTCK303-OsBAK1P RNA干扰载体;用农杆菌EHA105菌株转化表达正确的载体质粒并利用基因CDS扩增引物检测菌落筛选出阳性农杆菌克隆;再利用农杆菌遗传转化法侵染中花11粳稻品种的愈伤组织从而获得转基因植株;最后,相比较于中花11挑选2个表型相似的过表达、RNA干扰的T₁转基因植株测定并分析株高、穗长、叶夹角等农艺性状的变化和萌发初期的根长、胚芽鞘长度的变化以及对芸苔甾内酯(BL)的响应程度。结果表明,OE-OsBAK1P转基因水稻植株株高矮化,穗长变短,叶片夹角下降,种子萌发后根长增长而幼苗长度缩短,叶片对BL的响应不敏感;而RNAi-OsBAK1P转基因水稻植株株高增加,穗长变长,叶片夹角增加,种子萌发后根长缩短而幼苗长度增长,叶片对BL的响应敏感。综上,这些结果为改变水稻植株结构进而增加籽粒产量提供理论支持并可能为后续研究OsBAK1和前体物质OsBAK1P的其他功能提供参考。

糖基转移酶Ⅰ(GT Ⅰ)家族是糖基转移酶中的一类,其主要功能涉及黄酮类化合物糖基的转移、淀粉和蔗糖的合成等。为揭示GTⅠ基因家族在粳稻生长发育以及抗逆中的作用,为粳稻GTⅠ基因家族成员的功能研究提供基础,为水稻的品种改良和提高水稻耐高温提供思路,采用生物信息学方法鉴定出30个GTⅠ基因家族成员,并分析了粳稻GTⅠ基因家族成员的基因结构、蛋白质理化性质、染色体定位及基因进化、系统发育关系、保守结构域和蛋白质三维结构建模等。结果显示,粳稻的30个GT Ⅰ基因家族成员在水稻12条染色体上均有分布,其基因结构、保守基序和遗传进化相对保守,家族成员启动子均预测到脱落酸响应元件,家族蛋白质的三维结构保守含有6个β-折叠和7个α-螺旋。通过转录组数据与实时荧光定量分析,GTⅠ基因家族大部分成员对高温胁迫的响应出现在高温处理后第6小时,其中OS-GT29表达量呈持续高表达。GTⅠ基因家族在拟南芥和粳稻功能存在相似。

为解决农村年轻劳动力迁移减少和人口老年化所导致的对粮食作物生产积极性大幅度降低的问题,探究投入劳动力更少的水稻种植方式和与之相配套的高产品种的种植模式已迫在眉睫。通过2017—2019年的大田试验比较了当前常见且易于推广的2种种植方式,以及筛选了便于购买的早稻品种14个和晚稻品种12个,其种植方式为模拟机插秧和机直播,研究不同种植方式对不同早晚稻品种的生育期、产量、干物质积累量的影响。结果表明,直播能够比移栽缩短生育期,其中早稻直播平均生育期较移栽缩短7 d,晚稻平均缩短8 d,且直播的生育期比移栽的波动范围更小,表现更为稳定;每年全年年均产量均表现为直播显著高于移栽,其中2017年高出29.71%,2018年高出12.37%,2019年高出7.15%,并发现产量和不同时期的干物质积累量会受品种、种植方式和年度的极显著影响;通过线性回归协方差检验可知,产量与干物质积累量均存在正相关性,表现为产量随着干物质积累量增加而增加,其直播方式的线性回归的决定系数(R²)均高于移栽方式。综合比较得出,早晚稻种植方式中均以直播方式表现更佳,筛选出了与直播方式配套的稳定高产(3 a大田产量表现均较高)早稻品种株两优829(产量为6.02~10.90 t/hm²)、煜两优4156(6.49~10.22 t/hm²)和稳定高产晚稻品种五优308(10.43~12.65 t/hm²),筛选出的早晚稻品种生育期长短适中,能有效衔接实现早晚稻高产种植。

为探明南方双季稻区长期不同施肥处理下稻田不同耕层(0~10 cm和10~20 cm)土壤酸缓冲性能的变化特征,依托长期(36 a)施肥模式稻田(无肥(CK)、化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM)),系统分析长期不同施肥处理下双季稻田0~10 cm和10~20 cm土壤酸中和容量(ANC)、酸缓冲容量(ABC)、酸瞬时缓冲容量(IAC)、铵态氮和硝态氮含量变化特征,及其土壤酸缓冲性能与土壤理化性质之间的相关性。结果表明,MF、RF和OM处理均有利于增加双季稻田0~10 cm和10~20 cm土壤ANC、ABC和IAC,其大小顺序均表现为OM>RF>MF>CK。与CK处理相比,OM处理稻田0~10 cm和10~20 cm土壤ANC和ABC分别增加36.78%,33.18%,18.67%,17.84%,IAC分别增加15.22%,14.02%。稻田0~10 cm和10~20 cm,MF处理土壤铵态氮含量均显著高于OM、RF和CK处理,MF处理分别比CK处理增加48.15%,51.09%;OM处理土壤硝态氮含量均显著高于RF、MF和CK处理,OM处理分别比CK处理增加204.73%,161.94%。各施肥处理稻田0~10 cm土壤ANC、ABC、IAC、铵态氮和硝态氮含量均高于10~20 cm。土壤ANC、ABC、IAC与土壤有机碳、全氮含量、电导率均呈显著的正相关关系;土壤ANC、ABC、IAC与土壤pH值、阳离子交换量均呈极显著的正相关关系。因此,长期采取秸秆还田、30%有机肥配施化肥措施是增强南方双季稻田耕层土壤酸缓冲性能的有效措施。

为了研究播种方式和微咸水灌溉对水稻生长、产量和品质的影响。于2019-2020年以盐丰47为试验材料,采用裂区试验设计,以灌溉方式为主区,播种方式为副区进行相关研究。其中,灌溉方式包括淡水灌溉(F)和微咸水灌溉(B)2种方式,播种方式包括旱直播(D)、水直播(W)和移栽(T)3种方式。研究发现,水直播有利于提高水稻高度,旱直播有利于促进水稻单株叶面积和干物质量的积累,并且微咸水灌溉明显降低了上述农艺性状。在淡水灌溉条件下,移栽方式下的水稻产量在2019,2020年分别比旱直播高749.93,713.58 kg/hm²,尽管其产量也比湿直播高,但两者间差异不显著。在微咸水灌溉条件下,水直播的产量要高于移栽,但产量差异也不显著。研究显示,微咸水灌溉通过降低产量构成因素造成了水稻产量的降低。水直播的加工品质、外观品质和蛋白质含量都明显高于移栽。但微咸水灌溉促使加工品质、外观品质和口感的降低。因此,微咸水灌溉和直播方式的配合使用显著降低了水稻的产量和品质,在今后的研究中应加强对适合水直播的耐盐水稻品种的选育。

为研究不同类型水稻对镉(Cd)胁迫差异的原因,以镉敏感籼稻恢复系昌恢891(CH891)和镉耐受粳稻品种02428为材料,选取种子萌发后,连续镉处理3 d的和未进行镉处理的幼芽,使用高通量Illumina HiSeq 4000测序技术进行RNA-Seq分析,共得到539 524 490个有效读长,与参考基因组的比对率在94.81%~96.82%,GC含量均在49%以上。通过比较分析,共检测到7 204个差异表达基因(DEGs),其中在CH891中特异表达的基因(SCR3)有849个,02428中特异表达的基因(RCR3)有676个,2个品种均有表达但表达量存在差异的基因(CCR3)有770个。KEGG和GO富集通路分析表明,异黄酮生物合成、磷酸肌醇代谢、黄酮类生物合成和花青素生物合成途径在SCR3中显著富集,细胞核、自噬调节和胰岛素抗性途径在RCR3中显著富集,α-亚麻酸代谢、吞噬体、柠檬烯和蒎烯降解和脂肪酸降解途径在CCR3中显著富集。结果表明,Cd处理后,次级代谢过程主要在CH891中富集,蛋白质代谢主要在02428中富集,综上所述,CH891和02428响应的代谢路径存在差异,控制这些代谢路径的分子机制可能是造成不同水稻镉胁迫差异的主要原因。

