科研产出
利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定向降低水稻落粒性
《中国农业科学 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：【目的】易落粒既不利于稻谷收获,也不适宜于水稻机械化生产。利用现阶段前沿的分子育种手段——CRISPR/Cas9技术对水稻落粒性主效基因qSH1进行定点编辑,并调查分析易落粒性状的改良效果,为创制稳产和适合机械化生产的水稻新种质奠定材料基础和探索新途径。【方法】以qSH1为靶标基因,根据CRISPR/Cas9技术原理设计靶标位点。将所设计的靶点序列在水稻参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出qSH1-T1和qSH1-T5靶标位点。化学合成靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pYLg RNA-U3、pYLg RNA-U6a载体连接构建U3-qSH1T5-g RNA、U6a-qSH1T1-g RNA表达盒,最后将2个g RNA表达盒同时连接至pYLCRISPR/Cas9表达载体中,构建pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51表达载体。利用农杆菌介导转化易落粒的籼稻品种HR1128,以潮霉素抗性为筛选标记筛选获得T0代转基因阳性植株。利用靶位点扩增测序法判断T0代转基因植株在预期靶标位点是否发生突变,并进一步分析突变类型及基因型。将靶点序列在水稻参考基因组中比对,选择与靶点序列匹配度大于或等于15 bp且3′端具有NGG的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估。利用潮霉素基因及靶点检测进一步筛选无T-DNA成分的qsh1突变植株并进一步构建qsh1突变系,并分析qsh1突变系的落粒性、qSH1的表达量及预测编码氨基酸序列。【结果】pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51载体成功地实现了对qSH1靶标位点的定点编辑。在T0代转基因阳性植株中获得7个突变单株,其中qSH1-T1和qSH1-T5靶点的突变频率分别为54.55%和63.64%,突变基因型包括纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变,突变类型包括碱基插入、碱基缺失及碱基突变。通过对T1代植株进行潮霉素基因筛选、靶位点扩增测序,结果表明,在T1代植株中Cas9载体骨架和qSH1突变位点都发生了分离,获得2种不含T-DNA成分的qsh1纯合突变株,并以此构建2个T2代qsh1纯合突变系群体(17SZ01和17SZ02)。对46株转基因阳性植株进行脱靶效应分析,发现3个潜在脱靶位点均未发生突变,表明所设计的靶标位点具有较高的特异性。通过落粒性测定分析表明,与野生型对照相比,2个qsh1纯合突变系的落粒性显著降低。进一步分析发现,2个突变系氨基酸翻译均发生改变并提前终止,同时17SZ01突变系qSH1的表达量显著降低。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻基因组进行定点编辑定向改良水稻品种落粒性,是一条高效、安全的分子改良育种策略。
关键词： CRISPR/Cas9 基因编辑 水稻 qSH1 落粒性
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施氮量对杂交水稻叶片光谱特征、SPAD值和光能拦截率关系的影响
《核农学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：为探究不同氮肥处理对两系杂交稻叶片光谱特征、叶绿素含量(SPAD)、光能拦截率之间关系的影响,本试验以全两优1号和全两优681杂交稻品种为供试材料,设置N0(0 kg·hm~(-2))、N1(150kg·hm~(-2))和N2(250 kg·hm~(-2))3个氮肥处理,研究不同氮肥施用量下杂交稻群体的光能截获率(IPAR)、SPAD和叶片光谱特性。结果表明,不同氮肥处理下水稻叶片光谱特征差异明显,全两优1号和全两优681的光谱反射率随氮肥施用量的增加在可见光范围内降低,在近红外区域增高。施氮量的增加能够提高叶片SPAD值以及光化学植被指数值(PRI),PRI与IPAR相关系数达到0.64。齐穗期的光谱参数中的差值植被指数(DVI)、垂直植被指数(PVI)与2个杂交稻品种的实际产量均呈极显著正相关,相关系数分别为0.82和0.86。综上,齐穗期水稻群体高光谱指数能够预测水稻群体IPAR以及实际产量,本研究利用高光谱数据反演水稻关键生育期内的氮素营养信息,为氮肥精确化管理,提高氮肥利用率,实现水稻高产高效提供了理论指导。
