水稻突变体Shuanglimi的光合特性

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇水稻突变体Shuanglimi的光合特性范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：以水稻突变体shuanglimi为试验材料，对其幼穗处于减数分裂期时剑叶的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、 叶片气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、水分利用率（WUE）和羧化效率（CE）、叶绿素含量及剑叶中维管束数目进行了测定和观察。结果表明，Shuanglimi 的Pn、WUE和CE较CK分别降低了（71.18±2.08）%， （72.00±2.51）%和（79.33±3.27）%（P

关键词：水稻突变体Shuanglimi；光合作用；叶绿素含量；维管束

中图分类号：S511.2+1；Q945.11 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）10-2250-04

在水稻的遗传改良进程中，丰富多彩的遗传性变异个体为优良新种质的筛选与培育提供了广泛的种质资源。现代生物技术在提高变异频率，扩大变异图谱，缩短筛选周期、丰富变异类型等方面发挥着十分重要的作用[1]。在变异材料的创造过程中，各种突变体的出现为水稻的遗传改良提供了有利的资源材料。在水稻突变体中，花器官突变体已成为当今植物发育生物学和植物功能基因组学研究的焦点和热点。光合作用是将无机物质转化为有机物质并将太阳光能转化为化学能的复杂化学反应，它是水稻最基本的生理活动以及生长和发育的原动力。光合作用效率是直接影响水稻生产力及产量高低的重要因素之一，是水稻遗传改良中重要的考查指标[2]。在此项研究中，水稻突变体Shuanglimi是利用离子束介导技术对籼稻进行遗传改良时在其后代中筛选到的一种表现出“双粒米”特性的花器官突变体。经过5个世代的纯化，该突变体已经稳定，田间农艺性状表现一致，但其子粒性状按照一定的频率发生分离。以水稻突变体Shuanglimi为试验材料，对其生殖生长期的光合作用以及与其相关的细胞结构进行了研究，旨在掌握水稻突变体Shuanglimi的光合特性，为进一步研究其生殖特性和完善水稻突变体库提供有价值的参考资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2006年，利用氮离子束介导技术将玉米（西星赤糯1号）DNA转化到受体材料IR36（CK）中，在其当代群体中产生了1株具有“双粒米”特性的突变体。此突变体经过5个世代的纯化和筛选后获得了遗传上稳定的株系。该株系的主要农艺性状整齐一致，颖壳比较长且呈开颖状态，群体中大部分颖花表现为高度不育，而少部分颖花可实现自交结实，由此可以分离出双粒米子粒（图1）。根据其子粒特性，此突变体被命名为Shuanglimi。细胞学研究发现，Shuanglimi产生“双粒米”的原因是小穗分化时形成双子房，故此突变体是一种双子房花器官突变体。为了进一步系统地研究该突变体的生理特性，2012年5月将试验材料种植于河南省新乡市农业科学院水稻研究所的试验田中， 采用常规管理，在生殖生长期对其光合特性进行了研究与分析。在突变体创造过程中，供体玉米来自于山东省莱州市农业科学院，受体材料来自于实验室多年采用的具有稳定遗传基础的试验材料。

1.2 试验方法

1.2.1 光合作用参数的测定 在水稻处于生殖生长期，当剑叶叶耳与倒二叶叶耳相平时（此时幼穗发育正处于减数分裂期），两种试验材料各选择30株长势均一、生长良好的单株。按照杨秋云等[3]的方法，选择晴朗的天气，上午10∶30，借助Li-6400光合作用测定仪采用开路测量法对其剑叶中部进行光合作用参数测定。对于同一单株连续测量3 d，视为3次重复。

1.2.2 叶绿素含量的测定 叶绿素含量的测定采用化学方法[4]。称取0.5 g 新鲜的剑叶剪碎放入研钵，加入少量的石英砂和碳酸钙及5 mL纯丙酮，充分研磨成匀浆，再加入80%丙酮5 mL，在暗处静置10 min，充分提取色素。过滤，用乙醇定容到25 mL，摇匀。以95%的乙醇为空白对照，利用紫外-可见分光光度计分别在663 nm和645 nm处测其吸光度，3次重复。

1.2.3 大、小维管束观察 参照李金才等[5]的方法选取合适的剑叶利用FAA固定液进行固定，分别用苏木精、番红和固绿染色，然后按照标准制蜡方法制备蜡块[6]。蜡块制备完毕，用手动切片机进行切片，切片厚度为8 μm，然后在光学显微镜下观察、检片、统计和拍照。

1.3 统计分析

每次试验3次重复，取其平均值， 并用SPSS 13.0对突变体材料与对照之间的差异进行t 检验（P

2 结果与分析

2.1 Shuanglimi剑叶光合作用参数的变化

Shuanglimi光合作用的指标由净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、叶片气孔导度（Gs）、水分利用率（WUE）和羧化效率（CE）等6个相关参数组成（表1）。从表1可以看出，Shuanglimi的Pn较CK降低（71.18±2.08）%（P

2.2 Shuanglimi叶绿素含量的变化

Shuanglimi的叶绿素含量显著低于CK（表2），Shuanglimi 的叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素分别较CK降低了（12.39±1.47）%（P

