水稻叶片早衰突变体的农艺与生理性状研究进展

叶片早衰严重影响水稻产量与品质。研究水稻叶片早衰突变体的农艺及生理性状,有助于了解水稻叶片衰老进程和机理。本文简述了叶片衰老特征和衰老机制,重点综述了水稻叶片早衰突变体的类型、农艺与生理性状研究进展及延缓水稻叶片衰老的栽培调控途径。可为水稻抗衰老品种选育及栽培调控提供理论依据。     

水稻脆秆突变体bc1-wu3的鉴定与基因克隆

【目的】茎秆机械强度与植株抗倒伏性直接相关。发掘脆秆突变体,克隆其相关基因有助于了解茎秆机械强度遗传机制,为抗倒伏育种提供理论依据。【方法】在经~(60)Co-γ诱变的粳稻品种武育粳3号后代群体中获得一个脆秆突变体,命名为bc1-wu3(brittle culm 1 from Wuyujing3),以突变体bc1-wu3为母本,Kasalath为父本构建相应的F_2分离群体,采用图位克隆的方法定位相应脆秆基因。【结果】与野生型相比,突变体的叶片、叶鞘、茎秆等组织在全生育期始终表现为脆性,易折断;穗长和粒长显著降低,粒宽显著增加。茎秆细胞细胞壁糖成分测定表明,细胞壁中纤维素含量极显著下降,而木糖、葡萄糖及阿拉伯糖含量则显著增加。茎秆切片观察发现突变体茎秆的厚壁细胞层数减少,厚壁细胞细胞壁极显著变薄。遗传分析表明,bc1-wu3脆性性状受1对隐性核基因控制。采用图位克隆的技术将该基因定位于第3染色体标记MK12与MK18之间,物理距离为57 kb,在此定位区段内包含1个已克隆的脆性基因BC1(LOC_Os03g30250)。测序结果表明,突变体bc1-wu3中BC1基因第2外显子内(CDS 659处)有1个碱基的替换(G-T),导致编码氨基酸由半胱氨酸变异为苯丙氨酸。实时荧光定量PCR结果表明,BC1基因在脆秆突变体bc1-wu3茎秆中的表达量显著降低。【结论】据此推断本研究中定位的脆秆基因bc1-wu3为BC1新等位基因。相关结果加深了对BC1基因功能的认识,有助于阐明水稻茎秆强度遗传机制。     

小麦品系“西农1718”黄化突变体的主要农艺性状及细胞遗传学观察

为探究冬小麦品系"西农1718"自然黄化突变体的突变原因,连续多年对该突变体进行田间观察、记载和考种,并对其花粉母细胞减数分裂和花粉粒活性进行观察和检测.结果发现,突变体叶色自出苗即与突变亲本有差异,随着生育进程,黄化程度加深.其中,极端黄化类型(金黄株)植株矮小,孕穗期至开花期前后死亡;黄-绿中间型植株茎、叶、穗呈不同程度的黄绿色,发育时期较突变亲本晚6～8 d,苗相显弱,能结实,但结实率、粒重和发芽率有所降低.黄绿中间型突变体花粉母细胞染色体数目和减数分裂正常,花粉活力也正常.     

一个水稻浅绿叶突变体的表型鉴定与遗传分析

从水稻浙辐802的辐射诱变后代中获得1个浅绿叶突变体M5-8,其剑叶的叶绿素含量与净光合速率显著下降,但剑叶宽显著增加,其它主要农艺性状没有显著变化,是一个新的水稻叶色突变。遗传分析表明,其浅绿叶表型由单隐性基因控制,可作为一个理想的表型标记应用于杂交水稻育种实践,同时为植物光合机理研究提供新的遗传材料。     

水稻茎鞘非结构性碳水化合物与穗部性状关系的研究

 以3个不同穗部性状类型的组合广超1号、特优明86和65396为材料进行大田试验，结果表明开花期茎鞘非结构性碳水化合物含量高，成熟期含量低的品种，结实率高，反之，结实率低。每个颖花平均从茎鞘获得非结构性碳水化合物高的品种，千粒重高。反之，千粒重低。     

