低溫誘導燦粳雜交稻灌漿結(jié)實障礙特性研究.pdf

1、水稻是我國主要糧食作物，利用秈粳亞種間的雜種優(yōu)勢一直被認為是進一步提高水稻產(chǎn)量的有效途徑和重要方向。秈粳雜交稻穩(wěn)型大，秈粳成分不一，部分組合生產(chǎn)表現(xiàn)低溫敏感，花后容易產(chǎn)生結(jié)實障礙。因此，提高籽粒結(jié)實對秈粳雜交稻高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)顯得尤為重要。目前，有關秈粳雜交稻的研究工作主要圍繞高產(chǎn)超高產(chǎn)栽培及其秈粳雜種優(yōu)勢的遺傳機理等方面，但花后低溫對秈粳雜交稻結(jié)實障礙影響的研究仍需進一步加強和完善。為探討低溫對秈粳雜交稻籽粒灌漿結(jié)實特性及其影響機理，于20

2、13-2014年在中國水稻研究所，以浙江地區(qū)大面積種植的甬優(yōu)系列品種為供試材料，同時以生產(chǎn)上大面積應用的秈稻錢優(yōu)2號、中浙優(yōu)1號、粳稻浙粳88為對照，通過室內(nèi)盆栽試驗和田間試驗開展低溫誘導秈粳雜交稻籽粒灌漿結(jié)實障礙研究，主要研究了甬優(yōu)系列品種低溫耐性鑒定，花期耐低溫結(jié)實機理，花后低溫誘導籽粒生長發(fā)育特性與灌漿結(jié)實障礙的蛋白表達機制，以及播期對籽粒結(jié)實特性的影響，擬為秈粳雜交稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)栽培和抗逆育種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。主要研究結(jié)果如下

3、:
　　(1)開花期進行低溫脅迫(17℃)4d和7d處理，分析甬優(yōu)系列品種（9個）和對照秈粳稻錢優(yōu)2號、浙粳88籽粒結(jié)實特性的差異。結(jié)果表明，低溫處理顯著降低甬優(yōu)系列品種結(jié)實率和穗重，低溫脅迫效應處理7d大于4d。聚類分析表明，甬優(yōu)538、甬優(yōu)10號、甬優(yōu)6號、甬優(yōu)15號和浙粳88為耐冷性品種，甬優(yōu)17號、甬優(yōu)9號、甬優(yōu)8號和甬優(yōu)12號為冷敏感性品種。甬優(yōu)系列耐冷性與冷敏感性品種秈粳成分比例并無明顯的差異。
　　(2)為探討

4、秈粳雜交稻開花期耐低溫結(jié)實差異的機理，觀測分析了低溫處理5d下花藥開裂、柱頭花粉萌發(fā)和穎花開放習性等方面的差異。結(jié)果表明，與甬優(yōu)538和浙粳88（耐冷性品種）相比，低溫處理明顯降低甬優(yōu)17號和甬優(yōu)9號（冷敏感品種）的穎花受精率，較常溫對照分別下降12.5％和9.5％，以穗上部穎花影響尤為顯著。低溫對花藥寬度和體積的影響大于花藥開裂。低溫處理下，耐冷性品種具有較高的柱頭花粉數(shù)和萌發(fā)率以及花粉?；钚院椭睆剑f花開放量不及冷敏感品種。相關分

5、析表明，穎花育性與柱頭花粉數(shù)和萌發(fā)率呈顯著正相關，但與穎花開放量無顯著相關。因此，柱頭花粉散落特性是穎花育性提高的重要前提。
　　(3)于花后不同時段（0-15d，前期;15-30d，中期;30d-成熟，后期），研究低溫處理（前期，20℃;中期，17℃;后期，14℃）對秈粳雜交稻甬優(yōu)品種籽粒發(fā)育特性的影響。結(jié)果表明，花后不同時段低溫對甬優(yōu)品種籽粒灌漿結(jié)實的影響以前期＞中期＞后期，中、后期與對照差異不大?；ê笄捌诘蜏孛黠@影響?zhàn)畠?yōu)17

