为揭示水稻孕穗期的抗旱机理,以6份由南方野生稻和展颖野生稻构建的单片段代换系(SSSLs)及其亲本华粳籼74(HJX74)为试验材料,进行盆栽干旱处理,测定干旱处理0,5,10 d和复水5 d后的6个生化指标和结实期后的11个农艺性状,并结合相关性分析、主成分分析对7个材料的耐旱能力进行综合评价。结果表明,干旱胁迫条件下7个材料之间的农艺性状存在极显著差异,材料M78-1与HJX74在相对穗长、相对空粒数、相对穗粒数存在极显著差异,M148与HJX74在相对瘪粒数存在极显著差异,M107与HJX74在相对穗长和相对二次枝梗数存在极显著差异;在孕穗期鉴定到6个耐旱QTLs,包括相对穗长(qRPL1-1、qRPL2-1)、相对二次枝梗数(qRNSB2-1)、相对瘪粒数(qRNDG11-1)、相对空粒数(qRNEG1-1)和相对穗粒数(qRGNP1-1),分布在1,2,11号染色体上。超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性在干旱5 d后分别增加3.76%~18.20%,31.88%~100.00%,而丙二醛浓度降低41.07%~81.65%;干旱10 d后SOD和POD的活性出现下降趋势,分别降低9.20%~48.53%,44.74%~79.79%,而丙二醛浓度相比于干旱5 d出现显著升高;脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质在处理5,10 d阶段持续上升,复水5 d后各生化指标基本恢复正常水平。综合分析结果显示,在干旱胁迫下相对结实率、POD和脯氨酸的特征向量和贡献率最大,表明这3种指标更能代表水稻孕穗期的耐旱情况。综上,干旱胁迫会影响水稻孕穗期各项农艺性状与生化指标,同时水稻也会调节自身代谢过程响应干旱胁迫。

为探究不同水稻品系稻米淀粉组成成分含量差异及其米饭消化速率的变化。采用体外酶消化法分析了126个籼稻品系稻米直链淀粉(AC)、总淀粉(TS)、快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量,并从中选取AC、SDS和RS含量明显差异的18个品系,分析了米饭消化速率与预测血糖生成指数(eGI)。结果表明:不同品系稻米淀粉含量差异很大,AC为4.29%~25.58%,平均为10.43%,TS含量为71.69%~82.45%,平均为77.73%,RDS含量为43.31%~57.47%,平均为50.07%,SDS含量为18.96%~32.56%,平均为25.26%,RS含量为0.59%~4.87%,平均为2.39%。不同水稻品系eGI值与淀粉组分含量存在一定相关性,高AC品系的eGI值明显低于低AC的品系,但发现低AC品系滇谷2030和低SDS含量品系滇盘3429的eGI值也低。SDS含量高品系的eGI值低于SDS含量低品系,但也存在SDS含量低品系的eGI值也低的情况。高含量RS品系的eGI值显著低于低RS含量品系。所有品系米饭在餐后30 min内消化速率快,糖释放量最多,到60 min后持续下降,AC、SDS和RS含量高品系稻米的eGI值普遍低于相应淀粉含量低的品系。不同水稻品系米饭消化速率差异很大,除了受到其AC、SDS、RS含量因素影响外,还可能受到其他因素影响。研究结果可为培育低GI品种提供数据参考。

土壤氮循环酶活性可作为表征土壤肥力水平和氮素转化的重要指标。为明确长期施肥对南方双季稻区稻田根际土壤氮循环酶活性的影响,依托长期(37 a)定位施肥试验田,系统分析了4种施肥处理(不施肥(CK)、单施化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM))根际土壤氮循环相关酶活性以及其与土壤化学性质的相关性。结果表明:OM和RF处理较MF和CK处理显著增加了根际土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量,提高了水稻产量。OM和RF处理根际土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著高于MF和CK处理;RF处理根际土壤羟胺还原酶活性最大,分别比CK、MF和OM处理增加了21.7%,13.0%,8.7%;OM处理根际土壤蛋白酶、固氮酶、硝酸还原酶和氧化亚氮还原酶活性最大,较MF处理分别显著增加了20.0%,26.1%,426.1%,26.7%;CK处理稻田根际土壤一氧化氮还原酶活性显著高于MF、RF和OM处理。相关性分析结果表明,根际土壤硝酸还原酶、固氮酶、氧化亚氮还原酶、脲酶、蛋白酶活性与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量以及水稻产量之间均呈极显著正相关,而根际土壤一氧化氮还原酶与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量和水稻产量之间均呈显著或极显著负相关,表明土壤化学特性、产量与根际土壤氮循环酶活性密切相关。冗余分析(RDA)表明,第一排序轴能解释根际土壤酶活性的93.34%,土壤硝态氮、全氮和有机碳含量是驱动根际土壤氮循环酶活性变化的关键因素。因此,长期采用有机物料(有机肥和秸秆)替代部分化肥通过改善土壤化学和生物学特性,促进土壤氮循环酶活性,达到培肥稻田土壤的效果。

