水稻卷葉半不育突變體的鑒定及初步遺傳分析

柯小刁

摘 要 本文選用粳稻品種野生型武運粳21作為對照對象，其種子經(jīng)EMS誘變處理后在M1代篩選得到卷葉半不育突變體rlms1作為觀察對象，通過對其農(nóng)藝性狀，可染率的對比分析以及對樣本雜交處理后遺傳特性的分析認(rèn)為，卷葉半不育突變體突變性狀主要受到1對隱形核基因控制，這對于后續(xù)有關(guān)水稻卷葉半不育突變體基因克隆問題的研究有著非常重要的意義與價值。

關(guān)鍵詞 水稻；卷葉；半不育；突變體；遺傳

水稻屬于單子葉植物的模式之物，雖然有關(guān)其花粉發(fā)育分子機制的研究已經(jīng)取得明顯進步，但有關(guān)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究以及發(fā)育過程分析仍然存在一定局限[1]，基因克隆領(lǐng)域也缺乏對葉片發(fā)育形態(tài)機制問題的系統(tǒng)研究。全新不育材料通過分離克隆的方式形成全新育性基因可實現(xiàn)對雜交水稻育種不育系種質(zhì)范圍的創(chuàng)制與擴展，研究意義非凡[2]。以下即圍繞水稻卷葉半不育突變體材料進行分析，望能夠為有關(guān)卷葉發(fā)育形態(tài)機制以及候選基因定位克隆等相關(guān)問題的研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料方法

1.1 材料種植

選用粳稻品種野生型武運粳21作為對照對象，其種子經(jīng)EMS誘變處理后在M1代篩選得到卷葉半不育突變體rlms1作為觀察對象。同時對對照對象、觀察對象進行雜交處理，于2018年3月播種雜交后F2代群體，4月中旬進行移植栽培，野生型武運粳21與突變體rlms1每行種植10株，共5行，雜交后F2代群體每行種植10株，共50行。

1.2 農(nóng)藝性狀

分別對野生型武運粳21樣本以及突變體rlms1樣本卷曲度，千粒重，粒長以及結(jié)實率進行測定。樣本成熟后收獲粒籽并曬干，記錄考種儀測量結(jié)果，重復(fù)3次試驗取平均值作為千粒重標(biāo)準(zhǔn)，樣本中分別選取10株3個稻穗對結(jié)實率進行測定，取平均值作為結(jié)實率標(biāo)準(zhǔn)。樣本抽穗期分別取10株樣本劍葉，倒2葉以及倒3葉葉長，葉寬進行測定，按照如下公式對卷曲度進行計算：

式1：卷曲度=（葉片完全展開最寬部位寬度-葉片最寬部位自然卷曲狀態(tài)下兩側(cè)葉緣間隔距離）÷葉片完全展開最寬部位寬度×100%；

1.3 可染率

以水稻花藥第12期為測定時間，對對照樣本以及觀察樣本花粉進行I2-KI染色處理，經(jīng)光學(xué)顯微鏡下進行鏡檢，隨機選擇3個大小相同的染色視野，對總花粉數(shù)，染色數(shù)，未染色數(shù)進行記錄處理。

1.4 遺傳分析

雜交處理后樣本于2017年11月進行種植，生長發(fā)育期間對葉片以及農(nóng)藝性狀進行觀察，F(xiàn)1代生長正常，成熟期收獲得到F2代種子樣本。于2018年3月進行種植，結(jié)果顯示異常。

2 研究結(jié)果

2.1 農(nóng)藝性狀

rlms1在卷曲度方面高于60%，呈現(xiàn)出了明顯卷曲形狀，野生型武運粳在卷曲度方面僅為1.6%左右，對比差異非常顯著，但在結(jié)實率方面rlms1為40.6%，野生型武運粳則為84.7%，對比差異同樣顯著。而在粒長方面，rlms1測得粒長為5.5mm，野生型武運粳測得粒長為5.6mm，對比并沒有比較明顯的差異。在千粒重方面，rlms1測得千粒重為24.6g，野生型武運粳測得千粒重為26.8g，對比雖有差異但并不明顯。因此提示在農(nóng)藝性狀方面，突變體葉片卷曲程度高，結(jié)實率下降。

