为研究OsASL1.1基因的表达特性及在干旱胁迫响应中的作用,分析OsASL1.1蛋白的亚细胞定位和OsASL1.1基因启动子区顺式作用元件,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析OsASL1.1基因在脱落酸(ABA)、甘露醇、聚乙二醇6000(PEG6000)下的表达模式,同时以Kitaake为背景采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Cas9-OsASL1.1突变体,分析突变体的突变类型,并对突变体进行ABA敏感性和抗旱性分析。结果表明,OsASL1.1蛋白主要在质体中表达。OsASL1.1基因启动子区含有低温响应、植物激素(ABA、生长素)响应等顺式作用元件,其中,ABA响应顺式作用元件(ABRE)有5个。OsASL1.1基因受ABA、甘露醇、PEG6000诱导表达。获得了Cas9-6和Cas9-12两个纯合的突变类型,Cas9-6有17 bp的插入,导致翻译提前终止;Cas9-12有12 bp的缺失,导致缺失4个氨基酸。ABA处理下,Cas9-OsASL1.1突变体和野生型的主根伸长都受到了抑制,但Cas9-OsASL1.1突变体受到的抑制程度低于野生型。150 mmol/L甘露醇处理下,Cas9-6和Cas9-12突变体的存活率均显著低于野生型,以Cas9-6的存活率最低。综上,Cas9-OsASL1.1突变体对ABA的敏感性降低,对干旱的抗性降低,即OsASL1.1 基因功能丧失降低了水稻对ABA的敏感性和抗旱性。

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。

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。

为探明长期施肥对双季晚稻产量形成的影响及其生理调控机制,基于进贤红壤稻田化肥长期定位试验(1981年设),选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、两倍氮磷钾肥(HNPK)、有机无机配施(NPKM)4个典型处理,比较了长期施肥后第42年双季晚稻产量、干物质积累、叶绿素动态特征、齐穗期和灌浆期叶片基因表达差异。结果表明,长期施肥下晚稻产量表现为NPKM>HNPK>NPK>CK,其中HNPK和NPKM处理显著高于NPK处理,增幅分别为29.63%,57.18%。与NPK处理相比,NPKM和HNPK处理显著改善晚稻产量构成,有效穗、穗粒数和着粒密度分别增加了16.98%~46.42%,8.68%~15.26%,3.69%~7.37%。在干物质积累方面,与NPK相比,NPKM和HNPK均显著提高了晚稻各时期干物质质量,同时促进了齐穗期至成熟期茎叶干物质向穗的转运。NPKM和HNPK处理各时期叶绿素含量均显著高于CK和NPK处理,其中NPKM处理延缓了灌浆期至成熟期叶绿素的衰减;相关分析表明,长期施肥下晚稻产量与分蘖期至齐穗期干物质积累量(△DM1)和灌浆期至成熟期干物质积累量(△DM3)呈极显著正相关,与灌浆期至成熟期叶片叶绿素减少量(△S3)呈极显著负相关。叶片转录组分析结果表明,长期施肥显著影响晚稻齐穗期、灌浆期叶片基因表达,差异表达基因主要富集于光合作用、碳代谢、氮代谢、信号转导及逆境相关的代谢途径。综上所述,长期施肥调控双季晚稻基因表达,有机无机配施改善了产量构成,促进了早期干物质积累,增强了灌浆期至成熟期茎叶干物质向穗的转运,同时,提高了晚稻各时期叶片叶绿素含量,并延缓了灌浆期后叶片的衰老,对水稻增产起到强源(提高光合生产力)、扩库(增加干物质储存容量)和畅流(促进同化物转运)的作用。

为研究不同施氮量对水稻产量、吸氮量、土壤肥力情况的影响,以水稻品种富源4号为试材,在2021—2023年研究不同施氮水平对引黄灌区水稻产量和氮肥利用效率及土壤耕层肥力的影响。施氮360 kg/hm²处理较其他处理产量有显著增加,平均产量9.4 t/hm²,较不施氮处理增加182.94%,较施氮210,240 kg/hm²产量增加40.72%,26.34%。从产量构成因子来看,产量增加主要是穗粒数及有效穗数增加,过量施氮会造成千粒质量降低。对3 a结果进行平均,氮肥利用率以施氮240 kg/hm²处理最高达26.93%,氮肥偏生产力随着施氮量增加而降低。各处理有机质以施氮210 kg/hm²处理平均值最高为18.60 g/kg。各施氮处理较不施氮处理土壤全氮含量增加7.61%~15.67%,随着试验年份增加,施氮360 kg/hm²处理土壤全氮含量降低。施氮360 kg/hm²处理土壤全磷含量逐渐降低,其他施氮处理维持在0.85 g/kg左右。施氮处理随着施氮量增加,全钾含量逐渐降低,施氮360 kg/hm²处理较施氮120,210,240 kg/hm²处理分别降低23.74%,22.16%,8.85%。 土壤速效磷随试验年限呈上升趋势,各处理间随时间变化幅度增加,随着施氮量增加呈先升高后降低趋势,施氮240 kg/hm²处理在2023年较其他处理土壤速效磷显著增加。各处理土壤速效钾随试验年限变化不明显。综合考虑作物产量、氮肥利用率和土壤肥力,施氮240 kg/hm²可平衡环境和生产要求。

