水稻温敏型叶片白化转绿突变体tsa2的表型鉴定与基因定位

水稻温敏型叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿体结构和功能以及温度影响叶绿体发育的理想材料。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼型水稻(OryzasativaL.)三系保持系西农1B,从其后代中筛选到一个突变性状稳定遗传的温敏型叶片白化转绿突变体tsa2 (temperature-sensitive green-revertible albino 2)。与野生型相比, tsa2突变表型受温度影响, 22°C条件下萌发的野生型幼苗表型正常,而tsa2幼苗完全白化,且约40%白化苗死亡,存活白化苗的光合色素含量、光合速率均显著降低,成熟期主要农艺性状均显著变劣;在28°C下萌发的tsa2幼苗叶片呈浅绿色并伴有白条纹,其光合色素含量显著降低,光合速率及主要农艺性状差异较小; 32°C下萌发的tsa2幼苗叶片无明显差异。透射电镜观察显示,与野生型相比,tsa2在22°C下叶肉细胞中无叶绿体或存在异常发育叶绿体(尚未分化出基粒和基层),在28°C下部分叶肉细胞含少量发育完整的叶绿体,在32°C下叶肉细胞数量及形态均正常。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,与野生型相比,tsa2突变体中部分光合色素代谢途径基因、叶绿体发育相关基因及光合作用相关基因的表达水平呈不同程度变化。遗传分析表明, tsa2突变表型受一对隐性核基因控制, TSA2被定位于第5染色体SSR标记S5-57和S5-119之间,物理距离为718 kb。本研究为水稻遗传改良及研究温度影响叶绿体发育机制奠定了基础。     

哈密瓜叶色黄绿突变体Cmygl-1的高光合生理特性分析

叶色突变体是研究植物光合系统的结构和功能、叶绿素生物合成及其调控机制的理想材料。为了探究哈密瓜叶色黄绿突变体Cmygl-1的光合生理特性,以突变体、野生型近等基因系及F2遗传群体为试材,对叶色表型、农艺性状指标分别进行调查统计,并采用分光光度计法和试剂盒法分别测定叶绿素含量和酶活性,利用LI-6400光合仪和透射电镜分别进行光合特性测定和叶绿体结构扫描。结果表明,突变体叶色黄绿性状能够稳定遗传,受1对隐性等位基因控制;突变体叶片中光合色素含量显著降低,叶绿体膜较模糊,类囊体片层数减少,排列松散;突变体的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)显著升高,胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)与野生型没有显著性差异,说明突变体的高净光合速率可能为非气孔因素;在低CO2浓度环境下,突变体净光合速率显著高于野生型,说明其具有较强的CO2固定能力;突变体遭受膜脂过氧化损伤,丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量显著升高;其过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性和GSH/GSSG值均显著高于野生型,表明其能够激活自身抗氧化酶系统,清除体内过量的活性氧物质;突变体丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)等光合碳同化关键酶活性均显著高于野生型,可能是突变体净光合速率升高的原因。本研究结果为突变体高光合特性的分子调控机制研究奠定了基础。     

拟南芥失绿突变体生理特性及其基因定位

通过筛选T-DNA插入突变体库得到一种叶色失绿拟南芥突变体yg (yellow green),为了研究该失绿突变体的性状变化及发生原因,对其表型、光合色素含量、叶绿体超微结构进行观察或测量,并通过染色体步移法定位了突变基因和T-DNA插入位点。研究发现,突变体yg整个生长期均呈浅黄绿色或黄色,植株瘦弱,生长迟缓,干鲜比、植株高度、基部抽薹数均低于野生型;其叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量相对野生型分别减少了90.6%、89.6%、79.7%;透射电镜观察表明,该突变体叶绿体发育异常,类囊体排列松散,基粒片层断裂,淀粉粒较少,嗜锇颗粒数量显著增加;基因定位发现yg的CHLI1基因发生突变,T-DNA插入点位于5’UTR第24 bp后,导致该基因表达量显著降低。本研究明确了该突变体的失绿机制,进一步证实了CHLI1基因在叶绿素合成过程中的重要功能。     