为探究不同类型超级稻动态株型特点及差异,为华南稻区超级稻育种和栽培提供理论指导,选用华南稻区4个超级杂交稻组合、2个超级常规稻品种和2个优质超高产常规稻为供试材料,于秧苗期、分蘖盛期、幼穗第二次枝梗原基分化期、始穗期和成熟期,考查株叶形态、单位面积干物质量及产量。结果表明,供试材料的株高、单株平均茎蘖数、叶片形态、单位面积干物质量和产量构成因素等5个方面动态株型指标具有明显的季节生态特点。在生长发育前期和中期,除上部3片功能叶的开张角度外,其他各项指标超级杂交稻组合均显著高于超级常规稻品种。单位面积有效穗数、穗粒数、千粒质量、经济系数和单位面积产量,杂交稻组合显著高于常规稻品种;但是常规稻品种的穗长和结实率极显著高于杂交稻组合。因此,早晚兼用型优质超高产水稻育种的动态株型构建,要求苗期早生快发、中后期生物产量大、成熟期收获指数高,其中常规稻品种需要培育品种早生快发特性、提高生物产量、保持高结实率的前提下适当提高千粒质量和穗粒数,杂交稻组合则要进一步提高结实率。

为研究成都平原油菜-水稻轮作体系下不同秸秆用量对土壤活性有机碳组分及碳循环酶活性的影响,于2017—2020年开展连续3 a的田间定位试验,分析秸秆不还田对照(CK)、常规化肥(NPK)、常规化肥+1/2量秸秆(SR1)、常规化肥+全量秸秆(SR2)、常规化肥+2倍秸秆(SR3)5个处理下土壤理化性质、活性有机碳组分含量、碳循环酶活性及其相互间的相关性。结果表明:相比试验前,秸秆还田能有效改善土壤理化性状,提高土壤速效氮、磷、钾等养分含量;与CK处理相比,秸秆还田处理的土壤有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳以及微生物量碳含量分别显著提升了5.05%~8.55%,18.40%~36.80%,35.76%~66.93%,27.20%~52.10%,且均表现为秸秆用量越大活性有机碳组分含量越高。另一方面,与CK和NPK处理相比,3个秸秆还田处理土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性均显著提升;其中SR2处理下的土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶活性值最高,比SR1处理分别显著高出16.25%,8.49%,14.69%,SR3处理下的过氧化氢酶活性最高,比SR1处理显著高出25.10%。相关性分析可知,土壤SOC、活性有机碳组分及碳循环酶活性之间均呈现显著正相关。由此可见,在成都平原稻-油轮作体系下,实行全量秸秆还田是提高土壤活性有机碳组分含量及碳循环相关酶活性、促进土壤质量正向提升的最佳选择。

分蘖期和拔节—孕穗期是水稻产量构成要素中穗数和穗粒数形成的2个关键生育时期,氮素影响分蘖成穗和穗粒数的形成,细菌是土壤氮素循环的重要参与者。以高产水稻品种Y两优900和早丰优69为试验材料,通过设置2个氮肥施用比例(基蘖肥和穗粒肥比例分别为7:3和6:4),分析了分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌数量、群落特征的差异,及其与水稻产量、土壤氮素的关系。结果表明,水稻的分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌群落结构存在差异;分蘖期和拔节—孕穗期稻田土壤细菌优势菌门是变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门等。分蘖期绿弯菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高6.16百分点,酸杆菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高2.65百分点;拔节—孕穗期的变形菌门相对丰度比分蘖期高0.69百分点,拟杆菌门相对丰度比分蘖期高1.09百分点。相关性分析发现,水稻产量与分蘖期土壤细菌数量呈显著负相关关系,而与拔节—孕穗期土壤细菌数量和全氮含量均呈显著正相关关系;有效穗数与分蘖期土壤细菌数量呈显著正相关关系,穗粒数与分蘖期、拔节—孕穗期的氨氧化潜势均呈显著正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明,稻田土壤细菌群落结构受多种因素共同影响,分蘖期土壤的铵态氮和拔节—孕穗期土壤的氨氧化潜势是显著影响稻田土壤细菌群落结构的2个环境因子。FAPROTAX功能预测进一步说明,分蘖期7:3处理的反硝化功能增强,其中Y两优900土壤细菌的反硝化功能最强。因此,分蘖期土壤细菌数量的增加可提高水稻有效穗数。拔节—孕穗期土壤细菌参与的氨氧化作用可促进水稻穗粒数的增加。高产水稻品种Y两优900和早丰优69在不同施氮比例下,产量、有效穗数和穗粒数的形成与土壤细菌数量、群落组成及其生态功能关系密切。

综合利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因芯片技术,聚合主效R基因Pigm和非R基因bsr-d1,以改良优良食味水稻品种水晶3号的稻瘟病抗性。首先利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,以Bsr-d1为靶基因构建重组表达载体并通过农杆菌介导法转化水晶3号,筛选获得无T-DNA元件的bsr-d1纯合突变体,包括T插入、G插入、GA缺失、CGCA缺失和CGCAGA缺失5种突变类型。以无T-DNA成分的bsr-d1纯合突变体为母本、以携带Pigm基因的金玉1号为父本杂交、回交、自交,并利用分子育种芯片同时进行Pigm基因和背景辅助选择,最终获得抗病基因(同时携带bsr-d1和Pigm基因)纯合,且背景回复率均在96%以上的水晶3号改良株系(SJ3-G1、SJ3-G2、SJ3-G3、SJ3-G4、SJ3-G5)。稻瘟病抗性鉴定结果表明,各改良株系对稻瘟病生理小种GUY11的叶瘟抗性与野生型相比均显著提高;接种稻瘟病菌后,改良株系叶片中POD活性显著低于野生型对照,H₂O₂含量则显著高于野生型对照。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术结合基因芯片技术获得了同时携带bsr-d1和Pigm基因的抗稻瘟病水晶3号改良系。

为探明多穗型与大穗型品种穗粒特征形成的规律,提高水稻产量,以多穗型品种岳优9113(Y9113)和大穗型品种天优华占(TYHZ)、五丰优T025(WT025)为试验材料,在常规大田试验条件下开展试验,探明多穗型与大穗型品种幼穗分化阶段主茎茎鞘、主茎功能叶和主茎幼穗各器官的碳氮代谢特征及产量构成差异。结果表明:大穗型品种的主茎茎鞘、功能叶和幼穗的碳代谢关键酶活性(SPS和AMS)、氮代谢关键酶活性(NR和GS)、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量在幼穗分化主要阶段均呈现出高于或显著高于多穗型品种的现象。其中在第2次枝梗及颖花原基分化期(粒数迅速增加),五丰优WT025的功能叶可溶性蛋白含量、幼穗的可溶性糖含量和GS活性较岳优9113分别显著高6.77%,35.07%,20.10%,天优华占的主茎茎鞘SPS活性和幼穗GS活性较岳优9113分别显著高46.72%和7.81%;在花粉母细胞减数分裂期(颖花易发生退化,粒数下降),五丰优T025的功能叶可溶性蛋白含量、主茎的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量较岳优9113分别显著高9.88%,21.20%,16.20%,天优华占的主茎茎鞘可溶性糖含量和功能叶SPS活性较岳优9113分别显著高14.67%和28.55%。在该试验条件下得出,与多穗型品种相比,幼穗分化期较强的碳氮代谢水平是大穗型品种形成大穗的机制之一。

为明确湖南双季稻区水稻生产适宜的施氮水平和灌溉方式,采用随机区组设计,以陵两优942和领优华占分别为早晚稻材料,设置N1~N3共3个施氮水平(早晚稻均分别为150,120,0 kg/hm²)和W1~W3共3个灌溉方式(早晚稻均分别为水层灌溉W1、湿润灌溉W2、干湿交替灌溉W3),研究不同水肥协同处理对双季杂交稻农艺性状及产量的影响。结果表明:增施氮肥能显著提高水稻SPAD值,但在早晚稻上整体呈N1和N2的SPAD值相近,而灌溉方式呈W3既能使早晚稻保持较高SPAD,也能避免后期贪青晚熟;水稻叶面积指数(LAI)在一定程度上同施氮量呈正比,在早稻(全生育期)和晚稻(生育前期)N1和N2之间的LAI值相近,但在晚稻(生育后期)N1高于N2,而灌溉方式对早晚稻LAI值影响较小,主要以W3略高;增施氮肥能显著促进水稻干物质量的积累,除早稻(乳熟期)单株干物质量呈N2高于N1和晚稻(齐穗期)呈N1高于N2外,早晚稻其余时期的单株干物质量呈N1和N2相近,整体上说明减氮并不会显著降低水稻单株干物质量,灌溉方式对早稻影响较小,对晚稻影响较大,整体早晚稻单株干物质量以W3增长效果较好,W2其次;增施氮肥能显著提高水稻理论、实际产量和有效穗数,但其在N1和N2表现效果相近,早晚稻N1、N2的实际产量相较对照组N3,增幅分别为53.21%~59.64%,21.65%~32.68%,说明早稻减氮增产效果明显,晚稻减氮效果增产不佳主要是因为高氮并非常规晚稻施氮水平,而灌溉方式对产量及产量构成因素均不存在显著性差异。水肥协同下N2W2、N2W3处理能使早晚稻获得较高的叶片SPAD和LAI,干物质积累和产量及产量构成因素下早稻以N2W3处理表现效果俱佳,晚稻以N1W3处理效果较好。综上,早稻以N2W3处理既能满足高产,也能起到节肥节水的作用;晚稻N2W3处理虽然在SPAD和LAI表现较好,但其干物质积累、产量表现不及N1W3处理,所以晚稻以N1W3处理增产效果明显。因此,从经济和生态效益来看,在干湿交替方式下,早稻以施氮量为120 kg/hm²、晚稻以150 kg/hm²、能充分发挥水肥互作效应,它们增产潜力俱佳,更利于水稻生长发育和提高产量。

