水稻伽瑪射線輻射誘變：突變體質(zhì)量保證與若干重要突變性狀的研究.pdf

1、四十多年來(lái)，輻射誘變技術(shù)在水稻種質(zhì)資源創(chuàng)新和新品種選育中取得了卓越成就。隨著基因組學(xué)研究的開(kāi)展和深入，誘發(fā)突變體更加受到重視。γ射線作為行之有效的水稻突變體誘發(fā)手段，也被應(yīng)用于基因組學(xué)的研究。本研究選用三份特殊的水稻遺傳材料進(jìn)行誘變處理和選育突變體。研究了入選突變體的真實(shí)來(lái)源，在比較突變體和親本微衛(wèi)星標(biāo)記差異的基礎(chǔ)上，建立了基于分子標(biāo)記技術(shù)的突變體質(zhì)量控制方法。此外，通過(guò)對(duì)黃葉材料的誘變處理，探討了互作基因突變體的選育和基本特性；通過(guò)培

2、育和研究長(zhǎng)穗頸(eui)突變體，探討了其應(yīng)用于雜交水稻可能存在的問(wèn)題。通過(guò)研究生育期這類常見(jiàn)突變體，探討了利用突變技術(shù)改良數(shù)量性狀進(jìn)而培育新品種的育種方法。 主要研究結(jié)果如下： (一)采用100、200、300、400Gy劑量γ射線分別處理黃葉品種黃玉B、Bt轉(zhuǎn)基因水稻科龍B和BT110的干種子，發(fā)現(xiàn)輻照處理可使M1植株結(jié)實(shí)率顯著降低，300、400Gy還使株高顯著降低，但基因型之間存在差異。M2代長(zhǎng)穗頸、谷色金黃等質(zhì)量

3、性狀的單株誘發(fā)突變頻率在10-4數(shù)量級(jí)，但葉色、生育期性狀的頻率在10-3數(shù)量級(jí)。對(duì)帶葉色標(biāo)記的黃玉B M2群體中綠葉植株的觀察，證實(shí)存在0.81％的異源竄粉植株，從而證實(shí)天然異交可能是M2群體中中遺傳變異的重要來(lái)源。對(duì)從科龍B后代選到的早熟單株后代的潮霉素葉面噴施檢測(cè)證實(shí)，非真實(shí)突變體可占選擇變異體的25.0～42.1％，顯著高于該性狀的誘發(fā)突變頻率。 (二)經(jīng)真實(shí)性鑒定的三組突變體(科龍B早熟突變體Kr1，Kr2，Kr3；B

4、T110早熟突變體M110;黃玉B的3份葉色或谷色突變體欣玉B、金玉B和翠玉B)為材料，開(kāi)展了突變體與親本間全基因組SSR組型差異的研究。所分析的353個(gè)SSR標(biāo)記在水稻品種間和亞種間存在不同程度的多態(tài)性(5.57～68.22％)，但誘發(fā)突變體和親本之間沒(méi)發(fā)現(xiàn)任何差異。突變體和相應(yīng)親本的SSR組型完全一致。隨后，對(duì)另外8組突變體與親本的SSR組型的比較進(jìn)一步證實(shí)該發(fā)現(xiàn)。在假設(shè)品種間SSR標(biāo)記多態(tài)性最低值為5％前提下，參考前人在其它作物中

5、發(fā)現(xiàn)的SSR突變頻率的上限，以95％和99％為置信區(qū)間，鑒別突變體真?zhèn)涡枰謩e檢測(cè)59對(duì)和90對(duì)SSR標(biāo)記。據(jù)此提出了應(yīng)用SSR標(biāo)記分析建立對(duì)γ射線誘發(fā)突變體進(jìn)行質(zhì)量控制的技術(shù)體系。 (三)在經(jīng)200Gy處理的黃玉B M2代穗行中發(fā)現(xiàn)了1份翠綠葉突變體，經(jīng)加代選擇定型并命名為翠玉B。翠玉B苗期、分蘗期、穗期的總?cè)~綠素含量分別比黃玉B提高87.0、51.6、59.1％；比龍?zhí)仄諦(黃玉B親本)減少32.4、38.5、32.4％；龍

6、特浦B、翠玉B、黃玉B在田間葉色明顯表現(xiàn)為綠色、翠綠、黃色，差異顯著，可用目測(cè)鑒定。早粳R/翠玉B F1葉色表現(xiàn)與早粳R一致，說(shuō)明早粳R的綠葉性狀對(duì)翠玉B的翠綠葉性狀具有遮蓋作用；在其F2群體中出現(xiàn)了綠葉、翠綠葉及黃葉單株，統(tǒng)計(jì)分析符合12:3:1的分離比例，證實(shí)翠綠葉性狀由兩對(duì)獨(dú)立的基因控制。在109個(gè)翠綠葉單株產(chǎn)生的F3代株系中，74個(gè)株系表現(xiàn)翠綠葉和黃葉的分離，35個(gè)表現(xiàn)翠綠葉不再分離，符合2:1理論值，進(jìn)一步證實(shí)翠綠葉和黃葉互相

