【摘 要】
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盐胁迫严重威胁着农业生产和粮食安全。水稻由于其特殊的栽培方式已经成为盐碱地改良的先锋作物。然而目前生产上种植的水稻品种耐盐性较低,限制了利用水稻进行盐碱地改良的潜力。因此筛选高耐盐水稻种质资源、克隆耐盐基因对于耐盐水稻品种培育和盐碱地开发利用具有重要意义。本研究对收集的种质资源进行了多个发育时期的耐盐性鉴定,筛选出一个全生育期均具有较强盐胁迫耐盐性的种质资源—金安稻,分析了其耐盐生理机制,初步定位
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盐胁迫严重威胁着农业生产和粮食安全。水稻由于其特殊的栽培方式已经成为盐碱地改良的先锋作物。然而目前生产上种植的水稻品种耐盐性较低,限制了利用水稻进行盐碱地改良的潜力。因此筛选高耐盐水稻种质资源、克隆耐盐基因对于耐盐水稻品种培育和盐碱地开发利用具有重要意义。本研究对收集的种质资源进行了多个发育时期的耐盐性鉴定,筛选出一个全生育期均具有较强盐胁迫耐盐性的种质资源—金安稻,分析了其耐盐生理机制,初步定位了耐盐QTLs。本研究为耐盐新基因的克隆、耐盐分子机制的解析及耐盐水稻新品种培育提供了重要材料基础和理论依据。1.水稻耐盐种质资源筛选对收集的21个水稻种质资源进行了多个发育时期的耐盐性鉴定。其中种子萌发期耐盐性鉴定是在不同盐浓度(Na Cl溶液分别为5、10、12、15 g/L)下萌发10 d,通过对萌发率、相对萌发势、相对芽长、相对根长、相对盐害率等指标进行耐盐性评价,获得耐盐种质资源7份:其中ZH-20(金安稻)属于极强耐盐级别,ZH-1(盐丰47)、ZH-12(HD86)、ZH-14(凤稻15)、ZH-16(日本晴)、ZH-17(IRAT104)和ZH-19(BR47)属于强耐盐级别。幼苗期耐盐性鉴定是在三叶一心期用150 m M Na Cl处理,通过存活率、死叶率、苗高、根长、茎叶鲜干重及根系鲜干重进行耐盐性评价,获得耐盐种质资源3份:ZH-1(盐丰47)、ZH-2(界火25)和ZH-20(金安稻)。全生育耐盐性鉴定是在插秧返青后用5‰盐水灌溉至成熟期,通过相对分蘖数、相对穗粒数和相对千粒重等指标进行耐盐性评价,获得耐盐种质资源3份:ZH-13(盐粳456)、ZH-16(日本晴)和ZH-20(金安稻)。综合以上发现,ZH-20(金安稻)在种子萌发期、苗期和田间耐盐性筛选中均表现为较强的盐胁迫耐性。2.金安稻盐胁迫后的生理特征分析以越光为盐敏感对照材料,在三叶一心期进行了盐胁迫后超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)、可溶性糖、脯氨酸等生理指标测定。结果表明,盐胁迫条件下金安稻和越光中的SOD、POD、CAT活性以及可溶性糖和脯氨酸的含量无显著差异,但是金安稻的MDA含量低,该特征与金安稻具有较强的盐胁迫耐性一致。Na+、K+离子含量和离子流向的分析结果表明,盐处理后金安稻中的Na+/K+比例明显低于越光,且金安稻具有较强的排Na+保K+能力。据此推测金安稻能够影响Na+、K+离子的吸收和转运。3.已知耐盐基因在金安稻中表达模式和测序分析我们选择了4个已知水稻耐盐关键基因,DST、SKC1、Os SOS1及Os RR22。比较了这4个基因在越光与金安稻盐胁迫处理后的表达水平以及编码区核苷酸序列,结果表明,DST、Os SOS1和Os RR22的表达水平和编码区核苷酸序列在越光和金安稻中均无明显差异。然而,尽管SKC1基因的编码区的核苷酸序列在越光和金安稻中无差异,但是SKC1在金安稻根中转录水平高于越光。结合金安稻具有较强的排Na+保K+能力,我们推测SKC1基因的表达调控可能与金安稻的耐盐性有关。4.遗传连锁图谱构建及耐盐QTLs初步定位以盐敏感材料越光为母本,金安稻为父本,构建了含有229个单株的F2分离群体;利用多态分子标记构建了一张包含120个标记的水稻遗传连锁图谱。在种子萌发期,利用盐胁迫下的相对萌发率定位到3个与种子萌发相关的QTLs,分布在第3、6和12染色体,贡献率分别为5.73%、9.21%和8.02%,加性效应值分别为0.0817、-0.0762和0.0939,显性效应值分别为0.0344、-0.0761和0.0379。通过扩大F2分离群体,将第12染色体QTL进一步定位到1.5Mb之内。在苗期,定位到1个影响盐胁迫下水稻幼苗存活率的QTL,位于1号染色体,贡献率为6.60%,加性效应值为0.0741,显性效应值为0.0543。
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