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。

为了优良品质稻米的培育,利用来自国内外139份水稻种质资源为材料,对2022-2023年水稻籽粒总蛋白含量进行表型分析,结合全基因组测序(覆盖深度10×)所得255 501个SNP标记,利用一般线性模型进行全基因组关联分析,避免假阳性影响选取阈值最高位置的基因进行单倍型分析,根据前人研究结果和基因功能注释预测水稻籽粒总蛋白含量相关基因,通过实时荧光PCR对预测基因进行相对表达量分析。结果表明,139份水稻籽粒总蛋白含量属于中度变异,变异系数分别为21.66%,20.65%,符合正态分布;通过全基因组关联分析,在2个环境下共获得显著SNPs 55个,分布在1,2,4,5,6,8,11,12号染色体上,其中有16个连续且上下游区间不超过100 kb的SNPs分布于11号染色体;进一步对11号染色体显著SNPs位点的上、下游50 kb(±50 kb)范围内的区间关联性强的基因进行单倍型分析,结合基因功能注释以及灌浆期籽粒相对表达量分析的结果,初步推测LOC_Os11g08460与水稻籽粒总蛋白含量相关,编码Dnak/Hsp70s蛋白家族。综上,利用全基因组关联分析对139份水稻种质资源的总蛋白含量进行候选基因预测及单倍型分析,为稻米品质遗传改良提供新的基因,加速稻米改良的过程。

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。

为研究水稻SAND结构域蛋白的序列和功能,利用Blast在水稻基因组中搜索编码SAND结构域的基因,然后构建增强表达载体并通过遗传转化研究基因功能。结果表明,水稻基因LOC_Os01g57240(命名为OsULT1)编码的氨基酸序列含有SAND结构域和ULT B-box共有序列,与其他植物ULT氨基酸序列相似性为49.3%~92.3%,具有较好的保守性; 35S::OsULT1转基因株系部分颖花发育异常,出现内稃发育滞缓或退化、浆片过度发育或数目变多、雄蕊数目3~7枚、雌蕊2枚的现象;颖花内产生多余的小花,表明OsULT1对水稻花分生组织正常分化具有重要的调控作用。

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。

阐明不同施氮水平下滨海盐渍稻田水稻秸秆腐解及其养分释放和化学组分变化规律,以期为完善滨海稻区秸秆还田技术,实现滨海区域秸秆资源高效利用,提供科学依据和技术支撑。试验地点位于河北省唐山市曹妃甸区,以水稻秸秆为研究对象,设置4个施氮量水平:N0(0 kg/hm²)、N1(225 kg/hm²)、N2(300 kg/hm²)和N3(375 kg/hm²),进行360 d的秸秆包填埋试验,研究水稻秸秆及其木质纤维素腐解率和氮、磷、钾养分释放特征。结合热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC-MS)技术,探究腐解期秸秆主要化学组分变化规律。结果表明:水稻秸秆可分为快速腐解期(第0~30 天)、腐解减缓期(第30~210天)和腐解缓慢期(第210~360天)3个阶段。360 d后不同施氮量处理下的秸秆平均腐解率为72.5%。增加施氮量可显著提高秸秆腐解率。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆腐解率6.1,7.4,9.2百分点。秸秆碳释放率与秸秆腐解率变化趋势类似,但试验结束后碳释放率仅为43.2%。秸秆养分释放率表现为:钾>磷>氮。秸秆氮、磷和钾快速释放期,分别在秸秆腐解后的第0~30天(38.4%),0~60天(63.7%),0~15天(76.7%)。秸秆氮、磷在腐解期内均出现了富集现象。施氮可显著提高腐解期内秸秆氮的释放,腐解早期(第0~15天)和后期(第150~360天)磷的释放,以及腐解早期(第0~15天)钾的释放。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆氮释放率6.6,11.1,14.7百分点,秸秆磷释放率2.2,4.0,5.6百分点和秸秆钾释放率1.4,2.1,2.8百分点。秸秆木质纤维素腐解率表现为:半纤维素>纤维素>木质素。增施氮肥可显著促进第0~90天秸秆纤维素和半纤维素腐解率,以及第90天后的木质素腐解率。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆纤维素腐解率5.4,7.3,8.4百分点,半纤维素腐解率4.9,6.4,7.4百分点,木质素腐解率2.1,5.1,5.7百分点。2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、羟基丙酮、2,3-二氢苯并呋喃、乙酰丁香酮、丁香酚、正十六烷酸、对甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、愈创木酚、对乙基苯酚和豆甾-3,5-二烯,为腐解期内秸秆残留物的主要(相对含量>1%)化学组分。相关性分析表明,秸秆腐解率、碳释放率及纤维素、半纤维素和木质素腐解率,均与丁香酚、乙酰丁香酮、2,3-二氢苯并呋喃显著正相关,而与羟基丙酮显著负相关;秸秆磷释放率与羟基丙酮显著正相关,而与对乙基苯酚、丁香酚和乙酰丁香酮显著负相关;秸秆钾释放率与对乙基苯酚、丁香酚、乙酰丁香酮和2,3-二氢苯并呋喃显著正相关,而与羟基苯酮显著负相关。综上所述,增施氮肥能够促进滨海盐渍稻田秸秆及其木质纤维素腐解和氮、磷和钾养分的释放。推荐滨海盐渍土秸秆还田10 500 kg/hm²下的优化施氮量为300 kg/hm²。秸秆残余物中对乙基苯酚、丁香酚、乙酰丁香酮、2,3-二氢苯并呋喃、羟基丙酮和豆甾-3,5-二烯,对指示秸秆腐解进程具有重要意义。热裂解气相色谱质谱联用技术,有助于通过监测秸秆残留物化学组分变化,加深对秸秆腐解机制的认识。