6、號籽粒灌漿啟動，降低灌漿進程，延長灌漿持續(xù)時間，導致籽粒結(jié)實不良，粒重下降，且對弱勢粒的影響大于強勢粒，甬優(yōu)17號結(jié)實率與單穩(wěn)重較對照分別下降41.41％、35.61％，而甬優(yōu)538和粳稻浙粳88與對照差異不明顯。相比甬優(yōu)538，花后前期低溫降低甬優(yōu)17號籽粒IAA、ZR含量，但提高GA3、ABA含量;影響籽粒蔗糖的積累和轉(zhuǎn)運，降低淀粉合成;同時降低葉片葉綠素熒光參數(shù)。因此，花后前期低溫籽粒激素含量的顯著變化，碳水化合物的積累和轉(zhuǎn)運受阻

7、以及光合作用的下降等影響?zhàn)畠?yōu)17號籽粒的灌漿結(jié)實。
　　(4)通過研究花后不同時段低溫對秈粳雜交稻甬優(yōu)品種籽粒形態(tài)和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，花后前期低溫明顯降低甬優(yōu)17號籽粒的寬度、面積、等效直徑和比粒重，強、弱勢粒比粒重較對照分別降低66.08％、59.65％，高于對照秈稻品種(52.43％、18.37％)?；ê笄捌诘蜏匾裁黠@降低甬優(yōu)17號的整精米率、直鏈淀粉含量，但提高蛋白質(zhì)含量，同時也降低甬優(yōu)17號和甬優(yōu)538的堊白;此外，花

8、后低溫顯著影響稻米淀粉的峰值粘度、熱漿粘度、崩解值和回復值，降低甬優(yōu)17號的崩解值，影響稻米蒸煮食味品質(zhì)。
　　(5)為明確秈粳雜交稻低溫灌漿結(jié)實障礙的特性，研究了籽粒低溫發(fā)育的蛋白表達機制。結(jié)果表明，與甬優(yōu)538相比，花后前期低溫顯著降低甬優(yōu)17號籽粒蛋白的含量，降幅達40.42％。根據(jù)雙向電泳結(jié)果，在甬優(yōu)17號和甬優(yōu)538中分別發(fā)現(xiàn)117和6個蛋白上調(diào)表達，41和36個蛋白下調(diào)表達。基于質(zhì)譜分析和數(shù)據(jù)庫搜索獲得33個差異表達蛋

9、白質(zhì)，其生物學功能主要涉及籽粒充實與胚發(fā)育（12個蛋白質(zhì)）、能量代謝（5個蛋白質(zhì)）、病程反應（3個蛋白質(zhì)）、蛋白質(zhì)代謝（2個蛋白質(zhì)）、抗逆反應（2個蛋白質(zhì)）和氧化作用（2個蛋白質(zhì)）等生物學過程。較之甬優(yōu)538，這些功能蛋白在甬優(yōu)17號中大多出現(xiàn)不同程度的過表達，在蛋白質(zhì)水平上表現(xiàn)出消極的傷害作用。本研究還發(fā)現(xiàn)2個與抗逆反應有關的新蛋白:Sgt1蛋白和假設蛋白RAB24。
　　(6)通過大田試驗研究了播期（6月14日，早播;6月21

10、日，適播;6月28日，遲播;7月5日，遲播）對秈粳雜交稻結(jié)實特性的影響，并探討外源亞精胺(Spd)對水稻低溫冷害的緩解效應。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨播期推遲，甬優(yōu)品種生育期縮短，但花后灌漿持續(xù)時間延長，尤為對照秈稻品種。與適播相比，遲播或早播，均影響水稻產(chǎn)量，甬優(yōu)品種產(chǎn)量變化因生育期和抗逆性而異，但低于對照秈稻，甬優(yōu)538遲播產(chǎn)量降幅（0.91-8.85％）低于甬優(yōu)8號（2.25-14.81％）和甬優(yōu)15號(17.38-25.42％)。播期推遲，結(jié)實