生命科学研究

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梁满中, 王锋, 殷小林, 肖翡翠, 张聪枝, 高琴梅, 刘伟浩, 胡舒畅, 陈良碧

生命科学研究. 2021, 25(5): 377-385.

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摘要: 雄性不育性是植物界存在的普遍现象, 雄性不育系在水稻杂种优势利用中起着重要作用。我国水稻杂种优势的利用经历了“三系法”“两系法”和“第三代”杂交水稻的发展历程, 该历程的实质就是水稻雄性不育系种子生产技术体系的发展。本文综述了细胞质雄性不育系、两用核不育系和隐性核不育系在我国水稻杂种优势利用中的研究进展, 展望了水稻雄性不育系在水稻杂种优势利用的发展前景, 以期为我国杂交水稻的创新发展提供参考。

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超级稻超高产形成的光合机制研究进展

徐孟亮, 丁绿萍, 罗佳, 徐甜甜, 吴合周

生命科学研究. 2021, 25(5): 386-392.

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摘要: 超级稻的研究与应用为保障粮食安全作出了重要贡献。近几十年来, 国内外对超级稻超高产形成的光合机制进行了系统深入研究, 在超级稻光合株型特征与光合生理特性研究等方面取得重要进展, 促进了超级稻的育种与栽培。然而, 目前的研究也存在明显不足, 如: 对新一代超级稻超优1000等材料的光合研究很少, 对超级稻群体的光合及逆境下的光合研究相对较少, 对超级稻光合同化物的配置与转运特点研究不多, 等等。未来需要弥补这些方面的不足, 以增进对超级稻超高产形成的光合机制认识, 更好地为超级稻的育种与栽培服务。

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双高低温敏核不育水稻的鉴定和应用研究

张霖, 刘艳, 刘欢, 向志攀, 陈依君, 陈慧玲, 戴小军, 毛丹丹, 梁满中, 陈良碧

生命科学研究. 2021, 25(5): 393-399.

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摘要: 低温敏核不育系是一类具有低温不育、高温可育特点的杂交水稻育种资源, 即利用自然高温繁殖不育系, 利用自然较低温度进行杂交制种。目前这类不育系一直没有大面积应用, 其主要原因是有关低温敏核不育系的鉴定标准、应用技术体系还不完善, 调控花粉不育的分子机制还不清楚。本研究以安全制种和高产繁殖不育系为主要目标开展相关的基础理论和技术探讨, 首次提出“双高”低温敏核不育水稻的技术标准: 花粉不育的临界温度高(≥28 ℃), 高温(≥32℃水温或自然日均温32 ℃)条件下结实率高(≥60%); 以及鉴定双高低温敏核不育系的方法: 在不育系发育进入花粉母细胞时, 在恒温28 ℃的循环水条件下处理幼穗15 d, 镜检花粉不育度达99.9%的材料为花粉不育临界温度高的不育系; 在不育系发育进入花粉母细胞时, 在恒温32 ℃的循环水条件下处理幼穗15 d (或自然日均温32 ℃连续6 d), 结实率60%以上为耐高温不育系。D3-1S为双高低温敏核不育系, 根据双高低温敏核不育系的温度指标和我国水稻主栽区的自然温度变化规律, 初步确定低温敏核不育系的安全杂交制种区域和繁殖区域。本研究旨在促进低温敏核不育水稻的研究与应用。

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不同水稻花粉育性耐高温的差异比较研究

王思瑶, 田清源, 张林安, 李佳馨, 郭沙沙, 毛丹丹, 陈良碧

生命科学研究. 2021, 25(5): 400-405.

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摘要: 长江中下游一季稻的花粉发育和授粉受精极易受到盛夏高温的危害, 是导致一季稻产量不稳定的主要自然因素。选育花粉发育耐高温的品种是提高一季稻稳产性的关键。本研究对190份水稻材料在高温条件下的花粉育性进行了比较, 结果显示: MZQA8和MCQA2等花粉可染率高于80%、结实率高于70%的耐高温材料有36个; 部分花粉染败、结实率比正常条件下低15%的高温敏感材料135个; 花粉完全败育、结实率为0的高温极敏感材料19个, 其中典败不育材料4个, 无粉型不育材料15个。对响应高温表达且不利于花粉发育的UbL40基因的表达进行比较发现, 在高温条件下耐高温水稻材料的花药中UbL401、UbL402b和UbL404c的相对表达水平明显低于不耐高温材料。本研究筛选出的花粉发育耐高温的MZQA8和MCQA2等材料可作为长江中下游一季稻耐高温育种的资源。UbL401、UbL402b和UbL404c在高温条件下的表达水平相对较低可能是水稻花粉发育耐高温的重要分子机制。

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种子活力或抗老化能力的分子机制研究进展

姜孝成, 周诗琪

生命科学研究. 2021, 25(5): 406-416.