2.2 花粉碘染

對野生型武運粳21與突變體rlms1進行花粉碘染實驗，測定I2-KI可染率，結(jié)果顯示在體視鏡可見同等大小觀察視野下，野生型武運粳21花粉?；揪旧钏{，可染率達到96.7%，而突變體rlms1花粉粒染色效果較武運粳21明顯更差，可染率在70.4%左右，兩者差異明顯。

2.3 遺傳分析

雜交處理野生型武運粳21與突變體rlms1，處理結(jié)果顯示，F(xiàn)1代葉片未見卷曲，隱性基因?qū)砣~半不育性狀的控制效果不明顯，F(xiàn)2代正常單株與卷葉半不育單株比例符合理論3：1標(biāo)準(zhǔn)，提示1對隱形核基因?qū)砣~半不育性狀有明顯的控制效果。

3 討論分析

鑒于在光合作用以及水稻株型改良上葉片發(fā)揮的重要意義，中外大量研究學(xué)者圍繞卷葉性狀進行了系統(tǒng)的研究分析。研究結(jié)論指出[3]：水稻卷葉表型的出現(xiàn)會受到葉肉細胞紊亂分布異常發(fā)育、泡狀細胞大小、膨脹、滲透壓變化等一系列因素的影響。本研究中樹脂切片結(jié)果表明，相較于野生型武運梗21，水稻卷葉突變體rlms1葉片邊緣、鄰近大葉脈以及葉片卷曲等部位的泡狀細胞均呈現(xiàn)出明顯的皺縮減小趨勢，卷曲部位葉肉細胞排列因受到突變影響發(fā)生紊亂，對比野生型武運粳，厚壁細胞數(shù)量更多，厚度更高，但未影響其他部位發(fā)育情況。從這一角度上來說，水稻卷葉半不育突變體葉片向近軸面極度卷曲是受到厚壁組織厚度增加以及的泡狀細胞皺縮，葉肉細胞排列紊亂等因素的影響所致。

同時，對比野生型武運粳21以及突變體花粉碘染結(jié)果可見，rlms1可染率僅為70.4%，明顯低于武運粳21可染綠96.7%。同時，在花粉粒形態(tài)上，雖然多數(shù)可呈圓形，飽滿度良好，但著色明顯更淺。

在遺傳分析結(jié)果中，F(xiàn)1代葉片均平展，結(jié)實率未見異常，F(xiàn)2代可見明顯性狀分離，該觀察結(jié)果提示水稻卷葉半不育性狀主要與1對隱性核基因控制因素相關(guān)。還需要特別注意的一點是，花、種發(fā)育受調(diào)控葉片發(fā)育基因的影響呈現(xiàn)出了多效性的特征，包括花器官發(fā)育以及花序情況。本次研究所得到的相關(guān)結(jié)果能夠為有關(guān)水稻卷葉半不育突變體rlms1下一階段有關(guān)克隆以及基因定位等相關(guān)問題的研究奠定基礎(chǔ)，望能夠引起有關(guān)人士的關(guān)注與重視。

參考文獻

[1]朱秋強，于曙光，柯蘭蘭，等.轉(zhuǎn)基因水稻葉片外卷突變體的機理[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，45（6）：655-661.

[2]龔曉平，況曉明，羅挺， 等.一個新的水稻內(nèi)卷葉突變體的雜優(yōu)組合生物學(xué)效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)（英文版），2015，16（11）：2504-2508，2512.

[3]申奧，蘇余燕，宋遠麗， 等.兩個水稻葉片反向卷曲突變體的表型及遺傳分析[J].天津師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，34（1）：67-71.