（作物遗传育种专业论文）水稻抗旱、耐盐QTL表达的遗传背景效应及抗旱、耐盐的遗传重叠研究.pdf

摘要 盐害和干旱都是影响水稻生产的重要非生物逆境，提高水稻的耐盐性与抗旱性是水稻的重要 育种目标。高效发掘和利刚种质资源中的耐盐、抗旱q t l 是改良水稻品种抗逆性最为简便有效的 途径。 以来自伊朗的粳稻品种b i n a m 为供体，国际水稻所育成的籼稻品种i r 6 4 和我国广东育成的高 产籼稻品种特青为轮回亲本，分别构建了两套遗传背景基本一致b c 2 f 8 回交导入系群体作为本研 究的材料，进行水稻耐盐与抗旱q t l 初步定位，分析了遗传背景和环境条件对o y l 表达的影响， 并通过比较盐胁迫和旱胁迫两种逆境下q t l 表达差异，剖析不同时期水稻耐盐性及耐盐与抗早之 间的遗传重叠机制，鉴别影响耐盐和抗旱的重要基因组区域，为培育能适应耐盐和抗旱新品种提 供有益信息。获得了以下主要研究结果： 1 以i r 6 4 b i n a m 和l 特青b i n a m 两套导入系群体为材料定位了水稻苗期在14 0 m mn a c i 胁迫下影 响秧苗存活天数、盐胁迫后1 0 天叶片盐害级别、盐胁迫8 天后地上部和根部的k + 、n a + 浓度 等6 个耐盐相关性状的q t l 。两个群体中共检测到4 1 个苗期耐盐q t l 。 2 在1 r 6 4 b i n a m 群体中定位了影响分蘖期株高、分蘖数和地上部鲜重在对照、盐胁迫和胁迫与 对照著值条件下的q t l2 2 个，其中1 6 个q t l 属耐盐q t l 。 3 以b i n a m 导入i r 6 4 和特青背景培育的两套导入系群体为材料，检测到影响单株产量、千粒重、 单株有效穗数、每穗实粒数、每穗总粒数、结实率和株高等7 个性状在对照、旱胁迫和胁迫与 对照差值3 种条件下的q t l4 7 个，其中3 7 个与抗旱性有关。 4 比较苗期和分蘖期耐盐q t l 的分布，发现多数( 7 5 4 ) 影响苗期和分蘖期的耐盐q t l 在遗传上 相互独立，仅在染色体的6 个相同或相邻区域定位到影响两个时期的耐盐q t l ，表明苗期和分 蘖期的耐盐性存在部分的遗传重叠。通过标记辅助选择将苗期和分蘖期的重要耐盐q t l 进行 累加，或针对苗期和分蘖期的重叠耐盐q t l 进行选择，有可能培育出苗期和分蘖期均耐盐的 水稻品种。 5 在i r 6 4 b i n a m 禾l l 特青b i n a m 两个遗传背景下，分别有5 个和3 个基因组区域的耐盐性q t l 与抗 旱性q t l 柜互重叠，表明耐盐性与抗旱性存在着一定的( 2 3 4 ) 遗传重叠。针对耐盐性和抗 旱性q t l 的重叠区域进行选择，有可能培育出既耐盐又抗旱的水稻品种。 6 通过比较相同供体，不同遗传背景和相同背景不同环境( 对照与盐胁迫或对照与早胁迫) q t l 的定位结果，发现耐盐与抗旱q t l 受遗传背景和环境条件影响较大，但是仍能鉴定出一些对 遗传背景与环境不敏感的q t l ，如q s n c 3 、q p n 9 和q g w 3 等，这些重要的q t l 在标记辅助选择 育种中可能具有应用价值。 关键词：水稻，数量性状位点，耐盐性，抗旱性，遗传背景，环境效应，遗传重叠 a b s t r a c t s a l i n i t ya n dd r o u g h ta r eb o t ht w om a j o ra b i o t i cs t r e s s e si nd e e ( 蛳s a t i v al ) p r o d u c t i o n w o r l d w i d e i m p r o v i n gs a l tt o l e r a n c e ( s t ) a n dd r o u g h tt o l e r a n c e ( d do fr i c ei sa l li m p o r t a n tt a r g e tf o r r i c eb r e e d i n gp r o g r a m s i t sa l le f f i c i e n tw a yt oi m p r o v es ta n dd tb ym i n i n ga n dp y r a m i d i n gf a v o r a b l e q t l sf r o mg e r m p l a s m s i nt h ep r e s e n ts t u d y ，t w oi n d i c av a r i e t i e s ，i r 6 4 ( f r o mi r r 0a n dt e q i n g ( f r o mg u a n g d o n g ，c h i n a ) w e r eu s e d 砸t h er e c u r r e n tp a r e n t s ，aj a p o n i c al a n d r a c e b i n a m ( f r o mi r a n ) w a su s e d 嬲t h ed o n o rp a r e n t t of o s t e rt w os e t so fb c 2 f