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。

旨在探明氮肥减量配施土壤调理剂对水稻生长和Cd吸收的影响，为Cd污染稻田的安全利用与合理施肥提供科学依据。利用Cd污染稻田，采用田间小区试验，研究氮肥减量配施碱性缓释肥、生物有机肥、微生物肥对水稻产量和Cd含量的影响。结果表明，施用碱性缓释肥、生物有机肥、微生物菌肥的水稻产量分别比对照增产7.42%（P<0.05），8.59%（P<0.05）和4.59%，氮肥减量20%配施碱性缓释肥、生物有机肥的水稻产量分别比对照增产5.55%和7.61%（P<0.05），而氮肥减量20%配施微生物菌肥的水稻产量仅比对照降低2.48%，无显著差异，表明在氮肥一次性基施条件下实行氮肥减量20%可行。施用碱性缓释肥及其与氮肥减量20%配施皆可显著提高土壤pH值，降低土壤有效态Cd含量，并显著降低水稻秸秆及稻米Cd含量，其稻米Cd含量分别比对照降低31.29%（P<0.05）和26.58%（P<0.05）；施用生物有机肥也可有效提高土壤pH值，降低土壤有效态Cd含量，并显著降低水稻秸秆和稻米Cd含量，但生物有机肥与氮肥减量20%配施时降低水稻秸秆和稻米Cd含量的效果不明显，施用生物有机肥及其与氮肥减量20%配施的稻米Cd含量分别比对照降低31.27%（P<0.05）和11.96%；施用微生物菌肥及其与氮肥减量20%配施的水稻稻米及秸秆降Cd效果皆不明显。配施碱性缓释肥、生物有机肥、微生物菌肥时，氮肥减量20%皆减弱了其对水稻秸秆和稻米的降Cd效果。

LRR-RLK是类受体蛋白激酶RLK家族中最大的亚家族，在调控植物非生物胁迫等方面具有重要作用。为解析水稻LRR-RLK成员LP7（LOC_Os05g24010）在耐低磷胁迫中的作用，从水稻品种日本晴中克隆了LP7全长序列，分析其编码蛋白的氨基酸序列，研究其组织表达模式、亚细胞定位及低磷胁迫下的表达变化。结果表明，LP7基因全长2 832 bp，编码943个氨基酸，LP7蛋白具有典型的LRR-RLK成员特征，LP7蛋白与玉米中的同源蛋白NP_001131018同源性比较高，同源性高达77%。组织表达模式分析表明，LP7基因在根、茎、叶等组织中均表达，在叶中表达量最高。亚细胞定位结果表明，LP7蛋白定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明，LP7基因受低磷胁迫诱导表达，其表达量较正常培养条件下增加15倍。初步推测该基因可能在水稻响应低磷胁迫中具有重要作用。

