节水抗旱稻核心资源耐盐性评价、基因挖掘与种质创新

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水稻(Oryza sativa L.)是最重要的粮食作物之一,全世界半数以上的人口以水稻作为主粮。在其生产过程中往往会受到干旱、盐碱的双重制约。同时,干旱会加剧土壤盐害程度,而盐胁迫也会抑制水分吸收,造成生理干旱。目前,节水抗旱稻的培育在缓解水资源短缺上已取得较好的应用,因此研究节水抗旱稻的耐盐性,提高其应对盐胁迫的抗性,是实现水稻增产的重要途径之一。水稻的耐盐性属于复杂的数量性状,涉及到大量基因的表达和调控。通过对节水抗旱稻核心资源耐盐性评价、基因挖掘,研究其耐盐性分子机制,进而创制节水抗旱稻耐盐种质,为耐盐节水抗旱稻新品种的选育提供材料基础与理论指导。本研究分别在芽期、苗期与全生育期对360份节水抗旱稻核心资源、海稻86及6份节水抗旱稻选育品种进行不同盐浓度的胁迫处理,观察和记录不同阶段盐胁迫对水稻生长发育的影响,并对上述种质资源进行系统的耐盐性评价。利用360份核心资源不同时期盐胁迫下的表型进行全基因组关联分析,挖掘水稻中存在的耐盐QTL与基因。通过优异耐盐材料对节水抗旱稻进行改良,实现耐盐种质创新。主要研究结果如下:1.芽期盐胁迫处理,随着盐浓度的升高,发芽势、发芽率降低,平均发芽日数延长,芽长、根长缩短。参试材料在200 mmol/L NaCl溶液胁迫下相对盐害率表现出较大的变异,确定在该浓度下以相对盐害率作为耐盐评价指标。芽期360份核心资源的平均盐害级别为2.79级,表明参试材料在芽期具有一定的耐盐性。海稻86盐害级别为1级,6份节水抗旱稻平均盐害级别为3.33级。2.苗期盐胁迫处理,植株平均存活率28.17%,变异幅度在0.00~100.00%之间,变异系数为83.40%,以存活率作为耐盐评价指标。苗期360份核心资源的平均盐害级别为4.03级,表明参试材料在苗期总体耐盐性较差。海稻86盐害级别为1级,6份节水抗旱稻平均盐害级别为3.67级。3.全生育期盐胁迫处理,水稻生长发育受到明显抑制,其中单株产量对盐胁迫最敏感,以单株产量胁迫指数作为耐盐评价指标。360份参试材料共安全收获250份,全生育期250份核心资源的平均盐害级别为3.59级。海稻86盐害级别为1级,6份节水抗旱稻平均盐害级别为3.67级。4.通过对360份核心资源芽期、苗期与全生育期的耐盐性评价,发现水稻在不同生育阶段的耐盐性存在较大的差异,芽期耐盐性明显强于苗期和全生育期。不同类型材料间耐盐性也存在一定的差异,与籼稻相比,粳稻在芽期、苗期、全生育期耐盐性较强。陆稻在芽期、苗期、全生育期耐盐性强于水稻。陆粳类型材料在各时期耐盐性均强于其它类型。5.通过对不同盐浓度下各性状的全基因组关联分析,共发现51个与盐胁迫显著关联的位点,可以定位到OsHAP2E、OsCBL8、ZFP185、OsCCD1、OsAPX2、OsP5CR、OsMYB2、OsLEA3-2、OsRPK1、OsAHP2、OsCam1-1、OsBIERF3、OsNAC6等13个已知耐盐的基因,同时在关联位点附近发现OsEXPA8、LOC_Os02g33490、LOC_Os03g32160等35个可能参与水稻耐盐的候选基因。6.利用海稻86的耐盐特性对节水抗旱稻进行改良,芽期,苗期耐盐性得到显著提高。创制出芽期优异耐盐材料43份,其中1级盐害16份,2级盐害27份;苗期优异耐盐材料27份,其中1级盐害10份,2级盐害17份。综上所述,本研究发现了一批耐盐种质材料,同时对节水抗旱稻的耐盐性进行改良,为创制与培育耐盐节水抗旱稻奠定了材料基础;鉴定获得的耐盐候选基因,为进一步研究水稻耐盐的分子机制提供了素材。
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