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水稻低植酸突变种质的创新、基因定位与遗传改良

2020-11-23阅读(567)

水稻低植酸突变种质的创新、基因定位与遗传改良

论文摘要

植酸是作物成熟籽粒中磷（P）的主要存在形式，容易与Zn2+、Fe3+、K+和Ca2+等金属离子鳌合。植酸及植酸盐实际上不被人和非反刍动物吸收，因此，植酸普遍被认为是谷物籽粒中重要的抗营养成分和造成环境P富营养化的重要原因之一。本试验利用理化诱变创造了若干低植酸（lpa）水稻种质，开展了水稻lpa突变籽粒的筛选技术的简化、lpa突变的遗传基础等研究，同时对2个lpa突变进行了分子定位，分析了其对包括种子生活力在内的农艺性状的影响。有关结果总结如下。1、以协青早（XQZ）及其低植酸（lpa）突变体Os-lpa-XQZ-1为材料，通过研究样本前处理、提取时间和温度、显色时间等因素对水稻籽粒中无机磷（Pi）含量测定结果的影响，建立起了简化的水稻高无机磷（HIP）突变籽粒的筛选方法。2、通过辐射或辐射+NaN3诱变处理，从籼稻协青早（XQZ）、明恢86（MH86）和R6547及粳稻秀水110（XS110）后代中选育到了非致死型lpa突变体11份（Os-lpa-XQZ-1-1～2、Os-lpa-MH86-1-1～7、Os-lpa-XS110-1和Os-lpa-XS110-2）和纯合致死型lpa突变体3份（Os-lpa-XQZ-3、Os-lpa-R6547-3和Os-lpa-XS110-3）。通过组培挽救胚方法，获得了Os-lpa-XS110-3和Os-lpa-R6547-3的纯合lpa植株。这些非致死型突变体种子中植酸磷减少约34％～64％，同时无机磷增加约3～6倍，但是总磷不变。3、遗传分析表明，所有非致死型和致死型lpa突变均受1对隐性基因控制。等位性测定结果表明，Os-lpa-XQZ-1、Os-lpa-XS110-1、Os-lpa-XS110-2和Os-lpa-MH86-1相互非等位；Os-lpa-XQZ-1与已经报道的KBNT lpa1-1等位；2个XQZ的突变体Os-lpa-XQZ-1-1～2属等位性突变，同样，7个MH86的突变体Os-lpa-MH86-1-1～7也属等位性突变。非等位lpa突变体杂交后代中，除Os-lpa-XQZ-1与Os-lpa-MH86-1符合7∶9的理论值从而表明其两对基因呈独立遗传外，其它材料问关系复杂，预示可能存在不同方式的互作关系。4、利用SSR分子标记对Os-lpa-XS110-1和Os-lpa-XQZ-1的突变基因进行了定位。采用半粒法检测HIP表型，组培获得相应幼苗和植株，构建了籼粳交G0133／Os-lpa-XS110-1 F2群体的突变型和野生型基因池，通过分析358个SSR位点，获得连锁标记RM143、-571、-468和-3199；进一步通过单株分析，将Os-lpa-XS110-1突变基因定位在染色体3S上，与RM3199相距～1.907cM；该区段存在一个与玉米肌醇激酶（MIK）基因同源的位点LOC-Os03g52760；由于MIK突变导致玉米lpa3突变，因此Os-lpa-XS110-1也极可能是由于该基因突变造成。利用Os-lpa-XQZ-1／华恢7号F2群体研究发现，该lpa突变基因与染色体2L的分子标记RM208和RM3542紧密连锁，与Os-lpa-XQZ-1和KBNT lpa1-1等位性测定的结果相一致。5、在比较分析2个lpa突变体与其野生亲本农艺性状的基础上，研究了3个杂交后代中lpa突变型与野生亲本型的F2单株和F2∶3株系的产量、农艺性状和种子活力。结果表明，2个lpa突变对产量和千粒重、种子生活力均有显著的负面影响。但是，部分lpa突变型株系的产量和千粒重显著高于lpa突变系，甚至优于野生型亲本，表明通过杂交育种可以对lpa水稻的产量和千粒重进行改良。

