科研产出
多突变类型低镉香型抗稻瘟病水稻新种质的创制
《杂交水稻 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：OsNramp5基因调控水稻镉的吸收及转运，对培育低镉水稻新品种有重要应用价值。以香型抗稻瘟病籼稻材料N5为受体，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，对OsNramp5基因的第9、10和13外显子进行敲除，创制了无外源基因成分的第9外显子碱基缺失突变体N9-1、N9-2及碱基插入突变体N9-3，第10外显子碱基插入突变体N10-1和第13外显子碱基缺失突变体N13-1。在土壤全镉含量为1.00±0.02 mg/kg、pH值5.6的试验田中，各突变体糙米镉含量比野生型下降了97.60%～98.08%，显著低于国家标准糙米限量指标0.20mg/kg，且突变体之间无显著性差异；各突变体的株高、单株有效穗数、千粒重、产量等主要农艺性状与野生型无显著差异。创制了多种突变类型的低镉、香型、抗稻瘟病籼稻新材料，为培育低镉水稻新品种提供了技术支撑和材料基础。
关键词： 水稻 低镉 CRISPR/Cas9技术 基因编辑 OsNramp5基因 突变体 新种质
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昆虫病原线虫优势品系筛选及其对水稻二化螟的防效研究
《杂交水稻 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：为探索稻田二化螟幼虫绿色防控新技术，开展了昆虫病原线虫品系收集和筛选、形态鉴定和分子鉴定、适宜水分管理模式以及大田防效等试验。结果表明，昆虫病原线虫XC-3和XC-4品系对二化螟3龄幼虫致死率较高，幼虫死亡率分别为68.5%、86.5%。经形态和分子鉴定，初步判定XC-3属于长尾斯氏线虫，XC-4属于小卷蛾斯氏线虫。昆虫病原线虫XC-4品系在移栽后35d内采用湿润和浅水管理模式，对二化螟幼虫的致死率高，幼虫死亡率分别为72.9%、64.4%。在大田二化螟发生高峰期（水稻分蘖盛期），喷施昆虫病原线虫XC-4品系的生物防治处理为害株率仅为2.57%，比化学防治对照显著降低2.1个百分点，说明喷施昆虫病原线虫XC-4对大田二化螟幼虫的防治效果优于化学防治。
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水稻中金属元素转运机理与相关转运蛋白研究进展
《中国稻米 》 2025
摘要：锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）作为植物体内不可或缺的金属元素，在整个植物生命周期中扮演着广泛且至关重要的角色。植物在摄取这些必需金属元素的同时，也可能吸收一些对植物有害的重金属元素，如镉（Cd）。Cd常利用Fe、Zn、Mn等必需元素的转运途径侵入植物体内，且易于在植物体内迁移，通过占据必需元素在蛋白质中的功能位点而显现其毒性，因此被视为研究非必需元素在植物体内吸收与转运模式的代表性元素。研究在Cd含量超标条件下，水稻对必需金属元素（如Zn、Fe）的吸收与转运分子机制，对于培育出既富含Zn、Fe等高营养元素又低Cd积累的水稻品种具有重要意义。本文在综述必需和非必需金属元素对水稻生长发育影响的基础上，综述了水稻对金属元素吸收和转运的机理（包括转运蛋白），整理总结了其中起关键作用的相关基因，旨在为克隆与利用这些基因提供一定参考。
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水稻苗期根和叶镉积累相关QTL分析
《作物研究 》 2025
摘要：研究水稻金属元素吸收、转运的分子机制，挖掘水稻镉(Cd)吸收、转运相关的QTL位点，对解析水稻金属元素积累的遗传机制，培育优良低镉水稻品种具有重要意义。本研究以镉高积累籼稻Kasalath和镉低积累籼稻R2292为亲本构建的稳定重组自交系群体(RIL)为材料，在水培条件下，经镉胁迫处理后，检测群体株系植株(根和叶两部分)的金属元素(Cd、Zn、Mn、Cu、Fe)含量，利用完备区间作图法(ICIM-ADD)进行不同金属元素含量QTL定位。结果显示：共检测到2个Cd吸收转运相关QTL、1个Fe吸收转运相关QTL、4个Mn吸收转运相关QTL、3个叶根比相关QTL、1个叶长相关QTL及3个根长相关QTL。本研究为解析水稻Cd积累的遗传调控机制提供了重要理论依据，并为后续培育低Cd水稻品种提供参考。