si n t r o g r e s s i o nl i n e s t h et w os e t so fa d v a n c e db a c k c r o s si n t r o g r e s s i o n p o p u l a t i o n sw e r eu s e dt oi d e n t i f yq t l sa f f e c t i n gs ta tt h es e e d l i n ga n dt i l l e r i n gs t a g e sa n dd t a tt h e r e p r o d u c t i v es t a g e t h ee x p r e s s i o n so fq t lu n d e rd i f f e r e n tg e n e t i cb a c k g r o u n d sa n dd i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s ，a n dg e n e t i co v e r l a po fs tq t l sd e t e c t e di nd i f f e r e n ts t a g e sa n dg e n e t i co v e r l a po fs t - a n dd t q t l sw e r ec o m p a r e d b e n e f i c i a li n f o r m a t i o nw a sp r o v i d e df o rb r e e d i n gn e wr i c ev a r i e t i e sw i t h s ta n dd t t h em a i nr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 at o t a lo f 41q t l sa f f e c t i n gs u r v i v a ld a y so fs e e d l i n g s ( s d s ) ，s c o r eo fs a l tt o x i c i t yo fl e a v e s ( s s t ) ， s h o o tk + c o n c e n t r a t i o n ( s k c ) ，s h o o tn 矿c o n c e n t r a t i o n ( s n c ) ，r o o tk _ c o n c e n t r a t i o n ( r k c ) a n d r o o tn a + c o n c e n t r a t i o n ( r n c ) w e r ei d e n t i f i e du n d e rs a l ts t r e s sw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no f14 0 m m n a c la tt h es e e d l i n gs t a g ei nt h et w op o p u l a t i o n s 2 t w e n t y - t w oq t l sa f f e c t i n gf r e s hw e i g h to fs h o o t s ( f w ) ，t i l l e rn u m b e rp e rp l a n t ( t n ) a n dp l a n t h e i g h t ( p h ) a tt h et i l l e r i n gs t a g ew e r ei d e n t i f i e di ni r 6 4 b i n a mb c 2 f si n t r o g r e s s i o nl i n e s a n d s i x t e e nq t l sw e r ec o n s i d e r e da ss t - q t l sb a s e do ne x p r e s s i o no fq t l su n d e rs a l ts t r e s sa n d n o n s t r e s sc o n d i t i o n s 3 i nt h et w oi n t r o g r e s s i o np o p u l a t i o n sat o t a lo f4 7q t l sa f f e c t i n gg r a i ny i e l d ( g y ) ，1 0 0 0 一g r a i n w e i g h t ( g w ) ，p a n i c l en u m b e rp e rp l a n t ( p n ) ，f i l l e dg r a i n sn u m b e rp e rp a n i c l e ( o n ) ，s p i k e l e t n u m b e rp e rp a n i c l e ( s n ) ，s e e ds e t t i n gr a t e ( s s ) a n dp l a n th