为了探讨不同施氮水平和基追比对安徽省长江中下游稻茬麦小麦叶片生理、源库调节籽粒库容以及产量的影响。以白湖麦1号为试验材料,设置不同施氮水平和基追比(180,210,240 kg/hm²的3个施氮量;5∶1∶4,7∶1∶2,5∶4∶1的3个基追比),通过测定不同源库指标,以期明确适宜的长江中下游稻茬麦氮肥运筹模式。结果表明,随着施氮量的增加(0~240 kg/hm²),小麦叶面积指数(LAI)、花后叶绿素相对含量(SPAD)以及源器官生物分配量呈上升趋势,成熟期籽粒生物分配量和花后源生产能力转化率呈现先高再低的趋势,以210 kg/hm²的施氮量为最高;相同施氮水平,基追比7∶1∶2(基肥∶分蘖肥∶拔节肥)条件下小麦的叶面积指数和基追比5∶1∶4下的叶绿素含量最高,成熟期籽粒生物分配量和经济系数以7∶1∶2基追比为最高。在相同基追比处理下增加施氮量能提高小麦穗粒数和有效穗数,而小麦千粒质量随施氮量的增加而降低。籽粒产量随施氮量的增加呈先升后降趋势,在施氮量为210 kg/hm²和基追比7∶1∶2时小麦群体潜在库容大、粒叶比高、籽粒充实指数适宜,小麦籽粒产量达到最大值。综合高产、高效的选择条件,施氮量210 kg/hm²和基追比7∶1∶2是安徽省长江中下游稻茬小麦白湖麦1号最适宜的氮肥运筹,在此条件下白湖麦1号可以实现最大的潜在库容以及产量。

低温逆境严重影响水稻尤其是机插稻的安全生产。为明确机插双季稻适宜植物生长调剂及其喷施时期,以早稻品种中嘉早17和晚稻品种H优518为材料,研究了不同植物生长调剂(烯效唑,C1;脱落酸,C2;壮谷饱,C3)与喷施时期(早稻:浸种,D1;一叶一心期,D2;两叶一心期,D3;移栽前,D4;返青期,D5;晚稻:孕穗期,F1;始穗期,F2;齐穗期,F3;齐穗后7 d,F4)对机插稻产量和抗寒特性的影响。结果表明,3种植物生长调剂中,壮谷饱处理茎蘖数最多,叶面积指数最高,干物质积累量最大,且显著高于其他2个处理。壮谷饱处理产量最高,早稻较烯效唑和脱落酸处理实际产量分别高7.58%,7.13%,晚稻壮谷饱较烯效唑和脱落酸处理实际产量分别高13.54%,11.59%。喷施时期方面,早稻于返青期喷施,晚稻于始穗期喷施,对产量形成各指标提升效果最佳,产量最高。分析产量构成因素,植物生长调剂及喷施时期主要通过提高水稻穗粒数而增产。不同植物生长调剂处理下抗氧化酶活性存在差异,早、晚稻SOD、POD及CAT活性均以壮谷饱处理最高,同时早稻返青期喷施,晚稻始穗期喷施植物生长调剂对提升抗氧化酶活性效果更佳。综合来看,湘南双季机插稻植物生长调剂选用壮谷饱,且早稻返青期喷施、晚稻始穗期喷施的抗寒增产效果最好。

为探究不同灌溉方式与氮肥运筹对双季晚稻生长发育、产量形成与氮肥利用率的影响,于2022-2023年,在湖南益阳市赫山区,以Y两优911为试材,设2种灌溉方式(W1.淹水灌溉;W2.湿润灌溉)和3种氮肥运筹(N1:基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2;N2:基肥∶蘖肥∶穗肥=3∶4∶3,N3:基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1),不施氮肥为对照(CK1.淹水灌溉;CK2.湿润灌溉),测定各处理组合下水稻的叶面积指数、叶片SPAD值、干物质积累量、产量形成及氮素利用率。结果表明,与W1相比,W2处理下水稻LAI在生育前期LAI较低,生长中后期W2处理LAI整体表现较高;SPAD值以W1处理较高,但生育后期SPAD值差异不显著;在相同的灌溉条件下,与N1相比,N2、N3处理能够延缓水稻生育后期LAI与SPAD值的下降;W2处理能显著提高水稻干物质积累量,较W1处理增加6.61%~16.37%,氮肥运筹下生育前中期干物质量以N1较高,生育后期干物质量以N1、N3较高;W2模式比W1模式增产7.59%~10.47%;2种灌溉模式下均以N3处理产量表现最佳,W2N3处理要比其他处理增产3.24%~14.53%,W2N3处理虽然有效穗数较低,但穗粒数、结实率、千粒质量有所提高,从而使产量提高;2 a间,氮素总积累量、氮肥吸收利用率以W2N2与W2N3较高,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力与氮素收获指数均为W2N3较高,氮肥生理利用率以W1N3处理较高。综上,灌溉方式和氮肥运筹显著影响水稻产量和氮素吸收利用,以W2(湿润灌溉)耦合N3(基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1)的氮肥运筹方式更有利于水稻干物质的积累、产量的提高和氮肥的高效利用,既能满足高产,也能起到节水的作用,为最佳水肥耦合方式。

为探明减氮增密对再生稻产量形成特性的影响,以杂交稻品种创两优669为材料,在3个施氮水平(N1:180 kg/hm²;N2:153 kg/hm²;N3:126 kg/hm²)与2个株行距(M1:20.0 cm×16.7 cm;M2:16.7 cm×16.7 cm)条件下开展了2 a大田试验。结果表明,减氮降低再生稻叶面积指数(LAI),但合理减氮范围内增密可提高主季和再生季的LAI,互作处理N1M2与N2M2的LAI 较高;减氮和增密均降低再生稻叶片SPAD值,但密度影响不显著;减氮导致干物质质量下降,而增密可显著提高干物质质量,互作处理N1M2与N2M2干物质质量较高。减氮降低再生稻产量,但在合理减氮范围内增密可提高产量,互作处理N1M2与N2M2产量较高。减氮显著降低主季有效穗数、穗粒数和再生季再生率、有效穗数,但增密对穗数有弥补作用,合理减氮增密(N2M2)能够协调产量构成因素的关系,从而获得较高产量。相关分析表明,合理减氮增密主要通过提高主季和再生季的LAI和干物质质量,提高主季的有效穗数和穗粒数以及再生季的有效穗数,进而提高再生稻产量。综合来看,减氮增密处理N2M2(施N 153 kg/hm²、株行距16.7 cm×16.7 cm)可以节氮15%,并可获得较高产量。

