水稻是我国主要的粮食作物,叶形是水稻作物的一个重要农艺性状,适度的卷曲有利于保持叶片的挺立、提高光能利用率、减少蒸腾、改善田间群体光合效率,从而提高产量和品质。随着工农业的迅速发展,中国耕地土壤受镉污染日趋严重,严重影响水稻植株的生长发育和产量品质。因此,筛选培育镉低积累、强耐镉性水稻品种对保障农产品的安全有着重要指导意义。本研究对卷叶突变体X173WG和W0的表型、农艺性状、生理性状、对镉和光合相关的几种营养元素的吸收积累情况进行了比较分析,并利用RNA-Seq技术进行了基因组测序分析,在此基础上,深入研究了突变体X173WG种子萌发和幼苗生长过程中对镉胁迫的应答。主要研究结果如下:1.卷叶突变体X173WG的性状分析通过调查和分析田间X173WG全生育期的生长状况,发现叶片的卷曲性状基本伴随着整个生育期,叶片细窄并向内卷曲,卷曲度远高于野生型。与野生型W0相比,突变体X173WG的主要农艺性状也发生了变化。穗长变短,单穗枝梗数和实粒数减少,结实率降低,籽粒的长宽比也变化明显。突变体叶片较为深绿,各个生育期叶片的叶绿素含量均比W0高。从Cd的吸收积累情况来看,Cd主要富集在根系,其次是茎、糙米、颖壳,叶中含量最少。X173WG叶片和糙米对Cd积累均较W0少,而营养元素的含量则大多显著性高于W0。通过RNA-Seq测序分析,筛选出差异表达基因,利用MapMan对187个与卷叶相关的主要差异基因进行代谢途径分析表明与卷叶相关的差异基因在胁迫条件下的代谢应答可以起到一定的调节作用。2.不同浓度镉胁迫对X173WG种子萌发的影响通过研究1、10、50、100和1000μM Cd处理对X173WG和W0种子萌发的影响,发现镉胁迫(1~100μM)对发芽率影响不大,只有最高浓度1000μM才显著抑制其萌发。水稻胚芽和胚根的生长对镉胁迫表现出完全不同的反应,且W0与X173WG之间的反应也不同。1~100μM的Cd能明显促进胚芽的生长,促进效果W0比X173WG要显著;而1000μM Cd则严重抑制芽的生长,但X173WG芽的抗性要比W0强。W0的根对镉极其敏感,随着Cd浓度的增加,根越短粗,而突变体X173WG的根形态受到的影响显著低于W0。3.不同浓度镉胁迫对X173WG幼苗生长的影响通过水培实验表明镉胁迫对水稻幼苗生长的毒害比对种子萌发更为明显。随着镉处理浓度的增加,幼苗生长缓慢,叶片失绿,株高、根长、地上部生物量都受到显著抑制。随着镉处理水平的增加,两水稻材料幼苗叶片的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均逐渐降低,胞间CO2浓度上升,说明在镉胁迫下,两水稻材料光合作用降低的限制因素是非气孔限制引起的。突变体X173WG光合特征参数受镉影响较W0小。1~50μM Cd处理时,两水稻材料MDA含量较低,在高浓度100μM时则迅速增加,而在更高浓度1000μM水平下时,MDA的含量继续保持在较低水平。相反,随着Cd浓度的提高,两供试材料幼苗叶片SOD、POD和CAT活性均呈先升高后降低再升高的趋势。此外,镉胁迫显著性地提高了水稻幼苗的镉吸收量,但叶和根中Cd的含量因材料不同而异。X173WG根系比W0吸收更多的Cd,但叶片中相对含量较W0少,故Cd对X173WG幼苗地上部伤害较小。随着镉浓度的上升,水稻叶片中营养元素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,Fe、Mn和Ca的含量显著性升高。X173WG根系Fe含量与对Cd的吸收转运极显著正相关。综上所述,水稻根中Cd与Fe、Mn和Ca之间的复杂关系,可能形成了某种特别的保护机制,可以阻止Cd进入植株体内,提高保护酶活性,防止膜脂过氧化,从而减缓植株伤害。整体来说,卷叶突变体X173WG幼苗对镉的耐性显著高于野生型W0。