e i g h t ( p h ) w e r ed e t e c t e du n d e rd r o u g h t s t r e s sa n dn o n s t r e s sc o n d i t i o n s a n d3 7q t l sw e r ec o n s i d e r e da sd tq t l sw h i c hh a d c o n t r i b u t i o nt od t 4 c o m p a r i n gt h ed i s t r i b u t i o no fs t - q t l sd e t e c t e da tt h es e e d l i n ga n dt i l l e r i n gs t a g e s ，m o s t ( 7 5 4 呦 o ft h e mw e r eg e n e t i c a l l yi n d e p e n d e n t o n l ys i xw e r el o c a t e di nt h es a m eo ra d j a c e n tc h r o m o s o m a l r e g i o n s ，s u g g e s t i n gp a r t i a lg e n e t i co v e r l a po fs ta c r o s st h et w os t a g e so c c u r s i ti sl i k e l y , t h e r e f o r e ， t od e v e l o ps tr i c ev a r i e t yf o rb o t hs t a g e sb yp y r a m i d i n go fs t o q t l so fd i f f e r e n ts t a g e so rs e l e c t i o n a g a i n s tt h eo v e r l a p p i n gq t l sb e t w e e nt h et w os t a g e sv i am a r k e r - a s s i s t e ds e l e c t i o n ( m a s ) 5 f i v ec h r o m o s o m a lr e g i o n sw e r ei d e n t i f i e dt oh a r b o rb o t hs t - a n dd t q t l si ni r 6 4 b i n a m p o p u l a t i o n ，w h i l et h r e ei nt q b i n a mp o p u l a t i o n ，i n d i c a t i n gt h a tt h e r ew e r eg e n e t i co v e r l a p so fs t a n dd tt os o m ee x t e n t ( 2 3 4 ) r i c ev a r i e t yw i t hb o t hs ta n dd tc o u l db ed e v e l o p e db ys e l e c t i n g a g a i n s tt h eo v e r l a p p i n gq t l sf o rs ta n dd t 6 b yc o m p a r i s o no fq t l sd e t e c t e di nd i f f e r e n tp o p u l a t i o n sd e r i v e df r o ms a m ed o n o ri nd i f f e r e n t r e c u r r e n tp a r e n t ( i r 6 4a n dt e q i n g ) b a c k g r o u n d s ，a n dq t l si nt h es a n l eg e n e t i cb a c k g r o u n du n d e r d i f f e r e n te n v i r o n m e n t s ( s a l ta n dd r o u g h ts t r e s s e sv e r s u sc o n t r 0 1 ) ，s i g n i f i c a n te f f e c t so f g e n e t i c b a c k g r o u n da n de n v i r o n m e n to ne x p r e s s i o n so fs t - a n dd t - q t l sw e r eo b s e r v e d e v e ns o ，s o m e m a i n e f f e c tq t l si n s e n s i t i v et oe n v i r o n m e n ta n dg e n e t i cb a c k g r o u n dw e r ei d e n t i f i e d ，e g q s n c 3 ， q p n 9a n dq g w 3 