为了改良桃农1B和桃农1A的苗瘟抗性,以携带广谱持久抗稻瘟病基因Pigm的中国地方水稻品种谷梅4号为供体亲本,先后以三系保持系桃农1B及其不育系桃农1A为受体亲本,利用与Pigm紧密连锁共显性DNA标记T9E3开展辅助选择育种。T9E3在桃农1B或桃农1A基因组中的PCR扩增条带约为2 000 bp,而对谷梅4号基因组的扩增产物大小为926 bp,多态性稳定;采用来自国内外不同稻区的32份稻瘟菌菌株室内接种苗瘟,桃农1B和桃农1A抗性频率均为9.38%,谷梅4号与改良系抗性频率均为90.63%;田间天然病圃鉴定桃农1B和桃农1A苗瘟8级,而改良系和供体亲本谷梅4号苗瘟均为0级。通过T9E3辅助选择、田间病圃筛选和室内接种鉴定,初步获得了3份高抗稻瘟病的改良不育系(桃农1A-Pigm-1─桃农1A-Pigm-3)及其保持系(桃农1B-Pigm-1─桃农1B-Pigm-3),进一步通过不育特性、农艺性状与产量结构调查分析,从中遴选出1个高抗稻瘟病、不育性稳定、包颈率低、农艺产量性状优良的优异不育系桃农1A-Pigm-2及其配套保持系桃农1B-Pigm-2。桃农1A-Pigm-2不育度和不育株率均为100%,典败花粉约占60%、圆败花粉约占40%,柱头外露率高达71.1%,包颈粒率仅为33.6%;桃农1B-Pigm-2播始历期为69 d,株高76.2 cm,主穗穗长28.1 cm,单株有效穗数15.8穗,单穗总颖花数115.3个,千粒质量27.7 g。实现了桃农1A和桃农1B苗瘟抗性及其他性状的综合改良,为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。

以Francis背景下通过CRISPR/Cas9技术获得的敲除突变体ossaur55-1、ossaur55-2为对象,研究其是否影响水稻株型、叶色、单株穗质量、结实率等农艺性状的变化,探究基因OsSAUR55是否通过参与GA途径调控水稻株型,为相关激素途径调控水稻株型提供理论依据。调查野生型(WT)与敲除突变体成株期的主要农艺性状,包括株高、穗长、单株穗质量、十粒长、十粒宽、剑叶长、剑叶宽等;利用叶绿素计和光合速率测定仪测定野生型和突变体齐穗期剑叶的叶绿素含量和净光合速率;通过实时荧光定量PCR技术(qPCR)测定基因OsSAUR55在水稻种子萌发的不同时间点和不同组织中的表达情况;通过原核表达法观察蛋白OsSAUR55的亚细胞定位情况;采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)测定野生型和突变体的内源激素(GA和IAA)含量;进一步分析GA途径相关基因的表达情况。结果显示,在成株期,突变体ossaur55-1和ossaur55-2都有显著的表型变化,其中突变体的株高比野生型明显变矮、叶色更绿、叶绿素含量增加、光合作用效率降低、结实率降低、千粒质量降低、单株穗质量降低;定量结果显示,OsSAUR55在胚芽中表达量最高,在剑叶中基本不表达;共聚焦结果显示,OsSAUR55可能定位于细胞膜和细胞核;激素检测结果表明,突变体内源激素GA₄的含量显著降低;基因的表达量分析发现,突变体中GA合成途径中基因KAO、GA13ox1、GA20ox1、KO1的表达量显著高于野生型,GA代谢途径中GA2ox5、GA2ox8、GA2ox9的表达量也显著高于野生型。初步推测,敲除基因OsSAUR55导致内源GA₄含量降低,可能通过GA途径调控水稻株型,进而影响水稻产量。

为了探究SSSL-B50和华粳籼74(HJX74)株高差异的原因,利用SSSL-B50与HJX74回交构建F₂群体进行株高性状遗传分析与基因定位。结果显示,F₁植株表现为高秆;260个单株组成的F₂群体株高出现分离,高秆植株与半矮秆植株分离比例符合3:1(χ²=0.18<3.84),说明SSSL-B50高秆性状为显性性状,受1对显性等位基因控制。利用IciMapping软件对F₂进行连锁分析,将SSSL-B50携带的高秆基因定位在1号染色体代换片段上的标记S18和X161之间38.38~39.07 Mb。候选基因筛选分析发现,定位区间内存在着“绿色革命”基因座位SD1。对展颖野生稻、SSSL-B50及HJX74进行SD1基因测序及序列比对,发现HJX74的CDS序列与展颖野生稻、SSSL-B50相比有280 bp的缺失,导致氨基酸编码提前终止。qRT-PCR结果表明,SD1表达量在SSSL-B50茎秆的第2,3,4节均显著高于HJX74。此外,与前人报道结果相比,展颖野生稻SD1基因编码的氨基酸序列发生了2处改变(E100G、Q339R)。研究结果弄清楚了展颖野生稻单片段代换系SSSL-B50高秆性状受SD1调控,同时从展颖野生稻鉴定到了SD1的新等位型SD1^Glu。

