水稻叶色突变体的光合和生理生化特性研究

论文摘要

叶色突变体是研究光合系统结构和功能、叶绿素生物合成及其调控机制的理想材料,作为标记性状,在杂交水稻中也有很高的应用价值。研究其光合机制和生理生化特性具有重要的理论意义和潜在应用价值。缙恢10号是由西南大学水稻研究所选育的优良三系杂交水稻恢复系,对其进行EMS诱变处理,获得两个缺绿突变体,分别为ygl5和pygll。ygl5全生育期所有叶片表现为黄色,pygll全生育期所有叶片表现为淡绿色,两个突变性状均能稳定遗传,和野生型相比,株高略有降低。本研究以野生型缙恢10号为对照,对ygl5和pygll的叶绿素前体物质合成、光合特性及生理生化进行了研究。主要结果如下：1.ygl5和pygll的叶绿素前体物质合成均受阻于由胆色素原(PBG)合成尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)这一步,推测与胆色素原脱氨基酶和尿卟啉原Ⅲ合成酶这两个关键酶活性异常存在一定关系。多重分析结果表明,两个突变体的原脱植基叶绿素(Pchlide)不存在显著差异,但Pchlide的光转化效率表明,突变体ygl5产生的Chlide最少,且Chlide用于叶绿素α合成的消耗量最少,消耗速度也最低,这可能是其叶绿素含量最低的重要原因之一；和ygl5相比,pygll具有较高的Pchlide光转化效率,合成的叶绿素α含量也较高,导致其叶绿素b含量严重缺乏的主要原因可能与叶绿素酸酯a氧化酶(CAO)活性异常有关。2.和野生型缙恢10号相比,两个突变体均表现为叶绿素缺乏,叶绿素总含量分别为野生型的33.49%和48.93%,其中pygll的叶绿素b的含量仅为野生型的1.03%,表现为叶绿素b严重缺乏,而ygl5表现为叶绿素总体缺乏。3.叶绿体超微结构显示：和野生型相比,在两个突变体的叶绿体结构中,基粒数量减少,基粒的垛叠排列比较松散,基粒片层减少,电子透明度较大。4.和野生型缙恢10号相比,两个突变体具有较高的净光合速率、光补偿点和光饱和点、表观量子效率以及羧化效率；较低的CO2补偿点和饱和点；光合日变化表明两个突变体对强光的耐受性好,受到的光抑制小；在弱光条件下,光合速率低于野生型,这与光响应曲线的拟合结果相一致。5.叶绿素荧光参数表明,两个突变体具有较强的PSII活性、较高的原初光能转换效率和实际光化学量子产量。6.随着生育进程的进行,两个突变体和野生型的MDA含量和相对电导率不断增长,其中以pygll的增长幅度最大,可溶性糖和可溶性蛋白含量均处于较低水平,表明其增加的SOD和POD活性不足以清除产生的活性氧和自由基,细胞膜受到的伤害程度较大；和野生型相比,ygl5的MDA含量和相对电导率均比较低,但MDA含量的增长幅度略高,可溶性糖和可溶性蛋白含量与野生型变化趋势一致,降低的幅度较低,同时具有较高的SOD和POD活性,表明ygl5并没有因叶绿素含量的减少导致抗性降低,同样具有较强的抗逆性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 叶色突变体
• 1.2 叶色突变体的类型
• 1.3 叶色突变体的来源
• 1.4 叶色突变体的遗传方式
• 1.5 叶色突变的分子机理
• 1.6 叶色突变的应用
• 第二章 引言
• 第三章 两个水稻叶色突变体的叶绿素合成前体物质
• 3.1 供试材料
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 δ-氨基乙酰丙酸（ALA）的测定
• 3.2.2 胆色素原（PBG）的测定
• 3.2.3 尿卟啉原Ⅲ（Urogen Ⅲ）和粪卟啉原（Coprogen III）的测定
• 3.2.4 原卟啉Ⅸ（ProtoⅨ）、镁原卟啉（Mg-Proto）和原脱植基叶绿素（Pchlide）的测定
• 3.2.5 原脱植基叶绿素（Pchlide）到脱植基叶绿素（Chlide）光转化效率的测定
• 3.2.6 数据分析方法
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 突变体叶绿体前体物质的含量变化
• 3.4 讨论
• 第四章 两个水稻叶色突变体光合特性研究
• 4.1 供试材料
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 光合色素含量的测定
• 4.2.2 净光合速率的测定
• 4.2.3 光响应曲线和C02响应曲线的测定
• 4.2.4 光合日变化测定
• 4.2.5 叶绿素荧光动力学参数测定
• 4.2.6 叶绿体电镜样品的制备与观察
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 不同生长时期两个突变体光合色素含量
• 4.3.2 突变体叶片的光合特性
• 4.3.3 突变体的光响应曲线及模拟参数
• 4.3.4 突变体的光响应曲线及模拟参数
• 4.3.5 突变体的光合日变化
• 4.3.6 突变体的叶绿素荧光动力学参数
• 4.3.7 突变体叶绿体的超微结构
• 4.4 讨论
• 第五章 两个水稻叶色突变体的生理生化研究
• 5.1 试验方法
• 5.1.1 丙二醛（MDA）含量的测定
• 5.1.2 质膜相对透性的测定
• 5.1.3 SOD活力的测定
• 5.1.4 POD活力测定
• 5.1.5 可溶性糖含量的测定
• 5.1.6 可溶性蛋白含量的测定
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 突变体丙二醛动态变化
• 5.2.2 突变体电导率动态变化
• 5.2.3 突变体SOD动态变化
• 5.2.4 突变体POD动态变化
• 5.2.5 突变体可溶性糖动态变化
• 5.2.6 突变体可溶性蛋白动态变化
• 5.3 讨论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 缩略词表
• 致谢
• 硕士期间发表论文情况