水稻卷葉突變體X173WG對(duì)鎘脅迫的耐性研究.pdf

1、水稻是我國(guó)主要的糧食作物，葉形是水稻作物的一個(gè)重要農(nóng)藝性狀，適度的卷曲有利于保持葉片的挺立、提高光能利用率、減少蒸騰、改善田間群體光合效率，從而提高產(chǎn)量和品質(zhì)。隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，中國(guó)耕地土壤受鎘污染日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響水稻植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)。因此，篩選培育鎘低積累、強(qiáng)耐鎘性水稻品種對(duì)保障農(nóng)產(chǎn)品的安全有著重要指導(dǎo)意義。本研究對(duì)卷葉突變體X173WG和W0的表型、農(nóng)藝性狀、生理性狀、對(duì)鎘和光合相關(guān)的幾種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收積累情況進(jìn)行了比

2、較分析，并利用 RNA-Seq技術(shù)進(jìn)行了基因組測(cè)序分析，在此基礎(chǔ)上，深入研究了突變體X173WG種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)過程中對(duì)鎘脅迫的應(yīng)答。主要研究結(jié)果如下：
　　1.卷葉突變體X173WG的性狀分析
　　通過調(diào)查和分析田間 X173WG全生育期的生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)葉片的卷曲性狀基本伴隨著整個(gè)生育期，葉片細(xì)窄并向內(nèi)卷曲，卷曲度遠(yuǎn)高于野生型。與野生型W0相比，突變體 X173WG的主要農(nóng)藝性狀也發(fā)生了變化。穗長(zhǎng)變短，單穗枝梗數(shù)和實(shí)粒數(shù)

3、減少，結(jié)實(shí)率降低，籽粒的長(zhǎng)寬比也變化明顯。突變體葉片較為深綠，各個(gè)生育期葉片的葉綠素含量均比W0高。從Cd的吸收積累情況來看，Cd主要富集在根系，其次是莖、糙米、穎殼，葉中含量最少。X173WG葉片和糙米對(duì)Cd積累均較W0少，而營(yíng)養(yǎng)元素的含量則大多顯著性高于W0。通過RNA-Seq測(cè)序分析，篩選出差異表達(dá)基因，利用MapMan對(duì)187個(gè)與卷葉相關(guān)的主要差異基因進(jìn)行代謝途徑分析表明與卷葉相關(guān)的差異基因在脅迫條件下的代謝應(yīng)答可以起到一定的調(diào)

4、節(jié)作用。
　　2.不同濃度鎘脅迫對(duì)X173WG種子萌發(fā)的影響
　　通過研究1、10、50、100和1000μM Cd處理對(duì)X173WG和W0種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)鎘脅迫（1~100μM）對(duì)發(fā)芽率影響不大，只有最高濃度1000μM才顯著抑制其萌發(fā)。水稻胚芽和胚根的生長(zhǎng)對(duì)鎘脅迫表現(xiàn)出完全不同的反應(yīng)，且W0與X173WG之間的反應(yīng)也不同。1~100μM的Cd能明顯促進(jìn)胚芽的生長(zhǎng)，促進(jìn)效果W0比X173WG要顯著；而1000μM Cd

5、則嚴(yán)重抑制芽的生長(zhǎng)，但X173WG芽的抗性要比W0強(qiáng)。W0的根對(duì)鎘極其敏感，隨著Cd濃度的增加，根越短粗，而突變體X173WG的根形態(tài)受到的影響顯著低于W0。
　　3.不同濃度鎘脅迫對(duì)X173WG幼苗生長(zhǎng)的影響
　　通過水培實(shí)驗(yàn)表明鎘脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的毒害比對(duì)種子萌發(fā)更為明顯。隨著鎘處理濃度的增加，幼苗生長(zhǎng)緩慢，葉片失綠，株高、根長(zhǎng)、地上部生物量都受到顯著抑制。隨著鎘處理水平的增加，兩水稻材料幼苗葉片的葉綠素含量、凈光合速

6、率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均逐漸降低，胞間CO2濃度上升，說明在鎘脅迫下，兩水稻材料光合作用降低的限制因素是非氣孔限制引起的。突變體 X173WG光合特征參數(shù)受鎘影響較W0小。1~50μM Cd處理時(shí)，兩水稻材料MDA含量較低，在高濃度100μM時(shí)則迅速增加，而在更高濃度1000μM水平下時(shí)，MDA的含量繼續(xù)保持在較低水平。相反，隨著Cd濃度的提高，兩供試材料幼苗葉片SOD、POD和CAT活性均呈先升高后降低再升高的趨勢(shì)。此外，鎘脅迫顯著性

7、地提高了水稻幼苗的鎘吸收量，但葉和根中Cd的含量因材料不同而異。X173WG根系比W0吸收更多的Cd，但葉片中相對(duì)含量較W0少，故Cd對(duì)X173WG幼苗地上部傷害較小。隨著鎘濃度的上升，水稻葉片中營(yíng)養(yǎng)元素Cu、Zn、Mn、Fe、Mg含量下降，而Ca含量升高；而根系中Cu、Zn、Mg含量下降，F(xiàn)e、Mn和Ca的含量顯著性升高。X173WG根系Fe含量與對(duì)Cd的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)極顯著正相關(guān)。
　　綜上所述，水稻根中Cd與Fe、Mn和Ca之間的