荞麦茎秆解剖结构和木质素代谢及其与抗倒性的关系

以抗倒伏能力不同的4个荞麦品种研究表明,荞麦茎秆抗倒伏能力与茎秆解剖结构和木质素代谢密切相关。倒伏率与茎秆抗折力参数(r = –0.907, P < 0.01)、木质素含量(r = –0.844, P < 0.01)、机械组织厚度(r = –0.881, P < 0.01)、茎壁厚度(r = –0.947, P < 0.01)、维管束面积(r = –0.846, P < 0.01)、机械组织层数(r = –0.806, P < 0.05)和大维管束数目(r = –0.709, P < 0.05)呈显著负相关,而与倒伏指数(r = 0.842, P < 0.01)呈显著正相关。木质素含量与苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(r = 0.984, P < 0.01)、4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)活性(r = 0.927, P < 0.01)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性(r = 0.862, P < 0.01)呈显著正相关。茎秆木质素含量、机械组织层数、机械组织厚度、茎壁厚度、大维管束数目和维管束面积可以作为荞麦茎秆抗倒伏能力的重要评价指标。茎秆木质素含量高、机械组织层数多、机械组织和茎壁厚、大维管束数目多且维管束面积大的荞麦品种,其茎秆抗折力参数大、倒伏指数小、抗倒伏能力强。     

水稻显性窄叶突变体Dnal1的鉴定与基因定位

【目的】对一个新的水稻显性窄叶突变体进行鉴定,为水稻叶片形态建成的分子机理和株型育种研究奠定基础。【方法】甲基磺酸乙酯（EMS）诱变水稻籼型恢复系缙恢10号,获得一个窄叶突变体Dnal1,连续7代种植,表型均稳定遗传。开花期,调查Dnal1和野生型剑叶、倒2叶和倒3叶的叶宽及卷曲度,对剑叶最宽处进行石蜡切片分析;灌浆期,测量剑叶的光合色素含量,并利用Li-6400便携式光合测定仪测量光合速率、气孔导度和蒸腾速率。配制西农1A/Dnal1和Dnal1/中花11杂交组合,利用F1和F2群体进行遗传分析,并利用Dnal1/中花11的F2隐性群体进行基因定位。田间小区种植,设置2个种植密度,株行距分别为16.7 cm×26.72 cm和13.36 cm×20.04 cm,3次重复,成熟期考查株高、有效穗数、穗实粒数、结实率、千粒重、籽粒长和籽粒宽等主要农艺性状,并估算理论产量。【结果】Dnal1的叶片宽度全生育期内均极显著变窄,剑叶、倒2叶和倒3叶的叶宽分别为0.96、0.89和0.88 cm,与野生型的19.6、19.41和18.42 cm相比,降低了一半左右。Dnal1大维管束数量与缙恢10号相比无显著变化,小维管束数量则下降了44.13%,达极显著差异水平。缙恢10号相邻大维管束之间一般有6个小维管束,Dnal1则只有3个。Dnal1的叶片微卷,剑叶、倒2叶和倒3叶的卷曲度分别为11.2、12.1和11.8,野生型的叶片卷曲度为零。此外,Dnal1的叶片颜色略深于野生型,叶绿素a的含量略有升高,但未达到显著差异水平。光合生理测定表明,与野生型相比,Dnal1的水分利用率略有升高,光合速率和蒸腾速率略有下降,气孔导度则显著降低。除叶片性状变化外,Dnal1还表现籽粒变窄和茎秆变细,株高和籽粒长无明显变化。Dnal1的籽粒宽度为2.33 mm,与缙恢10号的2.78 mm相比,极显著下降,导致Dnal1的千粒重仅为野生型的73.18%,极显著下降。低密度种植条件下,Dnal1的理论产量显著低于野生型;高密度种植条件下,Dnal1的理论产量则显著高于野生型,较高的结实率和单株有效穗是Dnal1产量提高的主要原因。西农1A/Dnal1与Dnal1/中花11杂交组合的F1群体,剑叶的叶片宽度分别为0.99 cm和0.94 cm,与Dnal1的0.96 cm相比,无显著差异;F2群体中出现窄叶植株和宽叶植株两种类型,窄叶和宽叶单株出现的频率呈双峰分布,且窄叶和宽叶的分离比符合3﹕1,表明Dnal1的窄叶性状受1个显性主效基因调控。利用分子标记最终将DNAL1定位在第2染色体上,位于SSR标记RM13646和RM1307之间,物理距离为391 kb。【结论】Dnal1是一个EMS诱变获得的显性窄叶水稻突变体,基因定位在第2染色体391 kb的物理范围内,在高密度种植条件下具有增产潜力。     