转bar基因水稻恢复系的生理性状和农艺性状

通过杂交将转bar基因水稻亲本（Gulfmont、Bengal Hu-10和Cypress PB-6）中的bar基因转发转移到恢复系测64、明恢63和特青中，培育出6个抗除草剂（Liberty）的同型恢复系测64－B（G）、测64－B(C)、特青－B（C）、明恢63－B（G）和明恢63－B（C）。抗除草剂同型恢复系的大部分生理性状和主要农艺性状与原恢复系接近。将同型恢复系与不育系杂交，选配出8个抗除草剂三系杂交组合和2个抗除草剂两系杂交组合，抗除草剂组合能保持或略高于原组合的产量水平，利用这项技术有望解决杂交稻制种过程中出现的纯度问题。     

水稻品种农艺性状与产量的相关分析

对2005年度辽宁省审定的10个水稻品种农艺性状与产量等资料进行分析,结果表明:千粒重、每穗粒数与产量的关联度最大,通径分析表明:每穗粒数和每穴穗数对产量产生的直接效应较大,因子分析表明:成穗率、每穴穗数、每穗粒数、结实率取得累计贡献率62.37%,表明上述因子是影响产量的决定因子。     

寒地水稻茎秆抗倒伏性状的初步研究

对四个代表性的水稻品种(品系)空育131、垦稻12、垦稻13、合选0172-2的倒伏性状进行研究,采取倒伏指数作为水稻抗倒的指标,从中分析影响水稻倒伏的各因素。结果表明:四个品种(品系)的第一伸长节的倒伏指数均高于其第二伸长节,表明第一伸长节是倒伏的敏感节位。本试验中品种的抗倒伏性,不是通过株高,这单一性状所能完全反映的;伸长节的抗折力与水稻倒伏指数关系最为密切,显著水平最高。     

磷素水平对小麦突变体农艺性状和品质特性的影响

为丰富磷高效小麦遗传资源,分析了小麦纤维素相关基因突变体（ZC5和ZC7,为郑麦9023经EMS诱导的脆杆小麦）及其野生型（小麦品种郑麦9023）在三种磷素水平下（0、105、210 kg·hm^-2）、不同发育时期的相关生理指标和成熟期农艺和品质性状。结果表明,基因型、磷水平和基因型与磷水平互作均对旗叶叶面积、旗叶SPAD值和籽粒淀粉含量有一定影响,影响程度因生育时期而异。不同处理小麦灌浆过程符合Logistic生长规律,籽粒干物质积累均呈“慢－快－慢”的变化趋势。基因型和磷水平均对成熟期籽粒蛋白质含量和全磷含量有极显著影响;基因型对成熟期株高、有效小穗数、穗粒数及千粒重有极显著影响。相关分析表明,籽粒渐增期灌浆速率和干物质积累量、快增期干物质积累量和旗叶SPAD值均与千粒重呈极显著正相关,籽粒渐增期、快增期持续时间和淀粉含量均与千粒重呈显著正相关。ZC5为磷敏感材料,施磷能提前ZC5最大灌浆速率出现日期,提高其最大灌浆速率和平均灌浆速率,且随着施磷量的增加籽粒蛋白质和全磷含量增加。纤维素合成相关基因突变对旗叶SPAD值、叶面积、籽粒淀粉含量、蛋白质含量、全磷含量、株高、有效小穗数、穗粒数和千粒重均存在显著影响。通过化学诱变改良小麦细胞壁成分可为小麦育种提供丰富的遗传资源。     

显性脆秆水稻不育系中脆A的选育

在三交组合Ⅱ-32B∥协青早B/Dular的F2群体中获得1株显性脆秆水稻,遗传稳定后命名为ZGBCR1。用中9B作轮回亲本与ZGBCR1杂交并连续回交3次,再与中9A测交、连续回交,育成印水型显性脆秆水稻不育系中脆A。中脆A茎叶脆嫩、全生育期表现脆性,配合力好,米质优,对稻瘟病和白叶枯病抗性较好,异交习性好,繁殖制种产量高。用中脆A组配的F1杂种优势强,茎秆容易折断。中脆A于2008年9月通过浙江省农业厅组织的技术鉴定,在稻草饲用和籼粳亚种间杂种优势利用中具有较大的应用潜力。     

