乙烯利处理对低温条件下温敏核不育水稻育性转换的影响

摘要

水稻(Oryza sativa)是人类重要的粮食作物之一，全球约有一半以上的人口以稻米为主食。两系杂交水稻在解决粮食安全问题上作出了巨大贡献，但其在生产应用中的问题比较突出，在我国南方特别是盛夏三天以上的异常低温，极易导致制种过程中温敏核不育水稻发生育性转换（从不育变为可育，俗称“打摆子”）从而导致两系杂交稻大面积制种失败，影响粮食安全。因此，探寻在低温条件下，抑制温敏核不育水稻育性转换的方法，分析温敏核不育水稻育性不稳定的机制，以期对今后温敏核不育水稻的选育、杂交制种等起到积极的推动作用。 本课题组前期研究发现低温诱导条件下温敏核不育水稻育性由不育向可育发生转换，而其幼穗中编码乙烯合成途径关键酶的OsACS5和OsACO5基因明显下调表达，因而推测在低温条件下乙烯参与育性转换过程的调控。为研究低温诱导条件下外源乙烯利对温敏核不育水稻育性转换的影响，及乙烯是否真的参与其育性转换的调控。在前期研究基础上，本论文开展以下研究:(1)采用温敏核不育水稻株1S、准S为材料，在冷灌池低温(22.5℃)诱导及大田日均温(30℃)条件下喷施乙烯利和二氧化氯溶液处理，并进行温敏核不育水稻的育性分析。(2)温敏核不育水稻乙烯合成途径关键酶OsACO5和OsACS5基因的分离及其启动子中与乙烯调控相关的顺式作用元件分析。(3)喷施处理后温敏核不育水稻编码乙烯合成途径关键酶OsACO5和OsACS5基因的响应模式分析。通过以上实验来探讨减缓温敏核不育水稻制种过程中遇低温易发生育性转换（俗称“打摆子”）的方法，为温敏核不育系水稻育性保持稳定提供工作基础和理论依据。 本研究的主要研究结果如下: 1.冷灌池低温(22.5℃)诱导并喷施不同浓度的乙烯合成促进物质乙烯利和抑制物质二氧化氯溶液后，可柒花粉率和套袋自交结实率的观察结果表明:在低温诱导条件下，株1S和准S连续7天(168h)喷水处理后的可染花粉率分别是4.3％和8.9％，套袋结实率分别是1.61％和2.51％;与喷水对照相比，喷施1600mg/L乙烯利的处理，株1S和准S可染花粉率分别下降3.3和7.2个百分点，且都无结实;喷施1500mg/L二氧化氯溶液的株1S和准S可染花粉率分别上升3.5和3.3个百分点，套袋结实率分别上升0.78和0.52个百分点。 2.OsACO5和OsACS5基因cDNA序列分别包含长927bp和1386bp的开放阅读框(ORF)，分别编码由308和461个氨基酸组成的蛋白质;在OsACO5和OsACS5基因5'上游2000bp内分别分离到该基因2056bp和1838bp的启动子序列，发现其除含TATA-box和CAAT-box等基本结构以外，其序列中还存在乙烯应答(AWTTCAAA)和乙烯相关调控(TGAC)等顺式作用元件;GFP融合表达显示OsACS5、OsACO5基因编码蛋白在细胞核和细胞膜中均有分布。 3.荧光定量PCR分析表明:在低温诱导条件下（以喷水为对照），连续7天(168h)喷施1600mg/L乙烯利时，株1S和准S幼穗中OsACO5和OsACS5基因表达量显著升高(p＜0.01)，分别是对照（喷水）的1.19、1.24（株1S）和1.24、1.1(准S)倍;连续7天(168h)喷施1500mg/L二氧化氯溶液时，株1S和准S幼穗中OsACO5基因表达量变化不显著，而株1S和准S中OsACS5基因表达量显著降低(p＜0.01)，分别是对照（喷水）的0.93和0.89倍。与正常大田温度（对照）相比，在低温诱导(22.5℃)168h时，喷水、喷施1600mg/L乙烯利及1500mg/L二氧化氯溶液处理分别会导致株1S和准S幼穗中OsACO5和OsACS5基因呈下调表达。 本研究表明:喷施1600mg/L乙烯利对低温诱导条件下温敏核不育水稻育性转换具有抑制作用。

目录

声明

摘要

缩略词表

第一章文献综述

1 温敏核不育水稻研究概况

1．1 温敏核不育水稻的发现及命名

1．2温敏核不育水稻的分类

2温敏核不育水稻育性转换特性的研究

2．1温敏核不育水稻育性转换敏感期研究

2．2温度对温敏核不育水稻育性的影响

2．3温敏核不育水稻育性的鉴定方法及鉴定指标

3 乙烯合成和调控的研究

3．1 乙烯

3．2乙烯合成途径及其调控因子的研究

3．3 乙烯合成途径中关键酶的研究

3．4乙烯与育性转换关系的研究

4本研究的目的和意义

第二章低温条件下喷施乙烯利后温敏核不育水稻育性转换期的育性分析

1．材料与方法

1．1试验材料

1．2材料种植和处理

1．3温敏核不育水稻育性分析的方法

1．4实验数据分析

2结果与分析

2．1 低温条件下喷施乙烯利后温敏核不育水稻花粉镜检结果

2．2低温条件下喷施乙烯利后温敏核不育水稻可染花粉

2．3低温条件下喷施乙烯利后温敏核不育水稻套袋自交结实率

3讨论

4结论

第三章温敏核不育水稻乙烯合成途径关键酶OsACO5和OsACS5基因及其启动子的分离与分析

1材料与方法

1．1实验材料

1．2实验方法

2结果分析

2．1温敏核不育水稻乙烯合成途径关键酶OsACO5、OsACS5基因eDNA及DNA的分离

2．2温敏核不育水稻乙烯合成途径关键酶OsACO5、OsACS5基因的启动子序列分离

2．3温敏核不育水稻乙烯合成途径关键酶OsACO5、OsACS5家族成员生物信息学分析

2．4蛋白亚细胞定位载体的构建

2．5 OsACS5、OsACO5基因编码产物的亚细胞定位

3讨论

4结论

第四章低温条件下喷施乙烯利后乙烯合成途径关键酶OsACS5、OsACO5基因的响应模式分析

1材料与方法

1．1实验材料

1．2实验方法

2结果与分析

2．1低温条件下喷施乙烯利后乙烯合成途径关键酶OsACO5、OsACS5基因的晌应模式分析

3讨论

4结论

全文总结

全文创新之处

参考文献

附录

在读期间发表的论文

致谢