水稻幼苗硅素吸收能力的遺傳分析.pdf

1、高等植物種間硅(Silicon)含量存在巨大差異，從占地上部分干重的0.1％到10％以上。根據(jù)植物硅含量的高低以及Si和Ca的比值，可將植物分為高硅積累型、中等硅積累型和拒硅型三種硅積累類型。高等植物種間硅含量的差異主要來源于根系硅吸收能力的差異，與硅積累類型相應存在三種根系對硅的吸收形式：主動硅吸收、被動硅吸收和拒硅型。植物根系以硅酸的形式吸收硅，硅酸進入木質部后，隨蒸騰流被輸送到地上部分，以硅膠形式沉積在葉片、莖桿等器官的表皮組織和

2、維管束厚壁組織。提高植物體內的硅含量可以改善植株的受光姿勢、增強植物抗倒伏能力、提高植物對多種生物脅迫和非生物脅迫的抗(耐)性、增加產量和提高品質。硅對植物的有益作用隨植物硅含量增高而表現(xiàn)明顯。提高植物的硅含量除了增施硅肥外，提高根系吸收硅的能力也是一條值得探索的途徑。 水稻是高硅積累型植物，其根系能主動吸收硅。水稻地上部硅(Si)含量可高達干物質重的10％以上。稻株缺硅，其生長發(fā)育會受到影響，后期會因不育而導致減產。我國北方有

3、近40％的稻田缺硅，南方則達50％。培育能從低有效硅土壤中高效吸收硅的水稻品種，增加水稻硅含量，既可改善水稻的受光姿勢、增強抗倒伏能力、提高水稻對水分脅迫、鹽脅迫、高溫脅迫、鋁毒、重金屬毒害脅迫等多種非生物脅迫和稻瘟病、胡麻斑病、紋枯病、螟蟲等生物脅迫的抗性，同時又可減少農藥、硅肥等施用量，對水稻的可持續(xù)生產具有重要的意義。水稻硅吸收遺傳機制的分析有利于闡明水稻硅吸收的分子機理，也有助于選育高效硅吸收水稻品種。 本研究利用粳稻品

4、種Nipponbare、Asominori、Kinmaze和秈稻品種Kasalath、IR24、DV85研究水稻品種間根系硅吸收能力的差異；利用Kinmaze/DV85重組自交系(recombinant inbred lines，RIL)作圖群體和Asominori/IR24 RIL作圖群體對水稻秈粳間的硅吸收能力進行了遺傳分析，并對影響水稻單位根干重硅吸收能力(根硅吸收能力)、單株硅吸收能力和水稻根干重的數(shù)量基因座(quantitat

5、ive trait locusQTL)進行了定位。結果如下： 1、水稻品種間根系對硅的吸收能力有顯著的差異(P<0.01)，水稻地上部分的硅含量受根硅吸收能力和根冠比的影響。根硅吸收能力低的品種可因較高的根冠比(或相對較低的地上部生長量)而獲得較高的地上部硅含量，因而稻株硅含量的高低并不能反應根系硅吸收能力的強弱，地上部硅含量不宜作為根硅吸收能力檢測的指標。粳稻品種Kinmaze和秈稻品種DV85的硅酸吸收能力學試驗表明Kinm

6、aze和DV85對硅酸具有相近的親合常數(shù)，但它們對硅酸的最大吸收速率存在顯著差異。粳稻品種Asominori和秈稻品種IR24的硅酸吸收動力學試驗也具有相同的結果，Asominori與IR24對硅酸的親合常數(shù)相近，但最大硅吸收速率存在差異，暗示品種間的硅轉運蛋白密度的差異。 2、81個家系組成的Kinmaze/DV85 RIL作圖群體和由71家系組成的Asominorj/IR24 RIL作圖群體均表現(xiàn)在單位根干重硅吸收、單株硅

7、吸收和根干重三個性狀上的分離，說明這三個性狀是數(shù)量性狀，受多基因控制。兩套RIL群體的單位根干重硅吸收、單株硅吸收和根干重三個性狀的相關分析表明單株硅吸收與根干重的相關性大于單株硅吸收與單位根干重硅吸收問的相關性，表明水稻單株硅吸收受根量的影響大于受根硅吸收能力的影響；在根干重和單位根干重硅吸收間則存在著負相關。 3、利用win QTL Cartograpller 2.5分析軟件，通過復合區(qū)間作圖分析，以Kinmaze/Dv85

8、 RIL和Asominori/IR24 RIL作圖群體為材料，對影響水稻根系硅吸收能力、單株硅吸收能力和根干重的QTL進行了檢測。 利用Kinmaze/Dv85 RIL群體定位了3個單株硅吸收相關的QTL，分別位于第7、8和10染色體上，解釋表型變異的13.2％、11.0％和11.5％；定位了4個與根硅吸收能力(單位根干重硅吸收)相關的QTL，分別位于第1、3、9和11染色體，相應貢獻率為11.7％、7.2％、15.1％和12.

9、2％；定位了3個影響根干重的QTL，分別位于第2、3、7染色體上，相應貢獻率為17.2％、13.5％和8.1％。 利用Asominori/IR24 RIL群體定位了3個單株硅吸收相關的QTL，分別位于第7、8染色體上，相應的貢獻率為8.2％、16.1％和10.7％；定位了3個與根硅吸收能力相關的QTL，分別位于第3、7、9染色體上，相應的貢獻率為13.5％、12.1％和11.4％；定位了6個影響根干重的QTL，分別位于第1、2、

10、4、7、8染色體上，能解釋表型變異的8.9％、7.4％、11.4％、8.5％、18.9％和12.8％。 在兩套RIL群體都檢測到的QTL有：位于第3染色體上的影響根硅吸收的QTL，qSILr-3；位于第7、8染色體上與單株硅吸收相關QTL，qSILp-7和qSILp-8；位于第2、7染色體上影響根干重的QTL，qRKW-2和qRDW-7。 4、根據(jù)Kinmaze/Dv85 RIL和Asomillori/IR24 RIL作

11、圖群體的單位根干重硅吸收相關QTL的定位結果，從以Asominori為遺傳背景置換IR24的染色體片段置換系(chromosome segment substitution lines，CSSLs)AIS中選擇包含根硅吸收QTL區(qū)間的染色體片段置換株系，分析目標QTL相應的IR24染色體片段在Asominori遺傳背景中的效應，結果表明兩套RIL定位的根硅吸收相關QTL基本能檢測出，表明RIL定位結果的可靠性。本研究結果為進一步對根硅吸