为促进长粒型粳稻品种的选育,以粳稻品种东富139、龙粳31和东农427为试验材料,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了pYLCRISPR/Cas9-GS3-RNA和pYLCRISPR/Cas9-GS3-GS9-RNA 2个敲除载体,通过农杆菌转化法侵染受体材料的愈伤组织,对GS3和GS9基因进行定点编辑。最终,3个品种在T₂都获得了GS3单基因突变、GS9单基因突变和GS3、GS9双基因突变,且无T-DNA元件的纯合植株。在成熟期对T₂突变体及其野生型的农艺性状进行考察分析,结果表明,与野生型相比,3个品种的gs3突变植株的粒长、千粒质量均显著增加,粒宽、结实率和穗粒数无显著变化;gs9突变体粒长显著增加,粒宽显著减少,千粒质量、结实率和穗粒数无显著变化;gs3gs9突变体粒长增加,且增幅大于gs3和gs9,同时粒宽显著减少,千粒质量显著增加,而结实率和穗粒数无显著变化。综上,利用CRISPR/Cas9技术对东富139、龙粳31和东农427等3个粳稻品种的粒型进行改良,加快了长粒型粳稻新品种的选育进程。

肥料减施增效对于保障我国农业的可持续性发展意义重大,研究新型增效复合肥料对水稻养分吸收和产量的影响有助于保障我国粮食安全。采用大田试验,设置常规复合肥料(CG)、增效复合肥料(ZZ)、常规复合肥料减量20%(80%CG)和增效复合肥料减量20%(80%ZZ)4个试验处理,以研究新型增效复合肥料对水稻生长性状、养分吸收和产量的影响。结果表明:与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理能够增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期单株鲜质量、株高、SPAD值和根体积,在成熟期,增效复合肥料处理的水稻单株鲜质量、株高、SPAD值和根体积分别提高了11.71%,1.29%,8.02%和46.48%,增效复合肥料减量20%处理的水稻单株鲜质量、株高、SPAD值和根体积分别提高了2.29%,0.31%,3.70%和4.09%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理能够增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量的比例分别为24.46%和21.39%。增效复合肥料减量20%处理增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量的比例分别为6.07%和8.15%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的水稻茎叶氮含量和籽粒氮含量分别增加了10.68%和36.96%,增效复合肥料和增效复合肥料减量20%处理的水稻茎叶磷含量分别增加了26.51%和11.24%,增效复合肥料处理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%,增效复合肥料减量20%处理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的水稻茎叶钾含量增加了19.91%,籽粒钾含量降低了15.83%,增效复合肥料减量20%处理的茎叶钾含量降低了6.56%,籽粒钾含量增加了0.62%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的水稻产量提高了22.02%,且差异性显著,增效复合肥料减量20%处理的水稻产量提高了1.12%,增效复合肥料处理的水稻穗长、穗数、穗粒数、千粒质量和结实率在各处理中为最高。综上,增效复合肥料能够提高水稻各生育期的生长指标,改善水稻的氮素吸收、磷素吸收和钾素吸收状况,提高作物产量,具有较好的增效效果,增效复合肥料减量20%处理与常规复合肥料相比,能够实现化肥减量不减产,值得进一步推广应用。

为探索稻鸭共育下直播水稻田间杂草种类和群落组成的动态变化,连续2 a运用植物群落生态的方法研究不喷施除草剂(CK)、喷施除草剂(RH)、养鸭不喷施除草剂(DK)和养鸭喷施除草剂(DH)的控草效果和田间杂草群落组成的变化特点。结果表明:2 a中DK处理对田间杂草防控效果为47.00%,低于RH处理的93.88%和DH处理的100.00%,且在水稻分蘖盛期、抽穗期和乳熟期均形成以稗草、鸭舌草、异型莎草和千金子组成的优势杂草,优势杂草总和分别占到总杂草比例的71.20%,92.29%和94.03%;单子叶杂草和禾本科杂草均在水稻分蘖盛期至乳熟期成为优势群落,且在乳熟期占总杂草的比例分别达到97.57%和64.97%,双子叶杂草和阔叶杂草所占比例分别为2.43%和8.55%。2 a中DK处理在分蘖盛期至乳熟期Shannon-Wiener 指数和Simpon指数均低于CK处理,且高于RH处理,但DK和CK处理的Simpon指数和Pielou均匀度指数在抽穗期和乳熟期差异不显著,而与RH处理差异显著,这表明DK处理能够改变稻田杂草群落组成和多样性,并且对田间杂草的防控作用不明显,田间发生草害将影响水稻产量的形成,最终使得水稻减产严重。

为定位控制水稻发芽期和芽期耐冷性的QTL,探究其遗传机制,以耐冷性强的粳稻品种彩稻为母本、耐冷性弱的籼稻品种WD为父本杂交衍生的含有189个株系的重组自交系群体为试验材料,以低温胁迫下的相对发芽率、平均发芽天数、成苗率、芽期耐冷级别为鉴定指标,结合978个Bin标记,运用IciMapping 4.2对发芽期和芽期耐冷QTL进行定位分析。结果显示,检测到2对与芽期耐冷有关的上位性QTL,LOD值分别为5.70,5.55,贡献率分别为13.22%,39.87%;此外,还检测到5个与水稻发芽期耐冷相关的QTL、5个与水稻芽期耐冷相关的QTL。这些QTL位于1,3,5,8号染色体上,LOD值为2.55~7.07,表型贡献率为6.41%~17.17%。其中,qLTG3在5个发芽期耐冷性QTL中表型贡献率最高,且与芽期耐冷性相关;qCTP1-2在5个芽期耐冷性QTL中表型贡献率最高;qCTB1、qCTP1-2和qLTG8等3个QTL未见报道。研究检测到的QTL以及上位性QTL,可为后续水稻耐冷性的遗传研究以及改良提供参考。

为探究稻茬小麦壮苗培育和高产栽培途径,在水稻秸秆全量还田条件下研究了耕翻(PR)、旋耕(RR)和免耕(NT)3种耕作方式对冬前麦苗主茎和分蘖生长生理和成熟期单穗产量的影响。结果表明,耕翻方式下越冬始期茎蘖数分别比旋耕和免耕方式下高1.5%,12.8%,差异显著(P<0.05);单株叶面积和干质量分别达到94 cm²和787 mg,均显著高于免耕(P<0.05)。相比免耕,耕翻显著提升了小麦苗期主茎、第一、第二和第三分蘖顶部全展叶片的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性,明显促进了二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)、磷酸丙糖异构酶(TPI)活性和叶绿素相对含量(SPAD值),并促进了蔗糖合成酶(SS-Ⅱ)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性和叶片可溶性糖含量的提高(P<0.05);并且显著提高了主茎、第二和第三分蘖的叶片氮含量(P<0.05)。此外,耕翻和旋耕方式还增加了主茎、第一和第二分蘖的叶面积和干质量。表明耕翻较旋耕和免耕方式更有利于协同提升苗期主茎和低位分蘖的氮代谢、糖代谢和光能利用水平,进而增加光合生产能力,形成壮苗。而旋耕对碳氮代谢和光合能力的提升高于免耕,但弱于耕翻。耕翻下主茎穗的穗粒数、单粒质量和旋耕差异不显著,但二者均显著高于免耕(P<0.05)。耕翻下第一和第二分蘖的穗粒数显著高于旋耕和免耕(P<0.05),但耕翻与旋耕间第一、二和三分蘖穗的单粒质量和单穗质量差异不显著(P>0.05)。由此可见,通过耕翻方式可提升稻茬小麦冬前幼苗的主茎、第一、二分蘖的糖氮代谢和光合生理活性,形成壮苗个体,促进了单穗生产力尤其是穗粒数的增加。