t h e s eq t l ss h o ws t a b i l i t yi nd i f f e r e n tg e n e t i cb a c k g r o u n d sa n de n v i r o n m e n t s ， a n dm a yb eb e n e f i c i a if o rm a s b r e e d i n gi nr i c ef o rs a l ta n dd r o u g h tt o l e r a n c e k e y w o r d s ：r i c e ，q u a n t i t a t i v et r a i tl o c i ( q t l ) ，s a l tt o l e r a n c e ( s ，r ) ，d r o u g h tt o l e r a n c e ( d t ) ，g e n e t i c b a c k g r o u n d ，e n v i r o n m e n te f f e c t ，g e n e t i co v e r l a p 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究尘签名：黝时间：钟 月 厂r 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农 业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用 不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 论文作者签名： 数嘶 名：纸 时间：d g 年舌月上7 同 时间：加g 年夕月r 同 中国农业科学院硕 ：学位论文第一章义献综述 第一章文献综述 盐害和干旱是影响水稻生产的重要非生物胁迫，对水稻生产危害极大。近年来，有关作物对 干旱或盐害单一抗性的研究报道较多，而对二者双重抗性的报道却很少( 李姝晋等，2 0 0 5 ) 。但实 际上，干旱和盐渍间具有很大的相关性，均会导致细胞欠水，引起渗透胁迫( l i ue ta l ，2 0 0 0 ) ， 而且从水稻生产的条件上看，二者往往交织在一起，干旱地区盐害也较重( g r e g o r i oe t a l ，2 0 0 2 ) 。 冈此，同时开展水稻对盐渍和干旱耐性的研究无疑具有重大的现实意义。 1 1 植物耐盐性的研究进展 盐害是农业生产的一个重要非生物逆境之一。据不完全统计，世界上约有1 0 亿公顷的土地正 受到盐的危害( 于遵亲等，1 9 9 3 ；t e m e r e t a l ，2 0 0 3 ) ，盐碱化土壤约占全球可耕地面积的1 0 ， 我国约有o 2 亿多h m 2 盐碱地( 张新春等，2 0 0 2 ) ，随着：1 ：业污染加剧、不合理灌溉和化肥的过量使 用等原因，次生盐碱化日益加重，给农业生产造成重大损失。 1 1 1 盐分对植物生长的危害 盐胁迫主要包括离子毒害和渗透胁迫。过量的吸收某一种盐分会使离子吸收不平衡造成营养 亏缺，盐胁迫使植物的生长受到抑制，光合卜降，能耗增加，衰老加速，生长量降低，最终导致 植株死亡( 余叔文等，1 9 9 8 ) 。 1 1 1 1 膜脂过氧化对植物生长的危害 膜结构和功能的完整性是控制离子运输和离子分配的主要因素。膜系统是植物盐害的主要部 位( 张淑红等。2 0 0 0 ) ，质膜的伤害更为严重。质膜在受到盐分胁迫后会发生一系列的变化，包 括它的组分和透性。它的运输能力、离子流率等也都会受到影响而变化，使膜的正常功能被损坏， 而影响细胞的代谢作用( 张新春等，2 0 0 2 ；赵可夫等，1 9 9 3 ) 。在盐胁迫时，由于降低了清除活性 氧的酶促和非酶促系统的防御能力，使活性氧含量增加，诱发膜脂过氧化作用，引起膜损伤，膜 透性加人，而且膜质过氧化产物反过来对植物防御体系也会产生破坏作用，从而加剧膜脂过氧化 作刈。这样不断反复恶性循环使植物受害加重，最终导致植株死亡( 刘宛等，1 9 9 5 ；r o b e 竹e t 耐， 1 9 8 0 ) 。 1 1 i 2 离子毒害 离子毒害主要是由于植物摄取了过量的n a + 、c l 等离子，使植物细胞内离子浓度增高，许多 酶却只能在很狭窄的离子浓度范围才具有活性，对于k + 离子而言是0 1 0 2 m ，对于n a + 、c l 离子则 要求低于5 0 m m ( g u oe ta l ，1 9 9 9 ) 。一般认为在无机盐中对植物危害最大的是钠盐，农作物通常对 n a c l q 仁常敏感，即使是5 0m mn a c l 水稻也是难以正常生长的( g u oe ta l ，1 9 9 9 ) 。土壤盐渍化最常 见的是由n a c i 造成的，它严重危害着植物的生长，n a + 是造成离子毒害最严重的因素。n a + 在叶片 中的积累会导致老叶的坏死，缩短了叶片的生命周期，影响植物的生长( m u n n s ，2 0 0 2 ) 。 1 中因农业科学院硕，i j 学位论义 第一章文献综j 苤 1 1 1 3 活性氧伤害 植物细胞中活性氧的产生有很多种途径，主要产生于线粒体和叶绿体，盐胁迫是使活性氧水 平升高的一个重要原因之一。