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水稻低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3的克隆与功能研究
《生物技术通报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：【目的】部分稻米镉超标严重影响我国粮食质量安全，本研究旨在鉴定对稻米镉积累有调控作用的基因，为阻控稻米镉积累提供新的基因资源。【方法】通过逆转录PCR和RACE技术，克隆了水稻低亲和性阳离子转运蛋白基因家族的一个新成员OsLCT3。通过生物信息学方法对OsLCT3的自然变异进行分析，对OsLCT3蛋白的理化性质进行预测；利用实时荧光定量PCR分析其全生育期表达模式及对镉、锰、铁胁迫的响应；采用融合报告基因定位法探究OsLCT3的亚细胞定位。通过苗期镉胁迫水培以及镉污染土壤的成熟期植株各部位的镉及二价矿质金属元素测定，分析敲除OsLCT3对水稻二价阳离子运输的影响。此外，通过酵母细胞的异源功能互补验证OsLCT3对酵母镉耐受性的影响。【结果】OsLCT3仅存在于部分水稻品种中，编码区全长1 263 bp，根据编码区变异其氨基酸序列可划分为5个单倍型，编码的蛋白具有12个跨膜结构域，与小麦、节节麦的LCT亲缘关系较近，与水稻OsLCT2的同源性仅52%，与籼稻、粳稻两个亚种OsLCT1的同源性分别为49%、47%。OsLCT3在生长发育的各时期均在根部高表达，在扬花期的表达最高，且在根部的表达受镉胁迫及过量铁、锰的抑制，蛋白定位于质膜。与野生型相比，oslct3敲除系苗期株高降低，地上部的镉、铁、锌含量降低，根部铁含量升高，其他元素含量不变；根部镉、铁、锌向地上部的转运率降低。大田条件下，oslct3敲除系成熟期的茎叶和糙米镉含量较野生型均显著下降，稻草和糙米锰、铜、铁、锌含量较对照无显著差异。表达OsLCT3导致酵母对镉胁迫更敏感。【结论】OsLCT3参与根部的镉、铁、锌向地上部的运输，正调控稻米镉积累。
关键词： 水稻 OsLCT3 镉转运 铁转运 锌转运 金属转运蛋白
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水稻糖苷水解酶基因OsINV3影响花粉育性的研究
《杂交水稻 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：花粉育性是水稻生殖发育中的重要性状，直接影响水稻的产量。本研究鉴定到一个包含Glyco＿32核心结构域的糖苷水解酶编码基因OsINV3。通过实时定量PCR对OsINV3的时空表达模式分析发现，该基因在穗发育各阶段均有表达且在幼穗分化第6期具有较高的表达水平。通过亚细胞定位分析，发现OsINV3定位于细胞质。利用CRISPR/Cas9技术获得了粳稻9522和籼稻五山丝苗背景下的功能缺失突变体952201590-1和952201590-2、WSSM01590-1和WSSM01590-2。通过对表型分析及农艺性状统计发现，2种不同背景的突变体材料均表现为株高矮化、花粉育性下降、结实率降低。进一步分析发现，不同背景的突变材料，对育性下降的程度存在差异，在籼稻五山丝苗背景下，OsINV3的功能缺失导致花粉完全败育。通过半薄切片超显微观察发现，OsINV3的功能缺陷导致花药壁和小孢子发育异常。本研究为水稻花药发育提供新的研究思路，为水稻遗传育种提供遗传材料。
关键词： 水稻 花粉育性 OsINV3基因 糖苷水解酶 CRISPR/Cas9
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水稻DUF1771基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析
