水稻卷葉突變體X173WG對鎘脅迫的耐性研究.pdf

1、水稻是我國主要的糧食作物，葉形是水稻作物的一個重要農(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，中國耕地土壤受鎘污染日趨嚴重，嚴重影響水稻植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)。因此，篩選培育鎘低積累、強耐鎘性水稻品種對保障農(nóng)產(chǎn)品的安全有著重要指導意義。本研究對卷葉突變體X173WG和W0的表型、農(nóng)藝性狀、生理性狀、對鎘和光合相關的幾種營養(yǎng)元素的吸收積累情況進行了比

2、較分析，并利用 RNA-Seq技術進行了基因組測序分析，在此基礎上，深入研究了突變體X173WG種子萌發(fā)和幼苗生長過程中對鎘脅迫的應答。主要研究結果如下：
　　1.卷葉突變體X173WG的性狀分析
　　通過調(diào)查和分析田間 X173WG全生育期的生長狀況，發(fā)現(xiàn)葉片的卷曲性狀基本伴隨著整個生育期，葉片細窄并向內(nèi)卷曲，卷曲度遠高于野生型。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。穗長變短，單穗枝梗數(shù)和實粒數(shù)

3、減少，結實率降低，籽粒的長寬比也變化明顯。突變體葉片較為深綠，各個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Cd積累均較W0少，而營養(yǎng)元素的含量則大多顯著性高于W0。通過RNA-Seq測序分析，篩選出差異表達基因，利用MapMan對187個與卷葉相關的主要差異基因進行代謝途徑分析表明與卷葉相關的差異基因在脅迫條件下的代謝應答可以起到一定的調(diào)

4、節(jié)作用。
　　2.不同濃度鎘脅迫對X173WG種子萌發(fā)的影響
　　通過研究1、10、50、100和1000μM Cd處理對X173WG和W0種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)鎘脅迫（1~100μM）對發(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對鎘脅迫表現(xiàn)出完全不同的反應，且W0與X173WG之間的反應也不同。1~100μM的Cd能明顯促進胚芽的生長，促進效果W0比X173WG要顯著；而1000μM Cd

5、則嚴重抑制芽的生長，但X173WG芽的抗性要比W0強。W0的根對鎘極其敏感，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X173WG幼苗生長的影響
　　通過水培實驗表明鎘脅迫對水稻幼苗生長的毒害比對種子萌發(fā)更為明顯。隨著鎘處理濃度的增加，幼苗生長緩慢，葉片失綠，株高、根長、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，兩水稻材料MDA含量較低，在高濃度100μM時則迅速增加，而在更高濃度1000μM水平下時，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。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，但葉片中相對含量較W0少，故Cd對X173WG幼苗地上部傷害較小。隨著鎘濃度的上升，水稻葉片中營養(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Cd的吸收轉(zhuǎn)運極顯著正相關。
　　綜上所述，水稻根中Cd與Fe、Mn和Ca之間的