论文目录

  • 缩略词
  • 表格一览表
  • 图一览表
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 植酸研究简史
  • 1.2 植酸的生理功能及生物合成
  • 1.2.1 植酸在作物中的含量、贮存形式及分布
  • 1.2.2 植物体内植酸的生理功能
  • 1.2.3 植物体内的植酸代谢
  • 1.3 植酸的生态效应和抗营养作用
  • 1.3.1 环境生态效应
  • 1.3.2 抗营养作用
  • 1.3.3 有益作用
  • 1.4 降低植酸的抗营养性的途径
  • 1.4.1 物理方法
  • 1.4.2 化学方法
  • 1.4.3 生物强化
  • 1.5 作物低植酸突变体的培育与遗传研究
  • 1.5.1 低植酸突变体的筛选
  • 1.5.2 lpa突变体的肌醇多磷酸成分变化及其分类
  • 1.5.3 突变体的农艺性状变化
  • 1.5.4 低植酸性状的遗传学研究
  • 1.5.5 低植酸突变的分子标记与基因定位
  • 1.6 低植酸突变的分子机理
  • 1.7 人和动物的营养学实验
  • 1.8 本文研究的目的及主要内容
  • 第二章 水稻低植酸突变体筛选方法的改进
  • 2.1 材料和方法
  • 2.1.1 供试材料和样本处理
  • 2.1.2 HIP籽粒检测与Pi含量的定量分析
  • 2.1.3 明恢86 HIP突变体的培育
  • 2.2 结果与分析
  • 2.2.1 不同前处理的显色效果
  • 2.2.2 Pi的定量分析
  • 2.2.2.1 前处理方式和提取时间
  • 2.2.2.2 提取温度
  • 2.2.3 实例:明恢86 HIP突变体的培育
  • 2.3 讨论
  • 第三章 水稻低植酸突变种质创新与遗传研究
  • 3.1 材料与方法
  • 3.1.1 供试材料
  • 3.1.2 试验方法
  • 3.1.2.1 诱变处理
  • 1和M2代材料种植与收获'>3.1.2.2 M1和M2代材料种植与收获
  • 3.1.2.3 高无机磷突变籽粒的筛选
  • 3.1.2.4 致死突变体胚的组织培养挽救
  • 3.1.2.5 总磷（TP）、无机磷（Pi）和植酸磷（PA-P）含量测定
  • 3.1.2.6 等位性测验与遗传关系分析
  • 3.1.2.7 遗传分析
  • 3.2 结果与分析
  • 3.2.1 高无机磷/低植酸突变体的培育
  • 3.2.1.1 协青早lpa突变系的选育
  • 3.2.1.2 秀水10 lpa突变系的选育
  • 3.2.1.3 突变体Os-lpa-R6547-3的选育
  • 3.2.1.4 突变体Os-lpa-MH86-1-1～7的选育
  • 3.2.2 突变体的总磷（TP）、Pi和植酸磷（PA-P）的含量
  • 3.2.3 低植酸突变的遗传特性
  • 3.2.4 lpa突变的等位性测验与遗传关系
  • 3.2.4.1 等位性测验
  • 3.2.4.2 遗传关系
  • 3.3 讨论
  • 第四章 水稻LPA突变基因的定位
  • 4.1 材料与方法
  • 4.1.1 材料
  • 4.1.2 定位群体构建
  • 4.1.3 HIP表型鉴别与基因池的建立
  • 4.1.4 DNA的提取
  • 4.1.5 SSR分析
  • 4.1.6 数据统计分析与作图
  • 4.2 结果与分析
  • 4.2.1 Os-lpa-XS110-1低植酸突变基因定位
  • 4.2.1.1 利用基因池筛选连锁分子标记
  • 4.2.1.2 基因定位
  • 4.2.1.3 比较基因组分析和精细定位
  • 4.2.2 Os-lpa-XQZ-1低植酸突变基因
  • 4.3 讨论
  • 第五章 低植酸水稻农艺特性研究
  • 5.1 材料与方法
  • 5.1.1 群体构建
  • 2群体试验'>5.1.2 F2群体试验
  • 2:3家系试验'>5.1.3 F2:3家系试验
  • 5.1.4 种子生活力测定
  • 5.1.5 数据收集与统计分析
  • 5.2 结果与分析
  • 5.2.1 突变体与亲本产量性状
  • 5.2.2 杂交后代分析
  • 2群体'>5.2.2.1 F2群体
  • 2:3代家系'>5.2.2.2 F2:3代家系
  • 5.2.3 种子生活力
  • 5.3 讨论
  • 参考文献
  • 附录

    • 相关论文文献

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