地方稻種小圓粒半矮稈突變體srd-1粒形及矮化機理研究.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農藝性狀。粒形是谷物重量的一個重要的決定因素，它對稻谷產品的市場價值有著重大影響。株高與水稻產量、抗倒伏性、光合效率等密切相關。株高超過一定高度易引起倒伏，阻礙光合產物的形成、運輸和儲存，降低結實率，從而使產量降低，適當?shù)陌瘎t可以提高水稻耐肥性，增加產量。因此，創(chuàng)制水稻粒形及矮化種質資源，揭示調控粒形及矮化的機理具有重要的理論意義和應用價值。本研究以實驗室構建的貴州地方稻種（貴州禾

2、）來攏突變體庫中一種小圓粒半矮稈突變體srd-1為材料，對其粒形和矮化性狀進行了研究，以期探索籽?？s短和矮化的調控機理，為水稻高產育種提供科學依據(jù)。取得了以下研究結果：
　　（1）srd-1突變體形態(tài)及細胞學特征
　　突變體表現(xiàn)出植株高度降低，籽粒短圓等性狀。對突變體成熟期進行農藝性狀測定發(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，且各節(jié)間長度均比野生型縮短。突變體粒

3、長0.58 cm，為野生型0.66 cm的87.8%，縮短極顯著。細胞切片觀察發(fā)現(xiàn)，突變體莖節(jié)和外穎細胞縱向長度縮短（突變體第二莖節(jié)細胞平均長度為野生型的86.4%，外穎縱向細胞長度為野生型的81.2%）。說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)目減少和縱向細胞長度縮短所致。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

4、突變體不同生長發(fā)育時期光合特性和葉綠素含量的研究結果表明，突變體和野生型的凈光合速率在整個生長發(fā)育期均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，但突變體的減小更為緩慢（凈光合速率均在灌漿期達到最大值，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度以維持胞間 CO2濃度，同時后期相對高的蒸騰速率保證了植物結實所需的營養(yǎng)。而突變體葉綠素的含量除成熟期高于野生型外，其余時期均低于野

5、生型，說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，而是較高的氣孔導度和蒸騰速率。
　?。?）srd-1突變體對外源激素處理的響應
　　暗形態(tài)建成實驗研究結果表明，黑暗處理兩周的突變體和野生型幼苗中胚軸均伸長，而正常光照培養(yǎng)下均不伸長，說明突變體的矮化性狀與油菜素內酯（Brassinosteroid, BR）無關。突變體對外源赤霉素（Gibberellin, GA）敏感性研究發(fā)現(xiàn)，外源GA3能誘導突變體種子產生α

6、-淀粉酶活性； GA3處理前突變體與野生型第二葉鞘長度差異明顯，當經過 GA3處理后，突變體和野生型幼苗第二葉鞘相對于未處理植株均明顯增加，當 GA3濃度達到10-4時，突變體第二葉鞘的長度幾乎與野生型相等，表明突變體可以感受并正常傳導GA信號；對突變體根尖細胞微管排列方式進行免疫熒光觀察發(fā)現(xiàn)，野生型根尖細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，經過 GA3處理的突變體根尖微管結構則可恢復至野生型橫向排列方向，表明突變體矮化表

7、型可能是由于細胞微管骨架
　?。?）SRD-1突變對GA合成途徑中關鍵酶基因和小圓粒調控基因表達的影響
　　利用real-time PCR檢測了SRD-1突變對突變體和野生型GA合成途徑中關鍵酶基因OsCPS、OsKS1、OsKO2、OsKAO、OsGA20ox2、OsGA3ox2和OsGA2ox1表達的影響。突變體中 OsKS1和 OsGA2ox1基因的表達相對于野生型差異不顯著，OsCPS、OsKO2、OsKAO、OsG

8、A20ox2和OsGA3ox2基因表達則表現(xiàn)下調，其中OsGA20ox2和OsGA3ox2表達下調明顯，分別下調為野生型的6.3%和3.1%，這些基因表達的下調可能導致了活性GA生物合成的降低。說明突變體突變基因可能是GA生物合成的調控基因，其調節(jié)了GA生物合成途徑中關鍵酶基因在突變體內的表達，最終導致了突變體矮化性狀的產生。
　　srd-1突變體小圓粒調控基因SRS1、SRS3和SRS5的表達量均呈現(xiàn)出明顯的下調，分別下調為野生

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控基因表達上調，但突變體上調顯著（處理后突變體小圓粒調控基因SRS1、SRS3和SRS5表達分別為正常水平的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控，突變基因通過降低赤霉素含量而導致小圓粒調控基因表達量下調，進而導致了突變體籽粒短圓和小圓粒表型的產生。