为了揭示水稻中肽链释放因子eRF1在蛋白质生物合成中的作用，对水稻eRF1基因的全长cDNA和启动子进行了克隆与表达模式分析。通过RT-PCR技术克隆获得1个水稻eRF1基因，命名为OseRF1-3，序列分析表明，该基因CDS序列全长1 308 bp，编码436个氨基酸，包含N、M、C共3个保守结构域。qRT-PCR结果表明，OseRF1-3是组成型表达，在水稻穗中表达最高。以水稻叶片基因组DNA为模板，通过PCR技术克隆了该基因起始密码子上游2 120 bp启动子序列，构建该基因启动子融合GUS植物表达载体，并通过农杆菌介导法导入水稻愈伤组织。GUS组织化学染色分析表明，OseRF1-3基因启动子驱动GUS基因在水稻各组织部位都表达即组成型表达，在根中表达较弱，在水稻花、硬壳中检测到GUS基因较强表达。GUS检测OseRF1-3基因启动子驱动GUS表达的结果与qRT-PCR得出的结果相一致。因此，该研究将为进一步探索OseRF1-3基因的功能奠定理论基础。

类受体激酶基因OsSIK1具有通过激活抗氧化系统，增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因，获得具有较高抗旱水平的玉米新种质，通过超声波辅助花粉介导法，将水稻类受体激酶基因OsSIK1导入玉米自交系郑58中，并对转化株进行卡那霉素筛选及T₁、T₂、T₃的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测，获得转化植株并在T₃获得转基因纯合株系。对T₃转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明，与对照相比，在水分胁迫处理下，转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%，叶绿素含量提高了11.3%~106.9%，SOD活性上升45.8%~93.4%，而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%，MDA含量下降了25.7%~50.4%，说明转OsSIK1基因玉米植株抗旱性得到提高，其中，5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异，且生长状况明显优于对照。综上所述，研究最终获得5个转OsSIK1基因玉米株系，并证明导入水稻OsSIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。

干旱是限制粳稻产量的重要因素之一,探究萌发期粳稻的耐旱性遗传机制,筛选耐旱候选基因,挖掘其优异单倍型,为解析粳稻萌发期耐旱机制及开发相关分子标记提供理论基础。采用西北粳稻核心种质资源139份为材料,15% PEG-6000模拟干旱胁迫露白后的粳稻种子,测定相对发芽率、相对根长等6个耐旱相关指标,并结合255 501个高质量单核苷酸多态性(SNPs),运用一般线性模型(GLM)、混合线性模型(MLM)和固定与随机效应循环概率统一模型(FarmCPU)开展全基因组关联分析(GWAS),并结合耐旱表型数据进行单倍型分析,进而挖掘潜在的候选基因。结果表明,6个耐旱指标均值呈正态分布,且变异系数为3.43%~56.25%,其中以相对根芽干质量变异系数最大,与相对根长、相对芽长、相对根芽鲜质量间均呈显著正相关。结合高密度SNPs,对6个耐旱性状进行全基因组关联分析,共检测到1 164个不同的SNPs,其中379个被视为高可信度SNP位点,6个被视为数量性状核苷酸(QTNs)。整合这些位点的上下游50 kb区间,共筛选出14个显著SNPs位点,对应14个可信的QTL候选区间,且主要与相对根芽干质量显著关联。通过数据库进一步预测分析14个区间内的基因,并以外显子具有错义突变为标准,筛选到了编码地衣酶-2前体的LOC_Os03g56130基因。结合耐旱表型,对该基因进行单倍型分析,发现5个外显子错义突变组成了4种单倍型,其中Hap.2的相对根芽干质量显著高于其他单倍型,为优异单倍型。这些研究表明,LOC_Os03g56130为粳稻萌发期耐旱性相关的潜在候选基因。

旨在探究水稻OsGRAS39（LOC_Os10g22430.1）基因的功能，采用qRT-PCR技术分析OsGRAS39在水稻不同组织中及不同非生物胁迫条件、ABA和GA₃处理下的表达情况，并基于CRISPR/Cas9技术创建OsGRAS39基因敲除突变体。qRT-PCR分析结果表明，OsGRAS39在所有检测的组织中均表达，其mRNA丰度在水稻幼苗中最高，然后依次是幼根、叶片，而在抽穗期水稻的叶鞘、穗、根和茎中相对较弱；OsGRAS39的表达受高温胁迫抑制，受低温、NaCl和ABA诱导；在10% PEG6000处理下，其在所有处理时间点的表达水平无显著差异；在20 μmol/L的GA₃处理下，其表达水平在2~8 h下调而在24 h上调。另外，利用无缝克隆技术成功构建了OsGRAS39基因的CRISPR/Cas9敲除载体pP1C.3-OsGRAS39-gRNA，并通过农杆菌介导的遗传转化获得30株转基因水稻株系。靶位点测序结果表明，30株转基因阳性水稻苗中有8株检测到不同类型的突变，包括1个纯合突变体，5个双等位突变体和2个杂合突变体。综上，OsGRAS39可能参与水稻对高温、低温和NaCl胁迫抗性的调控；成功创建了OsGRAS39基因敲除突变体。

