为进一步挖掘控制水稻抗倒伏的基因，以524份水稻种质资源为材料，采用GWAS(Genome-wide association analysis)鉴定与抗倒伏性状显著关联的位点qRLG7，通过基因表达水平分析和候选基因关联分析确定调控水稻抗倒伏性的候选基因，在分析候选基因的表达特征和启动子区自然变异基础上利用CRISPRCas9技术构建2个候选基因的突变体家系，考察转基因材料的抗倒伏性状。结果显示，编码肌醇-1-单磷酸酶的2个串联排列基因LOC＿Os07g37220和LOC＿Os07g37230在离茎秆基部5 cm节间中的表达量显著高于其余候选基因，而且这2个候选基因的表达量在极端抗倒伏和易倒伏2组材料中存在极显著差异；通过候选基因关联分析发现这2个基因启动子区的SNP与离基部5 cm茎秆直径（CD5）的表型值显著关联，且基于显著关联SNP的2种单倍型的CD5表型值存在显著差异，这2个候选基因的2种单倍型启动子活性检测结果也表明2种单倍型之间存在极显著差异；2个基因的功能缺失突变体植株在基部节间抗折力、茎秆厚度、茎秆直径以及株高和穗质量等性状方面与野生型对照存在显著差异。结果表明，候选基因LOC＿Os07g37220和LOC＿Os07g37230具有一定的抗倒伏功能。

[目的]本研究旨在对水稻叶色突变体yellow-green leaf 4进行表型分析及基因定位和功能分析，探讨水稻叶绿体发育分子机制。[方法]水稻黄绿叶突变体yellow-green leaf 4（ygl4）来自粳稻品种‘中花11’化学诱变突变体库。ygl4与籼稻品种‘N22’杂交构建F_(2)分离群体用于YGL4基因定位，并对基因进行初步功能分析。[结果] 相比于野生型，ygl4在幼苗2～3叶龄出现黄绿叶症状，在6月下旬移栽大田后，黄绿叶症状加剧，甚至开始出现白化，突变性状可以一直保持到全生育期直到种子成熟。温敏性实验表明，ygl4突变体在20 ℃下表现出更严重黄化表型。透射电镜观察表明，ygl4的叶片细胞结构中出现了较多的双膜囊泡结构。基因定位显示，ygl4突变性状由一个隐性核基因LOC＿Os04g42000突变导致。该基因编码一个核黄素合成途径中的关键酶，6，7-二甲基-8-核糖醇基二氧四氢蝶啶合酶（LS），且突变体叶色表型可被外施核黄素恢复为正常表型。亚细胞定位结果显示YGL4定位于叶绿体。荧光定量RT-PCR分析表明，在突变体中，叶绿素暗反应阶段参与ALA到原叶绿素酸酯合成过程的基因表达上调。[结论]水稻LS基因通过调控植物体内核黄素合成途径，影响叶色和叶绿体发育。

【目的】抗倒伏是当前水稻育种的重要关注性状，评价种质资源抗倒伏特性对培育抗倒品种具有重要意义。【方法】以国内200份种质资源为材料，系统调查9个与水稻抗倒伏相关性状，采用形态学聚类及通径分析，评价上述种质资源抗倒伏性状的育种价值。【结果】以倒伏指数为标准，将供试材料分为高抗倒型、抗倒型和倒伏型3种类型，其中81.5%的种质资源具有较好的抗倒能力。不同抗倒类型种质资源的茎秆物理性状与倒伏指数相关系数存在明显差异。如恢复系等材料的株高、弯曲力矩和基部第2节长与倒伏指数呈极显著正相关，其中弯曲力矩与倒伏指数的相关系数最高，达0.789；而基部抗折力、鞘叶厚度与倒伏指数呈负相关，相关系数分别为-0.754~(**)和-0.659~(**)。不育系的株高和基部第2节长与倒伏指数呈极显著正相关，其中株高与倒伏指数的相关系数达0.681~(**)；基部抗折力与倒伏指数相关系数为-0.841~(**)。通径分析表明，恢复系等材料的弯曲力矩对倒伏指数为直接正向效应（Py=0.519），不育系的株高对倒伏指数呈直接正向效应（Py=0.737），双亲基部抗折力对倒伏指数均呈直接负向效应，直接通径系数分别为-0.331和-0.702。【结论】水稻抗倒伏性状是一个复合性状，不同种质资源具有不同抗倒特性，科学利用育种资源是水稻抗倒伏育种的关键。