为研究施氮方式和行距配置对水稻冠层结构和产量的影响,以沈稻9号为材料,于2019—2020年进行田间试验,采用两因素裂区设计,主区设不施氮肥(A₀)、农户方式(A₁)、底氮减施(A₂)、底氮后移(A₃)4种氮肥管理方式,副区设常规方式(行距30 cm,B₁)、缩行增密(行距25 cm,B₂)、宽窄行(行距40 cm+20 cm,B₃)3种行距配置,运用大田切片法,研究不同施氮方式和行距配置下水稻各层叶面积指数(LAI)、光合有效辐射、剑叶光合特性和产量的差异。结果表明,施氮方式与行距配置对产量有极显著影响,且存在交互作用,在A₃B₂组合下,产量达到最高,为9.85 t/hm²。与A₁、A₂相比,A₃处理单位面积颖花数提高4.31%~10.55%,结实率提高2.87~4.09百分点,使剑叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)分别提高了4.84%~9.12%,14.08%~15.71%,11.33%~15.83%;同时,A₃具有较高的光合有效辐射截获率和群体叶面积指数。与B₁、B₃相比,B₂可以增加单位面积颖花数和群体叶面积指数,增幅分别为7.57%~9.97%,4.29%~20.43%,光合有效辐射截获率达88.99%。综合产量、光合特性和冠层结构的表现,施氮方式为底氮后移结合行距为25 cm为本试验的最优组合,能有效提高单位面积颖花数、结实率、千粒质量,改善群体结构,促进高产形成。

为探究2种灌浆充实调节剂对大穗型水稻品种弱势籽粒灌浆充实的影响及其作用机制,采用大田试验,以大穗型水稻品种交源优216为试验材料,研究了抽穗开花期喷施灌浆充实调节剂(禾立丰和新美洲星)对水稻弱势籽粒灌浆充实、内源激素含量、灌浆充实相关miRNA及其靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因表达量的影响。结果表明,2种灌浆充实调节剂禾立丰和新美洲星显著提高了交源优216的产量、弱势籽粒千粒质量、灌浆速率及灌浆起始势,弱势籽粒千粒质量与对照(清水处理)相比分别提高了16.07%和15.89%;且弱势籽粒中IAA含量在花后9,15,21 d显著增加,Z+ZR含量在花后9,21 d显著增加。禾立丰处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j和miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白的基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;而正调控籽粒灌浆充实的类萌发素蛋白基因OsGLP3在花后6 d显著上调,蔗糖-淀粉代谢关键酶基因在花后6,12 d显著上调。新美洲星处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j、miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;正调控籽粒灌浆充实的OsGLP3和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达量在花后6,12 d显著上调。相关分析结果表明,弱势籽粒灌浆速率与miR1432、OsGF14f的表达量呈显著负相关关系,而与IAA含量呈显著正相关关系。因此,禾立丰和新美洲星可能是通过调节灌浆前中期灌浆充实相关miRNA及靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达量,进而提高激素IAA和Z+ZR含量,促进弱势籽粒灌浆充实。

为了探究旱直播水稻品质在不同有机肥处理下的变化规律,于2018—2020年,以龙粳31为试验材料,设置6种处理,即:零肥(N0)、常规施肥(NPK)、生物炭+常规施肥(OF1)、海藻生物有机肥+常规施肥(OF2)、基施旺生物有机肥+常规施肥(OF3)、凹凸棒有机肥+常规施肥(OF4),研究不同有机肥处理下旱直播水稻加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质的变化差异。结果表明:3 a间,有机肥处理的稻米整精米率高于NPK和N0,与NPK相比,OF1~OF4分别提高2.64,1.78,1.06,2.53百分点;垩白度以OF2最高,为1.82%,较NPK增加0.11百分点,但OF1、OF3、OF4垩白度低于NPK,平均分别降低0.26,0.41,0.51百分点;各处理的精米粒长、粒宽和长宽比无显著差异;2019—2020年,与NPK相比,有机肥处理增加了稻米蛋白质含量,而直链淀粉含量却呈降低趋势;2 a间,OF1、OF2、OF3、OF4蛋白质含量平均分别为8.99%,9.13%,9.08%,9.16%,较NPK分别增加0.54,0.68,0.63,0.71百分点;而OF1、OF2、OF3、OF4直链淀粉含量平均分别降低了0.20,0.64,0.69,0.38百分点;与NPK相比,有机肥施入初期可提高旱直播稻米光泽、味道、口感和食味评分值,但长期施用有机肥将导致旱直播稻米蒸煮食味品质变差;2019—2020年,NPK处理的稻米食味评分值平均为72.70,与NPK相比,OF1、OF2、OF3、OF4均不同程度地降低了稻米的香气、光泽、味道、口感和食味评分值,食味评分值分别降低5.53%,6.40%,3.71%,3.23%,但有机肥增加了稻米的完整性。综上,长期施用有机肥能改善旱直播稻米的加工品质和外观品质,提高营养品质,但不利于蒸煮食味品质的形成并且会降低直链淀粉含量。

为探究基肥施入深度对化肥利用率和水稻生长及营养元素吸收的影响。设置不施肥（T1）、基肥施入深度0（T2）、5 cm（T3）、10 cm（T4）、15 cm（T5）5个处理，对比研究基肥施入深度对机直播水稻产量和化肥利用率的影响。结果表明：基肥施入深度对各生育期水稻叶生物量无明显影响，对成熟期茎生物量影响明显，基肥表施和深施5 cm时可显著增加水稻茎生物量，深施10，15 cm时，茎生物量明显低于基肥表施（P<0.05）；不同生育期水稻叶的氮、磷、钾吸收量受基肥施入深度的影响不明显，但成熟期茎的氮、磷、钾吸收量因基肥施入深度差异显著（P<0.05）；氮素和钾素收获指数受基肥施入深度影响显著（P<0.05），且随施肥深度呈先增加后降低的趋势，而磷素收获指数呈先降低后增加的趋势；氮、磷、钾各元素利用率最高时的施入深度不同，氮素收获指数最大时，基肥施入深度为10.5 cm；钾素收获指数最大时，基肥施入深度为7.0 cm；基肥施入深度对水稻茎生长和营养元素吸收的影响大于对水稻叶生长和营养元素吸收的影响。适当增加基肥正位施入深度对水稻产量和化肥利用率提高具有积极作用，而且基肥施入深度在7.0~10.5 cm更有利于提高水稻产量和化肥利用率。

为研究秸秆还田对热带地区稻田N₂O排放的影响，以不同管理措施下耕作4 a的稻田土壤为基础，通过盆栽试验观察种植水稻后N₂O排放动态变化。试验设置了不施氮对照（CK）、常规施氮（CT）、单施秸秆（ST）和常规施氮+秸秆（CTST）处理。结果表明，各处理N₂O排放通量在-0.23~6.64 mg/（m²·h），主要集中在水稻生育前中期，CTST处理相比于CT处理显著降低了分蘖肥期田面水无机氮浓度（P<0.05），同时减少了N₂O排峰的维持时间；各处理全生育期N₂O累积排放量为0.13~2.85 g/m²，施氮处理显著高于不施氮处理（P<0.05），ST处理与CK处理差异不显著（P>0.05），CTST处理相比于CT处理可减排49.11%（P<0.05）。因此，施用氮肥是N₂O排放增加的主要原因，秸秆还田可显著减少热带土壤-水稻种植系统N₂O排放。

为明确施氮量对四川稻茬弱筋小麦原粮品质及大曲品质的影响，于2019-2020年在四川省大邑县进行，采用二因素裂区设计，主区为弱筋小麦品种绵麦367和蜀麦1671，副区为5个氮水平，分别为0（N₀），90（N₉₀），135（N₁₃₅），180（N₁₈₀）和225 kg/hm²（N₂₂₅），除N₀外，其他处理底肥氮水平为45 kg/hm²，剩余氮肥于四叶一心期追施。结果表明，两品种籽粒容重均高于750 g/L，粉质率均大于70%，N₂₂₅处理显著增加了籽粒的硬度指数、降低了粉质率；N₉₀处理下千粒质量最高；随施氮量增加，蛋白质含量逐渐增加（蜀麦1671）或先升后降（绵麦367），湿面筋含量和沉淀值在225 kg/hm²处理下最大；N₁₃₅水平下淀粉含量达到最大值；降落值和RVA特征值随施氮量增加逐渐增加或趋于平稳；脂肪含量随施氮量增加呈下降趋势；大曲的感官评价总分、糖化力、酸度分别在N₁₈₀、N₁₃₅、N₁₃₅水平下达到最高值；感官评价主要受淀粉、脂肪含量的影响，其次是蛋白质；糖化力和酸度均在淀粉含量较高时达到最大值。研究认为，小麦籽粒淀粉含量对大曲品质形成尤其重要，合理增施氮肥可以优化弱筋小麦原粮特性，进而促进大曲制作适宜性，建议西南地区用于制作大曲的稻茬小麦的适宜施氮范围为135~180 kg/hm²。