为分析DEP1等位变异对水稻籽粒品质和籽粒代谢轮廓的影响。以优质粳稻品种稻花香及其直立穗型突变体dep1-1为试材,测定了籽粒的品质性状及差异代谢产物。结果表明,突变体dep1-1在DEP1基因第5外显子处存在1个单碱基A插入,导致翻译提前终止,从而使G蛋白γ亚基富含半胱氨酸的区域缺失。与野生型品种相比,突变体dep1-1的粒长、外观、黏度、平衡度、食味值、峰值、回复值和峰值时间等指标显著降低,而直链淀粉含量、酸度值和硬度显著提高。与野生型相比,突变体dep1-1中37个代谢物含量显著上调,而45个代谢物含量显著下调。KEGG分析表明,差异代谢物主要富集于半乳糖代谢、脂肪酸生物合成、淀粉蔗糖代谢、亚油酸代谢、ABC转运蛋白、类苯基丙烷生物合成等途径。其中,与野生型品种相比,突变体dep1-1籽粒的蔗糖、D-棉子糖、棉子糖、D-(+)-麦芽糖D-(+)、甜菜碱、吲哚含量显著提高,而硬脂酸、软脂酸、L-亮氨酸、吲哚乙酸含量显著下降。上述的差异代谢物初步解释了突变体dep1-1籽粒品质变化的生理生化机制。

为了解稻草秸秆配施腐熟剂对烤烟的施用效果。通过盆钵模拟培养试验,分析了稻草秸秆分别配施化肥和含不同微生物优势菌种的腐熟剂后烤烟生长发育、产量、化学成分及协调性的变化,研究了稻草秸秆配施腐熟剂对烤烟生长及产质量的影响。结果表明,稻草秸秆配施腐熟剂显著提高烤烟茎围、最大叶面积、生物量、烟叶产量及中上等烟叶比率。稻草秸秆配施腐熟剂显著降低上部烟叶的烟碱含量,提高其总糖、还原糖含量及糖碱比,从而降低上部烟叶的刺激性、苦味及辛辣等烟气劲头,改善评吸质量;同时,稻草秸秆配施腐熟剂显著提高中部烟叶总氮、总糖和还原糖含量,但氮碱比、糖氮比及糖碱比变化不明显,对烟叶的化学协调性影响不显著;此外,稻草秸秆配施腐熟剂提高下部烟叶总糖及还原糖含量及增加糖氮及糖碱比,有利于增加下部烤烟的香气量,减轻烟叶杂气。采收期烤烟农艺性状和生物量间及不同部位烤后烟叶化学成分与协调性指标间的主成分区组表明,稻草秸秆分别配施细菌+真菌和细菌+真菌+放线菌为优势菌种的腐熟剂,对促进烤烟生长发育,提高烤烟生物量和烟叶产量及改善化学成分和协调性无明显差异。因此,稻草秸秆配施含不同微生物优势菌种的腐熟剂能促进烤烟生长发育,合理上、下部烟叶化学成分,有利于改善烟叶感官质量和提高烤烟产量。

为探究长期不同多熟复种模式对稻田土壤结构及有机碳分布的影响。以空闲-早稻-晚稻(WF-R-R)模式为对照,设置油菜-早稻-晚稻(RP-R-R)、紫云英-早稻-晚稻(MV-R-R)、马铃薯-早稻-晚稻(PO-R-R)、黑麦草-早稻-晚稻(RG-R-R)4种多熟模式。结果表明,在5~10 cm土层,多熟模式均增加了>2 mm粒级水稳性团聚体含量;其中,RG-R-R模式比对照显著高11.26百分点,平均重量直径(MWD)显著高于对照。在0~5 cm土层中,多熟模式均提高了有机碳含量;在0~20 cm土层中RG-R-R模式SOC含量最高,在各土层中的SOC含量较对照分别增加9.57% (0~5 cm),4.45% (5~10 cm),5.96% (10~20 cm)。随着土层加深以及团聚体粒级下降,多熟模式模式下土壤有机碳含量较对照增加的越明显,在<0.053mm粒级下,RG-R-R模式的土壤有机碳含量显著高于对照。土壤团聚体有机碳的贡献率主要来自>2 mm粒级(59.03%~79.33%),在5~10 cm土层中,其中RP-R-R、MV-R-R、PO-R-R、RG-R-R模式的>2 mm粒级中团聚体碳的贡献率较对照显著提高了5.48,8.50,7.18,14.65百分点。综上,在本研究中,采用黑麦草-早稻-晚稻(RG-R-R)模式有利于南方稻田土壤团聚体稳定和有机碳的固定。

研究不同越冬栽培稻种质资源的耐寒生理生化特性,为越冬栽培稻种质资源的创新利用提供理论依据。以20份普通越冬栽培稻种质为试验材料,测定并分析了常温(25 ℃)和低温(4 ℃)胁迫4 d后幼苗的叶绿素、丙二醛和SOD活性等5个耐寒生理生化指标。结果表明,正常生境下,20份普通越冬栽培稻种质幼苗期5个耐寒指标表现出不同程度的极显著差异。低温胁迫后,20份供试材料幼苗的5个耐寒指标发生了显著变化、同样表现出不同程度的极显著差异;各供试材料幼苗叶绿素和可溶性糖含量低温胁迫值较常温值均表现出显著的下降趋势,且它们的下降幅度不一致,分别为-36.46%~-90.31%,-70.54%~-94.03%。然而,丙二醛、脯氨酸和SOD活性3个耐寒指标低温胁迫值较常温值升降趋势不一致。其中,黄糯2号、晚粳糯M99037和常农粳3号丙二醛含量低温胁迫值较常温值显著降低,其余17份材料丙二醛含量值较常温值显著上升变化;铁粳稻4号、镇稻7号和津稻1187等8份材料脯氨酸含量低温胁迫值较常温值呈上升变化,其余12份材料较常温值呈下降变化。鄂晚稻15和津粳杂四幼苗SOD活性低温胁迫值较常温值略微下降、其余18份材料幼苗SOD活性值较常温值显著上升。正常生境下,各供试材料5个耐寒指标间仅检测到2对极显著相关性,低温胁迫后却检测到8对极显著相关,低温胁迫影响耐寒指标间相关性的数量、强度和方向。综合来看,无论在常温和低温胁迫后,20份普通越冬栽培稻幼苗5个耐寒指标因品种间遗传背景差异而表现出显著差异。