甘蓝型油菜黄化突变体的光合特性及叶绿素荧光参数分析

调查油菜自发黄化突变体(NY)、野生型(NG)及其正反交后代材料(F₁和rF₁)的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数及农艺性状,分析五叶期各参数的变化规律。表明,突变体叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素均大幅减少,其中叶绿素b减幅最大;净光合速率显著降低,胞间CO₂浓度升高,但气孔导度与野生型等相当,表明光合速率不受气孔限制;光补偿点和光饱和点升高,暗呼吸速率与野生型等相当,表观量子效率和光补偿点处量子效率显著降低;CO₂补偿点、光呼吸速率和羧化效率均显著降低,CO₂饱和点则显著升高;突变体的荧光参数,包括F_o、F_m、F_v/F_m、F_v'/F_m'、Φ_PSII、q_p、NPQ和ETR均显著降低,说明光合色素含量降低导致PSII反应中心捕光能力弱和光化学转化效率低,使叶片光合速率降低。突变体的黄化持续时间较长,对生长发育产生影响较大,单株籽粒产量只有野生型的57.09%,但与正常材料组配F₁的光合特性和农艺性状均能恢复到正常水平。     

水稻叶脉白化突变体wpsm的遗传分析与基因定位

叶绿素是植物生长发育必不可缺的元件。叶色突变体的发掘与研究在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要作用。利用化学诱变剂EMS诱变水稻(Oryza sativa L.)籼型恢复系缙恢10号,从其后代中筛选出一份突变性状稳定遗传的叶脉白化突变体wpsm (white primary and secondary midrib)。与野生型相比,该突变体苗期表现正常,孕穗后期剑叶、倒二叶、倒三叶整张叶片的主叶脉和次级叶脉白化,叶肉细胞无显著变化,该性状一直持续到成熟期。抽穗期突变体wpsm的光合色素含量极显著低于野生型,净光合速率(P_n)及表观电子传递速率(ETR)极显著降低,株高、每穗实粒数、千粒重、结实率等农艺性状均显著降低。该突变性状受一对隐性核基因调控,利用892株西农1A/wpsm的F₂隐性定位群体,将该基因定位在第6染色体上引物InDel 10与InDel 4之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.12 cM,物理距离约为56 kb。本研究为WPSM基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻淡黄叶矮化突变体yld的遗传分析及基因定位

水稻叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿素代谢和叶绿体发育的重要材料。本研究从籼稻品种蜀恢527经EMS(甲基磺酸乙酯)诱变处理后代中筛选出一个淡黄叶矮化突变体Yellow leaf and dwarf(yld)。与野生型蜀恢527相比,该突变体全生育期都表现出淡黄叶矮化性状,其剑叶的淡黄色表型最为明显,倒二叶次之,倒三叶最弱,其中剑叶的叶绿素及类胡萝卜素含量降低最为明显;并且伴随着穗粒数、千粒重、结实率、株高等主要农艺性状的显著降低,但有效穗显著增多。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,该突变体多数叶绿体结构基本完整,但基粒模糊,基质片层大量减少且排列疏松。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。在yld突变体与粳稻武运粳7号杂交的F2群体中分离出323个突变单株,最终将YLD基因定位在第11染色体的L5和L7两标记之间,物理距离为115.7 kb。本研究为YLD基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

水稻叶缘白化突变体mal的遗传分析与基因定位

植物叶色变化对叶绿体发育和叶绿素生物合成等光合系统结构和调控机制的研究有着重要的理论意义。水稻叶缘白化突变体mal (marginal albino leaf),来源于恢复系缙恢10号(Oryza sativa L.ssp. indica)的EMS诱变群体,经过多代自交,其突变性状遗传稳定。与野生型相比,mal突变体整个生育期叶片边缘白化且叶片变窄,抽穗期倒三叶叶片、倒二叶叶边缘以及倒三叶叶边缘的叶绿素含量极显著降低。透射电镜观察发现,mal突变体叶片绿色部位细胞与叶绿体发育完全,白化部分叶肉细胞大部分中空,无明显完整的细胞器,叶绿体内部完全降解。遗传分析表明该突变体受隐性核基因控制,MAL被定位在第8染色体上SSR标记M22和InDel标记ID27之间,物理距离为171 kb。本研究将为MAL基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