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。

为了明确黑龙江省水稻品种资源稻瘟病抗性，挖掘优异种质资源，适时了解黑龙江省生理小种群体变化特征。采用中国生理小种命名方法，通过苗期喷雾接菌鉴定，将2013-2014年黑龙江省的稻瘟病菌株划分为7个群42个生理小种，优势小种为ZD₅和ZD₇，出现频率分别为19.77%和12.21%，总频率为31.98%；通过苗期抗病性表现，筛选出宽抗谱品种14份，这些品种携带2～7个抗稻瘟病基因，绥粳12+合江23（Pi9、Pi20、Pi33、Pi54、Pik）、牡丹江26+龙粳31（Pi9、Pi20、Pi33、Pi54、Pita、Pik）、牡丹江26+合江23（Pi9、Pi20、Pi33、Pi54、Pik）等29个在抗稻瘟病育种生产上将具有较好防病效果的组合，并且能够聚合多个抗性基因，提高抗性水平、拓宽抗谱；其中龙粳31与其他9个品种的配对组合均为最优组合，对稻瘟病具有较高抗性；这14份宽抗谱品种是抗稻瘟病育种较好的抗源材料；部分品种如垦稻15、龙粳23和牡丹江25，仅携带2个本研究鉴定的基因，这些品种可能是携带未知抗性基因的新抗源，可作为进一步鉴定和寻找抗性基因的试验材料。

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律，以三叶一心水稻幼苗为材料，采用实时定量PCR的方法研究了盐 （NaCl） 和干旱胁迫（PEG）0，3，6，12，24，48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明，miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加，miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势，miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势，而后呈上调趋势；且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后，根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势；地上部随处理时间的延长，miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平，而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性，且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系，证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。

在盐、碱胁迫条件下，分析水稻苗期的根数和根长并定位其QTL位点，为水稻的耐盐性和耐碱性的遗传机制及分子标记辅助育种提供理论基础。以盐碱敏感水稻品种东农425与强耐盐碱水稻品种长白10为亲本构建的重组自交系（RIL）为作图群体，在盐胁迫140 mmol/L的NaCl和碱胁迫0.15% Na₂CO₃的处理条件下，以正常浇灌为对照，进行水稻苗期时根数和根长的测定，利用QTL IciMapping v3.3软件的完备区间作图法（ICIM）分别对盐、碱胁迫和对照条件下水稻的根数和根长进行QTL分析。检测到18个加性效应QTL，在第1，2，3，4，5，7，8，9和10染色体上，LOD值为2.01~3.35，表型变异的贡献率为6.02%~20.06%。自然条件下，检测到4个与根数相关的QTL，qNRN7-2贡献率最大，为12.46%，未检测到根长相关的QTL。在盐胁迫下，共检测到5个与根长、根数相关的QTL，qSRN3的贡献率最大，为20.06%。在碱胁迫下，共检测到与根数和根长相关的3个QTL，qARN2的贡献率为12.99%；qARL3和qARL5的贡献率分别为7.04%和8.88%。共检测到4个自然条件与盐胁迫差值的根数和根长相关的QTL，其中，qN-SRN8-2和qN-SRL1贡献率较大，分别为14.01%和14.12%。在自然条件与碱胁迫的差值条件下，共检测到2个与根长、根数相关的QTL，分布在3，10号染色体上；检测到1个与根数相关的QTL，位于3号染色体上的qN-ARN3，贡献率为6.02%；检测到1个与根长相关的QTL，位于10号染色体上的qN-ARL10，贡献率为7.45%。在盐胁迫和碱胁迫条件下，水稻苗期的根数和根长都受到明显影响，相对于盐胁迫，水稻对碱胁迫更为敏感。

为了挖掘和鉴定更多的水稻白化转绿突变体用于基因功能的研究。从粳稻品种秀水09的EMS突变体库中发现了一个阶段性温敏白化转绿突变体stgra254，该突变体在28℃恒温条件下，第6片完全展开叶出现白斑，至分蘖盛期融合成片，最终叶片枯萎死亡；在32℃条件下，第6片叶白斑数目及白化程度明显弱于28℃，且3 d后逐渐转绿；而24℃下的叶片表现正常。组织化学分析结果表明，白斑的形成和发展是一个程序性细胞死亡的过程，伴随着H₂O₂的积累。荧光仪分析显示，光系统Ⅱ的最大光能转化效率显著下降。遗传分析表明，该突变体叶色性状受1对隐性核基因控制。利用stgra254与珍汕97杂交得到F₂群体，借助集团分离分析法和SSR分子标记连锁分析，将其定位在4号染色体上的RM17206与RM17277标记之间，遗传距离分别为0.48，5.22 cM。