[目的]氮元素是水稻最重要的营养元素之一，对水稻的生长和发育至关重要，因此，研究新的高效利用氮素基因将有助于水稻品种的改良。[方法]通过对117份水稻地方品种的耐低氮表型进行全基因组关联分析（GWAS）鉴定了一个水稻氮素利用相关基因OsTPP6，对野生型DongJin和OsTPP6 T-DNA插入突变体进行氮素利用相关基因的差异表达分析，不同浓度、不同时间硝酸盐响应分析，硝酸盐~(15)N吸收速率的分析，苗期和大田表型验证，籽粒表型观察、淀粉代谢相关基因差异表达分析和籽粒淀粉理化性质分析。[结果]与野生型相比，OsTPP6 T-DNA插入系与硝态氮利用相关的基因均显著上调，OsTPP6对低浓度硝酸盐有积极的响应，T-DNA插入系对硝酸根的响应要高于野生型。田间试验表明，T-DNA插入系与产量相关的性状，例如单株有效分蘖数、结实率、千粒重对氮素的响应均要高于野生型。T-DNA插入系籽粒淀粉代谢紊乱，理化性质改变，与淀粉代谢相关的基因均显著上调。[结论]OsTPP6参与硝态氮利用相关途径，影响籽粒淀粉代谢，为研究水稻高效利用氮素、籽粒品质改良提供了部分理论基础。

【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌（Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow）引起的最具破坏性的真菌病害之一，能造成蔗糖分降低10%—36%，严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域，克隆其关键候选基因，并进行功能研究，为选育抗褐锈病甘蔗新品种提供重要的候选基因资源。【方法】利用PacBio SequelⅡ测序平台获得甘蔗栽培品种ROC22的contig水平基因组信息，鉴定到抗褐锈病Bru1区域，对其进行基因注释和克隆，分析其组织特异性和抗、感褐锈病甘蔗品种中的表达模式及其在烟草叶片的亚细胞定位和瞬时表达。【结果】基于Bru1位点区域紧密连锁的标记R12H16和9O20-F4，从该区域中注释到33个基因，结合典型抗病基因结构域，共筛选获得5个候选抗病基因，分别为Brrg99、Brrg103、Brrg108、Brrg115和Brrg116。以甘蔗栽培品种ROC22的cDNA为模板，克隆获得Brrg116的全长序列729 bp，编码242个氨基酸残基。将该基因序列分别比对甘蔗热带种和割手密种及二倍体近缘种高粱的基因组数据库，发现其与热带种和割手密种的同源基因序列相似性很高，达到98%以上，而与高粱的相似性为93.77%。系统进化树揭示该基因起源甘蔗割手密种。实时荧光定量PCR检测表明，Brrg116在甘蔗栽培品种的多个组织中组成型表达，尤其是在+1叶中的表达量最高，是蔗芽的9.8倍；在褐锈病菌侵染抗、感甘蔗栽培品种的6和72 h时，呈现显著差异表达。亚细胞定位结果显示，该基因编码蛋白定位于细胞膜上。在本氏烟（Nicotiana benthamiana）叶片中瞬时过表达Brrg116，其后接种茄病镰刀菌蓝色变种，二氨基联苯胺法（3,3′-diaminobenzidine,DAB）染色逐渐加深，超敏反应相关基因、水杨酸信号和乙烯信号途径中的相关基因持续上调表达。【结论】Brrg116在甘蔗不同组织中组成型表达，且在受褐锈病菌侵染的抗病甘蔗栽培品种中呈现快速的诱导表达。此外，过表达Brrg116引发水杨酸和乙烯等激素信号通路产生防御响应，推测该基因可能在提高植物的抗病性方面发挥重要调控作用。

【目的】通过分析亲本及其杂种的遗传效应，为选育抗倒伏品种提供依据。【方法】系统评估了20个亲本的抗倒伏特性，采用不完全双列杂交(NC-Ⅱ,6×14)方法配制了84个杂交组合，考察了亲本及杂交组合在茎秆物理和解剖结构等16个抗倒伏性状上的表现，并估算了配合力和遗传参数。【结果】籼粳中间型亲本在茎秆的物理和解剖性状上均优于籼稻亲本。除基部第二节长外，其他14个性状与倒伏指数均表现出极显著的相关性。株高、基部抗折力、秆型指数、大维管束数和小维管束数对倒伏指数的直接通径系数分别为0.517、-0.566、0.189、-0.775和0.447。16个性状的广义遗传率为85.51%～99.12%,狭义遗传率为9.24%～79.04%。籼粳中间型恢复系对杂交后代的抗倒伏性状具有显著影响，而籼粳中间型不育系则能够降低后代的重心高度，提高抗折力。恢复系R105、R106、R108和不育系CS61、CS66、CS48在倒伏指数上的一般配合力为负值，而在基部抗折力、茎直径和茎壁厚上的一般配合力为正值，这使得在育种时容易选育出茎秆粗壮、基部抗折力较强的杂交后代。此外，R106、CS61和CS48在茎秆解剖性状上的一般配合力和组合特殊配合力均为正值，可有效增加后代组合的大、小维管束面积或数量。【结论】在水稻育种中，应根据亲本和组合的抗倒伏特性进行科学选配，实现优势互补，以培育出具有抗倒伏优势的籼粳杂交组合。