旨在对水稻叶片早衰突变体osles3进行遗传分析与基因精细定位，探索水稻叶片衰老的分子机制。从粳稻中花11的自然变异突变体库中筛选到一个叶早衰突变体osles3 ，对该突变体及其野生型进行表型鉴定及农艺性状分析，构建突变体与籼稻ZS97的F₂群体，通过图位克隆的方法精细定位该基因，并利用生物信息学方法对其进行结构与功能分析。表型鉴定结果表明，osles3在分蘖后期开始出现水浸状衰老斑点，成熟时整株衰老；与野生型相比，osles3的株高、分蘖数、结实率、穗粒数及千粒质量等都极显著降低。遗传分析结果表明，该突变表型由1对核隐性基因控制，利用分子标记将目标基因定位于第3染色体长臂端，其与RM15524和RM15551的遗传距离分别为0.9，0.5 cM。序列多态性及生物信息学分析表明，OsLES3属于LSD1型锌指（Zinc finger）蛋白家族成员，其翻译起始位点（ATG）5'上游区存在988 bp片段插入及54 bp片段缺失。本研究完成了水稻叶早衰突变体osles3的精细定位，可能是DNA片段插入与缺失造成OsLES3功能缺失，从而导致该突变体表型的产生。

为了探讨高产四倍体水稻的不同遗传组成与品质的关系，以及蛋白质含量变化的原因，以国家优质品种美香占2号（MXZ2）、象牙香占（XYXZ）、矮脚南特二倍体（AJNT-2x）、高产同源四倍体水稻矮脚南特（AJNT-4x）以及高产新型四倍体水稻华多1号（H1）为试验材料，利用BCA法测定胚乳蛋白质含量、近红外谷物分析仪进行品质分析、全自动氨基酸分析仪测定氨基酸含量、qRT-PCR分析谷蛋白基因的表达差异。结果表明： AJNT-4x糙米、精米的蛋白含量分别为182.70，115.70 mg/g，高于国家优质品种MXZ2、XYXZ以及AJNT-2x，其营养品质大大提高；AJNT-4x的胶稠度为44.70 mm，低于MXZ2、XYXZ及AJNT-2x，且差异显著，其食用品质明显下降；而H1精米的蛋白含量最低，只有71.30 mg/g，但其胶稠度为112.70 mm，介于国家优质品种MXZ2与XYXZ之间。花后30 d AJNT-4x的17种氨基酸总量与人体必需氨基酸总量高于AJNT-2x与H1，H1的最低；H1的17种氨基酸总含量在花后15 d达到高峰，而AJNT-4x和AJNT-2x在花后20 d达到高峰，氨基酸含量积累过早停止导致H1在成熟期的总氨基酸含量下降，甚至低于AJNT-2x。在整个胚乳发育过程中，AJNT-4x、H1和AJNT-2x的4种贮藏蛋白积累趋势基本一致，但快速积累时间存在差异；AJNT-4x的谷蛋白快速积累的时间比AJNT-2x、H1早，且快速积累的时间长，导致AJNT-4x的蛋白含量最高。9个谷蛋白亚家族基因在花后5 d都有表达，随着胚乳的发育，各谷蛋白基因表达量逐渐升高、再逐渐下降并趋于稳定，不同的亚家族谷蛋白基因在相同的时间表达丰度不同；除GluB-1和GluB-4在H1中的表达峰值高于AJNT-4x和AJNT-2x，其他7个谷蛋白基因在H1中的表达峰值均远远低于AJNT-4x和AJNT-2x，差异显著；AJNT-4x的9个谷蛋白基因在花后30 d表达量均最高。上述结果为多倍体水稻优质育种提供理论依据。

OsSP1基因是水稻叶绿体定位基因，并且具有明显的干旱响应性。为确定OsSP1基因对水稻生长和干旱胁迫抗性的影响，分别采用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因过表达技术创建了水稻品种中花11 OsSP1基因编辑株系和过表达株系，并通过对靶序列进行片段扩增和测序确定基因编辑植株中OsSP1基因的突变方式，通过hpt序列扩增和潮霉素筛选获得单拷贝插入的纯合过表达植株。表型对比、叶绿素含量测定、过氧化氢测定和干旱抗性分析的结果表明，过表达OsSP1基因对水稻的生长和干旱胁迫抗性均无明显影响，但通过基因编辑引起OsSP1基因突变后，水稻的生长和结实受到了严重影响，在正常生长条件下，T₀和T₁双等位杂合突变和纯合突变的基因编辑植株均出现矮小、黄化、早衰、不分蘖等生长抑制表型。T₀植株结实数很低，T₁植株均未抽穗结实，叶片的叶绿素含量也显著或极显著低于野生型和过表达植株，上述结果显示了OsSP1基因在维持水稻正常生长和产量中的关键性作用，为进一步揭示OsSP1基因的作用机制提供了理论和材料基础。

为了研究水稻单片段代换系（Single segment substitution line，SSSL）与受体亲本HJX74（Huajingxian 74）抽穗期差异的原因，以HJX74和5个具有抽穗期差异显著性的SSSLs WY18（W06-15-18-3-11）、WY24（W08-16-3-2）、WY26（W11-15-7-1-1）、WY60（W15-3-1-38）、WY61（W17-10-5-5-35-9-2）为试验材料，对其代换片段上已知的抽穗期等位基因进行克隆，获取其CDS序列，用多种生物信息学方法进行序列比对，包括CDS序列、氨基酸序列，比较其氨基酸理化性质的异同及表达的差异。田间抽穗期表型性状调查结果表明，WY18、WY60、WY61相对于HJX74表现为晚抽穗，WY24、WY26表现为早抽穗。与HJX74相比，WY18代换片段上抽穗期等位基因DTH8存在4个SNP的差异、WY26中OsDof12存在7个SNP的差异、WY60 DTH8存在6个SNP的差异，但以上SNP的突变均未改变其氨基酸序列的亲水性及理化性质，表明这些抽穗期等位基因的突变可能并不是引起其抽穗期变化的原因。进一步通过qRT-PCR技术分析发现，WY18中DTH8、WY26中OsDof12的表达水平整体高于HJX74中的相应基因，表明该等位基因上游调节区域对其基因的表达进行了调控，可能是导致其抽穗期变异的原因。WY24中se14、WY61中Hd1存在明显的序列片段缺失，造成se14和Hd1等位基因功能缺失，可能是WY24、WY61抽穗期变异的主要原因。

为探究免耕半固态播种模式对水稻剑叶生理及光合特性的影响。通过设计翻耕半固态直播（FZ）、免耕半固态直播（MZ）、水稻插秧（YZ）和传统撒直播（CK）的田间对比试验，研究了不同栽培模式下水稻剑叶生理和光合特性的特征。与CK处理相比，2016年早稻中早39、湘早籼45号FZ、MZ处理的剑叶SPAD值在乳熟期-成熟期显著高于CK处理，2017中早39的FZ、MZ、YZ处理较CK处理早稻与晚稻增幅分别为0.85%~15.41%，1.60%~13.04%，且在齐穗+28 d和齐穗+35 d均达到显著性差异。FZ、MZ和YZ较CK处理水稻剑叶POD和SOD活性在齐穗后均呈增加趋势，而MDA呈降低趋势，其中中早39各时期MDA含量的均值平均降幅分别为13.35%，9.35%，12.49%，9.43%，9.53%和7.12%，湘早籼45降幅分别为10.22%，7.75%，10.01%，6.72%，8.44%和6.01%。FZ、MZ和YZ处理水稻剑叶可溶性糖含量在齐穗+14 d-齐穗+35 d均显著高于CK。2017年晚稻，2个品种的FZ、MZ、YZ处理的蒸腾速率在齐穗+25 d显著高于CK，净光合速率在抽穗期和抽穗后10 d均显著高于CK，分别高出10.56%，11.13%，10.29%和12.40%，14.46%，15.65%。水稻半固态直播和插秧的种植方式能够提高剑叶SPAD值和叶绿素含量，进而有利于提高剑叶光合能力，为水稻齐穗后干物质和有机物质等的积累奠定基础，进而利于水稻产量的提高。

为了提高大穗型粳稻的籽粒产量，改善稻米品质，以2个大穗型粳稻W1844和CJ03为材料，花前设置遮荫和疏行疏蘖处理改变抽穗期茎鞘非结构性碳水化合物（NSC）贮存量，即T0（对照）、S1（遮光50%）、S2（遮光75%）、D1（每隔一行疏去整行水稻植株）、D2（在D1的基础上，将剩余行中每穴的分蘖疏去，只留主茎），探明抽穗期茎鞘NSC对大穗型粳稻结实特性、灌浆特征和品质的影响以及糖花比（抽穗期茎鞘中非结构性碳水化合物与颖花数之比）与产量及品质形成的关系。与T0相比，D1、D2处理显著提高抽穗期糖花比、弱势粒结实率和千粒质量，糖花比增加了47.84%~173.59%，弱势粒的结实率提高4.1~7.2百分点，千粒质量提高6.06%~14.29%。S1、S2处理显著降低抽穗期糖花比、弱势粒结实率和千粒质量，糖花比降低了33.28%~53.79%，弱势粒的结实率下降6.8~32.8百分点，千粒质量降低13.54%~45.02%。D2和S2处理对弱势粒灌浆前期的影响较大，D2处理弱势粒灌浆前期分别缩短了6.80，7.10 d，平均灌浆速率分别提高65.78%，61.15%；而S2处理弱势粒灌浆前期分别延长9.50，8.26 d，平均灌浆速率降低44.35%，43.28%。D2处理能够显著改善弱势粒稻米品质；而S2处理下弱势粒品质变劣。相关性分析表明，糖花比与弱势粒的结实率、千粒质量、加工品质和直链淀粉含量呈显著或极显著正相关，与弱势粒的垩白粒率、垩白度和蛋白质含量呈显著或极显著负相关。研究结果表明，增加抽穗期的糖花比可通过提高弱势粒灌浆前期的灌浆速率，从而提高弱势粒的结实率和千粒质量，进而改善水稻的品质。