为了探讨盐胁迫对寒地粳稻籽粒淀粉合成积累的影响，进一步丰富寒地粳稻耐盐研究的生理基础。通过盆栽试验，以耐盐性不同的2个寒地粳稻品种供试材料研究不同浓度盐胁迫下寒地粳稻籽粒淀粉合成关键酶活性变化规律及其与淀粉含量间的关系，揭示寒地粳稻籽粒淀粉合成代谢对盐胁迫的响应机制，研究盐胁迫对寒地粳稻产量及产量构成因素的影响，明确盐胁迫下寒地粳稻产量形成机制。结果表明，与对照相比，盐胁迫下寒地粳稻籽粒可溶性淀粉合成酶（SSS）、ADPG焦磷酸化酶、淀粉分支酶（Q酶）活性降低，籽粒总淀粉、支链淀粉含量下降，而直链淀粉含量升高。同时，随着盐浓度的升高，产量构成因素各指标逐渐下降，盐胁迫主要影响牡丹江30的穗粒数及结实率从而影响产量，影响龙稻5有效穗数及结实率。当土壤含盐量大于0.075%时，理论产量受到较大影响。就品种而言，与牡丹江30相比，由于盐胁迫下耐盐性品种龙稻5具有相对较高的淀粉合成酶活性，使其籽粒淀粉及其组分含量较高，有利于籽粒干物质积累，确保其产量在盐胁迫下仍能维持在相对较高的水平。因此，籽粒淀粉合成关键酶活性是不同耐盐性品种响应盐胁迫的差异产物，其活性变化规律及高低可作为耐盐性鉴定的指标。

旨在快速改良武运粳29196的稻瘟病抗性。采用定向回交育种策略,运用分子标记辅助选择技术和花药培养技术,快速改良武运粳29196的稻瘟病抗性。以籼稻品种谷梅4号为稻瘟病抗性基因Pigm(t)的供体,以高产易感稻瘟病的品系武运粳29196为受体,在连续回交和自交过程中,利用与Pigm(t)紧密连锁的InDels标记S95477和S29742进行分子标记辅助选择。在BC₂F₁世代,进行花药培养,获得185个双单倍体群体(DH群体),从中筛选出82个含有Pigm(t)基因的改良株系。在经过对农艺性状、稻瘟病抗性的系统鉴定与稻米品质性状测定后,发现改良株系DH036和DH158的综合性状与武运粳29196已十分相近,且稻米品质有所提升,保持了武运粳29196丰产性的同时,稻瘟病抗性有了明显的提高。利用定向回交、花药培养和分子标记辅助选择相结合的技术体系,可明显提高稻瘟病抗性改良的预见性和准确性,缩短育种年限、加快育种进程。新育成的武运粳29196抗性改良系,为稻瘟病抗性育种提供了重要的遗传资源。

CRISPR/Cas9系统可对植物的内源基因进行有效定点编辑，为作物的遗传育种提供了新的方向。以感病水稻品种丽江为材料，抗病基因OsCOL9为靶基因，探索该系统对水稻内源基因定点编辑效率以及获得有研究意义的突变体。OsCOL9基因CDS序列全长1 266 bp，编码一个422 aa蛋白，分子量大小约为45.6 kDa，蛋白质结构的N端含有B-box结构域，C端含有CCT （CONSTANS、CONSTANS-Like、TOC1）结构域。设计4个长20 nt的guide RNAs （gRNAs）靶点，靶向编辑OsCOL9基因的CDS起始区域以及外显子的末端，分别由U3、U6a、U6b以及U6c启动子驱动，提取T₁转基因植株的基因组DNA并对编辑位点附近的DNA片段进行序列分析。结果表明，T₁材料中OsCOL9的碱基缺失数最多可达59 bp，突变次数最多可达11次，取得较好的基因编辑效果。同时本试验出现了脱靶效应，因此着重探讨了降低脱靶效应的方法。由于CRISPR/Cas9系统在进行基因编辑时没有外源基因的导入，加上该技术的快捷、简便，对生物技术与传统育种的结合具有重要实践意义。

