论文部分内容阅读
种子休眠(Seed dormancy,SD)是植物长期适应逆境和保护物种延续的一种策略,但是不合时宜的休眠会引起种子发芽率过低,从而影响作物生产。水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,阐明水稻种子休眠释放机理,以及挖掘水稻种子休眠性相关基因,将有助于掌握水稻种子休眠与萌发的科学规律,为遗传改良水稻休眠性,防止水稻穗发芽,改善种子播种品质提供基础。为此,本研究开展后熟处理解除水稻种子休眠的机理,以及开展水稻种子休眠性相关QTL(Quantitative traitloci)定位研究,主要结果如下:1、种子后熟处理是水稻种子解除休眠的主要方法,利用粳稻品种韭菜青进行不同时间的后熟处理(1、2、3个月)。研究结果表明,与未后熟处理的对照相比,后熟处理能显著提高种子发芽率和成苗率。种子在后熟处理一个月后发芽率和成苗率分别达到95%和85%,而对照的发芽率和成苗率分别低于45%和20%。比较而言,水稻种子后熟处理3个月是破除水稻种子休眠最适宜的时间。水稻种子后熟处理解除种子休眠的主要原因是由于后熟处理种子吸胀过程中ABA含量迅速下降,而GA、IAA含量逐步上升。在种子吸胀过程中,与新鲜种子相比,后熟处理3个月后的种子中 GA1/ABA、GA7/ABA、GA12/ABA、GA20/ABA 和 IAA/ABA 比率显著提高,而GAs/IAA比率显著降低。上述激素的变化引起种子萌发过程中α-淀粉酶活性变化,后熟种子中α-淀粉酶活性出现峰值时间早于未处理的对照种子。进一步研究表明,种子后熟处理引起种子吸胀过程中ABA、GA和IAA代谢基因和休眠相关基因的表达变化,特别是在种子后熟3个月后基因OsCYP707A5、OsGA2ox1、OsGA2ox2、OsGA2ox3、OsILR1、OsGH3-2、qLTG3-1 和 OsVP1 显著上调表达,而Sdr4显著下调表达。此外,种子后熟可能是通过qLTG3-1基因表达弱化覆盖于种胚上的组织细胞,同时通过Sdr4和OsVP1作用降低种子对ABA信号和ABA的敏感性达到解除种子休眠的作用。2、利用韭菜青/IR26构建的重组自交系(Recombinant inbred lines,RILs)群体检测到3个种子休眠QTLs qSD4.1、qSD9.1、qSD9.2,分别位于水稻第4、9号染色体上,贡献率分别为28.3%、30.6%和20.6%。进一步利用以韭菜青为供体亲本、IR26为轮回亲本构建的高世代染色体片段置换系(Chromosome segment substitu-tion lines,CSSLs)群体,定位和验证种子休眠QTLs。根据两年CSSLs发芽率表型结果,从中筛选出发芽率最高的2个CSSLs家系CSSL36和CSSL38,其发芽率显著高于轮回亲本IR26,表现为弱休眠性,表明导入的韭菜青染色体片段能降低种子休眠性。分析CSSL36和CSSL38家系基因型,在水稻第3、8、9号染色体上共发现3个种子休眠位点(qSD3.1、qSD8.1、qSD9.2)。其中,qSD9.2同时在RILs群体和CSSLs群体中鉴定到,可能是一个来源于籼稻IR26增强休眠性的稳定存在的主效位点。与以往报道的水稻种子休眠QTLs物理位置比较,本研究定位的QTL qSD8.1、qSD9.1和qSD9.2位置附近未见其他水稻种子休眠QTLs报道,可能是控制水稻种子休眠性状的新位点。这些结果为后期水稻休眠基因精细定位和克隆,培育抗穗发芽水稻新品种提供基础。