对11个杂交粳稻组合与其相应的12个亲本在形态、物质生产和材料力学特性方面的性状指标与倒伏指数进行相关分析。结果表明:在杂交粳稻中,与倒伏指数达到显著正相关的形态性状指标为株高和倒二节长,而倒三叶基角和其张开角则与倒伏指数呈显著负相关。材料力学指标茎基弯折与倒伏指数达到极显著负相关。在亲本品种中,与倒伏指数相关性达到显著水平的形态指标是重心高度和倒二节长,茎基弯折与倒伏指数同样为显著负相关。因此,在杂交粳稻的抗倒伏选育过程中,应适当降低株高,选择较短的倒二节长,同时也应适当的增大对倒三叶基角和张开角的选择;而在亲本品种(常规稻)中,在缩短倒二节长的前提下,适当的降低重心高度,对选育具有抗倒伏特...

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。

【目的】研究养分综合管理与寒地水稻抗倒伏性能的关系,探明提高水稻抗倒伏能力的机制。【方法】采用田间小区试验方法,设置习惯施肥、优化施肥、传统高产施肥、优化高产施肥4个处理,通过养分综合管理形成不同产量群体,测定水稻茎秆物理性状、力学特性和茎秆碳氮比等指标。【结果】习惯施肥产量为8.55t·hm-2,通过优化施肥使水稻产量提高了11.6%,基部一、二节间长度分别降低了13%和6%(P<5%),抽穗后30d的碳氮比显著增加,茎粗、茎壁厚度、叶鞘重和茎横截面积显著提高,茎秆抗折力提高,水稻倒伏指数降低了14.18%(P<5%);与习惯施肥相比,传统高产施肥产量提高了15.2%,实现了水稻高产目标。通...

随着机械化生产水平的不断提高,水稻倒伏问题已经严重影响黑龙江省水稻生产。通过配合施用钾、硅肥和化学调控剂对防止水稻倒伏进行了初步研究,以期组装集成综合防倒伏调控技术,节省水稻生产成本、提高其产量和品质。结果表明:钾肥或硅肥单独施用时防倒伏效果不理想,硅肥(500 kg/hm2)只有与高量钾肥(400 kg/hm2)混合施用时才有较好的防倒效果;30%矮壮烯效剂(1.2 L/hm2)对防倒伏有明显作用,当配合钾硅肥施用时防倒效果更好。抗倒处理降低了第1,2,3节间的长度,改善了易发生倒伏的第3节间的物理性状,增加其节间干质量和茎壁厚度。抗倒处理使每穗1,2次枝梗数增多,从而使每穗粒数增多,产量明...

【目的】研究施氮对水稻茎秆抗倒伏能力的影响及其与茎秆形态性状和力学性状的关系及其作用机理,为水稻抗倒高产栽培调控提供依据。【方法】以常规籼稻银晶软占为材料,设置4个氮水平,进行大田试验,研究施氮对水稻茎秆基部节间形态和力学性状的影响及其与倒伏指数的关系。【结果】施氮影响水稻茎秆的形态和力学性状。随着施氮量的增加,株高增加,重心上移,基部节间长度增加,节间充实度下降,抗折力和弹性模量减小,茎秆倒伏指数增加,抗倒伏能力下降。倒伏指数与株高、重心高度及基部节间长度呈正相关,而与基部节间充实度、抗折力及弹性模量呈负相关,且相关系数大多达到显著或极显著水平。倒伏指数与单位面积有效穗数和每穗总粒数呈显著或...