在盐胁迫等逆境条件下，植物体内活性氧代谢系统的平衡受到影响， 增加活性氧如0 2 。、h 2 0 2 、o h m 含量，破坏或降低活性氧清除剂( 如s o d 、c a t 、p o d 、v i t e 、 等) 的结构或含量( 张新春等，2 0 0 2 ) 。活性氧一般不稳定，有很强的氧化还原能力，对生物大分 子( 如蛋白质、核酸、不饱和脂等) 有很强的破坏作用，因而影响到植物的呼吸作用和光合作用 等。 1 1 2 植物耐盐性的机理 盐分胁迫对植物有很多伤害，最主要的的渗透胁迫和离子毒害，针对这两种伤害，植物有不 同的耐盐机制。 1 1 2 1 植物应对渗透胁迫的耐盐机制 渗透调节能力是植物耐盐的最基本特征之一。植物主要靠合成渗透调节物质，以及水分转运 来减少渗透胁迫的影响。 1 1 2 1 1 合成可溶性有机小分子 盐分胁迫条件下，植物通常会形成许多可溶性的小分子，包括有机渗透调节物质有氨基酸及 其衍生物( 如脯氨酸、甜菜碱、p 一丙氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丫一氨基丁酸等) 、糖类及其衍生物( 如 山梨糖醇、甘露糖醇、赤藓糖苷、异赤藓糖苷、甘油等) ( 马建华等，2 0 0 7 ) 。 在已研究过的1 5 0 多种渗调物质中，甜菜碱被认为是一种最好的渗调保护剂。高浓度的甜菜碱 不仅能维持细胞内低的渗透势，还能调节离子的吸收和分布、维持蛋白质结构和保持酶的活性( 马 建华等，2 0 0 7 ) 。 甜菜碱 甜菜碱是一类季铵化合物，化学名称为n 2 甲基代氨基酸。植物中的甜菜碱有1 2 种，最简单的、 研究最多的是甘氨酸甜菜碱( g l y c i n eb e t a i n e ) 。外源甜菜碱在一定程度上能够限制幼苗x t n a + 、c 1 - 的吸收，减少其向地上部分运输的数量和速度，同时提高体内k + 含量、向上运输效率、降低地上 部分对n a + 、k + 的选择性，从而提高小麦幼苗耐盐性和对盐分胁迫的适应性( 张士功等， 1 9 9 9 ) 。 许多高等植物，尤其是藜科和禾本科植物，在受到盐胁迫时积累大量甜菜碱，其积累水平与植物 抗胁迫能力成正比。其生物合成是从胆碱开始经两步氧化生成的。首先在胆碱加单氧酶( c m o ) 的 催化下，胆碱合成甜菜碱醛，然后，甜菜碱醛在甜菜碱醛脱氢酶( b a d h ) 催化下形成甜菜碱。c m o ， b a d h 两种酶都存在于叶绿体基质中，其活性受盐胁迫诱导( 杜金友等，2 0 0 6 ) 。将c m o 和b a d h 转入植物中会提高植物的盐性这表明了甜菜碱能提高植物的耐盐性( 沈义国等，2 0 0 1 ：h a y a s h ie t 口，1 9 9 7 ；郭岩等，1 9 9 7 ) 。 脯氨酸 脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，盐分胁迫时，许多植物都积累大量的脯氨酸，在发生干旱、 2 中固农业科学院颂j ：学位论文 第一章文献综述 曼曼曼鼍巴詈曼曼量曼曼舅曼舅曼曼量曼曼量曼鼍皇曼! 曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼鼍量曼曼曼曼皇蔓曼曼量蔓曼曼曼曼量曼曼曼舅舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量毫 盐渍时，许多植物都积累了高水平的脯氨酸。脯氨酸的积累是应对盐胁迫的一种保护措施。 ( s a n a d ae ta l ，19 9 5 ：s a n t ae ta l ，19 9 9 ) 。k i s h o rp b k 等( 19 9 5 ) 对p 5 c s ( 脯氨酸生物合成中的限速 酶) 基因进行转基因研究，获得转基因烟草，发现在转基因烟草中脯氨酸的含量和耐盐性明显提 高。g i n z b e r g 等( 1 9 9 8 ) 从紫花苜蓿中克隆到两个p 5 c s 基因：m s p 5 c s 2 1 和m s p 5 c s 2 2 ，通过s o u t h e r n 分析发现这是两个基因都受剑盐的诱导。 l e a 蛋白 后期胚胎发生富集蛋白( 1 a t ee m b r y o g e n e s i sa b u n d a n tp r o t e i n s ，l e a 蛋白) 是在棉花种子发育晚 期胚胎中被发现的( d u r e ，1 9 8 1 ) ，现已发现的l e a 蛋白有6 组。 在所有已知的组3 l e a 蛋白中，对大麦的组3 l e a 蛋白h v a l 的研究较多。h v a l 蛋白最先是在大 麦的糊粉层里发现的，h v a l 基因在糊粉层及种子发育晚期胚胎外周区域里特异地表达，可被 a b a 、干旱、冷害、热激和盐胁迫诱导表达( s h e ne t a l ，1 9 9 3 ) 。因此，组3 l e a 可能在植物的耐 盐性中起着很重要的作用。