为改良水稻不育系丰源A的稻瘟病抗性，以籼稻品系75-1-127作为广谱持久抗稻瘟病基因Pi9的供体亲本，先后以三系保持系丰源B和不育系丰源A为受体亲本，利用Pi9基因内共显性标记ClonDF₁R₁开展MAS连续回交育种。利用来自国内外不同稻区的33份稻瘟菌菌株进行温室内人工接种，分析丰源A、丰源B、75-1-127的抗菌谱，75-1-127的抗性频率为87.9%；而丰源A和丰源B的抗性频率均仅为33.3%。田间病圃抗性鉴定表明，75-1-127高抗苗瘟，而丰源B和丰源A高感苗瘟。结果表明，含有Pi9基因的75-1-127抗谱广、抗性水平高，在稻瘟病抗性育种中具有很大的应用前景；而丰源A和丰源B抗谱窄、抗性水平低，需要改良。根据Pi9基因序列信息开发了一个共显性分子标记ClonDF₁R₁，它从75-1-127基因组中扩增出一条320 bp的条带，而丰源B和丰源A基因组的扩增产物约450 bp。利用ClonDF₁R₁先后开展丰源B、丰源A稻瘟病抗性改良的MAS育种实践，获得了13个含Pi9纯合等位基因的改良抗病保持系丰源B-Pi9 ，以及11个含Pi9纯合等位基因的改良抗病不育系丰源A-Pi9。经过连续11 a的MAS回交育种实践，育成1个高抗稻瘟病、不育性稳定、柱头外露率高、农艺性状和产量性状优良的新三系不育系丰源A-Pi9- 5，实现了丰源A和丰源B稻瘟病抗性的定向改良，为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。

为了揭示DNA甲基化在高表达转C₄-PEPC基因水稻植株对干旱耐性的作用，以高表达转玉米C₄型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）基因（C₄-PEPC）水稻（PC）和受体Kitaake（WT）为材料，通过发芽、水培和盆栽试验，研究了施用不同浓度的DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷（5-azaC）联合干旱处理下，水稻芽期、苗期和生育后期，种子发芽率，苗期叶片的相对含水量、丙二醛、脯氨酸、总可溶性糖及其组分及总可溶性蛋白含量、PEPC酶活性以及C₄-PEPC、与蔗糖非发酵1（SNF1）相关蛋白激酶（SNF1-related protein kinase 1s ，SnRK1s）基因以及甲基转移酶基因表达的变化、剑叶的光合参数，并最后考察产量构成因子的变化，结果表明： 5-azaC对水稻芽期和苗期干旱胁迫作用浓度呈现剂量效应，即低浓度促进，而高浓度抑制，其中作用浓度：芽期<苗期；而对芽期和苗期有促进和抑制的2个浓度外施于水稻生育后期的水稻植株后，则出现恶化的效应，表现为矮化、剑叶的净光合速率和单株产量下降。在缓解干旱抑制的浓度下，PC苗期的缓解效果好于WT，这种差异的表现与其内源蔗糖、SnRK1s基因以及OsMET1b的表达差异同步，而且PC叶片C₄-PEPC表达对不同浓度的5-azaC处理也呈现剂量效应。综上，DNA甲基化参与了水稻干旱响应，但不同生育期表现不同，其中糖信号在调节DNA甲基化增强PC干旱耐性起重要作用。

为了解浓香型稻茬烤烟的生长和干物质积累与养分利用效率，采用典型案例分析方法，于2019年在湖南省浓香型烟区的郴州市桂阳县和衡阳市耒阳市分别选取适产水平（2 250~2 700 kg/hm²）和丰产水平（2 700~3 150 kg/hm²）的2种典型烟田作为案例，分析了不同时期的烤烟农艺性状指标、叶面积指数、根系形态指标差异，以及烤烟干物质积累与分配、养分积累与分配、养分利用效率。结果表明：丰产水平较适产水平烤烟地上部生长发育好，根系发达，干物质和氮、磷、钾养分积累多，氮、磷、钾肥利用效率高；但适产水平的氮、磷、钾养分在烟叶中分配比例大，氮、磷、钾养分收获指数高。耒阳烟区烤烟植株高大，茎粗、根粗、根与茎的干物质和养分积累多；桂阳烟区烤烟叶片面积大，侧根多，烟叶干物质和养分积累多。稻茬烤烟生产中，要针对稻茬烤烟土块大和低温阴雨天气，熟化土壤，培育壮苗，提高移栽质量，为烤烟根系生长创造一个良好的土壤环境，促进烤烟早生快发。

综合运用生物信息学、RT-PCR和TA克隆技术对水稻热激蛋白基因OsHSP40的可变剪接体进行鉴定，并分析剪接体的表达。首先，利用生物信息学分析发现，该基因存在4种可变剪接体。根据不同可变剪接体的序列信息设计特异性引物进行RT-PCR扩增，结合TA克隆，成功鉴定到OsHSP40的4种可变剪接体。随后，提取野生型植株的根、茎、叶、幼穗和不同发育时期的籽粒，进行不同组织部位的表达分析，RT-PCR结果显示：可变剪接体4（OsHsp40.4）与OsHsp40.1234在不同组织部位的表达模式存在差异。最后，分析在高盐和高温条件下不同剪接本的表达，结果发现，高盐条件下OsHsp40.4和OsHsp40.1234表达上升，但OsHsp40.4上升幅度较低；高温处理后，OsHsp40.1234在处理后2 h表达变化不显著，处理后4 h其表达显著上升，而OsHsp40.4则在处理后2 h表达显著上升。综上，成功鉴定到OsHSP40基因的4种可变剪接体，发现可变剪接体OsHsp40.4和OsHsp40.1234在高盐和高温胁迫过程中的表达存在差异。上述结果为进一步研究该基因的生物学功能奠定基础。

为研究水稻生长素响应因子OsARF12在水稻生长发育中的作用，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，设计OsARF12 2个不同外显子突变靶点，化学合成包括突变靶点的特异性序列，并与中间载体sgRNA连接进而与Cas9终载体重组获得OsARF12 2个不同突变靶点的表达载体。选取测序成功的单一克隆，利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴，获得转基因植株，并结合测序结果分析突变单株的突变类型，T₁突变体KO-ARF12-1有3种纯合突变、2种双等位突变，共5种突变类型；KO-ARF12-2有6种纯合突变、4种双等位突变和1种杂合突变，共11种突变类型。挑选突变类型为缺失1 nt、缺失4 nt、缺失7 nt和缺失2 nt插入1 nt、缺失5 nt的株系作为研究对象，荧光定量PCR鉴定结果表明，OsARF12在突变体中的表达量较野生型极显著下降（P<0.01）。在正常大田生长条件下，2种突变体不同突变类型株系与野生型相比，株高显著降低，降幅为13.15%~18.39%；第1，2茎节间长度无显著差异，第3，4茎节间长度显著降低，降幅为21.91%，23.46%。利用CRISPR/Cas9创制的OsARF12突变体，对水稻节间延伸及株高具有一定调节作用，对于完善水稻生长素响应因子的分子调控机制具有重要意义。