超高产杂交稻茎秆特征与抗倒性关系研究

选取4个超高产杂交稻组合,对其茎秆特征与抗倒性的关系进行了研究。结果表明:蜡熟期(成熟前15~20 d)为倒伏发生的敏感始期;株高、短轴直径、倒2节间长度和倒4节间长度与茎秆承载能力的偏相关系数达到显著或极显著水平;株高的增加虽然能增强茎秆的承载能力,但挫折重并没有增加;短轴直径对增强茎秆的承载能力较长轴直径更重要;缩短基部节间长度(特别是缩短倒2节间和倒4节间的长度)增加顶部节间长度能增强茎秆承载能力。在超高产水稻抗倒伏育种中,宜选择和培育中秆、圆秆、基部节间短、倒1节间长的亲本和组合。     

水稻脆秆突变体bc16的鉴定和基因精细定位

脆秆突变体是一类研究植物机械强度的重要材料。利用EMS(甲基磺酸乙酯)诱变粳稻品种日本晴,筛选获得一个脆秆突变体,命名为bc16(brittle culm16)。与野生型植株相比,bc16茎秆、叶片和根明显变脆,而株高、穗粒数降低,穗长和主根长变短。茎秆细胞壁成分分析表明,bc16纤维素含量显著低于野生型植株,半纤维素含量则显著增加,而木质素含量差异不显著。突变体bc16薄壁细胞形状无规则、排列紊乱,表皮层下厚壁细胞次生壁和薄壁细胞壁变薄。遗传分析表明bc16突变体由隐性单基因控制,位于水稻第2染色体长臂端InDel标记2-F和2-H间66.6kb的区间内。该区间共有7个候选基因,其中Os02g0738900是bc3脆秆基因的等位基因。测序结果表明,bc16突变体中的Os02g0738900基因从ATG开始第5113位,在第13内含子近末端发生了T→A的置换,导致转录过程中该内含子末端6个核苷酸被剪切到mRNA中,最终导致翻译提前终止。实时荧光定量PCR结果表明Os02g0738900基因在bc16脆秆突变体根、茎、叶中的表达量降低。bc16基因可能通过调控厚壁组织次生细胞壁和薄壁细胞初生壁的合成来影响水稻茎秆机械强度。     

Cadmium Accumulation and Its Toxicity in Brittle Culm 1(bc1),a Fragile Rice Mutant

Cadmium (Cd) accumulation and toxicity in rice plants were characterized and identified by using brittle culm 1 (bc1), a fragile rice mutant and its wild type (Shuangkezao, an indica rice) as materials by hydroponics. The low Cd level didn't obviously affect the growth parameters in both rice genotypes, but under high Cd levels (1.0 and 5.0 μmol/L), the growth of both rice plants were substantially inhibited. Moreover, bc1 tended to suffer more seriously from Cd toxicity than Shuangkezao. Cd accumulation in both rice plants increased with the increase of Cd levels. There was a significant difference in Cd accumulation between the two rice genotypes with constantly higher Cd concentration in bc1, which also accumulated more Cd at 0, 0.1, and 1.0 μmol/L Cd levels. The same case was found in the two rice plants grown on Cd-contaminated soil. This suggested that cell wall might play an important role in Cd accumulation in rice plants by the physiological mechanisms. The malondialdehyde (MDA) content, superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) activities in rice plants were affected differently under Cd treatments, and which implied that POD might play the main role in detoxifying active oxygen free radical. A significant difference in antioxidative system between the two rice genotypes was found with constantly higher MDA content, SOD and POD activities in bc1. In summary, bc1 accumulated more Cd and appeared to be more sensitive to Cd stress compared with its wild type.     