编码l e a 蛋白的基因称为l e a 基因，目前许多植物中的l e a 基因大都 得到了克隆，如大麦h v a l 基因、大豆的g mp m 2 等，有人用在水稻a c t i n i 启动子的作用下将大 麦的h v a l 基冈转入水稻中，发现组3 l e a 蛋白增加，耐盐性也提高了( x u ，1 9 9 6 ) 。 1 1 2 1 2 增加无机离子进行渗透调节 植物细胞在盐胁迫下吸收、积累各种无机离子以增加细胞内盐浓度，这些无机离子与细胞内 有机小分子一起发挥渗透调节功能。有些植物特别是非盐生植物选择k + 排斥n a + ，而有些植物选 择n a + 排斥k + 。非盐生植物体内积累大量k + 时，抗盐能力显著提高。有人认为c 1 。主要作为平衡n a + 和k + 电荷的物质被动进入植物体i 又j ( h a j i b a g h e r ie t a l ，1 9 8 9 ) 。无机离子参与渗透调节，减少了对有 机渗透调肖物质的需求，合成过多的有机分子会消耗植物生长所需的碳源，抑制植物生长。但是 高浓度无机离子的积累会破坏细胞膜结构或降低酶活性，从而影响植的的正常生长。 1 1 2 2 植物应对离子毒害的耐盐机制 盐害对植物造成的另一个主要危害是离子毒窖。而对植物危害最严重的是n a + 陶毒害，n 矿的 人餐积累，它会破坏细胞内离子平衡并抑制细胞内生理生化代谢过程( 孙兰菊等，2 0 0 1 ) 。土壤中 过多的n a + 会抑制酶的活性，还会影响对必要元素的吸收。植物应对n a - 的毒害主要是靠抑制n r 的吸收、促进n a + 的排出和使n a + 区域化来实王见的( s z ee la l ，19 9 9 ) 。 1 1 2 2 1 离子吸收与离子通道 一般米说，n a + 进入植物体主要是通过低亲和性阳离子转运蛋白( i o w a f f i n i t yc a t i o nt r a n s p o r t e r ， l c t l ) 、高亲和性钾转运蛋e l ( h i g h - a f f i n i t ykt r a n s p o r t e r ，h k t ) 、以及非选择性阳离子通道 ( n o n s e l e c t i v ec a t i o nc h a n n e l s ，n s c c ) 。 低亲和性阳离子转运蛋白( l c t l ) 是s c h a c h t m a n 等( 1 9 9 7 ) 首次从小麦中克隆分离得到的一种新 的转运蛋白，主要表达于小麦叶片和根部。l c t i 包含8 1 0 个预测的跨膜区域。l c t l 介导低亲和性 i j | 1 离子吸收。实验表明l c t i 能介导低亲和性r b + 和n a + 吸收，l c t i 可能介导n a + 的大量吸收 ( s c h a c h t m a ne ta l ，19 9 7 ；a m t m a n ne ta l ，2 0 01 ) 。 高亲和性钾转运蛋白( h k t ) 类转运蛋白是广泛存在于植物、酵母、细菌以及真菌中的一个超 3 中困农业科学院硕l ：学位论文第一章文献综述 级蛋白家族( l i ue t ，2 0 0 0 ) 。根据异源表达系统上的运输特性h k t 可分为两种类型：一种为k + n a + 共转运蛋白，以小麦h k t l 为代表，包括水稻中o s h k t 2 、桉树中e c h k t l 和e c h k t 2 以及冰叶日中 花中m c h k t l 等；另一种主要转运| n a + ，以拟南芥a t h k t l 为代表，包括水稻中的o s h k t i 和 o s h k t 8 ，( r u b i o e t a l ，1 9 9 5 ：s u e t a l ，2 0 0 3 ；r e ne t a l ，2 0 0 5 ；邵群等，2 0 0 6 ；g a s s m a n ne t a l ， 19 9 6 ：f a i r b a i me ta l ，2 0 0 0 ：u o z u m ie ta l ，2 0 0 0 ：h o r i ee ta l ，2 0 0 1 ：g o l l d a c ke ta l ，2 0 0 2 ) 。 非选择性刚离子通道( n s c c ) ，缺乏阳离子选择性( d a v e n p o r te ta l ，2 0 0 0 ) 。植物的全细胞膜片 钳实验表明，n s c c 可能是高盐环境下n 矿进入植物体内的一条主要途径，阻塞n s c c 介导的n 矿 吸收可以减缓或者部分减缓n a + 膨) ：k 0 ( w h i t ee ta l ，19 9 9 ) 。 1 1 222n a + 的排出 n a + 的排出主要通过质膜上的h + - a t p a s e 和n a + h + 逆向转运载体的活性。n a + 从细胞内排出需要 逆着其电化学势转运，是一个主动运输的过程。h + - a t p a s e 利用a t p 水解放出的能量将h + 泵出胞外 产生h + 电化学梯度，h + - a t p a s e 产生的质子驱动力激活n a + h + 逆向转运载体的活性，使得h + 顺电 化学梯度进入胞内和n a 逆电化学梯度排出胞外同时进行。