为了研究低温对寒地水稻花粉粒及剑叶超微结构的影响,以寒地耐冷性强的水稻品种空育131、龙粳25和耐冷性差的品种龙粳11、龙粳28为材料,在开花期进行低温处理(13,15,17 ℃),样品采用扫描和透射电镜进行观察并拍照。结果表明:低温胁迫下空育131、龙粳11、龙粳25水稻花粉粒表面的网状雕纹变化明显,水稻花粉粒表面的网状雕纹由深变浅,表面突起减少,使得花粉粒的表面变得光滑,不利于花粉在柱头附着。但低温胁迫下的龙粳28花粉粒表面特征与对照没有明显差异。随着温度降低各水稻品种的叶绿体中的淀粉粒明显减少,嗜锇颗粒明显增加,基粒片变疏松,叠状态的类囊体膜的比例减少。但低温影响下耐冷性强品种龙粳25和空育131与耐冷性差品种龙粳11和龙粳28基粒片层、基质片层并未表现出同一规律,而淀粉粒合成、嗜锇颗粒数量变化规律一致。总之,相比水稻花粉粒,低温对剑叶超微结构的影响更为明显,低温胁迫下耐冷性强和耐冷性差的水稻品种间叶片功能衰退、叶绿体光合变化差异较大,规律较为明显。

通过在穴播和移栽2种栽培方式下,对安徽省近年来主栽的8个粳(糯)稻品种的农艺性状、倒伏性、品质以及产量主要构成因素进行分析,以期明晰在穴播等轻简化种植条件下的产量主要限制因子,为筛选和培育适宜轻简化种植的水稻新品种提供参考。采用大田小区试验,设穴播和移栽2种栽培方式,分别调查田间出苗率;测定各品种倒伏指数;成熟期各取5株,考察每份材料株高、单株有效穗数、穗长、穗粒数、结实率、千粒质量、产量;收获稻谷样品后按部标测定出糙率、精米率、整精米率、长宽比、直链淀粉含量、胶稠度及碱消值。品种在实验室条件下具有较好的发芽率,但穴播条件下出苗率明显降低,其中皖垦糯1号、当粳8号和嘉花1号田间出苗率较高;各品种在穴播条件下的倒伏指数均比移栽条件下小,其中嘉花1号、绿香粳28在穴播条件下抗倒伏能力最强;穴播方式下结实率和千粒质量高于移栽方式,而单株产量、穗实粒数、单株有效穗数及穗长低于移栽方式;穴播方式下单株产量与每穗实粒数呈显著正相关,移栽方式下单株产量与每穗实粒数和结实率呈显著正相关;穴直播方式下的稻米直链淀粉含量低于移栽方式,胶稠度及碱消值高于移栽方式。穴播出苗率显著低于实验室发芽率;水稻穴播方式下相较传统育苗移栽方式,抗倒伏能力有所增强,但多数品种在2种方式下的抗倒伏能力无显著差异;水稻穴直播方式下单株产量低于移栽方式,最主要限制因素是穗实粒数及单株有效穗数;直播稻在直链淀粉、胶稠度及碱消值这三大理化指标上都要优于移栽稻,能取得更好的口感。

为了挖掘稻曲病菌中的真菌病毒资源,深入解析新型真菌病毒基因组结构与功能的关系,以分离自海南省的一株表型异常的稻曲病菌菌株Uv321为研究对象,在前期宏转录组数据的基础上,鉴定该菌株中存在的新型真菌病毒的种类,并围绕着该新型真菌病毒开展了一系列的研究。结果表明,在菌株Uv321中鉴定到一种新型真菌病毒,命名为Ustilaginoidea virens botourmiavirus 7(UvBV7)。UvBV7基因组为正单链RNA(+ssRNA),全长2 406 nt,GC含量为53.78%,包含一个编码RNA依赖的RNA聚合酶(RdRP)的开放阅读框(ORF),该ORF编码643个氨基酸,分子量约为72.727 ku。病毒末端二级结构预测表明,UvBV7的5'和3'末端的碱基均互补配对,形成发夹结构。BlastP比对表明,UvBV7与隶属于葡萄孢欧尔密病毒科、Botoulivirus病毒属的病毒Erysiphe necator associated ourmia-like virus 72有着最高的相似度,但仅为44.52%。基于UvBV7及其他相似病毒的RdRP序列的多重比对结果表明,UvBV7与葡萄孢欧尔密病毒科成员的RdRP氨基酸序列存在8个保守结构域,并在第Ⅵ保守结构域中发现GDD基序,这是病毒RdRP蛋白典型的高度保守核心基序;基于病毒RdRP氨基酸序列构建的系统发育树的结果也表明,UvBV7与隶属于Botoulivirus属的成员聚集成一簇。因此,UvBV7是隶属于葡萄孢欧尔密病毒科、Botoulivirus属的一种新型真菌病毒。稻曲病菌不同菌株的对峙培养结果表明,UvBV7可在营养体亲和的菌丝间进行水平传播,但菌丝尖端-利巴韦林法、高温-利巴韦林法和原生质体再生-利巴韦林法处理均不能将菌株Uv321中的真菌病毒UvBV7脱除。综上所述,本研究不仅丰富了稻曲病菌中真菌病毒的多样性,也为稻曲病的生物防治提供了潜在的低毒力生防因子。

