水稻bsl基因的功能及其在雜交水稻混播制種中的應(yīng)用.pdf

1、苯達(dá)松為苯并噻二唑類除草劑,可抑制雜草的光合作用,用于農(nóng)田除草。野生型水稻(Oryza sativa L.)品種具有苯達(dá)松的抗性,可將苯達(dá)松快速代謝為羥基化的失活產(chǎn)物。水稻品種(‘N8’和‘W6154s’)經(jīng)輻射誘變獲得了對苯達(dá)松極其敏感的突變體,研究表明其敏感致死表型由單個bsl基因控制。bsli基因作為一個化學(xué)致死標(biāo)記,在水稻雜交制種中有廣闊的應(yīng)用前景,主要體現(xiàn)在以下兩方面：一是將bsl基因轉(zhuǎn)育到三系恢復(fù)系,可實現(xiàn)雜交水稻混播制種；

2、二是將bsl基因轉(zhuǎn)育到不育系,可確保水稻雜種純度。為了驗證bsl基因的功能,為該基因在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用提供理論依據(jù),本文開展了水稻苯達(dá)松抗性差異的生理基礎(chǔ)和水稻微粒體蛋白質(zhì)組學(xué)等方面的研究。開展了施藥對恢復(fù)系花粉活力的影響、苯達(dá)松致死劑量與環(huán)境因子的關(guān)系以及苯達(dá)松農(nóng)田殘留等方面的研究。并利用研究成果進(jìn)一步完善雜交水稻混播制種技術(shù),加速其應(yīng)用的步伐。 首先,以野生型水稻品種‘農(nóng)林8號’(‘N8’)和‘W6154s’及相應(yīng)的bsl突變

3、體(‘農(nóng)林8號m’(‘N8m’)和‘8077s’)為材料,分析了苯達(dá)松處理前后葉綠素(Chl)含量、丙二醛(MD)含量、凈光合速率(An)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及體內(nèi)苯達(dá)松含量等生理生化指標(biāo)的變化及水稻苯達(dá)松抗性差異的生理機(jī)制。結(jié)果表明：兩個bsl水稻品種在苯達(dá)松處理后由于光合能力的喪失,進(jìn)而引起氧自由基傷害的積累,最終導(dǎo)致Chl降解、質(zhì)膜氧化加劇,植株死亡；Chl熒光參數(shù)的分析表明苯達(dá)松處理引起還原性QA組分積累,導(dǎo)致電子傳遞受阻是光合能力

4、喪失的根源。在苯達(dá)松處理初期,野生型水稻品種及bsl突變體同樣表現(xiàn)為光合能力喪失。但處理后2 h,野生型材料光合能力開始不斷恢復(fù),而bsl突變體無法恢復(fù)。體內(nèi)苯達(dá)松含量分析表明,較強的苯達(dá)松代謝能力是抗性材料免受苯達(dá)松傷害的主要原因。 為了尋找苯達(dá)松解毒相關(guān)蛋白,以‘N8’和‘N8m’為材料,通過優(yōu)化條件,建立了適合于水稻微粒體蛋白的雙向電泳技術(shù)。并通過雙向電泳圖譜的比對,共找到15個差異蛋白點,分為供試材料間差異、苯達(dá)松處理前

5、后差異和‘N8’在苯達(dá)松處理后特異表達(dá)等3種類型。結(jié)合苯達(dá)松抗性比較及苯達(dá)松殘留分析,推測材料間差異是因γ射線輻照引起基因結(jié)構(gòu)變異,從而影響了基因的表達(dá)；苯達(dá)松處理前后差異與氧自由基清除酶系或系統(tǒng)獲得抗性相關(guān)酶系有關(guān)；‘NS’在苯達(dá)松處理后特異表達(dá)與苯達(dá)松代謝有關(guān)。這為進(jìn)一步開展bsl基因蛋白質(zhì)組學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。 另外,通過對液體培養(yǎng)基中蔗糖、硼酸及鈣離子濃度的優(yōu)化選擇,建立了適合水稻花粉離體萌發(fā)的液體培養(yǎng)基配方。并利用花粉萌

6、發(fā)和碘-碘化鉀(I 2-KI)染色測定法,研究了苯達(dá)松對含敏感致死基因的恢復(fù)系‘Mc526’的花粉生活力的影響。 結(jié)果顯示,在苯達(dá)松處理前期(施藥后l～4天),Mc526花粉活力與對照接近,處理后期(施藥后5～8天)略低于對照,但差異不顯著。這為苯達(dá)松敏感致死基因應(yīng)用于雜交水稻混播制種的可行性提供了生理依據(jù)。再者,本文以‘混制1號’恢復(fù)系‘Mc526’為材料,通過相關(guān)生理生化指標(biāo)測定,比較了在不同光照、溫度條件下苯達(dá)松傷害的差異

7、,旨在為實際制種過程中合理調(diào)整施藥濃度提供理論依據(jù)。溫度對苯達(dá)松藥效影響的研究表明：在21℃-36℃范圍內(nèi),溫度與苯達(dá)松藥效呈顯著正相關(guān),即溫度每增加1℃,苯達(dá)松致死濃度約下降74.09mg·L-1,藥效約提高O.7％。生理生化研究表明,體內(nèi)水分平衡失調(diào)引起水分脅迫和代謝旺盛引發(fā)氧自由基積累是高溫下苯達(dá)松藥效提高的主要原因。田間試驗驗證了溫度對苯達(dá)松藥效影響的室內(nèi)研究結(jié)果。光強對苯達(dá)松藥效影響的研究表明：強光(100μmol·m-2·s

8、-1)和弱光(25 μmol·m-2·s-1)條件下,苯達(dá)松藥效較中光(50 μmol·m-2·s-1)均有顯著提高。相關(guān)生理生化研究證實,強光下氧自由基脅迫增加是苯達(dá)松藥效加強的主要原因。 最后,建立了苯達(dá)松、6-OH-苯達(dá)松和8-OH-苯達(dá)松高效液相色譜同柱分析方法。同時利用該方法,對雜交水稻‘混制1號’制種田苯達(dá)松最終殘留和消解動態(tài)進(jìn)行研究,對雜交水稻混播制種技術(shù)應(yīng)用引起環(huán)境威脅的可能性進(jìn)行科學(xué)評估。 結(jié)果表明：不