7、獨(dú)立遺傳。在綠葉×翠綠葉的F2群體中出現(xiàn)親本沒(méi)有的黃葉表現(xiàn)型及翠葉源自黃玉B誘發(fā)突變兩個(gè)證據(jù)，支持翠綠葉基因是黃葉基因的上位基因突變，將翠玉B的該顯性上位基因命名為VG (t)。利用早粳R/翠玉B的F2群體中52個(gè)黃葉和35個(gè)翠綠葉純合基因型構(gòu)建了2個(gè)基因池對(duì)VG(t)進(jìn)行定位研究，對(duì)353個(gè)SSR標(biāo)記的檢則發(fā)現(xiàn)RM492在親本和基因池間均有差異，但該標(biāo)記在對(duì)構(gòu)建基因池的全部單株進(jìn)行分析時(shí)，未能發(fā)現(xiàn)存在連鎖現(xiàn)象，定位實(shí)驗(yàn)尚在繼續(xù)進(jìn)行。

8、 (四)對(duì)由不同材料中獲得的3個(gè)長(zhǎng)穗頸(eui)突變體欣玉B-100、欣玉B-300和e龍B的農(nóng)藝性狀觀察證實(shí)，突變體主要表現(xiàn)為頂部1、2、3節(jié)間的長(zhǎng)度較親本呈極顯著伸長(zhǎng)，4、5、6節(jié)間呈伸長(zhǎng)趨勢(shì)但統(tǒng)計(jì)分析未達(dá)顯著。遺傳研究證實(shí)它們的長(zhǎng)穗頸性狀均受1 對(duì)等位eui基因控制。比較欣玉B和外源GA3對(duì)親本黃玉B節(jié)間伸長(zhǎng)效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，欣玉B的節(jié)間伸長(zhǎng)效應(yīng)達(dá)到405g/h㎡。外源GA3施用的效果。此外還證實(shí)對(duì)欣玉B繼續(xù)施用GA3會(huì)致使第3節(jié)間

9、顯著伸長(zhǎng)。在噴水加濕處理下，eui突變體的穗萌率在25.0-26.7％，而親本的穗萌率在3.9-4.6％，F(xiàn)1的穗萌率在13.2-14.5％，表明eui突變會(huì)促進(jìn)穗上發(fā)芽。欣玉B和e龍B在與不育系雜交、回交過(guò)程中，不育單株的可育性不斷增加；欣玉B轉(zhuǎn)育的BC1、BC2代的套袋自交結(jié)實(shí)率達(dá)到11.39％和11.41％，是黃玉A(2.48％)的4.59、4.60倍；黑染花粉率分別為30.87％和29.12％，分別是黃玉A(9.46％)的3.2

10、6、3.08倍。該趨勢(shì)在用e龍B轉(zhuǎn)不育系時(shí)表現(xiàn)完全一致。這些結(jié)果表明，雖然eui突變不育系在制、繁時(shí)可以減少外源GA3的使用，但是也存在可能導(dǎo)致穗上發(fā)芽頻率提高、不育系花粉育性提高等不利效應(yīng)。 (五)對(duì)科龍B及BT110的生育期突變體的主要農(nóng)藝性狀和親本比較發(fā)現(xiàn)，生育期突變體的結(jié)實(shí)率、每穗粒數(shù)、株高、千粒重等主要農(nóng)藝性狀總體上均和親本存在顯著差異。通過(guò)對(duì)F2分離群體的研究表明，科龍B的8個(gè)生育期突變均受一對(duì)隱性基因控制。等位性測(cè)

11、驗(yàn)證實(shí)， 4個(gè)早熟突變體攜帶互為等位的突變基因，4個(gè)遲熟突變體也攜帶互為等位的突變基因。短日照試驗(yàn)證實(shí)BT110的早熟突變體CRD2、CRD5的短日促進(jìn)率分別為22.1％和19.8％，和典型感光的親本BT110的38.8％有極顯著差異，說(shuō)明CRD2和CRD5己突變?yōu)槿醺泄馄贩N。在此基礎(chǔ)上，對(duì)隱性單基因控制的誘發(fā)生育期突變體在雜交水稻高產(chǎn)制種上的應(yīng)用價(jià)值作了分析。 (六)通過(guò)對(duì)黃玉B的誘變處理，獲得了翠玉B和金玉B兩個(gè)突變體；以野

12、敗型胞質(zhì)的黃玉A為不育胞質(zhì)的供體，翠玉B和金玉B分別為輪回親本連續(xù)回交，育成了帶翠綠葉標(biāo)記的翠玉A和帶黃葉葉色和金黃色谷殼標(biāo)記的金玉A。觀察表明除突變性狀外，它們?cè)谵r(nóng)藝性狀、不育性等方面和黃玉A相似。通過(guò)紫興05B和金玉B雜交選育保持系的方法，育成了一份優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)粒、高柱頭外露率的帶黃葉標(biāo)記的保持系紫金46B，以黃玉A為不育胞質(zhì)的供體，經(jīng)連續(xù)回交轉(zhuǎn)育成不育系紫金46A，對(duì)其特性的觀察表明紫金46A具有敗育徹底、大穗長(zhǎng)粒、外觀米質(zhì)優(yōu)、高柱頭