依托长期种植翻压紫云英定位试验,探讨豫南稻田在翻压紫云英作绿肥的情况下对后茬作物水稻养分吸收、养分利用效率及产量等方面的影响,并由此确定紫云英鲜草的最佳翻压量。试验设置CK(不施肥)、CF(常规施化肥)以及紫云英鲜草翻压量分别为22.5,30.0,37.5,45.0,52.5,60.0 t/hm²,共8个处理。结果表明,与CK相比,常规施化肥和翻压紫云英处理分别增加稻谷产量21.72%和19.23%~29.20%(P<0.05)。在所有紫云英翻压处理中,紫云英翻压量为52.5 t/hm²时,稻谷氮、磷、钾含量和养分吸收量最高,但继续增加翻压量,稻谷养分含量和养分吸收量显著降低(P<0.05)。紫云英翻压量为37.5~60.0 t/hm²时,水稻地上部氮磷钾素累积量显著高于CK(P<0.05)。与CF相比,紫云英翻压22.5~37.5 t/hm²显著提高水稻磷、钾素养分利用效率及磷、钾素偏生产力(P<0.05)。因此,在豫南地区,长期紫云英翻压22.5~37.5 t/hm²时有利于水稻稳产以及增加水稻对氮磷钾素的吸收,提高水稻氮磷钾素养分利用效率。

为了探究高温胁迫诱导水稻活性氧(ROS)产生的基因表达调控机制,在幼苗期、抽穗期和灌浆期设置高温胁迫,分析水稻ROS积累的动态变化,并采用实时荧光定量PCR技术分析不同生育期高温胁迫下水稻中9个NADPH氧化酶(Rboh)编码基因成员(OsRboh1~OsRboh9)的基因表达模式。结果表明:随着高温胁迫时间的延长,水稻叶片和籽粒内ROS积累呈显著增加趋势。幼苗期高温胁迫7 d后水稻叶片ROS含量增加缓慢;抽穗期间和灌浆初期(1~10 d)高温胁迫导致水稻籽粒ROS含量持续增加。幼苗期和抽穗期高温胁迫下,9个Rboh家族基因的表达量随高温胁迫的持续逐渐升高,基因表达量较高的是OsRboh7和OsRboh5。灌浆期高温胁迫下,OsRboh1、OsRboh5和OsRboh9的基因表达量持续增加,其他基因呈先增加后下降的变化趋势。水稻OsRboh基因家族成员中以OsRboh7和OsRboh5在幼苗期、抽穗期和灌浆初期高温胁迫下的表达量较高。此外,OsRboh7和OsRboh5在水稻幼苗叶片、剑叶、小花、外稃、内稃、雄蕊、雌蕊和籽粒等组织器官中具有较高的表达量。高温胁迫对幼苗叶片、小花、雄蕊、雌蕊和籽粒中OsRboh7和OsRboh5的基因表达量诱导幅度较大。综上所述,水稻OsRboh基因家族成员以OsRboh7和OsRboh5对不同生育期高温胁迫的响应最为明显,在高温胁迫诱导水稻ROS生成的代谢通路中发挥关键作用。

为探究氨基酸转运蛋白(AAT)的功能和可能的分子机制,首先,通过建立隐马尔可夫新模型对水稻AAT家族成员进行鉴定,构建系统进化树分析水稻与拟南芥AAT成员之间的进化关系;其次,利用生物信息学手段对水稻多胺转运蛋白基因1(OsPUT1)的启动子、蛋白结构和功能结构域进行了分析;再次,构建了OsPUT1-GFP载体在水稻原生质体中表达以确定其亚细胞定位,利用荧光定量PCR检测OsPUT1基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达模式;最后,采用水稻OsPUT1基因过表达(OE)、日本晴(Nip)和RNA干扰(RNAi)株系初步研究了基因的功能。结果显示:在水稻中含有96个OsAAT蛋白家族成员,分为13个亚家族;PUT亚家族含有6个OsPUT成员,其中OsPUT1和AtPUT3遗传距离最近且分布在同一个分支;OsPUT1基因启动子中含有涉及生长发育、光调节、植物激素和胁迫响应的顺式作用元件;OsPUT1蛋白含有多胺转运蛋白结构域PotE,亚细胞定位试验表明其位于细胞膜上;在叶片中OsPUT1基因表达量相对较高,在花中表达量相对较低;基因表达受JA、甘露醇和ABA抑制;低温胁迫下,基因表达先下降后恢复正常;在SA、亚精胺和百草枯处理下,基因表达先上升后降低;在氯化钠处理下,基因表达量先上升,在1 h达到最高,之后下降,在12 h达到最低,在24 h恢复到正常水平;OE株系显著降低了对0.2 μmol/L百草枯的抗性,而RNAi株系则显著增强了对0.2 μmol/L百草枯的抗性。综上说明,OsPUT1蛋白可能具有运输多胺和参与胁迫响应的功能。