Cadmium Accumulation and Its Toxicity in Brittle Culm 1 （bcl）, a Fragile Rice Mutant

Cadmium （Cd） accumulation and toxicity in rice plants were characterized and identified by using brittle culm 1 （bcl）, a fragile rice mutant and its wild type （Shuangkezao, an indica rice） as materials by hydroponics. The low Cd level didn＇t obviously affect the growth parameters in both rice genotypes, but under high Cd levels （1.0 and 5.0 μmol/L）, the growth of both rice plants were substantially inhibited. Moreover, bcl tended to suffer more seriously from Cd toxicity than Shuangkezao. Cd accumulation in both rice plants increased with the increase of Cd levels. There was a significant difference in Cd accumulation between the two rice genotypes with constantly higher Cd concentration in bcl, which also accumulated more Cd at 0, 0.1, and 1.0 μmol/L Cd levels. The same case was found in the two rice plants grown on Cd-contaminated soil. This suggested that cell wall might play an important role in Cd accumulation in rice plants by the physiological mechanisms. The malondialdehyde （MDA） content, superoxide dismutase （SOD） and peroxidase （POD） activities in rice plants were affected differently under Cd treatments, and which implied that POD might play the main role in detoxifying active oxygen free radical. A significant difference in antioxidative system between the two rice genotypes was found with constantly higher MDA content, SOD and POD activities in bcl. In summary, bcl accumulated more Cd and appeared to be more sensitive to Cd stress compared with its wild type.     

水稻显性脆秆突变体Bc18的鉴定和基因定位

从三交组合Ⅱ-32B//协青早B/Dular的F₂群体中获得了1个脆性突变体,整个植株表现全生育期脆性。根据该突变体的表型,将其命名为Bc18(Brittle culm 18)。为了更好地鉴定该突变体,用正常茎秆强度品种中9B作轮回亲本与Bc18杂交,创制了Bc18脆秆近等基因系中脆B和中9B。表型鉴定显示,突变体Bc18在生育期、株高、单株穗数、每穗粒数、结实率和千粒重等主要农艺和产量性状上与野生型中9B 无显著差别,但茎、叶的机械强度分别下降了70.70%和47.16%。细胞壁组分分析表明,突变体Bc18茎、叶的纤维素和木质素含量与野生型中9B 无显著差异,但半纤维素含量分别提高了31.84%和17.35%。6个杂交组合F₂和12个回交BC₁F₁群体的遗传分析证明Bc18 脆性突变由单显性基因控制。采用图位克隆技术,构建了Bc18/02428和Bc18/9311的F₂定位群体,并利用网上公布的SSR标记和新设计的InDel标记,最终将Bc18基因定位在第1染色体长臂端InDel标记PBC22与PBC33之间约154 kb的区间内。     

转抗除草剂基因水稻与亲本的稻米理化特性及主要营养成分比较

对转抗除草剂基因水稻与原亲本稻米的理化特性和关键性营养成分进行了比较,发现在最高粘度、热浆粘度和冷胶粘度等RVA谱特征值上两者有显著差异,但在表观直链淀粉含量、胶稠度和淀粉粘滞特性的崩解值和消减值等淀粉食用品质方面基本相同;在粗蛋白、粗脂肪、总灰分、氨基酸和矿物质等关键性营养成分上不存在显著差异。表明在水稻遗传转化操作过程中,T-DNA插入并未显著改变原亲本的上述品质性状。     

水稻抗性淀粉突变体抗性淀粉结构的比较研究

利用凝胶渗透色谱法和毛细管电泳法对2个富含抗性淀粉的水稻突变体RS111、AE及其野生型亲本R7954、IR36的抗性淀粉组成结构进行了比较研究，分析了2个突变体与野生型亲本抗性淀粉中直链淀粉和支链淀粉的差异。 RS111的抗性淀粉主要来源于直链淀粉，支链淀粉所占比例很小，直链淀粉与支链淀粉的比率相对于野生型亲本来说大大提高，从抗性淀粉中支链淀粉的链长分布来看，RS111与R7954比较一致，只是RS111中聚合度为10的短链比例明显小于亲本R7954；而另一突变体AE的抗性淀粉来源中，支链淀粉所占比例很大，直链淀粉与支链淀粉的比率相对于野生型亲本来说变化不大，支链淀粉中聚合度为10左右的短链比例大大高于亲本IR36，而聚合度为16、21左右的中长链比例远远低于亲本。