两个水稻叶突变体的形态学和生理学研究

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水稻的产量与叶片光合功能、叶片细胞衰老有着密切关系,明确其生理机制和基因调控网络可以为水稻高产育种提供理论参考。本研究利用钴60辐射诱变获得的叶色和叶早枯的2个突变体,从形态学和生理学角度研究了2个突变体的主要形态和生理指标的变化,主要结论如下:(1)叶色突变体F7-27的株高明显矮于野生型植株,剑叶夹角较小,且叶片短而窄,三叶期后叶片绿色减淡显苍白色,且颜色保持到成熟期。突变体在每株穗数、穗粒数、穗长等性状与野生型没有明显差异,但结实率和千粒重有所降低,粒长和粒厚减小。突变体直链淀粉含量显著降低,蛋白质含量变化不大,淀粉粘滞性特征值中峰值粘度、冷胶粘度、最终粘度和回冷值显著降低,崩解值升高。突变体叶绿素含量降低,叶片组织细胞结构与野生型基本相同,叶片表面结构与野生型基本无差异,突变体叶绿体结构不规则,叶绿体内积累了大量的淀粉粒,嗜锇颗粒明显减少,基质片层结构排列松散、不规则。其中淀粉粒的大量积累可能是叶片表现苍白绿色的原因。突变体F7-27的叶绿素荧光参数Fo、Fm、Fv降低,但Fv/Fo、Fv/Fm与野生型基本一致,说明突变体与野生型有相同的潜在的光化学活性和PSⅡ原始光能最大光化学效率,但突变体对光的捕获和吸收能力要低于野生型。(2)叶早枯突变体F5-155的株高、每株穗数、穗粒数、结实率以及千粒重都显著降低,叶片变长、变窄,粒型也变长变窄。突变体直链淀粉含量降低、蛋白质含量升高,淀粉的峰值粘度、最终粘度和回冷值升高、峰值时间降低。突变体的叶片组织细胞结构没有发生明显的改变,叶片表面扫描电镜观察结果表明突变体和野生型的叶片表面结构大致相同,但突变体的刺毛发生脱落,叶片表层的乳突结构和表皮细胞结构遭到破坏,叶片表面的蜡质层变得模糊,同时气孔开度减小,使叶片呈现枯萎、衰老的迹象。突变体表现出叶绿素含量的明显下降,伊文思蓝染色结果表明突变体叶片内积累了大量的H2O2,并且有大量的细胞坏死。叶片早枯突变体的叶绿素荧光参数Fo、Fm、Fv、Fv/Fo、Fv/Fm均都显著降低,说明突变体光能吸收和转化能力都有所下降。2个突变体与野生型相比植株形态都发生显著变化,生理功能上表现出叶绿素含量降低,叶片光合能力下降,导致2个突变体生物产量减少,结实率和籽粒产量降低,在一定程度上也影响了突变体籽粒中蛋白质、淀粉的积累和淀粉的粘滞特性。叶色突变体表现叶绿体结构异常,叶早枯突变体表现细胞提前死亡,本研究明确了2个突变体的主要特征,为进一步基因的挖掘与功能分析奠定基础。
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