水稻斑马叶突变体zebra1349的表型鉴定及基因精细定位

从恢复系育种材料[R128//(R318/R1025)F1]F6中获得一个新的斑马叶突变体zebra1349,突变体秧苗期如果不移栽,与野生型一样表现绿色,移栽后5 d新抽出的叶片包括叶鞘会呈现出与叶脉垂直的黄绿相间的条纹,移栽后30 d抽出的叶片又表现正常绿色,成熟期主要农艺性状与野生型无明显差异。与野生型相比,突变体六叶期斑马叶黄区部位的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别下降了55.86%、61.02%、39.34%和47.03%。透射电镜(TEM)观察表明,突变体斑马叶绿区部位叶绿体发育正常;黄区部位叶肉细胞中叶绿体结构异常,类囊体膜退化和分解严重,类囊体基粒片层数量明显减少,片层间距拉大,排列疏松。对zebra1349与正常叶色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控。利用1192株zebra1349/02428 F2隐性定位群体,最终把ZEBRA1349基因定位在水稻第12染色体In Del标记indel39和indel44之间,其遗传距离分别为0.04 c M和0.17 c M,根据日本晴基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为89 kb。本研究为ZEBRA1349基因的图位克隆和功能研究以及分子标记辅助育种奠定了基础。     

一个化学诱变的小麦斑点叶突变体的生理和遗传分析

通过EMS诱变普通小麦品系H261获得一个稳定遗传的斑点叶突变体LF2010。在自然条件下, 该突变体在三叶期叶片基部开始出现黄色斑点, 随后逐步扩散到全片叶、叶鞘、颖壳和麦芒。斑点部位不存在细胞死亡, 斑点性状的表达受光照和温度诱导, 突变体的色素含量、光合速率随着斑点的出现而显著下降。突变体的株高、有效穗数、单株产量、穗长、结实率和旗叶长等农艺性状显著下降, 但是千粒重和旗叶宽却与野生型无差异。将突变体与正常绿色品系杂交, 对其F₁、F₂和BC₁代的遗传分析表明, LF2010的突变性状由1对隐性核基因控制。     

水稻低叶绿素含量突变对光合作用及产量的影响

突变体水稻叶绿素含量仅是其野生型水稻的51%,但是其饱和光合值在低氮、中氮、高氮处理下,却比对照野生型水稻分别高3.7%、20.4%与39.1%。为了探究其生理学机制,分别在大田与盆栽试验中,不同氮肥水平研究了突变体材料与野生型材料的叶片Rubisco酶含量、气孔导度、水通道蛋白表达水平、叶绿素荧光、叶片解剖结构和叶绿体超微结构。叶绿体超微结构表明突变体材料虽然叶绿素含量降低,叶绿体的发育并未受到影响;叶绿素荧光试验结果表明,高光强下,低叶绿素含量突变体并未受到光抑制,光反应电子传递未受影响。气孔导度数据、叶片显微结构观察与水通道蛋白基因表达数据表明叶黄突变体具有较高的气孔与叶肉导度;同时低叶绿素含量突变体内较高的Rubisco酶含量也是其在高光照条件下具有较高光合速率的重要原因。产量数据表明,叶黄突变体虽然生育期短,但其产量水平与对照无显著差别,这可能与其高光强条件下有较高的光合速率有关。上述试验结果表明高叶绿素含量并不是叶片高光合速率的必需条件。在今后的高光效育种中,挑选叶绿素含量适宜的品种更有利于叶片内氮素在其他光合器官中的分配,提高光合效率,最终获得高光效品种。在本研究中使用的叶绿素含量降低突变体在高光效育种中有潜在的研究价值。     