超级稻品种南粳5718被列为农业农村部主导品种,在大面积生产中抗倒性表现出色。研究南粳5718的茎秆特性,解析其抗倒伏的分子机制,能够为抗倒伏水稻育种提供新的思路。以抗倒性较强的超级稻品种南粳5718和2个抗倒性较弱品种南粳518和南粳58为材料,比较农艺性状、茎秆特性与抗倒伏的相关性,发现南粳5718抽穗后20 d的株高、重心高度显著低于南粳518和南粳58,倒二节间长度、倒二和倒三节间的直径和茎壁厚度均高于南粳518和南粳58。茎秆结构性和非结构性碳水化合物含量测定结果表明,倒二和倒三节间的纤维素和木质素含量高是导致南粳5718强抗倒性的重要因素。进一步分析发现,3个品种倒二节间纤维素酶活性无显著差异。南粳5718和另外2个品种相比,102个纤维素和木质素合成代谢途径相关基因中只有pPLAⅢα(编码糖蛋白相关磷脂酶A)、CBF诱导因子bHLH002、ILA1(编码丝裂原活化蛋白激酶)和转录因子基因NAC5在编码区存在错义突变。正调控纤维素合成的转录因子MYB61、负调控纤维素合成的细长秆基因SLR1和PIL13、多半乳糖醛酸酶PG3、乙烯响应因子ERF34、矮秆基因DPH1、转录因子MYB7等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。木质素代谢过程中的4-香豆酸:辅酶A连接酶4CL3、MYB转录因子RLM1、对香豆素酯3-羟化酶CYP98A4、NAC转录因子SWN1和苯丙氨酸脱氨酶基因PAL1等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。关键基因在节间的表达差异是南粳5718茎秆高纤维素和木质素含量导致强抗倒性的原因。综上,超级稻南粳5718强抗倒性在茎秆特性上表现为具有较粗的节间直径和较大的茎壁厚度,节间较高的纤维素与木质素含量为其抗倒性提供了物质基础,纤维素和木质素合成通路中关键基因表达差异可能是南粳5718茎秆强抗倒性的主要原因。

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。

传统水稻育种技术最主要瓶颈是选择效率低和周期长。为了提高水稻优异材料选育和杂交稻组配效率，创新水稻分子育种策略，利用分子标记辅助选择多基因聚合和早世代杂交组配，展开水稻恢复系分子改良和杂交新组合的调查评价。供体亲本H318与恢复系亲本华占进行杂交，通过选择和设计关键有利基因的分子标记，利用毛细管电泳基因分型技术，将Wx^b、fgr、Xa23、Pi2、Pi46以及Pita6个稻米品质、香味、抗白叶枯病和抗稻瘟病相关功能基因进行聚合利用。通过多世代的田间生物学性状调查，米质、抗性等表型鉴定，获得14份以恢复系华占为遗传背景，目标基因纯合的优质、双抗和香型稳定的水稻株系。依据材料稳定遗传特性，将改良后代株系与生产应用的不育系进行测配和组合的调查评价，筛选获得潜在优良杂交稻。在育种进程中采用"多基因聚合-早世代组配"策略，实现多个有利基因快速聚合，定向改良稻米品质和抗病性等关键性状，并且促进杂交水稻组合的高效选育。

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。

水稻开花期对水分胁迫非常敏感直接影响到结实率,水分供应主要通过水通道蛋白来完成,为了研究花期稻穗的相对含水量与水通道蛋白基因家族表达关系,探讨了花期前后6 d内稻穗相对含水量和水通道蛋白基因家族表达变化情况。结果表明:稻穗相对含水量呈现出花前最高、开花期当天最低、花后则再出现增加的规律;OsPIPs基因家族中各个基因表达的水平各有不同,其中OsPIP1-1、OsPIP1-2、OsPIP2-1、OsPIP2-4和OsPIP2-7的表达水平较高,而OsPIP2-2、OsPIP2-3和OsPIP2-8这3个基因在花期前后6 d内均没有表达;所有OsTIPs基因均表达,但不同OsTIPs基因表达水平在不同时间点也不同,除了OsTIP1-2和OsTIP3-2的表达量比较低外,其他基因的表达量都非常高;OsNIPs基因家族表达量相对较低,如OsNIP1-2、OsNIP1-4、OsNIP3-2及OsNIP3-3在花期前后均不表达,而OsNIP1-1和OsNIP2-1在开花前后均有表达,并在开花当天表达量较高;OsNIP2-2和OsNIP3-1只在开花当天表达,其他时间点均不表达;OsSIP1-1、OsSIP1-2在花前3 d表达量最大,而OsSIP2-1在开花当天表达量最大,其他时间点略有下降。结果说明,花期前后稻穗内OsTIPs基因家族表达量最大,然后是OsPIPs基因家族,再次是OsSIPs和OsNIPs基因家族,但不同水通道蛋白家族各基因间的表达模式也不同,可能与对水分运输分工差异有关,其中液泡膜水通道蛋白在水稻花期水分运输中的作用可能最大。

