水稻是一种重要的粮食作物,提高水稻的产量对于解决全球的粮食危机具有重要意义。雄蕊的发育对植物开花过程和作物种子的形成至关重要。但是环境的变化经常会影响水稻花药的发育导致花粉活力下降,造成水稻雄性不育,从而使水稻产量下降。脱落酸(Abscisciacid)简称ABA,是公认的五大激素之一。ABA的重要作用是调控植物生长发育和应答植物对非生物胁迫的反应。角质层是植物地上器官(如茎、叶等)表面的一层脂肪性物质,由角质、蜡质组成。角质层在植物的生理和生态学方面都有许多重要的功能。不仅可以阻止植物体内非气孔水的散失,而且还可以抵御各种非生物胁迫等不良影响。花药的角质层是花粉的保护层,而花粉外壁是花粉小孢子的主要保护层。花药的角质层和花粉外壁的合成是保证花粉形成、成熟、花粉分散、传播授粉必不可少的条件。植物体内参与角质、蜡质合成的几种酶和蛋白质的合成和运输受AJBA影响。本研究通过将拟南芥中合成ABA的关键酶基因AtNCED3在水稻中超表达提高内源ABA含量,以及外源施加ABA,比较外源施加ABA和内源ABA提高对角质层含量以及角质、蜡质成分的不同影响。以中花10号(WT),超表达Ubi:AtNCED3基因的水稻L4,以及叶面喷施ABA的中花10号水稻(Y)为材料,通过扫描电镜观察了三种材料成熟花药表面的蜡质分布情况,利用GC-MS法,检测分析了花药表面的角质、蜡质含量及成分变化。利用Alexander染色方法测定了三种水稻花粉的活力。利用半薄切片观察了三种水稻花药在不同发育时期的绒毡层发育情况。最后利用qRT-PCR检测了三种水稻花药发育中,与角质、蜡质合成相关的17个基因的表达水平。结果表明,与WTL比较,转基因植株L4的株高明显降低,植株矮化,外施ABA植株Y的株高增加。此外,L4花药长度变短,开花时间明显延迟,三种水稻的花和花药的颜色并没有明显的变化。在扫描电镜下观察三种水稻花药表面结果显示,Y花药表面蜡质含量增多,而L4花药表面的蜡质含量减少。花药表面的角质成分分析结果显示:L4花药表面脂肪酸中C18:2和C18:3类物质含量增加显著,2位羟基直链脂肪酸类物质中C22:0,C24:0的脂肪酸含量增加显著。Y的2位羟基直链脂肪酸类物质中C20:0的2位羟基直链脂肪酸含量增加显著。花药表面的蜡质成分分析结果显示:L4中烷烃类化合物的含量增加,但是脂肪酸,固醇类化合物的含量降低,而Y中脂肪酸的含量增加,烷烃类化合物的含量减少,另外Y中β-谷固醇含量增加。Alexander染色的结果显示,L4花粉的活力大大降低,而Y的花粉活力则提高。不同时期花药半薄切片的结果显示,L4花药的绒毡层细胞厚度在第10、11、12期要高于WT,在花药发育的12期初期L4绒毡层细胞降解较慢,而Y和WT的绒毡层细胞逐渐消失,WT的绒毡层细胞在12期后期基本消失,Y的绒毡层细胞完全消失,而L4的绒毡层细胞还有很多。绒毡层中与角质、蜡质合成相关基因的相对表达量结果显示,外源施加ABA以后,导致UDT1的表达量增加,DTD和EAT1的表达量增加导致OsC4和RTS的表达量提高,推测外源ABA花药表面蜡质含量与OsC4和RTS表达量提高有密切关系。内源ABA含量变化以后,UDT1的表达量提高,似T1基因的表达量提高,仅使RTS的表达量提高,推测与蜡质合成有关基因的表达减少,导致花药表面蜡质少。