水稻短根白化突变体sra1生理生化分析及基因定位

叶色突变体是研究光合作用及叶绿素合成与降解途径的理想材料,有助于了解高等植物叶绿体发育和光合作用的调控机制。利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理西农1B,获得一个短根白化突变体sra1 (short radicle and albino 1),从出芽至第三叶期叶片始终为白色,胚根较同时期野生型明显变短。对相同位置的叶片观察发现,西农1B叶肉细胞叶绿体含量丰富且膜系统发育完整,而sra1叶肉细胞液泡化严重,叶绿体数目明显减少或没有,基粒类囊体垛叠松散且稀少。生理生化分析发现sra1叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量接近于零,净光合速率为负值。遗传分析表明该短根白化表型由单个隐性核基因控制,最终将SRA1定位于水稻第3染色体长臂InDel标记Z-20和Z-42间,物理距离约657 kb,是一个未报道的新基因。     

不同灌水量下喷施腐植酸对燕麦光合特性及产量的影响

研究旨在明确不同灌水量下喷施腐植酸对燕麦光合特性及产量的影响。在防雨棚池栽条件下,以蒙农大燕1号为试验材料,在3种不同灌水量（60、120和180mm）处理下,于孕穗期和开花期分别在叶面喷施腐植酸（HA）和等量清水（WT）,CK为不喷施处理,分析测定燕麦植株形态、光合参数及产量构成因素等指标。结果表明,在60mm和120mm灌水量下,HA处理的株高、单株叶面积、气孔导度（G_s）、净光合速率（P_n）和蒸腾速率（T_r）均显著提高（P<0.05）,胞间CO₂浓度（C_i）降低,60mm灌水量下各指标增幅高于120mm灌水量;P_n平均分别提高了43.4%和36.3%,单株叶面积平均分别提高了54.3%和34.7%（P<0.05）;与CK相比,喷施HA后籽粒产量显著提高,60mm和120mm灌水量下增产率分别达22.7%和18.0%,穗长和单穗粒数均显著增加（P<0.05）;而WT处理对植株形态、光合参数和产量等指标无显著影响。180mm灌水量,HA处理P_n和单株叶面积较CK和WT显著增加,籽粒产量提高幅度不显著。综上,在较低灌水量下喷施腐植酸可以改善燕麦光合能力,促进籽粒灌浆并提高籽粒产量。     

Identification and fine mapping of a candidate gene for oil yellow leaf 2 conferring yellow leaf phenotype in maize

Leaf colour is an important agronomic trait for studying molecular mechanisms in chlorophyll biosynthesis and chloroplast development. Here, a novel mutant oil yellow leaf 2 (Oy2) with a typical yellow leaf phenotype at the seedling stage was identified from the mutant population derived from the maize inbred line RP125. Compared with wild type, Oy2 mutant displays decreased chlorophyll content, reduced photosynthetic capacity and impaired chloroplast structure, which is likely controlled by a single recessive gene. The Oy2 locus was then delimited into a 117 kb region on chromosome 5 harbouring four genes, amongst which the gene Zm00001d013013, encoding a magnesium chelatase subunit D, was identified as the only candidate gene associated with Oy2 mutant phenotype. Moreover, the expression levels of candidate gene Oy2 and genes associated with chlorophyll biosynthesis and photosynthesis were tested by RNA‐seq and qRT‐PCR, implying that the causal gene Oy2 playing a critical role in chlorophyll synthesis. Taken together, we propose that the causal gene Oy2 highly associated with the yellow leaf phenotype may be helpful in elucidating photosynthetic pigments biosynthesis and chloroplast development in maize.     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析及突变基因的精细定位