为探究不同产量潜力超级杂交稻持续增产的茎秆维管束结构基础，以具有不同产量潜力的4期超级杂交稻代表性品种两优培九、Y两优1号、Y两优2号和Y两优900为材料，在大田栽培条件下，研究了4期超级杂交稻茎秆维管束结构的差异及其与产量和产量构成因素间的关系。结果表明：随产量潜力的提高，4期超级杂交稻各节间大、小维管束数目均表现出不断增加的变化趋势，除倒5节小维管束面积和总面积表现为先升高后降低、倒2节和倒3节大维管束面积和总面积表现为先降低后升高外，其他节间大、小维管束面积和总面积均表现为不断增加的变化趋势。随着产量潜力的增加，4期超级杂交稻的实际产量、穗粒数均表现出不断增加的趋势，第4期超级杂交稻（Y两优900）较第1期超级杂交稻（两优培九）增产68.83%，穗粒数增加87.42%，而有效穗数呈逐渐减少的变化趋势，千粒质量和结实率则表现为先升高后降低的趋势。相关分析表明，茎秆维管束结构特征与穗粒数、结实率以及产量存在正相关，而与千粒质量存在负相关，特别是上部茎节间小维管束和基部茎节间大维管束结构特征显著影响超级杂交稻产量及产量构成要素。因此，4期超级杂交稻上部茎节间小维管束结构特征以及基部节间大维管束结构特征的改善是保证超级杂交稻产量潜力不断提高、穗大粒多和结实率正常的前提。

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。

花器官的发育不仅影响农作物的生产，通过性别决定产生单性花的机制亦是重要的基础理论问题。TASSELSEED2基因是与JA合成有关的调控玉米单性雄花产生的性别决定基因，对一些植物中TS2同源基因的表达分析表明TS2蛋白可能在进化过程中产生了功能歧化。为探究TS2蛋白在进化过程中其功能是否发生了歧化，首先通过生物信息学手段对水稻和玉米的TS2基因进行了比较分析，分子进化分析表明，TS2基因在一些植物中可能并不仅仅局限于抑制雌蕊发育的性别决定功能。因此，猜测两性花植物水稻中的TS2可能具有其他功能。利用蛋白质三维结构预测软件，发现水稻TS2基因编码典型的SDR蛋白，含有保守的GASGIG和YTASK基序，其作用底物可能与玉米TS2蛋白类似。启动子分析表明OsTS2和玉米TS2的激素应答元件存在差别。随后，利用RNA-seq数据进行了OsTS2与玉米TS2的组织器官表达分析，并利用实时荧光定量技术考察外源MeJA喷施处理对OsTS2与玉米TS2基因表达的影响。结果表明，OsTS2主要在花序中表达，经外源MeJA处理后其表达量明显升高；而玉米TS2在雄穗分化关键期的叶片中表达量最高，其表达量基本不受外源MeJA影响。OsTS2与玉米TS2表达方面的差异提示水稻TS2可能具有与玉米TS2不同的功能，为深入了解TS2在两性花植物中的功能提供了线索。

利用实验室收集的优良种质资源籼稻亲本B91及B233分析影响粒质量的关键表型性状，挖掘粒质量相关的遗传位点与候选基因，进一步了解多基因调控粒型性状的遗传基础，以期在种质资源改良中加以应用。以2个籼稻亲本B91和B233及杂交繁育的F₂群体为研究材料，对B91和B233籽粒颖壳和胚乳进行扫描电镜观察，测定两亲本灌浆速率；对B91和B233构建的F₂分离群体进行QTL-seq分析，通过注释基因表达位置以及预测功能进一步筛选出粒质量候选基因。结果表明，根据籽粒颖壳和胚乳扫描电镜观察，B233与B91粒长、粒宽、粒厚的差异是由细胞大小和细胞数量共同决定的，且与B91相比B233籽粒饱满度较差。通过灌浆参数的比较，B233起始生长势，活跃灌浆时间，最大灌浆速率等指标均大于B91。QTL-seq分析共得到了430 762个有效SNP位点，发现了位于6条染色体上共8个QTL。主要关注正阈值区内的5个QTL，对正阈值区QTL位点内△（SNP-index）>0.7的SNP位点进行了筛选，选出在基因中非同义突变及剪接位点上的SNP突变23个基因，同时挑选出Indel突变基因共11个。根据NCBI网站对注释基因的转录表达分析及基因功能预测筛选出6个可能为调控粒质量性状的候选基因，其中基因Os04g0617600、Os04g0619600编码蛋白起到蛋白激酶或转录调节因子作用，Os04g0624600、Os04g0631000调控碳水化合物的合成与分解，Os04g0653100调控生物大分子的运输，同时也是花粉壁细胞的重要组成成分，Os02g0611450可能调控生物大分子的合成和细胞周期。综上，水稻粒长、粒宽、粒厚及饱满度均直接影响水稻籽粒质量，通过扫描电镜观察，灌浆速率调查从细胞水平和生理水平解释粒质量差异。通过QTL-seq结合注释基因转录表达分析及功能预测等手段可以更高效的筛选出粒质量的候选基因。水稻粒质量可能受到蛋白磷酸化、转录调节相关基因的影响。