抗倒伏性是水稻高产或超高产育种的目标之一。本研究采用力学量化测定的方法，对３３份来自不同地区的水稻材料的倒伏指数和相关农艺性状进行了测量与分析。研究表明，不同材料各项指标均存在不同程度的差异；其中弯曲力矩和折断弯矩两项指标还受播期差异的影响，导致倒伏指数除在不同资源材料间存在差异外，也因播期而异。３３个被试的材料中在５％显著性水平上有３个品种受播期的影响极显著，分别是特青，辽星２１和ＢｏｍＢｉｌｌａ（欧洲温带粳稻）；有８个材料受播期的影响不显著，分别是Ｙ５８Ｓ，ＴＮ１，Ｒ３７９，黄华占，成恢１７７，ＴＲｉｏｍｐｈｅ（非洲温带粳稻），ｉＲ２３８（南亚籼稻）和Ｂ８０５Ｄ－ｍＲ－１６－８－３（南亚籼．．．

【目的】为了丰富和加深人们对植物叶色形成的分子机理认识,对水稻黄绿叶突变体ygl3(yellow green leaf 3)进行表型鉴定和基因克隆,阐明YGL3的分子功能,为解析YGL3调控水稻叶色形成的分子机理奠定基础。【方法】从水稻中花11 CRISPR-Cas9敲除突变体库中鉴定出2份稳定遗传的等位黄绿叶突变体,命名为ygl3-1与ygl3-2,对突变体的表型进行鉴定,测定野生型和突变体苗期的叶绿素含量,运用透射电镜观察野生型和突变体ygl3的叶绿体结构。利用实时荧光定量PCR分析YGL3的组织表达模式,并使用BioXM 2.6软件对YGL3及其同源蛋白序列进行比对,采用酵母双杂交方法筛选YGL3的互作蛋白。【结果】在苗期,与野生型相比,突变体ygl3叶片黄化,叶绿素、类胡萝卜素和总光合色素含量显著降低。透射电镜结果表明,突变体ygl3叶绿体形态异常,类囊体片层结构较少,而野生型叶绿体形态正常,类囊体片层结构排列有序。CRISPR-Cas9敲除位点鉴定结果表明,LOC_Os01g73450发生单碱基插入,导致蛋白翻译提前终止,该基因编码351个氨基酸的蛋白突变为55个氨基酸的截短蛋白。与野生型相比,LOC_Os01g73450的表达水平在突变体中显著下调。qRT-PCR结果表明YGL3在水稻根、穗、种子、叶鞘以及叶片中均有表达,且叶片中表达水平最高。YGL3编码一个质体定位的尿嘧啶核苷酸激酶。蛋白氨基酸序列比对表明YGL3蛋白在玉米、高粱、拟南芥等物种中均较为保守,与拟南芥同源蛋白氨基酸的同源性为59.4%。qRT-PCR结果表明,叶绿素合成基因(如HEMC、HEME和URO-D)在突变体ygl3中显著下调,而HEMB、HEMF和HEML等叶绿素合成基因在野生型与突变体之间无显著差异。酵母双杂交系统筛选水稻叶片酵母cDNA文库,发现YGL3与RNA编辑因子MORF8存在互作。【结论】水稻黄绿叶突变体ygl3的表型是由LOC_Os01g73450突变导致,该基因与已报道的水稻黄绿叶基因YL2/YGL8等位。YGL3在叶片中高度表达,同时YGL3与MORF8在酵母中互作。

以籼型两系不育系Y58S的窄叶突变体nrl2(1)为试验材料，对nrl2(1)突变体材料进行表型、组织学分析，发现该突变体主要表现为叶片变窄且卷曲，维管束发育异常，大、小叶脉数显著减少；遗传分析结果表明，该窄叶表型受1对隐性核基因控制；通过基因精细定位，发现NRL2(1)定位在第3染色体46 000 bp区间内；图位克隆及候选基因验证结果表明该基因是NRL2的等位基因；测序比对结果显示，突变体的第17个外显子由碱基C变为T，对应的氨基酸由谷氨酰胺变为终止密码子，造成翻译提前终止。以nrl2(1)为亲本材料，选育两系不育系，预期可选育出叶片较窄、株型紧凑、分蘖多的新型两系不育系。

以籼型两系不育系Y58S的窄叶突变体nrl2(1)为试验材料，对nrl2(1)突变体材料进行表型、组织学分析，发现该突变体主要表现为叶片变窄且卷曲，维管束发育异常，大、小叶脉数显著减少；遗传分析结果表明，该窄叶表型受1对隐性核基因控制；通过基因精细定位，发现NRL2(1)定位在第3染色体46 000 bp区间内；图位克隆及候选基因验证结果表明该基因是NRL2的等位基因；测序比对结果显示，突变体的第17个外显子由碱基C变为T，对应的氨基酸由谷氨酰胺变为终止密码子，造成翻译提前终止。以nrl2(1)为亲本材料，选育两系不育系，预期可选育出叶片较窄、株型紧凑、分蘖多的新型两系不育系。