在水稻品种Dongjin的T-DNA插入突变体库中筛选到一份黄绿叶突变体T113,该突变体在生长的整个时期叶片都呈现黄绿色,且越到后期表型越明显。T113与野生型亲本Dongjin相比,叶片光合色素含量明显降低,株高变矮,结实率降低,每穗着粒数、穗长和千粒重均明显减少,抽穗期延迟,且黄绿叶性状不受温度影响,叶绿体中的类囊体排列较为疏松,出现更多的嗜锇体,叶绿素合成和质体发育相关基因表达量发生改变。遗传分析表明,T113的突变性状由1对隐性核基因控制。利用T113/N22的F2群体,将突变基因定位在第2染色体长臂Indel标记CX2和JX18之间,物理距离约为79 kb,此区间内包含12个预测基因。     

抽穗后冬小麦旗叶光合特性的变化对产量的影响

为了探讨不同小麦品种之间的光合特性的差异及光合作用与经济产量的关系,本研究选取4个不同冬小麦品种分别在6个生育时期进行了光合特性的测定。结果表明：小麦旗叶6项光合特性指标随发育进程变化的趋势、变化程度基本相同,但不同品种在不同发育时期内光合特性指标的数值、变化程度不同;6项光合特性指标均与籽粒产量正相关;相关程度表现为绿叶面积>气孔导度>胞间CO₂浓度>净光合速率>叶绿素含量>蒸腾速率;不同时期光合特性与籽粒产量的相关性顺序为灌浆中期>灌浆前期>灌浆后期>开花期>抽穗期>灌浆末期;在开花期至灌浆后期,维持和提高旗叶的绿叶面积、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂是提高小麦产量的基础。因此,在开展小麦高光效育种时,对种质资源材料进行光合特性测定和比较对育种工作具有非常重要的参考价值和指导意义。     

Less Chlorophyll Does not Necessarily Restrain Light Capture Ability and Photosynthesis in a Chlorophyll‐Deficient Rice Mutant

A chlorophyll‐deficient rice mutant, yellow‐green leaf 1 (ygl1), with a photosynthetic rate similar to that of wild type (Oryza sativa L., cv. Zhenhui 249 China) is presented in this study. Forty percent of the chlorophyll in the mutant captured 70 % of the light in photosystem II (PSII) compared with wild type. The 30 % decreased light in the mutant was compensated for by a relatively higher quantum yield of PSII, which conferred a total electron transport rate (J_T) equal to that in wild type. More photons were absorbed by wild type and exhausted through thermal dissipation. Gene expression analysis of the thylakoid membrane showed that the chlorophyll deficiency in the mutant did not impair the electron transport chain. To determine why the photosynthetic rate was similar between the chlorophyll‐deficient mutant and wild type, the leaf nitrogen (N) and Rubisco contents, stomatal and mesophyll CO₂ conductance, and chloroplast development were investigated. Our results indicate that the chlorophyll deficiency in the mutant had no negative impact on the chloroplast development in terms of size and grana stacking; moreover, the chloroplastic CO₂ concentration and Rubisco content were comparable to those in wild type. We conclude that the light‐capturing ability of normal rice plants is not fully utilized and that absorbed light in the chlorophyll‐deficient mutant is more efficient in participating photosynthesis.     

水稻叶片灰白转黄突变体pyr1的鉴定与基因定位

鉴定和克隆叶色突变基因对于深入了解叶绿素合成、降解途径的关系以及植物的光合作用有着重要的作用。从EMS诱变恢复系缙恢10号后代中鉴定出1个灰白转黄突变体pyr1,该突变体在苗期部分死亡,整张叶片呈现灰白色,在不同的生育时期叶片呈现不同的颜色,直到孕穗期叶片上部和叶缘表现黄色。苗期到抽穗期突变体叶绿素含量比野生型显著或极显著降低。透射电镜观察表明,突变体与野生型细胞结构无明显差异,但叶绿体发育异常,内部大量降解,基质片层退化。遗传分析表明该性状受1对隐性基因控制,利用326株F₂隐性定位群体将PYR1基因定位在第1染色体长臂上,位于标记RM11722和Ind1之间,物理距离约92 kb,本研究为PYR1基因的图位克隆奠定了基础。