水稻种子蛋白质含量的变异及其遗传研究

论文摘要

水稻是世界上最主要的粮食作物之一,稻米品质的优劣对人类健康具有重要的影响。蛋白质是稻米中继淀粉后的第二大贮藏物质,而且易被消化吸收,属优质植物蛋白;但是稻米中的蛋白质含量是所有禾谷类作物中最低的。因此,提高蛋白质含量、培育种子蛋白质含量可满足不同需求或用途的高品质的水稻品种是稻米品质改良的一个重要方向。水稻品种类型丰富,不同品种间蛋白质含量差异非常大,调查分析现有不同类型水稻品种中的蛋白质含量及其成因,对于挖掘利用优质种质资源并进一步提升稻米品质具有重要意义。本研究以收集的不同类型水稻种质为材料,对种子蛋白质含量的测定技术、变异、组成及遗传等开展了相关的研究,期望为改良稻米蛋白质品质、培育优质水稻新品种提供理论与技术支持。主要研究结果如下:1、以483份稻米样品为对象,分别用近红外光谱技术（NIRS）和凯氏定氮法测定了糙米和精米中的蛋白质含量。通过比较分析,表明NIRS在测定稻米蛋白质含量上具有很好的稳定性和准确性;据此分析了两种方法不同测定值之间的相关性,建立了一系列呈极显著线性关系的回归方程,并讨论了基于NIRS技术预测不同类型稻米中蛋白质含量的可靠性,以求为品质育种提供相对可靠的分析方法和准确的分析数据。2、测定分析了351份不同类型水稻品种糙米中的蛋白质含量,结果显示籼型稻米蛋白质含量普遍高于粳稻;现有大多数水稻品种稻米蛋白质含量处于中等水平,高或低蛋白质含量的品种数都偏少,尤其是粳稻中高蛋白种质极少。3、以3个具不同品质和粒形特点的典型水稻品种为对象,研究了蛋白质含量在稻米内部的分布情况。分析显示蛋白质含量在籽粒中由表及里呈降低趋势,核心层胚乳蛋白质含量只有糠层中蛋白质含量的一半左右,但不同类型水稻品种下降趋势有所不同。4、利用多个具不同种子蛋白质含量的亲本杂交后自交获得F1-2种子和F2-3种子,结合亲本蛋白质含量进行遗传分析。结果显示在F1中表现超高亲优势的组合较少,大多数杂交组合F1-2种子蛋白质含量都要低于双亲平均值,说明大部分组合内低蛋白质含量可能表现为一定的显性。F2群体内各单株上F2-3种子蛋白质含量次数分布呈近似正态分布,说明水稻种子蛋白质含量属于多基因控制的数量性状。F2-3种子蛋白质含量广义遗传力较大。5、为研究水稻中氮同化与籽粒蛋白质合成可能的关系,通过Northern杂交分析比较了天冬酰胺合成酶基因（OsAS）在水稻中的表达特性。结果显示,OsAS基因在水稻不同组织及其不同发育时期中的表达水平不同,以发育种子中的表达量最高,叶鞘和叶片中相对较弱;在籽粒发育过程中OsAS基因的表达呈先升高后下降的趋势。比较了17个具不同种子蛋白质含量水稻品种中OsAS基因的表达,显示不同品种叶片中OsAS基因转录水平与稻米蛋白质含量之间并无明显关联,但在籼亚种或粳亚种不同品种内可能存在一定的关联。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 第1章 文献综述：水稻种子蛋白质及其遗传改良研究概述
• 1.1 水稻种子蛋白质含量及其测定
• 1.1.1 不同基因型间蛋白质含量差异
• 1.1.2 稻米不同部位间蛋白质含量差异
• 1.1.3 水稻种子蛋白质含量的测定
• 1.2 水稻种子蛋白质含量遗传研究进展
• 1.3 水稻种子贮藏蛋白的组成与合成
• 1.3.1 种子贮藏蛋白的组成
• 1.3.2 种子贮藏蛋白编码基因的表达
• 1.3.3 种子贮藏蛋白的合成、加工与沉积
• 1.4 水稻氮的源-库关系与种子蛋白质含量
• 1.4.1 通过调控氮的源库关系改良种子蛋白质营养品质
• 1.4.2 天冬酰胺合成酶与种子蛋白质含量的关联
• 1.5 水稻蛋白质营养品质改良的目标
• 1.6 本研究主要研究内容及目的
• 第2章 水稻种子蛋白质含量测定方法的比较研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 化学试剂
• 2.2.3 稻米样品的前处理
