水稻耐草甘膦除草剂种质资源评价及抗性生理机制分析

摘要

随着直播稻面积的不断扩大及种植制度的改变，田间杂草防治成为水稻种植过程中的主要成本支出来源。目前生产上的稻田除草剂种类繁多，一般用选择性除草剂，一种除草剂只能杀灭一类杂草，而且施用时间有严格的限制，难以满足水稻轻简栽培的需求。选育对除草剂具有抗性的水稻新品种是降低水稻除草成本、提高种植效益的重要途径。高效、安全、环保的新型除草剂的研究与开发进展缓慢，草甘膦因其低毒、高效、价格便宜、环境兼容等优点，成为世界上广泛使用的除草剂。它具有内吸传导性和广谱灭生性的特点，作用机制是通过内吸以后阻断植株正常的氮代谢，进而影响芳香族氨基酸的合成，最终扰乱植株氮代谢，引起植株死亡。草甘膦能同时杀死植株的地上部分和根系，灭草效果好。
　　近年来，由于抗除草剂转基因品种在种植规模化和机械化方面具有的成本优势，其应用也越来越广泛，在世界各地种植面积连年扩大，促进了大规模研发和推广抗草甘膦转基因作物。美国孟山都公司在抗草甘膦转基因作物方面的研究相当成熟，已成功商品化一大批抗草甘膦转基因作物。我国在该领域的研究起步比较晚，以及我国对转基因粮食作物推广的限制，目前还没有进行抗草甘膦转基因水稻的商品化生产，因此，本研究的重点是研发拥有自主知识产权的非转基因耐草甘膦水稻新品种，降低水稻生产成本，还可以减缓化学农药的使用对环境造成的危害。
　　本试验采用温室栽培，对84份来自“辐照+EMS”诱变后再杂交选育而成的水稻材料进行耐草甘膦筛选，进一步分析其耐性机理，为今后培育耐草甘膦水稻品种提供试验材料和理论依据。主要结果如下:
　　1、对84份水稻材料进行1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml等不同浓度耐草甘膦特性筛选鉴定，发现水稻材料在喷施1mg/ml草甘膦时都能存活，无明显药害症状，药害级别为1～2级;在草甘膦浓度为2mg/ml和3mg/ml时，这些材料对草甘膦的耐性程度有较大差异，其中CA11和CA21的存活率较高，为83.3％;草甘膦浓度为4mg/ml和5mg/ml时，植株绝大部分严重萎缩，整株死亡，药害级别为5级。表明不同试验材料对草甘膦耐性具有明显差异，结合对株高、穗长、千粒重、结实率等农艺性状的测定，初步筛选出CA5、CA6、CA11、CA19和CA21共5份耐性材料。
　　2、通过对初步筛选的5份耐草甘膦水稻新种质在三叶期喷施1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml等不同浓度的草甘膦，结果发现在4mg/ml的草甘膦浓度下，5份耐性材料均有不同程度的存活，CA21存活率最高，而对照品种P1003全部死亡，确定4mg/ml为三叶期耐草甘膦筛选的最佳浓度。
　　3、对筛选出的耐性材料CA21和对照品种P1003进行芽期种子萌发试验，结果表明，在0.01mg/ml、0.05mg/ml、0.1mg/ml、0.5mg/ml、1mg/ml等不同草甘膦浓度下，水稻材料的发芽率不同，与对照（喷施清水处理）相比，试验材料均有不同程度的受害，芽和根的生长受到抑制。在0mg/ml、0.01mg/ml、0.05mg/ml草甘膦浓度下，CA21发芽率较高，基本不受影响。0.1mg/ml浓度草甘膦处理，CA21发芽率为66.7％，P1003发芽率为0。由此可见，0.1mg/ml的草甘膦浓度在芽期能区分耐性材料和对照材料的差异，为芽期筛选的最佳浓度。
　　4、以耐草甘膦材料CA21和对照品种P1003为材料进行了生理指标测定，分析草甘膦1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml等不同浓度处理处理后1～7d植株生理指标的变化。结果表明，随着草甘膦浓渡的增加，CA21的莽草酸、丙二醛和叶绿素含量没有明显变化，GSTs活性明显增加;而对照品种P1003的莽草酸和丙二醛含量显著升高，叶绿素含量和GSTs活性大幅降低。
　　本试验筛选出的耐草甘膦水稻遗传资源，可为以后培育耐草甘膦水稻品种提供试验材料。

目录

论文说明

摘要

1 文献综述

引言

1．1 稻田杂草防治的相关研究

1．1．1 农业防治

1．1．2 生物防治

1．1．3 化学防治

1．2 草甘膦的相关研究

1．2．1 草甘膦的性质及作用特点

1．2．2 草甘膦的作用机理

1．2．3 草甘膦的发展与应用

1．3 抗草甘膦除草剂作物的相关研究

1．3．1 抗草甘膦作物的发展

1．3．2 抗草甘膦作物研究进展

1．4 抗草甘膦水稻种质资源的获得

1．4．1 自然突变法

1．4．2 组织培养法

1．4．3 转基因法

1．4．4 诱发突变法

1．5 抗草甘膦转基因水稻的安全性分析

1．5．1 抗性转基因水稻种植对非靶标生物的影响

1．5．2 水稻转基因的逃逸及其潜在的环境风险

1．6 草甘膦胁迫下植物生理指标的变化

1．6．1 草甘膦对莽草酸含量的影响

1．6．3 草甘膦对植物光合作用和叶绿素含量的影响

1．7 研究的目的与意义

2 耐草甘膦水稻种质资源的筛选

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 试验设计

2．1．3 测定项目及方法

2．2 结果与分析

2．2．1 不同水稻材料对草甘膦的耐性分析

2．2．2 不同浓度草甘膦对水稻株高的影响

2．2．3 3mg／ml草甘膦对水稻材料株高、穗长、千粒重、结实率的影响

2．3 讨论

3 芽期和三叶期草甘膦耐性浓度的鉴定

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 试验设计

3．2 结果与分析

3．2．1 三叶期草甘膦耐性浓度的筛选

3．2．2 芽期草甘膦浓度的筛选

3．2．3 草甘膦对芽长和根长的影响

3．3 讨论

4 草甘膦处理后植株生理指标的测定

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 常用试剂

4．1．3 主要仪器设备

4．1．4 试验设计

4．1．5 测定项目及方法

4．2 结果与分析

4．2．1 莽草酸含量

4．2．2 丙二醛(MDA)含量

4．2．3 叶绿素含量

4．2．4 谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)活性

4．3 讨论

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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