为解析低温胁迫水稻根数的遗传机理，挖掘控制水稻耐冷QTL，以亲本9311（受体）/日本晴（供体）构建的染色体片段置换系群体为材料，15℃处理10 d再在25℃恢复7 d测定其根数并定位和分析其中影响根数的QTL。结果显示，亲本日本晴平均根数为4.50，9311平均根数为7.20，二者存在显著差异；置换系群体平均根数为4.84，存在超亲分离现象。共检测到2个低温胁迫影响水稻根数的主效QTL；qCSRN1.1和qCSRN3。这2个QTL分别分布在水稻的第1号染色体31.75~33.15 Mb区间和第3号染色体32.2~32.7 Mb区间，其LOD值分别为4.91和2.86，分别解释表型变异的16.27%和9.06%，其中qCSRN1.1增效等位基因来自亲本日本晴，qCSRN3增效等位基因来自亲本9311。候选基因分析显示qCSRN1.1区间有138个候选基因，其中68个与蛋白合成相关，42个与酶合成相关，3个为转录因子；qCSRN3区间有88个候选基因，其中62个与蛋白合成相关，9个与酶合成相关，3个为转录因子。此外，还检测到2个上位性QTLs，分布在第1号和第9号染色体上，其上位性效应为-0.34和-0.43，LOD值为5.60和5.75。结果表明，低温胁迫下，水稻根数的发育属于数量性状，同时受基因互作影响。这些根数QTL的定位为后期克隆受低温胁迫影响的根数基因，解析根数遗传机理奠定了基础。

为了探究长江下游地区稻麦轮作体系下有机肥等氮替代无机肥对稻麦产量及土壤肥力的影响，在大田条件下，设置有机氮依次替代10%（Y1W9），20%（Y2W8），30%（Y3W7），40%（Y4W6），50%（Y5W5）无机氮等处理，同时以100%施用无机氮（W100）为对照，连续3 a定位监测稻麦产量、土壤肥力及团聚体稳定性的变化。结果表明，3 a间有机肥等氮量替代无机肥比单施无机肥平均轮作年产量增加了0.8%~2.7%；3 a小麦平均产量较单施无机肥处理提高了5.6%～13.2%，水稻平均产量提高了0.2%～14.0%，稻麦轮作总产量平均提高了0.4%～24.5%。与单施无机肥相比，团聚体的平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和>0.25 mm水稳性团聚体的含量随着有机肥替代比例的增加而提高；Y4W6和Y5W5处理下>0.250 mm粒径团聚体的含量百分比分别为74.3%和78.8%，高于其他几个处理下>0.250 mm粒径团聚体的含量百分比，分别比单施无机肥处理高出了5.6和10.1百分点。有机肥与无机肥不同比例配施提高了土壤有机质和全氮的含量，缓解了土壤酸化程度。综上所述，有机肥长期替代无机肥能够培肥土壤，有助于长江下游地区稻麦稳产，20%有机氮替代无机氮最有利于长江下游地区稻麦稳产、高产和土壤肥力提升。

为探究干旱条件下氮素运筹对双季超级稻晚稻的影响。选用超级杂交晚稻品种五丰优T025，于幼穗分化期正常和干旱条件下，进行氮素蘖肥（干旱前）与氮素穗肥（干旱后）重施处理，考查产量及有关生理生态指标，结果表明：干旱将导致水稻产量显著下降，幼穗分化期是晚稻水分亏缺敏感期；2种水分条件下，氮素蘖肥重施产量均显著高于穗肥重施处理，分蘖期是晚稻需氮关键期；干旱条件下氮素蘖肥重施处理的单株有效穗数和结实率高于穗肥重施处理，差异均达显著水平；干旱条件下相对于氮素蘖肥重施处理，氮素穗肥重施处理抽穗期和开花期的光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）等光合指标不同程度提高，但茎、叶部位氮素及干物质转运率低，滞留严重，转运至穗部的氮素相对较低，叶片渗透调节物质含量下降，丙二醛（MDA）含量生育后期提高，同时硝酸还原酶（NR）与谷丙转氨酶（GPT）等氮代谢酶活性在旱后短期内呈现增高趋势。因此，水稻上存在一定的“以氮调水”效应，适当提高氮素蘖肥可在一定程度上减轻晚稻穗分化期干旱胁迫造成的产量损失。

为了探究高温胁迫下外源脱落酸（Abscisic acid，ABA）对水稻种子萌发和幼芽生长的影响。采用10 μmol/L的ABA溶液对水稻种子浸种24 h，然后置于40℃的高温环境中萌发，设计对照（CK-ABA）、ABA浸种（CK+ABA）、高温处理（HS-ABA）和ABA浸种后施加高温处理（HS+ABA）4种处理方式，研究ABA浸种对高温胁迫下水稻种子萌发、幼芽生长、活性氧（ROS）积累、细胞损伤和相关基因表达的影响。结果表明，高温胁迫显著（P<0.05）抑制了水稻种子的萌发及幼芽和幼根的生长，且种子发芽率与超氧阴离子、过氧化氢及丙二醛含量显著负相关（P<0.05），说明导致ROS过量积累及细胞损伤是高温胁迫抑制种子萌发的重要限制性因素。非高温胁迫下，ABA浸种与非ABA浸种处理间水稻种子的萌发及幼芽生长指标无显著差异。高温胁迫下，ABA浸种提高了水稻种子的发芽率及幼芽、幼根的生长，显著（P<0.05）降低了高温胁迫下水稻幼芽的ROS含量和质膜损伤程度，上调了ROS清除基因OsCATB、OsAPX6、OsFe-SOD和OsCu/Zn-SOD以及细胞死亡抑制基因OsBI1的表达。高温胁迫下，且ABA浸种条件下水稻种子的发芽率、芽长和主根长均与超氧阴离子（O₂^-）和过氧化氢（H₂O₂）含量呈极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）负相关关系。此外，高温胁迫下，ABA浸种显著（P<0.05）上调了幼芽内ABA应答基因Salt和OsWsi18的表达，说明ABA信号途径被激活。综上所述，提高下游抗氧化防御能力、抑制ROS过量积累和降低细胞损伤是ABA诱导水稻在种子萌发期适应高温胁迫的一个重要途径。

研究短期淹水对土壤氧浓度的影响及不同叶龄水稻幼苗生物量、株高和根系氮代谢关键酶活性的影响，探讨短期淹水影响水稻幼苗生长和根系氮代谢的生理机制。试验分别在小拱棚自然光照条件下和人工气候箱中进行，共设置5个处理：全程无淹水处理（CK）、一叶一心期到二叶一心期淹水处理（T1）、二叶一心期到三叶一心期淹水处理（T3）、三叶一心期到四叶一心期淹水处理（T3）、全程淹水处理（T4）。结果表明，在淹水条件下，育秧土中的氧浓度迅速下降，在大约5 h后接近零，撤除淹水处理后，随着土壤中重力水的流失，在不到5 h内，土壤中的氧浓度迅速升高至大气氧浓度状态；不管是从哪个叶龄期开始，淹水处理在短期内促进了水稻幼苗生长，其地上部、地下部鲜质量均比对照增加；不同叶龄期实施的短期淹水处理对水稻根系硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶活性的影响基本一致，多数情况下降低了各种氮代谢酶的活性。不同叶龄期短期淹水处理对秧苗的影响并无明显差别，尽管如此，三叶期前短期缺氧处理对水稻幼苗根系氮代谢酶活性的短期影响不同于分蘖期及以后短期缺氧处理的影响。

为明确不同耕作模式下插秧期与秧苗类型对水稻群体质量和产量品质形成的影响。选用垦粳7号为试验材料，三因素裂裂区设计，主区为垄作双深和常规平作2种耕作模式，裂区为（5月8日插秧（早插）和5月18日插秧（适插））2个插秧期，裂裂区为常规苗和乳苗2种秧苗类型。结果表明：耕作模式、插秧期与秧苗类型对主要生育时期水稻地上部干物质积累量、叶面积、叶面积指数（LAI）及产量品质均存在显著或极显著的调控效应。垄作双深耕作模式对水稻群体质量指标的调控显著高于常规平作，分蘖、齐穗、灌浆、成熟期叶面积分别提高了14.71%，9.16%，8.77%，2.10%，群体干物质分别增加了17.81%，5.98%，11.15%，5.53%；并对水稻产量及其构成因素影响显著，有效穗数及穗粒数分别提高了7.34%，2.00%，从而使产量提高了7.41%；在稻米品质上，提高了加工品质、光泽、味道、口感，从而使食味评分提高了2.52%。5月8日插秧相对于5月18日插秧提高干物质积累量、叶面积及叶面积指数（LAI）；并通过提高有效穗数、结实率和千粒质量从而显著提高水稻产量；在稻米品质上，降低了加工品质和蛋白质含量，提高了食味评分。常规苗（5月8日插秧）地上部干物质积累量、叶面积及叶面积指数较高，并维持较高的产量和较优的品质；乳苗（5月18日插秧）则显著提高了水稻群体质量，并通过维持较高的穗粒数，从而显著提高产量。垄作双深处理下，常规苗（5月8日插秧），具有较高的齐穗期-灌浆期阶段地上部干物质积累量（18.52 g/穴），和齐穗期、灌浆期叶面积指数（4.33，3.95），显著提高了穗粒数（115粒），从而可显著提高水稻的产量（38.11 g/穴）和食味评分（77.11分）为本研究最佳的处理。其次为垄作双深处理下，乳苗（5月18日插秧）使产量达到36.85 g/穴，食味评分为72.14分。