为了促进优质粒型粳稻品种的培育,以295份国内外收集的粳稻品种组成的自然群体为试验材料,对2018-2019年粒长、粒宽、粒厚、长宽比和千粒质量等5个粒型相关性状进行表型分析,结合重测序获得的788,396个多态性SNP,利用TASSEL 5.0的MLM模型进行全基因组关联分析,针对2 a间共同检测到的且控制多个粒型相关性状的QTL区间内所有基因进行单倍型分析,结合前人研究结果和基因功能注释挖掘水稻优质粒型候选基因。结果表明,5个粒型相关性状均存在着广泛的表型变异,且均呈近似正态分布,粒型相关性状之间大多呈显著或极显著相关,在P≤5.46×10^-6阈值条件下,共检测到221个与水稻粒型相关性状显著关联的QTL,在水稻的12条染色体上均有分布,表型贡献率为8.62%~20.73%,其中,2018,2019年共同检测到7个QTL。进一步针对2 a间共同检测到且同时控制多个粒型相关性状的2个QTL区间内的所有基因进行单倍型分析,结合基因功能注释推测LOC_Os12g44290为水稻粒型的新候选基因。综上,利用全基因组关联分析对295个粳稻品种的粒型相关性状进行QTL定位及候选基因分析,为优质粒型的粳稻品种培育提供了理论基础。

为揭示萌发期不同水稻的抗旱性机理,以水稻旱敏感材料(Calrose、京宁10号、山形86)和抗旱性材料(Farry、松粳3号、宁粳36)为研究对象,开展了模拟干旱胁迫(15% PEG-6000)对不同水稻萌发种子生长指标、生理指标及相应基因表达量的影响研究。结果表明:正常条件下,旱敏感和抗旱性材料萌发种子各生长指标、抗逆相关基因表达量之间无显著差异;但生理指标有明显变化,表现为不同材料间超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖(SS)和过氧化氢(H₂O₂)含量无显著差异,旱敏感性材料山形86的丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$)含量显著高于其他材料;抗旱性材料宁粳36的过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)含量显著高于其他材料。干旱胁迫下,相比于旱敏感性材料,抗旱性材料萌发种子的相对发芽势(RGP)、相对芽长(RSL)、萌发期抗旱指数(GDRI)和活力指数(VI)分别增加了0.03~0.07百分点,0.32~0.39百分点,0.12~0.18百分点和92.41%~108.39%;抗旱性材料萌发种子中MDA和活性氧($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$、H₂O₂)含量分别降低了2.54%~61.64%,19.60%~46.30%和35.61%~62.02%;渗透调节物质(Pro、SS、SP)含量分别增加了5.93%~18.29%,1.08%~7.97%和3.47%~6.03%;抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性分别提高17.29%~33.12%,15.24%~76.06%和14.68%~18.61%;脯氨酸合成关键基因OsP5CS、抗氧化酶合成基因(OsALM1、OsPOX1、OsCATC)的相对表达量分别上调了2.66%~182.31%,57.14%~513.27%,0.38%~109.06%和63.39%~184.25%。综合分析表明,干旱胁迫抑制了水稻种子的萌发,影响了萌发期种子中的生理特性及其相应基因的表达。干旱胁迫下,无论是抗旱性材料还是旱敏感性材料,活力指数(VI)、过氧化物酶(POD)以及过氧化物酶合成基因(OsPOX1)是影响水稻种子萌发的关键指标。除以上指标外,可溶性蛋白(SP)、脯氨酸合成基因(OsP5CS)、过氧化氢酶基因(OsCATC)是影响抗旱性材料的其他关键指标,相对芽长(RSL)、过氧化氢(H₂O₂)、超氧化物歧化酶基因(OsALM1)是影响旱敏感性材料的其他关键指标。

为了选择适合稻茬弱筋小麦高产优质生产的合理施肥模式,以弱筋小麦宁麦13、皖西麦0638为供试品种,设置不施肥(CK)、常规施肥复合肥+尿素(T1)、缓释掺混肥料(T2)、控失肥(T3)、腐殖酸复合肥(T4)、小麦配方肥(T5),在养分供应量相同的条件下,分析对稻茬弱筋小麦干物质分配及转运、灌浆、产量及品质的影响。结果表明:缓释掺混肥料与小麦配方肥较常规施肥能显著提高干物质在籽粒中的分配量及比例、花后干物质转运量并且提高小麦籽粒灌浆速率、延长有效灌浆天数、增加粒质量。缓释掺混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麦配方肥处理较常规施肥均能显著提高小麦籽粒产量,施用缓释掺混肥料和小麦配方肥增产效果显著,显著增加有效穗数及千粒质量,产量分别较常规施肥增产9.27%~24.30%,11.64%~22.98%。缓释掺混肥料2 a间两品种较常规施肥处理氮肥农学效率平均提高23.14%,36.88%,小麦配方肥2 a两品种较常规施肥平均提高36.31%,39.35%。小麦配方肥处理2个供试小麦品种籽粒品质均达到国家弱筋小麦标准。综上所述,小麦配方肥可作为试验地区稻茬弱筋小麦高产优质生产的施肥模式之一,或适当降低缓释掺混肥料的施用量作为稻茬弱筋小麦的高产优质生产施肥模式之一。

