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《东北农业大学》 2010年
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水稻定向选择后代表型特性及淀粉合成关键酶基因表达分析

李晓光  
【摘要】: 蒸煮食味品质是稻米的重要品质性状,而直链淀粉和蛋白质含量是影响稻米蒸煮食味品质的主要内在因素。直链淀粉和蛋白质含量与品质性状和产量性状有密切关系,直链淀粉和蛋白质含量的变化势必引起其它性状的变化。水稻籽粒灌浆过程主要是淀粉和蛋白质合成及积累的过程。所以灌浆过程中籽粒碳氮代谢关键酶活性大小和相关基因的表达程度与淀粉品质形成有密切关系。通过品种间杂交是选育粳稻优质高产新品种的主要途径。因此研究不同品质类型粳稻品种杂交后代直链淀粉和蛋白质含量定向选择与蒸煮食味品质和产量性状的遗传变异特性、遗传多样性以及灌浆过程中籽粒碳氮代谢关键酶活性和淀粉合成关键酶基因表达变异关系,对明确粳稻优质高产新品种选择指标和阐明杂种后代淀粉品质形成的遗传和分子生化学机理等方面具有重要的理论和实践指导意义。为此本试验选用直链淀粉和蛋白质含量不同的4个粳稻品种配制2个杂交组合,即系选1号×通769和东农423×藤系180,从F2分离世代起以籽粒直链淀粉和蛋白质含量作为杂种后代选择指标按高低方向进行连续定向选择,构建直链淀粉和蛋白质含量不同的F8代遗传变异株系群体,分析其该株系群体的蒸煮食味品质和产量性状的遗传变异特征以及该株系群体的SSR分子标记遗传多样性,灌浆过程中籽粒碳氮代谢关键酶活性和淀粉合成关键酶基因表达特点,其主要研究结果如下: 1.通过对杂种后代籽粒直链淀粉和蛋白质含量的连续定向选择可以显著提高或降低杂种后代的籽粒直链淀粉和蛋白质含量,并选育出超亲遗传变异后代。直链淀粉和蛋白质含量与蒸煮食味品质及产量性状的相关性因直链淀粉和蛋白质含量的不同而发生变化。在高直链淀粉含量株系群体,直链淀粉含量与最高粘度、下降粘度、粘滞峰消减值、食味值相关性不显著;在低直链淀粉含量株系群体,直链淀粉含量与下降粘度值呈极显著负相关(-0.811**),与粘滞峰消减值呈极显著正相关(0.913**)。 在高蛋白质含量株系群体,蛋白质含量与粘滞峰消减值呈显著正相关(0.657*),与下降粘度值呈显著负相关(-0.666*),直链淀粉含量与最高粘度、下降粘度值呈显著负相关(-0.669*,-0.835**),与粘滞峰消减值呈极显著正相关(0.922**);在低蛋白质含量株系群体,蛋白质含量与最高粘度呈显著的正相关(0.745*),直链淀粉含量与最高粘度、下降粘度、粘滞峰消减值相关性不显著。 在高直链淀粉含量株系中,直链淀粉含量与单株粒重呈显著正相关(0.629*),蛋白质含量与单株粒重呈显著的负相关(-0.771**),但在低直链淀粉含量株系中,直链淀粉含量和蛋白质含量与产量性状间相关不显著。在高蛋白质含量株系中,蛋白质含量与产量性状间的相关均不显著,但在低蛋白质含量株系中,蛋白质含量与千粒重呈极显著负相关(-0.812**)。 2.SSR分子标记分析结果表明,在直链淀粉含量选择后代中,高多态性主要发生在6号和9号染色体上,低多态性主要发生在3号和7号染色体上;在蛋白质含量选择后代中,高多态性主要发生在7号和10号染色体上,低多态性主要发生在1号和3号染色体上。两个组合中直链淀粉含量选择后代均比蛋白质含量选择后代遗传变异丰富。 对直链淀粉和蛋白质含量选择后代株系进行聚类分析,直链淀粉和蛋白质含量高的后代株系大都与高亲聚在一起,而直链淀粉和蛋白质含量低的后代株系大都与低亲聚在一起。 3.水稻籽粒灌浆过程中,直链淀粉和蛋白质含量选择后代籽粒ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶活性的变化趋势基本一致,表现为随灌浆进程酶活性逐渐增加,达到峰值后又逐渐下降,呈单峰曲线变化。ADPG焦磷酸化酶活性达到峰值的时间在高、低直链淀粉含量选择后代间没有差异。在高直链淀粉含量选择后代中,可溶性淀粉合成酶和淀粉分支酶活性达到峰值的时间早于低直链淀粉含量选择后代。 不同直链淀粉含量选择后代酶活性的峰值存在差异。灌浆过程中,高直链淀粉含量选择后代籽粒的ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶活性峰值显著高于低直链淀粉含量后代。在籽粒灌浆前期,高蛋白质含量选择后代籽粒谷氨酰胺合成酶活性显著高于低蛋白质含量的后代;在籽粒灌浆后期,结果相反。高蛋白含量后代中的蛋白水解酶活性始终高于低蛋白含量后代。 在不同直链淀粉和蛋白质含量选择后代籽粒碳氮代谢关键酶活性峰值的比较中,均出现超亲现象。在两个组合中,高直链淀粉含量选择后代的ADPG焦磷酸化酶活性、可溶性淀粉合成酶活性,淀粉分支酶活性峰值均高于双亲;低直链淀粉含量选择后代的ADPG焦磷酸化酶活性峰值均低于双亲。高蛋白质含量选择后代的谷氨酰胺合成酶活性峰值均高于双亲;高蛋白质含量选择后代的蛋白水解酶活性峰值高于双亲,低蛋白质含量选择后代的蛋白水解酶活性峰值低于双亲。 4.OsAGPase、OsSSSⅠ、OsSBE1和OsSBE3在灌浆过程中均表现为,抽穗后10d时表达量相对较低,抽穗后17d表达量明显提高。在抽穗24d,4个基因的相对表达量下降。OsSBE1和OsSBE3在灌浆过程中的变化趋势有所不同,OsSBE1在灌浆过程中表达相对平稳,而OsSBE3则在灌浆后期表达量明显下降。 在抽穗后10天时,在选择后代和亲本间,OsADPase、OsSBE1和OsSBE3的基因相对表达量没有显著差异。在高直链淀粉后代株系HS1和HS2中,OsSSSI基因的表达量显著低于低直链淀粉含量选择后代株系LS1、LS2,同时也低于双亲的基因表达量。
【学位授予单位】:东北农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S511

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