水稻突變化shuanglimi的生殖發(fā)育特性研究.pdf

1、在水稻的遺傳改良中，有效地創(chuàng)造出遺傳性變異材料是提高改良效果和加快改良步伐的基礎(chǔ)和前提條件。利用現(xiàn)代生物技術(shù)創(chuàng)造出各種突變體材料，這將為水稻遺傳改良提供更加豐富的種質(zhì)資源。創(chuàng)造出各種水稻花器官突變體并對其特征特性進(jìn)行深入研究則有助于全面闡明水稻花器官的發(fā)育模式及其機(jī)理。利用低能氮離子束介導(dǎo)技術(shù)將玉米全基因組DNA導(dǎo)入水稻品種IR36，在其后代中篩選到1株具有“雙粒米”特性的突變體（即shuanglimi）。以遺傳基礎(chǔ)穩(wěn)定的水稻突變體sh

2、uanglimi品系為試驗(yàn)材料，對其主要農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)特征、抗逆生理特性、穎殼的形態(tài)特征和雌雄配子體的發(fā)育特點(diǎn)及其遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了比較深入地研究，由此獲得如下研究結(jié)果。
　　1.利用生物學(xué)常規(guī)研究方法對水稻突變體shuanglimi的主要農(nóng)藝性狀的特點(diǎn)、育性特征和抗逆生理特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，在M4代群體內(nèi)，主要農(nóng)藝性狀（株高、劍葉長、劍葉寬、分蘗數(shù)、穗長、結(jié)實(shí)率和千粒重）相對穩(wěn)定，群體呈現(xiàn)出整齊一致的狀態(tài)。在群體內(nèi)，大約9

3、0.53～91.36％單株表現(xiàn)為高度不育，6.60～7.55％單株表現(xiàn)為可育單粒，1.98～2.16％單株表現(xiàn)為可育雙粒。對可育穗而言，單粒籽粒的穎殼和雙粒籽粒的穎殼在長度上無顯著性差異。然而，不育穗的穎殼長度比可育穗中單粒穎殼長度和雙粒穎殼長度分別長22.14％和18.33％。在小穗發(fā)育期受到UV-B脅迫時，shuanglimi中MDA含量只有在孕穗中期略高于CK,其余發(fā)育階段均低于CK;POD始終低于CK，而SOD和CAT在孕穗期分

4、別高于或接近于CK。對于GSH和可溶性糖而言，shuanglimi孕穗期的含量高于CK，而在抽穗期低于CK;在揚(yáng)花期，兩者的含量均有所降低并與CK的含量相近似。在抽穗期對shuanglimi的劍葉凈光合效率、水分利用率、羧化效率、蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度的研究結(jié)果表明，除蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度shuanglimi與CK無顯著性差異外，其劍葉凈光合效率、水分利用率以及羧化效率較CK分別降低71.18％、72％和79％，而胞間CO2濃度卻提高了近2倍

5、。shuanglimi光合作用比較弱的原因可能與葉綠素含量的降低和劍葉中大小維管束數(shù)目比較少有一定的相關(guān)性。
　　2.利用形態(tài)學(xué)鑒定方法對水稻突變體shuanglimi穎花的形態(tài)特征進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，在shuanglimi小花中，僅有13.84％的小花具有6枚正常的花藥，其余小花所具有的花藥數(shù)目在1枚～5枚之間不等，其中大多數(shù)為3枚(32.31％)或5枚(24.60％)，沒有發(fā)現(xiàn)無花藥穎花或超過6枚花藥的穎花。在試驗(yàn)材料中

6、大約60％的材料表現(xiàn)為花絲中無導(dǎo)管，40％的材料表現(xiàn)為藥隔發(fā)生了異常發(fā)育，其中包括連體雙藥隔和空藥隔的特殊狀態(tài)。表型異常的子房占35.18％，略低于表型正常的單子房(43.26％)，正常的雙子房占11.93％，與無子房結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的頻率非常接近。同時，在內(nèi)稃、外稃的基部內(nèi)側(cè)著生有4個漿片化穎片，或成葉狀或成針狀。筆者推測“雙?！钡男纬煽赡苁钱?dāng)小穗的頂端小花進(jìn)入分化階段時，穎花原基可能均等地分化出兩套相等的雌蕊原基和雄蕊原基，由此分別發(fā)育成兩

7、個獨(dú)立的子房，通過自交而形成“雙粒”。籽粒中“再生穎殼”的形成可能是受子房異常發(fā)育所導(dǎo)致。shuanglimi的4枚漿片存在不同程度的分化狀態(tài)，針狀漿片在開花期后逐漸干枯退化;葉狀漿片在后期的發(fā)育中只有1枚形成“再生穎殼”，其余均發(fā)生退化。
　　3.利用激光共聚焦掃描技術(shù)對水稻突變體shuanglimi雄配子體的發(fā)育特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在減數(shù)分裂期shuanglimi小孢子母細(xì)胞存在著多種異常結(jié)構(gòu)（如染色體的拖拽，染色體橋，

8、三極紡錘體，異常二分體等）。通過對小孢予時期兩次減數(shù)分裂過程的整體分析表明，shuanglimi小孢子的異常率為7.65％，較CK小孢子的異常率(2.83％)高出近3倍。同時，在shuanglimi成熟花粉粒中，74.32％的花粉育性表現(xiàn)正常，較CK的花粉育性降低了15.17％。在敗育花粉粒中主要以染敗(71.74％)為主，其敗育發(fā)生的時期在2細(xì)胞花粉粒末期或3細(xì)胞花粉粒中期。由此可見，花粉粒敗育是shuanglimi育性降低的主要原因

9、之一。
　　4.利用胚囊染色技術(shù)和激光共聚焦掃描技術(shù)對水稻突變體shuanglimi雌配子體的發(fā)育特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，在表型正常的子房中有17.35％的試驗(yàn)材料在大孢子發(fā)生階段胚囊發(fā)生異?，F(xiàn)象（即二分體異常、四分體異常、分裂位置異常和多個四分體）;在胚囊成熟期，在子房中的胚囊有27.53％發(fā)生異常（即極核數(shù)及位置異常、卵器退化和雌性生殖單位的結(jié)構(gòu)退化等）。對子房中胚珠的觀察結(jié)果表明，胚珠的發(fā)育存在多種異?，F(xiàn)象，即胚珠側(cè)生

10、異常組織(8.27％)、珠心組織異常發(fā)育(5.40％)、雙胚珠(10.79％)和雙胚囊(3.60％)等。由此可見，在子房的發(fā)育過程中表現(xiàn)型異常和胚珠的異常發(fā)育與shuanglimi育性降低存在著一定的相關(guān)性，這也是shuanglimi形態(tài)發(fā)生的胚胎學(xué)機(jī)理。
　　5.利用分子檢測技術(shù)對水稻突變體shuanglimi的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。通過對參與花器官發(fā)育調(diào)控的5個AP2-1ike基因[Os07913170(SNB)，Os03960