雜交水稻穗萌抑制劑篩選及其抑制機(jī)理研究.pdf

1、雜交水稻大多數(shù)不育系種子休眠期較短，加上制種過程赤霉素的施用，制種種子成熟過程若遇陰雨天氣易發(fā)生穗萌，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此研制有效的穗萌抑制劑并探究其抑制機(jī)理具有重要意義。本文以雜交水稻品種錢優(yōu)1號和Y兩優(yōu)689為試驗(yàn)材料，研究了丁香酚和抑制劑組合(丁香酚+烯效唑+馬來酰肼(MH))對雜交水稻種子萌發(fā)的抑制效果;探究抑制劑對種子萌發(fā)過程中生理變化和基因表達(dá)的影響以闡釋其抑制機(jī)理;通過田間試驗(yàn)驗(yàn)證穗萌抑制劑的穗萌抑制效果，最終得到抑制效

2、果較好的三個(gè)抑制劑組合。本研究系首次探討天然產(chǎn)物丁香酚和抑制劑組合抑制雜交水稻種子萌發(fā)及其抑制機(jī)理，為雜交水稻制種過程穗萌控制及其它禾谷類作物的穗萌抑制研究提供間接依據(jù)和理論借鑒。主要研究結(jié)果如下:
　　研究了不同吸脹時(shí)間和不同發(fā)芽程度的錢優(yōu)1號雜交水稻種子的生理變化。隨著種子吸脹和胚根的伸長，可溶性糖含量及α-淀粉酶、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)和過氧化氫酶(CAT)的活性顯著上升;內(nèi)源激素ABA在種子吸脹

3、初期迅速下降。表明α-淀粉酶、POD、APX、CAT的活性和ABA含量與種子萌發(fā)進(jìn)程相關(guān)性較強(qiáng)。
　　研究了丁香酚對錢優(yōu)1號種子萌發(fā)和萌發(fā)過程中部分酶活性、內(nèi)含物質(zhì)、ABA、GA3、ABA代謝和信號相關(guān)基因表達(dá)的影響，以及GA3對丁香酚效應(yīng)的影響。1.5g/L以上濃度的丁香酚對錢優(yōu)1號種子萌發(fā)有抑制作用并嗵濃度上升而增強(qiáng)，且不影響幼苗生長。在吸脹96h內(nèi)，丁香酚處理的種子中α-淀粉酶、POD、APX和CAT活性顯著低于對照，認(rèn)為丁

4、香酚可通過影響萌發(fā)過程酶活性以抑制種子萌發(fā)。丁香酚與GA3共同處理后種子的發(fā)芽速率介于丁香酚處理和對照之間，認(rèn)為丁香酚的抑制作用可以被一定濃度的GA3所恢復(fù);在內(nèi)源激素水平上，丁香酚提高了種子吸脹初期（3h-12h）的ABA含量，同時(shí)施加GA3一定程度上可抵消丁香酚對ABA含量的影響;丁香酚和丁香酚與GA3共同處理同樣提高了種子中GA3的含量，說明丁香酚提高吸脹種子中ABA含量所產(chǎn)生的抑制萌發(fā)效果大于提高GA3含量所產(chǎn)生的促進(jìn)萌發(fā)效果，

5、進(jìn)而延緩種子的萌發(fā)。通過q-PCR分析種子吸脹過程中ABA合成關(guān)鍵酶NCED的五個(gè)基因（OsNCED1、2、3、4、5）和分解關(guān)鍵酶ABA8'-羥化酶的三個(gè)基因（OsABA8OH1、2、3）的表達(dá)情況，推測OsABA8OH2是丁香酚抑制水稻種子萌發(fā)過程中ABA分解代謝的主要ABA8'-羥化酶基因，而OsNCED2是丁香酚促進(jìn)ABA合成作用的主要NCED基因。此外，丁香酚可能通過促進(jìn)OsABF1的表達(dá)以增強(qiáng)ABA信號傳遞，從而抑制種子的萌

6、發(fā)。
　　對三種抑制劑（丁香酚、烯效唑、MH）進(jìn)行不同濃度的復(fù)配和篩選，最終得到抑制效果較好的三個(gè)組合(A、G、I)。研究了三個(gè)抑制劑組合對錢優(yōu)1號種子萌發(fā)和α-淀粉酶活性、ABA、GA3及ABA代謝和信號相關(guān)基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明三個(gè)抑制劑組合抑制錢優(yōu)1號種子萌發(fā)的同時(shí)顯著地抑制了幼苗的生長，這與烯效唑抑制節(jié)間細(xì)胞伸長有關(guān)。三個(gè)抑制劑組合均提高內(nèi)源激素ABA的含量，對GA3含量影響不大，推測丁香酚促進(jìn)GA3合成效果被烯效唑抵消

7、。在基因表達(dá)上，抑制劑組合A和G對吸脹3h的OsABA8OH2的表達(dá)有下調(diào)作用，但對OsNCEDs的表達(dá)量無明顯上調(diào)效果。抑制劑組合處理種子中OsNC ED2/OsABA8OH2的比值整體顯著高于對照，該結(jié)果與抑制劑組合處理提高ABA含量的結(jié)果相吻合。同樣，抑制劑組合處理可能通過促進(jìn)種子中OsABF1的表達(dá)以增強(qiáng)ABA信號的傳遞，從而抑制種子的萌發(fā)。
　　通過田間模擬降雨條件，研究了丁香酚和抑制劑組合對雜交水稻錢優(yōu)1號和Y兩優(yōu)68

8、9穗萌抑制效果，對收獲的各處理中未萌發(fā)的種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)以檢驗(yàn)抑制效果的持續(xù)性。丁香酚和抑制劑組合對Y兩優(yōu)689穗萌的抑制效果要強(qiáng)于錢優(yōu)1號。丁香酚的穗萌抑制效果隨濃度上升而增強(qiáng)，2.0g/L丁香酚對錢優(yōu)1號和Y兩優(yōu)689穗芽的抑制率分別為43.4％（穗芽率從27.9％降至15.80％）和80.0％（穗芽率從5.66％降至1.13％）。抑制劑組合對錢優(yōu)1號穗萌抑制效果比丁香酚好，而高濃度丁香酚對Y兩優(yōu)689品種的穗萌抑制效果較好。丁香酚

9、對兩個(gè)雜交水稻品種的抑制效果在貯藏6個(gè)月后完全解除。2015年三種抑制劑組合噴施表明，組合I（1.2g/L丁香酚+0.3g/L烯效唑+0.4g/L MH）對錢優(yōu)1號的穗萌抑制效果最好，穗芽率的抑制率達(dá)到60.5％（穗芽率從13.45％降至5.31％），而處理A（0.4g/L丁香酚+0.6g/L烯效唑+0.4g/L MH）對Y兩優(yōu)689的抑制效果較好，穗芽率的抑制率達(dá)66.1％（穗芽率從7.60％降至2.58％）。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，丁香酚