通过图位克隆的方法克隆得到s o s1 ( s a l to v e r l ys e n s i t i v e1 ) 基因( w ue ta l ，1 9 9 6 ) ，s o s l 编码一个分子质量为1 2 7 k d a 的n a - h + 逆向转 运载体( s h i ，2 0 0 0 ) 。s o s1 代表一类新的n a + h + 逆向转运载体，它在质膜上起作用( w ue ta l ，1 9 9 6 ) ， 它可以将胞质内的n a + 排出到胞外空间以阻止n a + 在胞质内的快速积累。n a + k + 泵x c n d 的排出也具 有重要的作用，它能维持细胞内高k + 低n a 的内部环境，使细胞具有相对稳定的膜电位( 吴平， 2 0 0 1 ) 。 1 1 223n a + 的区隔化 植物在受到盐胁迫时，往往把盐从细胞质和细胞器中清除出去，使其集中于液泡中，这种现 象称为盐的区隔化( 张新春等，2 0 0 2 ) 。液泡是植物成熟细胞最人的细胞器，能贮存营养和代谢 产物，避免有毒溶质对细胞质的伤害，有利于细胞和环境间的物质交换。 1 1 3 植物耐盐性的遗传研究进展 随着水稻耐盐生理和遗传的研究进展，国际上早在上世纪3 0 年代就已开始培育耐盐水稻品种 的研究。斯里兰卡在1 9 3 9 年繁殖推广了水稻耐盐品种p o k k a l i ，并在1 9 4 5 年推广种植。印度于1 9 4 3 年在马哈拉施特拉邦推广了水稻耐盐品种k a l ar a t a1 2 4 和b h u r ar a t a 4 1 0 ( y e oe ta l ，1 9 9 0 ) 。国际 水稻研究所评价了近9 0 0 0 份水稻品种和家系的耐盐性，经过多年的筛选和田间试验，鉴定出了一 些耐盐品种，如来自印度的农家品种p o k k a l i ，n o n ab o k r 群，并设立了“国际水稻耐盐碱观察图”， 对水稻品种的耐盐性作了品种资源的遗传评价( a k b a re ta l ，1 9 7 7 ) 。 表1 1 列出了以往研究所定位到的q t l 。以往采用了多种作图群体定位水稻耐盐q t l ，例如 r i l s ，d h 群体和f 2 ：3 等。丁海嫒等( 1 9 9 8 ) 运用r a p d 分析标记水稻耐盐突变系的耐盐主效基因， 认为水稻耐盐突变系的性状变异虽呈现数量性状遗传特征，但不排除存在主效基因。龚继明等 ( 1 9 9 8 ) 利用窄叶青8 号京系1 7 的d h 群体，在第1 染色体的r q 6 1 2 和c 1 3 1 之间定位了耐盐主效基 冈s t d 。林鸿官等( 1 9 9 8 ) 应用重组自交系群体( r i ) ，在e c l 2 的n a c i 胁迫下，鉴定发现r l 群体 出现超亲分离现象，构建了一张覆盖1 1 条染色体，含5 2 个标记位点的连锁图，并利用耐盐品种 4 中困农业科学院硕上学位论文第一章文献综述 n o n ab o k r a 与感盐品种k o s h i h i k a r i 构建的f 2 、f 3 群体，定位到3 个影响秧苗存活天数的q t l ，贡 表1 - l不同研究定位到的水稻耐盐性相关q t l t a b l e1 1q t l sa f f e c t i n gs a l t - t o l e r a n tr e l a t e dt r a i t sd e t e c t e di nd i f f e r e n tr e s e a r c h e s 献率为1 3 9 o - - 1 8 o ，同时在第7 和第l 染色体上检测到影响茎n a + 和k + 浓度的主效q t l ，分别 解释了4 8 5 和4 0 1 的表型变异，随后利用图位克隆技术克隆了第1 染色体上影响k + 浓度的主 5 中国农业科学院硕? l ：学位论文 第一章文献综述 效q t l ，其分子机制是一种参与控制n a + 和k + 动态平衡的膜蛋白。l e e 等( 2 0 0 6 ) 应用重组自交 系在第l 、3 染色体上分别定位了与水稻苗期耐盐相关的q t w 乃和q s t 3 。k o y a m a 等( 2 0 0 1 ) 鉴定了与耐盐相关的五个根部性状的q t l ，如n a + 吸收量，k + 吸收量以及n a + 和k + 的浓度。 顾兴友等( 2 0 0 0 ) 以耐盐品种p o k k a l i 和盐敏感品种p e t a 的同交群体( b c i ) ，利用r f l p 技术检测水 稻卣期和成熟期耐盐性的q t l ，苗期3 项耐盐指标( 盐害级别、鲜重干重，n a - 含量) 共检测出5 个连锁标记，分布于5 、6 、7 、9 四条染色体上。成熟期1 0 项耐盐指标共找到1 2 个连锁标记，分 属7 条染色体，相对集中于1 ，6 ，7 ，9 染色体上。苗期和成熟期的q t l 检测证实，第7 染色体 上r g 6 7 8 和第9 染色体上的r z 4 0 0 b r z 7 2 9 附近的q t l 在两个时期共同发挥耐盐作用，同时也 说明水稻苗期和成熟期存在共同的遗传基础。t a k e h i s a 等( 2 0 0 4 ) 在第2 、3 和7 染色体上检测到 在5 0 - - 1 2 0 m m 盐水灌溉条件一f 影响分蘖和茎长的q t l 。