《农业生物技术学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：未知功能结构域1771(domain of unknown function 1771,DUF1771)基因家族是植物中一个功能未被鉴定的家族.本研究通过生物信息学技术在水稻(Oryza sativa)中鉴定了5个DUF1771家族成员,与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中鉴定到的4个DUF1771家族成员进行系统进化树分析,9个DUF1771家族成员可分为2个亚族,保守基序分析发现motif 1和motif 2在所有的DUF1771家族成员中存在.5个OsDUF1771基因家族成员的启动子中与各类胁迫响应和激素响应相关的顺式作用元件整体相对较少,以OsDUF1771-1为最少.实时荧光定量PCR分析显示,OsDUF1771家族成员在各类激素处理前后水稻中的表达水平变化幅度整体上不大.在低温、干旱和稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)处理水稻时,OsDUF1771-1,2,3,5虽然有一些响应变化,但变化幅度亦不大,OsDUF1771-4对低温处理具有相对最大的响应,在处理12h的表达水平是未处理样品的4.54倍.在4个OsDUF1771家族成员的启动子中均发现了种子储存蛋白代谢调控相关元件O2-site,仅OsDUF1771-1的启动子中未发现此元件,这与各成员的组织表达谱检测结果相吻合,OsDUF1771-2,3,4,5均在穗中具有最高的表达水平,而OsDUF1771-1在叶中具有最高的表达水平,且OsDUF1771-1编码蛋白预测定位于叶绿体.此外OsDUF1771-3的启动子中还含有胚乳特异表达元件GCN4-motif,进一步说明OsDUF1771-3在水稻种子的胚乳储存蛋白代谢中发挥功能,本研究为深入解析OsDUF1771家族成员的生物学功能提供了重要线索.
关键词： 水稻 未知功能结构域1771(DUF1771)基因家族 进化分析 表达谱分析
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化肥减氮配施对洞庭湖区双季稻产量和田面水氮磷流失风险的影响
《中国水稻科学 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：[目的]探究化学氮肥减量配施稳定水稻产量,提高氮肥利用率,减少氮磷流失风险,为洞庭湖双季稻区化肥减量施用提供科学依据.[方法]采用大田小区试验,设置不施氮肥(CK)、常规施肥(CF)、减氮20%配施硼硅肥(0.8CF+B/Si)、有机肥替代20%化学氮肥(0.8CF+0.2OM)、有机肥替代20%化学氮肥配施氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+N-serve)、有机肥替代20%化学氮肥配施硼硅肥和氮肥增效剂(0.8CF+0.2OM+B/Si+N-serve)共6个处理,研究化肥减氮配施对双季稻产量、氮肥利用率和田面水氮磷流失风险的影响.[结果]有机肥替代处理早稻产量较CF均有一定下降,而晚稻产量提高2.02%~5.03%.田面水中总氮、铵态氮、硝态氮浓度随着氮肥施用量的增加而上升,氮素流失风险也增大.与CF处理相比,化肥减氮配施处理早晚稻季田面水总氮、铵态氮和硝态氮浓度分别降低8.08%~35.05%、5.88%~34.22%和5.02%~18.06%,有效降低田面水氮素流失风险,其中以0.8CF+0.2OM+N-serve处理效果最好.施氮肥后一周是氮素流失的高风险时期,随后各处理田面水氮素浓度差异变小且流失风险降低.不施氮肥处理的早、晚稻田面水磷素浓度低于其他处理,而配施硼硅肥处理高于其他处理,田面水中磷素的流失风险增大.此外,配施有机肥、氮肥增效剂对磷素减排效果不明显.施磷肥后9 d左右是磷素流失的关键时期,之后各处理磷素浓度趋于一致且变化平稳.[结论]有机肥替代氮肥对双季稻增产存在一定滞后性;氮肥增效剂与有机肥同时施用会削弱其延缓氮肥转化的效果,影响养分吸收.化肥减氮配施是降低双季稻田面水氮素流失的有效方法,但配施硼硅肥会提高田面水磷素含量,应根据田间水肥管理酌情施用.