为探究免耕半固态播种模式对水稻根系形态结构及生理活性的影响，通过设计翻耕半固态直播（FZ）、免耕半固态直播（MZ）、水稻插秧（YZ）和传统撒直播（CK）的田间对比试验，研究了不同栽培模式下水稻根系生长特性的变化规律。结果表明：2 a中不同栽培方式下根系形态结构、根系氧化活力、根系伤流液强度及其组分存在不同。FZ、MZ和YZ较CK处理水稻根系干物质、根数、根系体积、最长根长和根冠比等均增加，使得根系形态结构得到改善。与CK相比，2 a双季稻中FZ、MZ和YZ处理的根系氧化活力在分蘖期-成熟期均增加，且2017年根系伤流液强度在齐穗期-成熟期也均呈增加的变化规律，其中根系伤流液组分中可溶性糖、可溶性蛋白和氨基酸等含量均有所提高。综上所述，水稻半固态播种和插秧的种植方式有利于改善根系形态结构、提高根系生理活性、增加根系伤流液组分的含量，从而使水稻中后期根系衰老减缓，促进地上部生长、增加产量。

为探究木质部液流离子含量调控水稻水分胁迫响应的机制，以水稻品种恒丰优华占为材料，设置非水分胁迫（-PEG）、局部根系水分胁迫（PRD）、全根水分胁迫（+PEG）3种水分条件和铵、硝配比为50/50，100/0，0/100 3个氮素形态，采用PEG模拟水分胁迫的室内全根和分根营养液培养方法，研究不同水分和氮素处理植株干质量、叶绿素含量、木质部液流中K⁺、Ca²⁺和水溶性磷的变化规律。结果表明，处理5 d后，与-PEG条件相比，+PEG条件下各处理植株干质量显著下降，其中氮素形态为0/100处理下降最多，达到18.09%；PRD条件下各处理干质量下降较小，氮素形态为100/0处理仅下降了3.72%。在不同水分条件下，-PEG条件各处理的叶绿素含量最大，+PEG条件处理的最小，3种水分条件下均以100/0处理的最大，0/100处理的最小，其中处理5达到处理6的1.66倍，处理8达到处理9的2.42倍。处理5 d后，各处理植株的木质部液流钾离子含量和钙离子含量均增加，并且水分胁迫条件的处理均超过非水分胁迫条件的处理，但钾离子以+PEG条件的处理为最大，处理9比处理3提高5.48%，而钙离子则以PRD条件的处理为最大，处理4比处理1增加7.04%，在相同水分条件下，不同氮形态处理之间的钾离子及钙离子含量差异不显著。处理5 d后，试验各处理的木质部液流水溶性磷含量均下降，但-PEG条件的处理下降不显著，+PEG条件和PRD条件的处理下降显著，其中+PEG条件的处理平均下降了14.6%，+PEG和PRD 2种水分胁迫条件下均以50/50处理的降幅最小，0/100处理的降幅最大。这些结果说明，木质部液流中K⁺和Ca²⁺等参与了水稻水分胁迫响应过程。

为了探究不同有机肥对旱直播水稻产量和干物质转运的规律，于2018年和2019年，以龙粳31为试验材料，在旱直播条件下比较了零肥（T0，对照）、常规施肥（T1，对照）、生物炭+常规施肥（T2）、海藻生物肥+常规施肥（T3）、凹凸棒有机肥+常规施肥（T4）、腐熟有机肥+常规施肥（T5）6种肥料处理下水稻的干物质积累、产量和产量构成的差异。结果表明：与T1相比，T3、T4、T5不同程度地提高了水稻齐穗期上三叶叶面积指数，而T2呈相反趋势；综合2 a水稻齐穗期-成熟期群体干物质量，与T1相比，水稻齐穗期T3、T4、T5处理平均增幅12.03%，5.07%，3.36%，T2降低14.73%，水稻成熟期群体干物质量，T3、T4、T5与T1之间差异虽不显著，但T3、T4、T5均表现不同程度大于T1的趋势，T2则降低14.11%；与T1相比，T3、T4、T5改善了齐穗期-成熟期群体结构，提高了叶和茎鞘的输出量、输出率和转化率，T2呈相反趋势；与T1相比，T3、T4、T5处理水稻实测产量平均分别增产4.40%，2.70%，2.98%，T2降低11.02%，通过产量构成分析发现，T3、T4、T5处理可有效提高每平方米穗数，但不利于穗粒数的提高，相关分析表明，产量与每平方米穗数呈极显著正相关关系，与穗粒数和千粒质量呈正相关关系，而与结实率呈极显著负相关关系。综上所述，施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥能有效提高旱直播水稻分蘖，增加穗数，改善齐穗期-成熟期群体结构，提高了叶面积指数和群体干物质量，促进叶和茎鞘物质输出和转化，最终使旱直播水稻产量得到提升。

氮素是水稻生长发育必需的大量营养元素，通过探索水稻分蘖期对氮的转录响应，筛选氮素应答基因用于培育氮素利用率高的水稻品种，同时为水稻的精准栽培提供转录组学指导。以五优稻4号为材料，于施氮后7，14，21 d分别收获了五优稻4号叶片，并进行动态转录组分析。氮素处理使分蘖期水稻叶片颜色加深，并检测到3 870个差异表达基因（DEGs）。GO分析显示，这些基因主要参与了代谢过程、细胞过程、细胞组分、催化活性和结合等方面，KEGG分析表明，有22个DEGs与半乳糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径显著相关。另外，通过互作蛋白预测发现35个互作蛋白。上述代谢途径在分蘖期不同时间点对氮的应答是有差异的，在氮素处理后，前期应答的差异表达基因galA、galE（LOC_Os05g51670）、malZ主要参与半乳糖代谢途径；中期应答的差异表达基因HEXA_B、GNPNAT1、GlmS、UAP1、RGP、XYL4、AXS、UXS1、UGDH、RHM、galE（LOC_Os09g15420）和GAUT主要参与氨基糖和核苷酸糖代谢途径；后期应答的差异表达基因AsnB、ASL、NadB、GOT2、GLT1和GlnA主要参与丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢途径，这些结果表明，上述基因在水稻不同生育进程中对氮素应答有时间上的差异。

为了培育耐盐水稻品种，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在水稻品种东农427的耐盐负调控基因OsEIL1和OsEIL2设计1个敲除靶点对其进行同时敲除。通过PCR和测序的方法，在T₀共检测出了5个突变单株，其中有1株为双基因同时突变的植株。在该植株的T₁株系中，获得了4株双基因纯合突变且不含T-DNA元件插入的植株。在T₂进行苗期耐盐性鉴定，成熟期考察农艺性状指标。结果表明，在苗期200 mmol/L NaCl溶液处理5 d后，突变体植株的鲜质量和干质量显著高于野生型植株，地上部及地下部钠离子含量均显著低于野生型植株，钾离子含量与野生型植株无明显差异。恢复7 d后，突变体植株幼苗存活率（75.0%）显著高于野生型植株（8.3%）。在成熟期，突变体的主要农艺性状未发生明显变化。综上，利用CRISPR/Cas9技术对水稻品种东农427进行了耐盐改良，为耐盐水稻品种的培育提供了理论和材料基础。

为改善长沙稻作烟区土壤环境，提升植烟土壤质量。通过大田试验，设置粉垄深耕（T1）1个处理和铧式犁翻耕（T2）、直接旋耕（T3）2个常规对照，探究不同耕作方式对长沙稻作烟区土壤物理特性及烤烟根系干、鲜质量的影响。结果表明：粉垄深耕明显改善了土壤表层物理结构，在0~30 cm耕层总体范围内，T1粉垄深耕处理与T3常规处理（当地耕作方式）相比，2018年容重、紧实度平均下降8.80%，29.70%，孔隙度平均增大10.67百分点；2019年T1较T3容重、紧实度平均下降11.25%，21.45%，孔隙度平均增大12.8百分点；在烤烟移栽3-5月，T1处理0~10 cm耕层土壤平均含水率比T2高出0.62百分点，在10~20 cm耕层分别比T2和T3高出3.23，4.92百分点，在20~30 cm耕层分别高出9.43，12.3百分点，在30~40 cm耕层分别高出9.56，13.88百分点；同时，粉垄深耕相较于常规处理增加了D值，提高了土壤团聚体的稳定性。且T1处理烤烟根系干质量在团棵期、旺长期、成熟期分别高于T3处理69.75%，28.93%，28.33%，根系体积分别比T3高20.07%，55.61%，36.34%。综上，粉垄深耕改善长沙稻作烟区土壤容重、紧实度、孔隙度、土壤水分、土壤团聚体稳定性等土壤物理性状，改良了土壤环境，提高了烤烟根系的生物量、体积，为提高烟叶的产量产值奠定了基础。