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不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究有机肥施入稻田对温室气体排放的影响,设置猪粪、鸡粪和稻草分别与化肥混施处理,利用静态箱法-气相色谱仪监测稻田甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。研究结果表明,化肥处理(CF)CH_4季节排放为202.1、279.9和332.5 kg/hm~2,与猪粪(PM)无显性差异,明显低于鸡粪(CM)和稻草(RS)处理;CF处理N_2O排放总量最高,与有机肥处理无显著性差异;CH_4季节排放通量与土壤Eh值呈极显著负相关关系,与土壤温度呈极显著正相关关系;肥料中不同活性有机碳质量分数为18.4~114.5 g/kg,肥料中被167 mmol/L高锰酸钾氧化的有机碳(ROC167)与稻田CH_4排放总量呈显著正相关关系(相关系数为0.872,P<0.05);施有机肥第三年水稻平均产量比CF处理增加14.3%(P<0.05);不同有机肥中,以PM处理的增温潜势和温室气体排放强度最小,与不施肥和CF处理无显著性差异,猪粪的ROC167含量低,能较好的协调环境与产量之间关系,是值得推荐的有机肥种类。
关键词： 土壤 温室气体 甲烷 有机肥 稻田 氧化亚氮 Eh值
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镉污染稻田水分调控与石灰耦合的季节性休耕修复效应（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2018
摘要：以镉(Cd)污染稻田为对象,研究休耕期间采用水分管理和施用石灰组合措施对土壤理化性状,及复耕后水稻产量和稻米Cd含量的影响。结果表明,与干旱处理相比,休耕淹水处理的土壤p H值下降,土壤有机质和阳离子交换量分布提高了,并降低了土壤有效态镉和稻米镉含量;干旱或淹水休耕,水稻产量均增加;施用石灰显著降低了稻米镉含量,其作用效果随石灰用量的增加呈线性增加趋势,每施用石灰1 000 kg/hm~2的土壤p H值提高0.24个单位、土壤有效态Cd含量降低0.007 5 mg/kg;干旱休耕时,晚稻降低稻米Cd含量效果最佳的石灰施用量为5 120kg/hm~2,稻米Cd含量为0.12 mg/kg;淹水休耕时,晚稻降低稻米Cd含量效果最佳的石灰施用量为4636 kg/hm~2,稻米Cd含量为0.10 mg/kg,总体结果表明,镉污染稻田采取淹水+石灰的休耕模式更有利于降低复耕后稻米Cd含量。
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长期施肥对双季稻区水稻植株养分积累与转运的影响
《生态环境学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：长期施肥是影响稻田土壤理化特性,进而影响水稻(Oryza sativa L.)生长发育的重要农艺措施。研究不同施肥模式对双季稻区水稻植株干物质和养分积累与分配的影响,对于选择养分高效利用施肥模式具有重要的实际意义。以湖南宁乡长期大田定位试验为平台,应用常规实验分析方法系统分析了定位长达31年化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+化肥(LOM)、60%有机肥+化肥(HOM)和无肥对照(CK)5种施肥处理对水稻各部位干物质和氮、磷、钾积累与分配的影响。结果表明,早稻和晚稻成熟期,各施肥处理水稻植株各部位的干物质积累量、茎和叶物质转运率及茎叶物质贡献率均高于CK处理;植株抽穗后物质同化贡献率均高于CK处理,其大小顺序表现为RF>HOM>LOM>MF>CK。早稻成熟期,HOM处理茎、叶、穗和地上部分氮、磷和钾素积累量均显著高于MF和CK处理(P<0.05),其中氮素积累量分别比CK处理增加了11.61、14.38、45.20和71.19 kg·hm~(-2);磷素积累量分别比CK处理增加了2.42、1.64、13.83和17.89 kg·hm~(-2);钾素积累量分别比CK处理增加了35.34、9.78、15.12和60.24 kg·hm~(-2)。晚稻成熟期,RF处理茎、叶氮素积累量均显著高于LOM和CK处理(P<0.05),分别比CK处理增加了6.91 kg·hm~(-2)和9.38 kg·hm~(-2);HOM处理茎、叶、穗和地上部分的磷和钾素积累量均显著高于MF、RF、LOM和CK处理(P<0.05),磷素积累量分别比CK处理增加了2.55、1.39、10.56和14.50 kg·hm~(-2);钾素积累量分别比CK处理增加了43.84、7.35、7.77和58.96 kg·hm~(-2)。总体而言,长期施肥均增加了水稻各部位干物质和养分积累并促进养分向穗部转运,其中以秸秆还田、有机肥配施化肥措施最有利于提高水稻群体干物质和养分积累与转运。
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水稻Cu/Zn-SOD基因的克隆、表达及生物信息学分析
《分子植物育种 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：为了探究水稻铜锌超氧化物岐化酶基因(OsCu/Zn-SOD)的功能,以水稻品种日本晴(Oryza sativa japonica)为材料,采用同源克隆法获得OsCu/Zn-SOD,并对其进行表达及生物信息学分析。结果表明,OsCu/Zn-SOD基因cDNA序列为606 bp,编码152个氨基酸,CDS区459 bp,碱基组成A为22.7%、T为24.4%、G为29.4%、C为23.5%。OsCu/Zn-SOD蛋白表现为弱酸性,且稳定、亲水;二级结构中以无规则卷曲和延伸链结构为主,三级结构同源建模成功,主要是螺旋和转角;亚细胞定位OsCu/Zn-SOD主要分布在细胞质中,推测可能在翻译、运输结合和能量代谢过程中发挥重要作用,无跨膜结构域,无信号肽;该蛋白序列中存在8个丝氨酸磷酸化,4个苏氨酸磷酸化位点。进化分析表明,克隆的OsCu/Zn-SOD氨基酸序列与玉米、短柄草的同源关系较近,具有较高的保守性,与小立碗藓的同源关系较远。RT-PCR分析表明,OsCu/Zn-SOD基因在各组织中均有表达,水稻孕穗期中茎的表达最高,其次分别为叶和穗,根中表达量最低。本研究为进一步研究OsCu/Zn-SOD在水稻抗逆中的作用提供了重要的帮助。