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摘要: 种子代表高等植物生活史中的一个重要时期, 也是种质多样性资源保存的重要载体。种子在贮藏过程中的老化是不可避免的, 了解种子活力或抗老化能力的分子机制对于农业生产具有重要意义。本文对数量性状位点分子标记技术、全基因组关联分析、组学技术和基因工程等在种子活力或抗老化能力的分子机制方面的研究进展进行了综述, 以期为通过分子设计育种技术改良种子的活力或抗老化能力提供理论指导。

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水稻种子耐淹特性研究

陈依, 彭归艳, 伍艳, 王思瑶, 赵婉玲, 刘敏, 陈慧玲, 陈良碧

生命科学研究. 2021, 25(5): 417-424.

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摘要: 水稻直播的面积虽然呈逐年增加的趋势, 但产量不稳定, 其主要原因是水稻种子不耐淹导致直播种子成苗率低。本研究以445份水稻种子为材料, 通过大田淹水和量筒淹深水两种模式开展水稻种子发芽和苗期的耐淹特性比较, 筛选耐淹水稻品种。结果表明, 在大田淹水处理条件下, 不同水稻种子耐淹特性差异明显, 根据相对成苗率可分为耐淹、较耐淹、较敏感和极敏感4种类型, 相对成苗率大于50.00 %的耐淹材料有Kang116、4249H、D204、WJGA26等21份, 相对成苗率为30.01%~50.00%的较耐淹材料有You6-4、WJGD30、D156、KangBai-7等172份, 相对成苗率为10.00%~30.00%的淹水较敏感材料有HanYan111、NY5、Huang8-26、12-2等185份, 相对成苗率小于10.00%的淹水极敏感材料有Yue51、W56、18Yue368、Yue-62等77份; 在量筒模拟淹深水条件下, 水稻材料主要为耐淹和敏感两种表型, 耐淹水稻的根和叶发育基本正常, 敏感水稻的胚芽鞘极度伸长, 根和叶生长完全被抑制。本实验筛选出了在淹水条件下成苗率高的水稻资源, 对这些资源的进一步研究与应用将促进水稻淹水直播栽培技术的发展, 这不仅有利于提高直播水稻的成苗率和产量的稳定性, 还有利于免施或减少稻田除草剂。

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我国油茶资源研究与开发利用现状及展望

陈丰林, 谢海, 游昌乔, 蒋帅, 彭果, 周苹, 郭新红

生命科学研究. 2021, 25(5): 425-431.

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摘要: 本文主要从茶油主要成分及质量评价体系、生物和非生物胁迫对油茶生长的影响及应对措施、品种选育及栽培、油茶油脂生物合成途径调控、油茶的资源化利用等方面进行了综述。植物激素是植物生长发育过程中不可缺少的物质, 研究植物激素在油茶生长发育和油脂合成过程中的作用, 开发安全高效的刺激剂, 对油茶的丰产育种具有重要意义。生物菌肥能调节植物生长, 增加作物产量。多功能生物菌肥的开发和利用, 将提高油茶产量。将构建油茶遗传转化体系与多组学分析技术相结合, 研究油茶油脂合成代谢途径, 可以为油茶分子育种提供新思路。

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水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望

李东屏, 郝小花, 陈良碧, 田连福

生命科学研究. 2021, 25(5): 432-441.

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摘要: 稻田重金属镉污染导致生产的稻米有不同程度的镉积累, 长期食用镉污染的稻米危害人体健康甚至致病。因此, 研究水稻镉积累的遗传调控机制, 培育低镉积累水稻品种, 具有重要的理论意义和应用价值。水稻吸收、转运和积累镉的特性存在遗传多样性。近年来, 有关水稻吸收和转运镉的遗传调控机制研究取得较大进展, 人们鉴定出了多个相关的QTLs、转运体及调控因子, 发现了OsNRAMP5基因在水稻吸镉中的关键作用及在低镉育种中的应用潜力; 同时, 在开发低镉分子标记基础上的分子聚合育种、低镉水稻种质资源培育方面也取得一定成效。本文综述了水稻吸收、转运和积累镉的遗传调控及低镉育种的研究进展, 并对水稻低镉分子聚合育种的前景进行了展望。

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植物镁离子转运及镁胁迫响应机制研究进展

陈良碧, 蔡丹, 张林安, 宋绍文, 罗璇, 陈依君, 李俊峰, 许涛, 毛丹丹

生命科学研究. 2021, 25(5): 442-447.