为研究Osp39基因在水稻叶绿体蛋白质输入调控过程中的作用,采用生物信息学方法对水稻的Osp39基因进行了序列搜索和启动子上游元件分析,对其编码的OsP39蛋白进行了同源性比对、结构和性质预测,并分别通过定量PCR和瞬时表达进行了基因的组织表达分析和蛋白质亚细胞定位分析。结果显示,Osp39基因位于水稻5号染色体,基因编码区含11个外显子,无可变剪切方式。Osp39启动子中含有I box、ATCT-motif等多种光响应和叶绿体调节元件,转录分析也显示,在苗期和扬花期,Osp39基因在水稻叶、叶鞘等绿色组织中的转录水平均极显著高于根、花等非绿色组织。OsP39蛋白稳定性好,耐热,分子量约38.7 ku,理论等电点pH值 8.64,共含有361个氨基酸残基,富含甘氨酸,第245-271氨基酸残基形成高度保守的L6 loop区,为OMP85蛋白家族的特征性结构域,空间结构预测显示,OsP39蛋白是富含β-折叠片的β-桶状膜蛋白,亚细胞定位结果显示,OsP39蛋白定位于水稻叶绿体膜。上述结果表明,Osp39是一个叶绿体膜功能相关基因,参与水稻的光响应和叶绿体功能调节。

为筛选出适合快速冷驯化条件下稻水象甲成虫荧光定量PCR的内参基因,并分析快速冷驯化低温胁迫下海藻糖合成酶基因(LoTPS)的表达模式,从稻水象甲转录组数据库中筛选出10个具有完整开放阅读框的待选内参基因,以稻水象甲成虫为试验材料,通过实时荧光定量PCR测定内参基因在不同快速冷驯化条件下的表达水平,通过常用的内参基因稳定性分析方法ΔCt法和geNorm、NormFinder和BestKeeper等软件综合评价待选的10个内参基因表达的稳定性,测定稻水象甲海藻糖合成酶基因在不同快速冷驯化条件下的表达变化,分析其与低温的相关性。试验结果表明,在ΔCt法分析中RPS18表达丰度最高,geNorm软件分析中较稳定表达的内参基因是RPS18和G6DPH,G6DPH在NormFinder软件分析中是表达最稳定的内参基因,BestKeeper软件分析表明,RPL13和α-tubulin表达较稳定,综合以上各分析方法得出RPS18基因在快速冷驯化条件下的稳定性较高。以RPS18为内参基因进一步分析LoTPS基因在快速冷驯化条件下的表达模式发现,LoTPS基因表达量在快速冷驯化条件下有所增加,各冷驯化处理均高于对照。因此,内参基因RPS18在稻水象甲成虫体内表达相对稳定,可以作为稻水象甲不同快速冷驯化条件下的内参基因,低温胁迫促进了在快速冷驯化条件下海藻糖合成酶基因的上调表达,且随着冷驯化时间的延长而表达量增加。

为进一步探究小麦的TaGAMyb-B不同等位变异基因对茎秆伸长的作用,利用水稻的农杆菌转化体系、RT-qPCR、组织切片和细胞组织特异性分析等方法系统研究TaGAMyb-B基因不同等位变异中84 bp InDel 的功能。结果发现:在TaGAMyb-B超表达的水稻转基因株系中,该基因在种子、根、茎以及叶中均有表达; 转TaGAMyb-Ba-GFP和TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻T₂种子在应对外界NaCl、GA和甘露醇胁迫处理时,其表现的敏感性为TaGAMyb-Bb-GFP大于TaGAMyb-Ba-GFP;转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻的第一、二和三茎粗,穗长和分蘖数均显著小于转TaGAMyb-Ba-GFP基因型;转基因水稻后代第二茎间的细胞组织切片分析表明:转TaGAMyb-Ba-GFP基因型水稻横切面厚壁组织细胞的平均厚度显著大于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻,并且其厚壁细胞的平均长度极显著小于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻。以上结果表明,TaGAMyb-B不同等位变异中84 bp序列缺失在转基因水稻中除了增加非生物胁迫抗性和抗倒伏性功能外,还显著增加了穗长和分蘖数。

为进一步探究水稻多胚候选基因OsPE的生物学功能,以粳稻品种日本晴和籼稻品种巴斯马蒂370为研究材料,选取正常生长条件下供试材料的成熟叶片,综合运用生物信息学、RT-PCR、TA克隆、半定量及qPCR等技术鉴定并分析水稻多胚候选基因OsPE的可变剪接体。结果表明,虽然生物信息学分析显示OsPE基因在粳稻中存在3种可变剪接体,在籼稻中无可变剪接体,但通过特异引物进行RT-PCR扩增,结合TA克隆及测序验证,在粳稻品种日本晴中鉴定到了OsPE基因3种可变剪接体的真实存在;在籼稻品种巴斯马蒂370中鉴定到2种新的可变剪接体。同时,半定量及qPCR结果显示:正常生长条件下,供试材料成熟叶片中OsPE基因可变剪接体存在表达差异,依次为OsPEc>OsPEa>OsPEb,且该基因在不同水稻品种中存在相同的表达趋势。最后,水稻OsPE基因编码蛋白进化分析及功能预测分析结果显示:OsPE蛋白在禾本科,尤其是稻属中高度保守(蛋白序列一致性普遍高于99%),有待于进一步研究该基因是否参与调控水稻抗逆响应、细胞分裂及细胞凋亡等生物学功能,而不是调控水稻多胚产生。综上所述,OsPE基因在禾本科,尤其是稻属中高度保守,该基因在粳稻和籼稻中可能有着相同的剪接模式,其可变剪接体在正常生长条件下存在表达差异,但表达趋势相同,OsPEc剪接体在OsPE基因功能发挥中占主导,有待于进一步研究该基因是否参与调控水稻抗逆响应、细胞分裂及细胞凋亡等生物学功能,而不是调控水稻多胚产生。

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。