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(yīng)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(jìn)入木質(zhì)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(nèi)的硅含量可以改善植株的受光姿勢、增強(qiáng)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(chǎn)量和提高品質(zhì)。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(dá)干物質(zhì)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(dǎo)致減產(chǎn)。我國北方有

3、近40％的稻田缺硅，南方則達(dá)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(qiáng)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(nóng)藥、硅肥等施用量，對水稻的可持續(xù)生產(chǎn)具有重要的意義。水稻硅吸收遺傳機(jī)制的分析有利于闡明水稻硅吸收的分子機(jī)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(jìn)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(jìn)行了定位。結(jié)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(yīng)根系硅吸收能力的強(qiáng)弱，地上部硅含量不宜作為根硅吸收能力檢測的指標(biāo)。粳稻品種Kinmaze和秈稻品種DV85的硅酸吸收能力學(xué)試驗(yàn)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(xué)試驗(yàn)也具有相同的結(jié)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(zhuǎn)運(yùn)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(guān)分析表明單株硅吸收與根干重的相關(guān)性大于單株硅吸收與單位根干重硅吸收問的相關(guān)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(fù)相關(guān)。 3、利用win QTL Cartograpller 2.5分析軟件，通過復(fù)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(jìn)行了檢測。 利用Kinmaze/Dv85 RIL群體定位了3個單株硅吸收相關(guān)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(guān)的QTL，分別位于第1、3、9和11染色體，相應(yīng)貢獻(xiàn)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(yīng)貢獻(xiàn)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(guān)的QTL，分別位于第7、8染色體上，相應(yīng)的貢獻(xiàn)率為8.2％、16.1％和10.7％；定位了3個與根硅吸收能力相關(guān)的QTL，分別位于第3、7、9染色體上，相應(yīng)的貢獻(xiàn)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(guān)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(guān)QTL的定位結(jié)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(biāo)QTL相應(yīng)的IR24染色體片段在Asominori遺傳背景中的效應(yīng)，結(jié)果表明兩套RIL定位的根硅吸收相關(guān)QTL基本能檢測出，表明RIL定位結(jié)果的可靠性。本研究結(jié)果為進(jìn)一步對根硅吸