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水稻巨大胚突变的特征特性与灌浆萌动代谢谱

张琳琳  
【摘要】: 伽玛(γ)-氨基丁酸(Gamma Amino-Butyric Acid,GABA)是一种神经抑制性递质的游离氨基酸,主要在稻米的胚部表达,具有平和血压和镇定神经等多种生理功能。稻米作为我国传统主食,富含GABA稻米的研究和开发意义重大,有助于提高稻米的附加值、扩大稻米的利用范围。巨大胚水稻是以具有特别大的胚为特征的一种特异水稻。在育种实践中,可将巨大胚作为富含GABA水稻一个重要的间接选择指标。 本研究以我国不同区域主栽水稻品种为起始材料,从巨大胚突变体的筛选入手,对巨大胚突变水稻中的GABA、理化品质和主要营养成分及其农艺性状分析的基础上,研究了巨大胚突变体的遗传规律和初步的分子定位,并从代谢水平跟踪研究了巨大胚突变体的种子萌发效应和籽粒灌浆动态。主要研究结果如下: (1)先后以我国水稻核心骨干亲本9311、超级杂交稻Ⅱ优明86的双亲品种---明恢86、Ⅱ-32B、保持系K17B和冈46B、恢复系7954、R084和527、早籼稻品种金早47、以及粳稻品种秀水110为起始材料,从中诱发获得巨大胚突变体37个,突变频率介于1.89×10~(-5)-1.72×10~(-4)之间。 (2)5个巨大胚突变体MH-gel、MH-ge2、MH-ge3、MH-ge4、MH-ge5的表观直链淀粉含量、胶稠度和碱消值和其野生型无显著差异。除突变体MH-ge5的穗长、有效分蘖、总粒数、结实率、理论产量和千粒重,巨大胚突变体的主要农艺性状均与野生型相仿。 (3)与正常胚水稻相比,巨大胚突变体的主要营养成分蛋白质、脂质,维生素VB_1、VB_2、VE,必需氨基酸精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、蛋氨酸以及矿质元素磷、铁、钙、锌、钾等含量显著提高。在干种子中,巨大胚突变体和正常胚水稻间的GABA含量无显著差异。 (4)浸种处理后,巨大胚突变体的胚芽米中的GABA、赖氨酸、镁、维生素VB_1、维生素VE和钙等6种主要营养成分含量比正常胚水稻显著富集。浸种处理后,巨大胚的胚芽米中GABA急剧富集,GABA含量的增加与胚变大倍数相应。 (5)巨大胚突变为隐性性状,受单基因控制。等位性测定表明,除MH-gel为新突变外,其它突变都与ge相互等位。选择覆盖水稻12条染色体的358个SSR对MH-gel进行初步定位,将巨大胚突变基因定位在第7染色体上的2个标记RM560和RM346之间,与RM560的遗传距离为3.47cM,与RM346的遗传距离为8.33cM。 (6)巨大胚突变体MH-gel籽粒灌浆特性较野生型差。在整个灌浆过程中,突变体MH-gel的自由糖含量均高于野生型MH86,籽粒灌浆充实度较差。开花后10d的籽粒代谢物丰度最大,代谢物水平随灌浆时间的延长逐渐下降,至25d时基本稳定。突变体MH-gel整体代谢水平略高于野生型,自由脂肪酸、自由糖、氨基酸等代谢物含量随灌浆过程延长逐渐下降。 (7)突变体MH-gel发芽势较差,发芽率较低,发芽过程中淀粉酶活性始终较低,与野生型相比,巨大胚突变体MH-gel种子在萌发过程中的总蛋白和粗脂肪含量较高。种子浸水后,GABA含量急剧富集,巨大胚突变体中GABA氨基酸含量增加近6倍。发芽过程中各种代谢活动旺盛,可溶性代谢产物随发芽时间的延长含量增加,糖类、蛋白质的变化较脂肪类代谢更为明显。


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