2.3 Shuanglimi剑叶中维管束的变化

Shuanglimi剑叶横切面中维管束的特征与CK之间有较大的差异。从图2可以看出，在整个剑叶的横切面中存在着大维管束和小维管束，大维管束分布在小维管束之间。在Shuanglimi中，维管束染色较浅，不易观察，而CK中的维管束染色较深，容易观察（图2A、图2B）。在剑叶的中脉由多个维管束和一些薄壁细胞组成，中间有大而分隔的空腔。Shuanglimi空腔的面积明显小于CK，且空腔周围的维管束数目同样少于CK（图2C、图2D）。在每个大维管束中，导管的数目存在着一定的差异。在CK中，每个大维管束中的导管主要有2个，也有1个和3个导管出现（图3A、图3B）。然而，在Shuanglimi中，虽然每个大维管束中的导管还是以2个为主，但是1个、3个和4个导管的情形频繁出现（图3C至图3F）。从统计分析结果（表3）来看，在整个剑叶的横截面中，Shuanglimi和CK的大维管束数量相近，而Shuanglimi的小维管束数目较CK降低了18.86%（P

3 讨论

目前已经发现并研究的具有双子房的突变体有mp1、mp2[7]、tom-1[8]、TOR[9]和PRR16[10]等。研究者发现mp1和mp2雄蕊数目增多，内外稃间有2个谷粒；tom-1双子房两侧各有一个完整外颖，内颖退化成针状，产生双粒米种子；TOR 突变体多为融合双子房，雄蕊数目减少，雌蕊数目增多，有雄蕊雌蕊化现象，颖片、浆片无变异， 个别无内稃， 每个颖花只产生一粒种子， 可以认为只发生了第3、4 轮花器官的变异；PRR16的雄蕊增多，有多余的颖片，产生双粒或3粒种子。虽然上述突变体均具有双子房性状， 与此次报道的Shuanglimi类似， 但也存在显著差异。水稻突变体Shuanglimi雄蕊数目少，存在雄蕊退化并直接发育成枝粳的现象，同时双子房两侧各有一完整外颖，内颖退化，它是集中了tom-1和TOR的发育特点。由此认为水稻突变体Shuanglimi可能是一种新的双子房突变体。

此次以这种新的双子房突变体Shuanglimi为试验材料，研究了影响其特异发育的光合特性及与其相关的细胞结构。对Shuanglimi的光合作用分析表明在幼穗进行减数分裂期间，除Tr和Ci与CK无显著差异外，Shuanglimi的剑叶净光合效率、水分利用率以及羧化效率均比CK大幅度降低，而气孔导度却提高了近1倍。这说明在蒸腾作用和胞间CO2浓度变化不大的情况下，在Shuanglimi中由于水分利用率以及羧化效率均比较低，尽管气孔导度有所增加，但其净光合速率仍然很低。这说明Shuanglimi光合效率较弱的原因可能是由自身特殊的细胞结构所决定的，这也可能是Shuanglimi小穗形成过程异发育的一个诱因。从细胞结构分析来看，Shuanglimi光合作用比较弱的原因可能有以下两点：①Shuanglimi的总叶绿素含量较对照降低，尤其是叶绿素b含量大幅减少。作为光合作用主要的捕光色素，叶绿素b含量的降低直接影响了羧化效率，进而削弱光合效率。②Shuanglimi剑叶中维管束的特异性间接影响了光合作用。与CK相比，Shuanglimi剑叶中小维管束数目减少，大维管束中3个和4个特异导管的出现缩小了单个导管的体积，减弱了其将根部的无机盐、水分等向剑叶输送的能力，降低了光合作用的水分利用率，进而在一定程度上影响了光合效率。从光合特性和与其相关的细胞结构方面对Shuanglimi的生理特性进行初步探讨，可为进一步研究其子粒特性和生殖特性奠定基础，也为全面了解双子房突变体提供了有意义的参考资料。

参考文献：

[1] 黄群策. 离子束介导技术在生物体遗传改良上的发展趋势[J]. 原子核物理评论，2007，24（1）：59-64.

[2] TIAN H G， LIU Y W， FAN D S， et al. Study on the changes of photosynthetic characters in flag leaf after full heading stage of super rice [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，2008，24（10）：268-271

[3] 杨秋云，乔江方. Li-6400光合作用测定仪在水稻的应用及常见问题分析[J]. 实验室研究与探索，2009，28（8）：52-55

[4] 李 玲，李娘辉，蒋素梅，等.植物生理学模块实验指导[M].北京：科学出版社，2009.80-82.

[5] 李金才，董海荣，王艳哲，等.夏玉米花丝解剖结构与受精结实能力的研究[J].玉米科学， 2003，11（1）：57-59.

[6] 郑国昌.生物显微技术[M].北京：人民教育出版社，1978.225-235.

[7] LIBROJO A L， KHUSH G S. Chromosomal locat ion of some mutant genes through the use of primary trisomics in rice [A]. Rice Gentics[C]. Manila， Philippines：IRRI，1986. 249-255.

[8] 邢少辰.两份水稻特异材料的遗传研究[D].成都：四川农业大学，1999.

[9] 文 雯，李双成，王世全，等.一个水稻双子房突变体的表型鉴定和遗传分析[J].中国水稻科学，2007，21（3）：253-258.

[10] PANDIAN R T， THIYAGARAJAN K. Inheritance of floral traits in spontaneous mutant in rice（Oryza sativa L.）[J]. Curr Sci，2004，87（8）：1051-1052.