水稻早衰突变体esl6的鉴定与基因定位

自然衰老提高了植物对环境的适应性,是其生长发育的重要生命历程,但在农业生产中,叶片一旦早衰,将极大影响作物的产量和品质。为探索水稻叶片衰老的分子机理,我们对EMS诱变获得的一个早衰突变体esl6进行了研究。田间种植情况下,四叶期之前,esl6与野生型无明显差异,之后心叶发育成完整叶后叶尖黄化,叶基部保持正常绿色,一直持续到开花期;在灌浆期,esl6的所有叶片均不同程度地黄化早衰,且叶片上部的衰老程度明显严重于叶片基部。衰老部位细胞结构异常,主要表现为细胞膜破裂、液泡变大和细胞器不完整等,叶绿体中基质类囊体破裂,含有较多的淀粉粒。与野生型相比,esl6叶尖衰老部位的SOD、CAT和POD活性以及超氧阴离子O₂^?、H₂O₂和羟自由基·OH含量均极显著升高。早衰不仅导致esl6叶片光合色素含量和净光合速率极显著降低,还引起esl6的植株变矮和叶片变短,倒一和倒二节间极显著变短是导致esl6植株矮化的主要原因。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用西大1A/esl6的F₂分离群体,最终将调控基因定位在第9染色体203 kb的物理范围内,为下一步基因的克隆和功能研究奠定了基础,有利于水稻叶片衰老分子机理的阐释。     

水稻早衰突变体esl5的鉴定及其基因精细定位

叶片早衰直接影响作物产量和品质, 鉴定早衰突变体、图位克隆调控基因对于研究植物衰老机理具有重要的意义。以甲基磺酸乙酯诱变水稻籼型恢复系缙恢10号, 获得一个早衰突变体esl5 (early senescent leaf mutant 5), 本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、理化分析和基因定位等研究。结果表明, 与野生型相比, esl5的苗期叶片正常, 分蘖期呈黄绿色, 孕穗期开始叶片中上部逐渐黄化衰老; 衰老部位的细胞结构异常, 细胞膜降解, 叶绿体基质片层疏松、排列不规则, 光合色素含量和光合速率极显著下降。此外, esl5的·OH和H₂O₂含量极显著升高, SOD和CAT的活性则极显著降低。与野生型相比, esl5的生育期延长了20 d左右, 千粒重显著增加, 穗粒数、实粒数和结实率则显著降低。esl5受1对隐性核基因调控, 精细定位在第3染色体Indel标记Indel03-1和Indel03-2之间83.4 kb的物理范围内, 包含11个注释基因, 这为ESL5的克隆和功能研究奠定了基础, 也有利于水稻品种的遗传改良。     

水稻矮化剑叶卷曲突变体dcfl1的鉴定与基因精细定位

【目的】对一个水稻矮化剑叶卷曲突变体进行鉴定与基因定位,为水稻等禾谷类作物剑叶形态发育及分子改良奠定基础。【方法】在籼型水稻恢复系缙恢10号的甲基磺酸乙酯(EMS)突变库中筛选到一个隐性矮化剑叶卷曲突变体,命名为dcfl1(dwarf and curled flag leaf 1)。田间小区种植,全生育期内观察dcfl1和野生型的株型变化。苗期利用扫描电镜观察叶鞘内表皮细胞大小;孕穗期和抽穗期利用石蜡切片观察剑叶基部形态;开花期测定剑叶、倒2叶和倒3叶的叶绿素含量;成熟期考查株高、有效穗数、穗实粒数、结实率和千粒重等主要农艺性状。配制西农1A/dcfl1杂交组合,利用F1和F2群体进行遗传分析,并利用F2隐性群体进行基因定位。【结果】生育期内,突变体dcfl1都表现出矮化性状。dcfl1叶鞘内表皮细胞长度明显比野生型要短,达到了极显著水平。与野生型相比,穗长、倒1节间和倒2节间均显著变短,倒3节间和倒4节间无显著变化。抽穗期dcfl1剑叶的叶片和叶鞘连接处硬化,剑叶基部展开受阻,半边叶片向内卷曲,剑叶上部和中部正常,其他叶片也正常。农艺性状调查发现,dcfl1的有效穗数为14.24,极显著高于野生型的11.62,穗粒数、实粒数、结实率和千粒重等则无显著变化。此外,dcfl1的叶色略深,剑叶、倒2叶和倒3叶的叶绿素a含量均极显著高于野生型,类胡萝卜素含量也略有升高,但仅剑叶达到极显著差异水平,叶绿素b的含量则无显著变化。西农1A/dcfl1的F1群体中,株高和剑叶表型与野生型一致。F2群体中分离出正常和突变两种表型,突变表型与dcfl1类似,植株株高变矮,剑叶基部特异卷曲,说明矮化和剑叶基部特异卷曲是一对共分离性状。且两种表型分离比符合3﹕1,表明dcfl1突变型受1对隐性核基因控制。利用620株F2隐性单株,最终将DCFL1精细定位在第3染色体短臂In Del标记Ind03-11和Ind03-6之间78 kb的物理范围内,包含15个注释基因,为DCFL1的克隆和水稻剑叶形态发育机理研究奠定了基础。【结论】dcfl1是一个水稻矮化剑叶基部特异卷曲突变体,基因精细定位在第3染色体78 kb的物理范围内。