• 2.2.4 米粉含水量的测定
• 2.2.5 近红外光谱技术测定稻米蛋白质含量
• 2.2.6 凯氏定氮法测定稻米蛋白质含量
• 2.2.7 数据分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 NIRS 测定稻米粗蛋白含量的稳定性
• 2.3.2 稻米样品量对NIRS 测定值的影响
• 2.3.3 NIRS 测定糙米与精米粗蛋白含量之间的相互关系
• 2.3.4 NIRS 和凯氏定氮法测定稻米粗蛋白含量之间的相互关系
• 2.4 小结与讨论
• 2.4.1 本章主要研究结果
• 2.4.2 近红外光谱技术的应用
• 第3章 水稻种子蛋白质含量及组成的变异与分布
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 化学试剂
• 3.2.3 稻米样品的前处理
• 3.2.4 米粉含水量的测定
• 3.2.5 水稻种子蛋白质含量的测定
• 3.2.6 糙米的碾磨
• 3.2.7 水稻种子总蛋白的提取
• 3.2.8 水稻种子总蛋白的聚丙烯酰胺凝胶电泳分析
• 3.2.9 数据分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 不同类型水稻品种糙米蛋白质含量的变异
• 3.3.2 不同类型水稻品种蛋白质组分
• 3.3.3 不同水稻品种糙米内部蛋白质含量分布的比较
• 3.4 小结与讨论
• 3.4.1 本章主要研究结果
• 3.4.2 不同类型水稻品种糙米蛋白质含量及组分的分布
• 3.4.3 水稻糙米米粒中蛋白质含量及组分的分布
• 第4章 水稻种子蛋白质含量遗传的初步研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 化学试剂
• 4.2.3 稻米样品前的处理
• 4.2.4 米粉含水量的测定
• 4.2.5 水稻种子蛋白质含量的测定
• 4.2.6 数据分析
• 4.2.7 杂种优势分析
• 4.2.8 广义遗传力（Broad heritability）分析
• 4.3 结果与分析
• 1-2种子蛋白质含量及其优势分析'>4.3.1 杂交F_1-2种子蛋白质含量及其优势分析
• 2群体内不同植株F_2-3种子蛋白质含量的分离'>4.3.2 F₂群体内不同植株F_2-3种子蛋白质含量的分离
• 4.3.3 水稻种子蛋白质含量的遗传力分析
• 4.3.4 亲本选择对杂种后代蛋白质含量的影响
• 4.4 小结与讨论
• 4.4.1 本章主要研究结果
• 4.4.2 关于蛋白质含量的遗传力
• 4.4.3 关于杂种优势
• 4.4.4 关于母体效应
• 第5章 水稻 OsAS 表达及其与种子蛋白质含量关系的初步研究
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 植物材料
• 5.2.2 质粒与细菌菌株
• 5.2.3 生化试剂
• 5.2.4 水稻OsAS 基因部分编码序列的克隆
• 5.2.5 水稻总DNA 的Northern 杂交分析
• 5.2.6 稻米样品的前处理
• 5.2.7 米粉含水量的测定
• 5.2.8 水稻种子蛋白质含量的测定
• 5.2.9 数据分析
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 水稻OsAS 基因部分编码序列的克隆及其序列分析
• 5.3.2 OsAS 基因在水稻不同组织及发育阶段的表达
• 5.3.3 不同蛋白质含量水稻品种叶片中OsAS 基因相对表达量的比较
• 5.4 小结与讨论
• 5.4.1 本章主要研究结果
• 5.4.2 水稻OsAS 基因表达的时空特性
• 5.4.3 水稻OsAS 基因表达水平与籽粒蛋白质含量间的可能关系
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录