关键词： 水稻 铜锌超氧化物岐化酶基因 克隆 表达 生物信息学分析
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稻螟赤眼蜂生物防治水稻主要害虫的研究（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2018
摘要：以稻螟赤眼蜂为材料,通过生物防治和化学防治相结合的方法进行了水稻二化螟和稻纵卷叶螟的田间防治试验,考察了不同防治方式对水稻主要虫害、天敌及产量的影响。结果表明:稻螟赤眼蜂对二化螟卵和稻纵卷叶螟卵的寄生率分别为60.3%和57.1%;释放稻螟赤眼对二化螟和稻纵卷叶螟的相对防效分别为70.8%和91.9%,其中单独释放稻螟赤眼蜂对稻纵卷叶螟的防效比二化螟高。同时,释放稻螟赤眼蜂对水稻主要害虫的防效与化学防治相当,赤眼蜂释放区的产量比对照增加26.5%,蜘蛛等天敌生物显著增多,达400只/百蔸以上,实现了天敌生物对水稻主要害虫的持续防控。
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不同水稻土对双季稻光合特性及产量的影响
《湖南农业大学学报(自然科学版) 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：以湘早籼45号为早稻材料、丰源优299为晚稻材料,在马铃薯–双季稻种植模式下,研究麻沙泥、灰泥、紫泥、红黄泥、黄泥、河沙泥6种不同水稻土对双季稻光合特性及产量的影响。结果表明:成熟期,河沙泥处理早稻叶片的SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率较高;河沙泥处理早稻的产量较高,3年平均产量为6 806.49kg/hm~2,显著高于紫泥田(6 210.70 kg/hm~2),但与其他处理的差异不明显;各处理3年晚稻的平均产量差异不明显;各处理双季稻的总产量为13 432.91~14 838.89 kg/hm~2,最高的是河沙泥处理,最低的是紫泥田处理,2处理之间的差异达显著水平。
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混植法鉴定镉低积累水稻品种初探
《湖南农业科学 》 2018
摘要：研究以早、晚稻各4个品种为材料,以区试方法为对照,设计了品种两两混植的单行法和半行法进行验证评价。结果表明:区试鉴定早、晚稻4个品种镉积累特性比较分别为E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2,相同品种间数据重复性仅为16.67%;混植法早稻鉴定结果半行法与单行法一致,镉积累特性大小为E2>E1>E3>E4,相同品种间数据重复性仅为20.83%;混植法晚稻鉴定结果半行法与单行法一致,镉积累特性大小为L4>L1>L3>L2,相同品种间数据重复性仅为12.5%;区试结果与混植法结果存在差异。田间微小环境差异严重影响水稻镉积累评价,同一片大田中同一品种不同重复处理检测结果之间重复性差,国家水稻品种区试及生产试验实施方案鉴定镉低积累水稻品种有一定局限,镉积累特性的评价应建立在细化试验单元、加密对照、就近比较的原则上。
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冬季覆盖作物秸秆还田对双季稻田根际土壤微生物群落功能多样性的影响（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2018
摘要：微生物群落功能多样性是土壤质量变化重要的指标,不同作物类型的秸秆还田措施对土壤微生物群落功能多样性具有明显的影响。以位于双季稻主产区不同冬季覆盖作物-双季稻种植模式大田定位试验田为研究对象,以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),应用BiologGN技术开展黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、油菜-双季稻(Ra)和马铃薯-双季稻(Po)种植模式条件下不同冬季覆盖作物秸秆还田后对双季稻田根际土壤微生物功能多样性影响的研究。研究结果表明,早稻和晚稻成熟期,与CK处理相比,冬季覆盖作物秸秆还田处理增加了稻田土壤碳源平均颜色变化率(AWCD),以Po处理AWCD均为最高,均显著高于Ry和CK处理。不同冬季覆盖作物秸秆还田处理土壤微生物代谢多样性指数表现出明显的差异,早稻成熟期,Po处理的Richness、Shannon和McIntosh指数均为最高,其次为Ry、Mv和Ra处理,CK处理最低;晚稻成熟期,各处理的Richness、 Shannon和McIntosh指数大小顺序均表现为Po>Ra>Mv>Ry>CK。土壤微生物碳源利用的主成分分析结果表明,各冬季覆盖作物秸秆还田处理根际土壤微生物利用的主要碳源为氨基酸类和糖类物质,不同处理间碳源利用类型有差异。冬季覆盖作物秸秆还田措施有利于提高双季稻田根际土壤微生物对碳源的利用能力、物种丰富度和均匀度。
关键词： 水稻 冬季覆盖作物 双季稻田 根际土壤 群落功能多样性
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