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摘要: 镁离子是植物生长发育所必需的矿质元素, 参与植物光合作用、碳水化合物代谢等一系列生理生化反应。缺镁严重影响植物生长发育及作物产量和品质。植物细胞中镁含量过高也会抑制植物生长, 导致植株产生镁中毒症状。因此, 植物细胞中镁离子动态平衡对于维持植物正常生长发育极其重要。植物细胞中镁离子动态平衡由定位于细胞膜及不同细胞器膜的镁离子转运蛋白介导。迄今为止, 有关植物镁离子吸收和转运以及植物响应镁胁迫的分子机制取得了一定进展。本文从镁离子的生理功能、镁离子转运、信号转导等方面阐述植物镁离子转运以及应答镁营养胁迫的研究进展, 以期推动植物镁离子转运及镁胁迫机制的研究。

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不同化学试剂和镉钝化肥料对水稻吸镉影响的研究

罗玉萍, 曾丽, 彭燕, 刘赛, 梁满中, 陈良碧, 戴小军

生命科学研究. 2021, 25(5): 448-454.

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摘要: 镉(cadmium, Cd)污染水稻田的综合防治对保障粮食品质安全非常重要, 但目前生产上的降镉产品对水稻吸收镉的影响缺乏深入研究和系统评价。本研究以9311、湘晚籼12号等7个吸镉能力不同的水稻品种为材料, 研究了镉离子亲和度不同的化学试剂和各种镉钝化肥料对水稻吸镉的影响, 结果表明: EDTANa2能显著降低水稻幼苗对镉的吸收, 土壤调理剂可以降低水稻幼苗对镉的吸收, 不同镉钝化肥料都能减少水稻幼苗地上部分对镉的吸收和积累, 但对根的影响具有差异; 高镉土壤中, 土壤调理剂、金无踪和EDTANa2可显著降低水稻各器官的镉含量, 而NH4Cl和CH3COONH4导致水稻各器官镉含量增加。该研究结果为降镉相关的技术研究和生产应用提供了理论依据和技术支持。

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生物传感检测独脚金内酯的研究与展望

方园, 姚瑞枫

生命科学研究. 2021, 25(5): 455-462.

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摘要: 独脚金内酯(strigolactones, SLs)是一类重要的植物激素和根际信号分子, 在植物生长发育、根际真菌共生和寄生植物种子萌发等过程中都有重要作用。进一步探究SL的合成、运输和感知机制、调控植物生长发育的机理、与其他植物激素的交互作用及其类似物鉴定等, 都需要定量检测方法学的辅助。目前, 灵敏且高特异性的SL定量分析主要依赖色谱和质谱技术, 对实验设备和操作人员的要求较高, 且操作繁琐、耗时长、成本高, 不适用于原位和实时检测。生物传感检测具有操作简便、响应快速、成本较低等诸多优点, 具备持续、原位、实时和可视化监测分析物的潜力, 是定量测定植物激素浓度和时空分布的新途径。现已报道的定量检测SL的生物传感器均基于合成生物学方法和内源性SL感知机制(SL与其受体结合后引起招募的抑制蛋白降解、受体自身降解或构象变化), 通过荧光信号比值或强度变化实现对SL的定量分析, 代表了SL定量检测技术的主要发展方向; 适配体生物传感器由于其在小分子检测应用中的独特优势, 未来很可能成为推进高灵敏度、高特异性、简单、快速的SL定量的关键点。这些生物传感器研究有助于以SL为代表的植物激素的作用机理研究, 为植物株型和共生特性的定向遗传改良、根际寄生杂草防治等研究提供支撑, 具有重要的科学意义和应用前景。

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辣椒子叶离体再生及组织细胞学分析

高艺, 魏绍琦, 匡雪梅, 邱义兰

生命科学研究. 2021, 25(5): 463-470.

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摘要: 为了探究辣椒离体再生的特点, 以辣椒无菌苗子叶为外植体, 对子叶离体再生的诱导及其发生发育过程进行组织细胞学观察。结果表明, 以MB为基本培养基, 适宜的再生诱导培养基激素配方为3.0~9.0 mg/L ZT＋5.0~9.0 mg/L 6-BA＋0.05 mg/L IAA, 子叶离体再生率高达100%, 其再生形成的叶状体大部分为玫瑰花瓣状, 少部分为长条形(包括极少数对生的长条形), 且生长速度快。离体子叶再生的愈伤组织起源于上表皮及其内侧的薄壁细胞, 通过细胞分裂和分化形成分生细胞团, 但未见典型的芽分化, 不能直接形成芽而是形成叶状体; 叶状体由相邻的几个分生细胞团一起发育成玫瑰花瓣状, 或者由单个分生细胞团发育成长条形; 子叶诱导再生过程中叶状体的形成主要是其分生组织的芽发育缺陷所致, 仅极少数对生状态叶状体的芽能分化形成, 但处于生长停滞状态。通过删减叶状体和存留1~2对呈对生状的长条形叶状体, 在激素配方为5.0~7.0 mg/L ZT＋7.0 mg/L 6-BA＋0.05 mg/L IAA的伸长培养基中生长约15 d, 再生芽能伸长4~5 cm且芽生长健壮, 其伸长率为88%~90%。该结果为辣椒离体再生体系和遗传转化体系的建立奠定了重要基础, 提供了理论依据。

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2021年, 第25卷, 第5期　
刊出日期：2021-10-31

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