地方稻種小圓粒半矮稈突變體srd-1粒形及矮化機(jī)理研究.pdf

1、水稻是世界上重要的糧食作物，粒形和株高是水稻重要的兩個(gè)農(nóng)藝性狀。粒形是谷物重量的一個(gè)重要的決定因素，它對(duì)稻谷產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值有著重大影響。株高與水稻產(chǎn)量、抗倒伏性、光合效率等密切相關(guān)。株高超過(guò)一定高度易引起倒伏，阻礙光合產(chǎn)物的形成、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，降低結(jié)實(shí)率，從而使產(chǎn)量降低，適當(dāng)?shù)陌瘎t可以提高水稻耐肥性，增加產(chǎn)量。因此，創(chuàng)制水稻粒形及矮化種質(zhì)資源，揭示調(diào)控粒形及矮化的機(jī)理具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本研究以實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的貴州地方稻種（貴州禾

2、）來(lái)攏突變體庫(kù)中一種小圓粒半矮稈突變體srd-1為材料，對(duì)其粒形和矮化性狀進(jìn)行了研究，以期探索籽?？s短和矮化的調(diào)控機(jī)理，為水稻高產(chǎn)育種提供科學(xué)依據(jù)。取得了以下研究結(jié)果：
　?。?）srd-1突變體形態(tài)及細(xì)胞學(xué)特征
　　突變體表現(xiàn)出植株高度降低，籽粒短圓等性狀。對(duì)突變體成熟期進(jìn)行農(nóng)藝性狀測(cè)定發(fā)現(xiàn)，突變體株高120.7cm，為野生型株高191.2cm的63.1％，突變體節(jié)間數(shù)較野生型減少1個(gè)，且各節(jié)間長(zhǎng)度均比野生型縮短。突變體粒

3、長(zhǎng)0.58 cm，為野生型0.66 cm的87.8%，縮短極顯著。細(xì)胞切片觀察發(fā)現(xiàn)，突變體莖節(jié)和外穎細(xì)胞縱向長(zhǎng)度縮短（突變體第二莖節(jié)細(xì)胞平均長(zhǎng)度為野生型的86.4%，外穎縱向細(xì)胞長(zhǎng)度為野生型的81.2%）。說(shuō)明突變體植株高度降低和籽粒變短是由于突變體莖節(jié)數(shù)目減少和縱向細(xì)胞長(zhǎng)度縮短所致。srd-1突變體與銀桂粘雜交，獲得的F1植株均表現(xiàn)為正常，表明srd-1突變體受隱性基因控制。
　?。?）srd-1突變體光合生理特性
　　對(duì)

4、突變體不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期光合特性和葉綠素含量的研究結(jié)果表明，突變體和野生型的凈光合速率在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，但突變體的減小更為緩慢（凈光合速率均在灌漿期達(dá)到最大值，成熟期野生型降低78.5%，突變體降低64.1%），使其成熟期維持較高的凈光合速率。研究發(fā)現(xiàn)突變體在后期仍保持較高的氣孔導(dǎo)度以維持胞間 CO2濃度，同時(shí)后期相對(duì)高的蒸騰速率保證了植物結(jié)實(shí)所需的營(yíng)養(yǎng)。而突變體葉綠素的含量除成熟期高于野生型外，其余時(shí)期均低于野

5、生型，說(shuō)明后期維持突變體較高光合速率的主要原因并非葉綠素的含量，而是較高的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。
　　（3）srd-1突變體對(duì)外源激素處理的響應(yīng)
　　暗形態(tài)建成實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，黑暗處理兩周的突變體和野生型幼苗中胚軸均伸長(zhǎng)，而正常光照培養(yǎng)下均不伸長(zhǎng)，說(shuō)明突變體的矮化性狀與油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroid, BR）無(wú)關(guān)。突變體對(duì)外源赤霉素（Gibberellin, GA）敏感性研究發(fā)現(xiàn)，外源GA3能誘導(dǎo)突變體種子產(chǎn)生α

6、-淀粉酶活性； GA3處理前突變體與野生型第二葉鞘長(zhǎng)度差異明顯，當(dāng)經(jīng)過(guò) GA3處理后，突變體和野生型幼苗第二葉鞘相對(duì)于未處理植株均明顯增加，當(dāng) GA3濃度達(dá)到10-4時(shí)，突變體第二葉鞘的長(zhǎng)度幾乎與野生型相等，表明突變體可以感受并正常傳導(dǎo)GA信號(hào)；對(duì)突變體根尖細(xì)胞微管排列方式進(jìn)行免疫熒光觀察發(fā)現(xiàn)，野生型根尖細(xì)胞的微管呈橫向排列，而突變體則呈現(xiàn)出傾斜排列現(xiàn)象，經(jīng)過(guò) GA3處理的突變體根尖微管結(jié)構(gòu)則可恢復(fù)至野生型橫向排列方向，表明突變體矮化表

7、型可能是由于細(xì)胞微管骨架
　　（4）SRD-1突變對(duì)GA合成途徑中關(guān)鍵酶基因和小圓粒調(diào)控基因表達(dá)的影響
　　利用real-time PCR檢測(cè)了SRD-1突變對(duì)突變體和野生型GA合成途徑中關(guān)鍵酶基因OsCPS、OsKS1、OsKO2、OsKAO、OsGA20ox2、OsGA3ox2和OsGA2ox1表達(dá)的影響。突變體中 OsKS1和 OsGA2ox1基因的表達(dá)相對(duì)于野生型差異不顯著，OsCPS、OsKO2、OsKAO、OsG

8、A20ox2和OsGA3ox2基因表達(dá)則表現(xiàn)下調(diào)，其中OsGA20ox2和OsGA3ox2表達(dá)下調(diào)明顯，分別下調(diào)為野生型的6.3%和3.1%，這些基因表達(dá)的下調(diào)可能導(dǎo)致了活性GA生物合成的降低。說(shuō)明突變體突變基因可能是GA生物合成的調(diào)控基因，其調(diào)節(jié)了GA生物合成途徑中關(guān)鍵酶基因在突變體內(nèi)的表達(dá)，最終導(dǎo)致了突變體矮化性狀的產(chǎn)生。
　　srd-1突變體小圓粒調(diào)控基因SRS1、SRS3和SRS5的表達(dá)量均呈現(xiàn)出明顯的下調(diào)，分別下調(diào)為野生

9、型水平的26.3%、7.2%和15.7%。GA3處理后，突變體及野生型植株小圓粒調(diào)控基因表達(dá)上調(diào)，但突變體上調(diào)顯著（處理后突變體小圓粒調(diào)控基因SRS1、SRS3和SRS5表達(dá)分別為正常水平的172.2%、613.7%和432.9%，野生型分別為125.4%、205.3%和177.4%）。表明突變體突變基因參與了籽粒大小的調(diào)控，突變基因通過(guò)降低赤霉素含量而導(dǎo)致小圓粒調(diào)控基因表達(dá)量下調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致了突變體籽粒短圓和小圓粒表型的產(chǎn)生。