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S-诱抗素对不同盐胁迫下水稻生理特性及产量的影响
《核农学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为探讨S-诱抗素（S-ABA）对调控水稻（Oryza sativa L.）应对逆境胁迫、促进作物逆境生长的作用，以湘两优900为试验材料，在两叶一心及分蘖盛期喷施0.03 mg·L-1 S-ABA（稀释1 000倍），于三叶一心和移栽后返青第5天进行0（CK）、0.3%（N1）和0.6%（N2）NaCl胁迫处理，分析S-ABA对不同生育时期（分蘖期、拔节期和抽穗期）盐胁迫下水稻表型和生理特性的影响。结果表明，盐胁迫抑制水稻植株生长，且抑制效果随盐浓度的增加和生育期的延长而增强；与对照（CK）相比，N1、N2处理抑制各生育期光合作用，使各生育期内抗氧化酶活性显著升高，丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）和可溶性蛋白含量增加，并提高了非酶促抗氧化物质含量；与CK相比，N1、N2处理分别减产21.09%和55.16%；叶面喷施SN1（S-ABA+0.3%NaCl）和SN2（S-ABA+0.6%NaCl）能促进盐胁迫下水稻植株生长，提高各生育期内的光合能力和叶绿素含量，进一步增强各生育时期内的抗氧化物酶活性、非酶促抗氧化物质含量和可溶性蛋白含量，抑制活性氧积累，降低MDA和H2O2含量，SN1较N1、SN2较N2处理分别增产37.47%和70.18%。综上所述，叶面喷施S-ABA可通过增强各生育时期内的光合特性、抗氧化水平和渗透调节能力来有效缓解水稻盐害，最终实现盐胁迫下水稻增产。本研究结果为水稻耐盐性研究及提高盐胁迫下水稻产量提供了理论指导。
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硅肥等量施用对土壤砷赋存形态和水稻吸收砷的影响
《环境科学研究 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为研究施用不同种类硅肥对土壤砷(As)的生物有效性和不同生育期水稻As含量的影响,采用含钾(Si1),含钙、镁(Si2),含钙、镁和钾(Si3),含钙、镁和铁(Si4),以及水溶性硅肥(Si5)共 5 种不同种类相同用量的硅肥(SiO2 用量为 225 kg/hm2)开展田间小区实验,分析水稻不同生育期水稻As含量和土壤As含量.结果表明:①Si4 和Si5 处理降低糙米As含量的效果较好,分别比CK处理显著降低 31.3%(P<0.05)和 27.6%(P<0.05).②施用硅肥,水稻分蘖期和拔节期根表铁膜Fe(DCB-Fe)含量高于CK处理,灌浆期和成熟期DCB-Fe含量低于CK处理;施用硅肥处理水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期的DCB-As含量均降低,分别比CK处理降低10.0%、27.0%、20.0%和29.5%.③施用硅肥条件下,与CK处理相比,水稻成熟期土壤非专性吸附态As(Nas-As)、结合态As(Al-As)和残渣态As(Res-As)的含量平均分别降低 15.8%、9.8%和 10.2%,铁结合态As(Fe-As)含量提高 33.0%.④水稻成熟期,根系As含量和土壤有效态As含量影响稻米对As的吸收,土壤有效态硅含量影响水稻根系对As的吸收;整个生育期,水稻根表铁膜As和Fe显著影响水稻根系对As的吸收.施用硅肥条件下,土壤有效态Si含量提高,有效态As含量降低,Fe-As含量增加,成熟期水稻DCB-As含量降低,水稻植株对As的吸收量减少.研究显示,相同用量的硅肥中,硅的有效性高或添加铁素,对降低水稻吸收As的效果更好,可为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.
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