水稻细胞质雄性不育系和保持系表型观察及活性氧代谢研究

摘要

植物细胞质雄性不育(CMS)具有重要的杂种优势利用价值。本研究以新育成的野败型优质籼稻三系不育系天丰A及其保持系天丰B为实验材料，首先从植株主要形态特征方面观察不育系与保持系之间的表型差异，以探究不育所造成的诸多形态变化，其次从生理生化角度研究了水稻不育系和保持系花药和叶片发育过程中活性氧代谢和相关抗氧化酶活性动态变化差异，以探讨水稻细胞质雄性不育的生理机制。该研究旨在为水稻不育的可能机制及其选育和生产应用提供理论依据，对于将来利用水稻细胞质雄性不育系培育杂种植株具有重要的指导意义。研究结果如下:
　　1.不育系天丰A与保持系天丰B的株高、剑叶长宽都没有显著差异，但不育植株的始穗期比保持系延迟，不育性对穗长、单株穗数、每穗颖花数、颖花形态、花药形态均有影响，说明植株营养体对不育性造成的不利影响具有较大的抗性，而生殖器官及其附属组织对不育性造成的不利影响具有较弱的抗性，使整个植株在稻穗、颖花、花药形态方面与可育系相比表现出明显的差异。另外，可能由于发育过程中雄性不育植株的生理代谢发生异常，致使营养器官向生殖器官输送营养物质的过程不能顺利进行，最后导致营养期的生长延长，而生殖期的生长发育推迟。根据花粉育性鉴定的结果，不育系花粉对I2-KI反应几乎不着色，且在扫描电镜下观察到不育系花粉呈瘪三角形或不规则的多边形，说明可能是花粉发育过程中代谢异常，使花粉中内含物空缺，营养物质供应不足，导致花粉变形，最终造成雄性不育。
　　2.不育系花药天丰A中O2-产生速率、H2O2和MDA含量总体高于保持系天丰B，抗氧化酶SOD、CAT活性总体低于保持系，而POD活性始终比保持系花药高。说明不育系花药发育过程中O2-、H2O2代谢异常，MDA积累过多，抗氧化物保护酶SOD、CAT活力下降，引起活性氧自由基的产生与清除代谢失调，同时活性不断上升的POD酶，有可能使IAA大量氧化降解，导致花药发育过程中IAA缺失，营养代谢失调、物质能量亏损，这些因素相互作用可能是导致雄性不育的重要原因。
　　3.对花药各发育时期相应的叶片进行研究，发现水稻不育系天丰A与保持系天丰B活性氧代谢差异在叶片中也有所表现，两系叶片中的H2O2、MDA含量和CAT活性存在显著差异，但其叶片表型无明显差异，可能是由于生长发育过程中花药内部的生理代谢反应比较激烈，细胞质雄性不育引发的活性氧代谢异常造成的生理毒害作用主要表现在活跃组织中，所以活性氧代谢异常造成的生理毒害在花药中表现的更明显。也进一步证实雄性不育可能是由于不同组织或器官对活性氧伤害的忍受能力不同造成的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 植物雄性不育

1．1．1 植物雄性不育的概念

1．1．2 植物雄性不育的分类

1．1．3 植物雄性不育的细胞学、形态学特征

1．1．4 植物雄性不育与活性氧代谢的关系

1．2 水稻细胞质雄性不育

1．2．1 水稻细胞质雄性不育的分类

1．2．2 水稻细胞质雄性不育主要农艺性状研究

1．2．3 水稻细胞质雄性不育系生理机理研究

1．2．4 水稻细胞质雄性不育在杂种优势中的应用

1．3 本研究的目的和意义

第2章 水稻细胞质雄性不育系及保持系表型观察

2．1 材料

2．2 方法

2．2．1 田间调查和表型观察

2．2．2 植株育性鉴定

2．2．3 花药扫描电镜观察

2．2．4 花粉扫描电镜观察

2．3 结果与分析

2．3．1 田间调查与主要性状表现

2．3．2 花粉育性表现

2．3．3 花药扫描电镜观寨

2．3．4 花粉扫描电镜观察

2．4 讨论

2．4．1 水稻细胞质雄性不育系的主要农艺性状及杂种优势

2．4．2 水稻细胞质雄性不育系花粉的扫描电镜观察

第3章 水稻细胞质雄性不育系与保持系花药活性氧代谢研究

3．1 材料与采样

3．2 测定方法

3．2．1 醋酸洋红染色压片法

3．2．2 粗酶液的提取

3．2．3 超氧阴离子(O2-)产生速率测定

3．2．4 过氧化氢(H2O2)含量测定

3．2．5 丙二醛(MDA)含量测定

3．2．6 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定

3．2．7 过氧化氢酶(CAT)活性测定

3．2．8 过氧化物酶(POD)活性测定

3．3 结果与分析

3．3．1 不育系和保持系花药醋酸洋红染色结果

3．3．2 不育系和保持系花药中O2产生速率比较

3．3．3 不育系和保持系花药中H2O2含量比较

3．3．4 不育系和保持系花药中MDA含量比较

3．3．5 不育系和保持系花药中SOD活性比较

3．3．6 不育系和保持系花药中POD活性比较

3．3．7 不育系和保持系花药中CAT活性比较

3．4 讨论与结论

第4章 水稻细胞质雄性不育系与保持系叶片活性氧代谢研究

4．1 材料与采样

4．2 测定方法

4．2．1 粗酶液的提取

4．2．2 超氧阴离子(O2-)产生速率测定

4．2．3 过氧化氯(H2O2)含量测定

4．2．4 丙二醛(MDA)含量测定

4．2．5 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定

4．2．6 过氧化氢酶(CAT)活性测定

4．2．7 过氧化物酶(POD)话性测定

4．3 结果与分析

4．3．1 不育系和保持系叶片中O2-产生速率比较

4．3．2 不育系和保持系叶片中H2O2含量比较

4．3．3 不育系和保持系叶片中MDA含量比较

4．3．4 不育系和保持系叶片中SOD活性比较

4．3．5 不育系和保持系叶片中POD活性比较

4．3．6 不育系和保持系叶片中CAT活性比较

4．4 讨论

全文总结与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