孙勇等( 2 0 0 7 ) 以i r 6 4 和t a r o mm o l a i i 培育的8 5 个回交导人系为材料，定位了影响苗期叶片盐害级别、幼苗存活天数、地上部和根部的 k + 、n a + 浓度等6 个耐盐相关性状的2 3 个q t l 。 1 2 植物抗旱性的研究进展 干旱是影响植物正常生长发育的一个最重要的逆境因子，干旱影响植物的生长发育，造成作 物减产，加剧全球粮食危机。因此，选育耐旱性的节水品种，对节约水资源，改善日益恶化的生 态环境具有的重要的现实意义。 1 2 1 植物抗旱性的机理 作物在长期的进化中逐渐产生的对水分缺乏的适应和耐受能力，称为抗旱性，也就是作物遭 受周期性缺水仍能正常生长、结实的能力( t u r n e re ta l ， 1 9 7 9 ) 。作物生产的最终目的是获取产量， t u r n e r ( 1 9 9 7 ) 进一步指出，在缺水条件下，作物能获得足够产量的能力称之为抗旱性。植物的抗 旱性由多基因控制，也是多途径的，不同作物和品种适应干旱的方式是多种多样的，一些作物和 品种具有综合的几种机制共同起作用的抗旱特性。作物对干旱的反应非常复杂，包括适应性自我 调节与破坏性伤害。植物适应干旱的机理包括四类，即：逃旱陛( d r o u g h te s c a p e ) 、避早性( d r o u g h t a v o i d a n c e ) 、耐旱性( d r o u g h t t o l e r a n c e ) 和复原抗旱性( d r o u g h tr e c o v e r y ) ( n g u y e n ，1 9 9 7 ：罗利军，2 0 0 1 ) 。 逃早性是植物在十壤水分亏缺之前完成其生活史的能力，即作物通过改变其生育期使作物的 水分敏感期避开水分严重亏缺期而逃过干旱的能力。干旱条件下缩短生育期是一个非常重要而有 效的适应机制，在水分供应减少到一定程度之前开花结实，许多作物都具有这种逃旱的适应性机 制。常见的逃旱性是作物的早熟性，即作物通过缩短生育期，在干旱缺水到来之前成熟，完成生 育周期。 耐早主要是通过调整生理和生化上的变化，如合成小分子糖类、醇类、醛类来提高渗透调节 能力，防【卜细胞内水分的散失，以及产生胁迫感应信号，启动体内的防御系统和活性氧清除系统 来维持细胞结构的稳定性，属于一种被动的抗旱过程。 避早性，也称为御旱性，是指作物在干旱的环境条件下通过减少失水或者通过维持吸水保持 体内充足水分的能力，它是作物在高水势下的抗旱机制。作物的这种抗早机制主要是通过作物形 态发育和生理代谢的主动调控来减少作物体内水分散失和维持较高水势，因此，它是作物的一种 6 中国农业科学院硕一l 学位论文 第一章文献综述 曼曼曼曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼鳢舅鼍量曼曼曼曼量曼曼皇曼皇曼曼曼量量皇量量曼暑量曼曼曼皇喜量量皇罾量曼曼量量量曼曼曼曼皇量曼曼曼曼量曼曼曼皇量量曼舅曼曼曼量量量皇曼鼍皇 主动抗旱机制。 复原抗旱性是指作物在经过一段时期的干旱缺水后的恢复能力( d ed a t t ae ta l ，1 9 8 8 ) 。 1 2 2 水稻抗旱相关性状q t l 研究进展 水稻的抗旱性是很多形态、生理生化性状共同作用的结果。这些性状多为多基因控制的数量 性状，传统的育种方式累加这些抗旱相关基因时间长、效率低。随着分子标记技术的发展，对抗 旱相关性状如根系性状等的q t l 定位研究也逐渐深入( 莫惠栋，1 9 9 6 ) 。 很多研究对土要根系性状如根长、根数、根粗、根系活力、根干重等抗旱相关性状进行了q t l 定能( 景蕊莲等，2 0 0 0 ) 。c h a m p u o x 等( 1 9 9 5 ) 首次利用由釉型水稻品种c 0 3 9 和粳型早稻品种 m o o r b e e r k n a 发展的重组自交系( r i l ) ，定位了数十个水稻根系形态性状的q t l 。r a y 等( 1 9 9 6 ) 对 根系穿透力有关的性状进行了定位，定位了总根数、根系穿透指数等性状的q t l 。p r i c e 等( 1 9 9 7 ) 、 k a m o s h i t a 等( 2 0 0 2 ) 发现1 3 个q t l 与不同时期最大根长、根粗和根体积有关，不同时期的最大根 长的q t l 不同，同一q t l 在根系生长的不同时期作用不同；y a d a v 等( 1 9 9 7 ) 发现4 3 个q t l ，分 布于8 条染色体上，分别控制根粗、最长根长、总根数、根茎比等6 个根系性状。徐吉臣等( 2 0 0 1 ) 利用窄叶青4 号京1 7 的d h 系定位了8 个水稻根系性状q t l 。l i 等( 2 0 0 5 ) 应用d h 群体在三 个环境下对水稻根部七个性状进行q t l 检测，定位出了若干加性和上位性q t l 。 产量是评价抗旱性的最终指标，所有的抗旱材料培育都必须考虑最终的产量的表现，都要落 实到产量表现的优劣。产量相关农艺性状主要包括穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量 等( 刘二宏，2 0 0 7 ) 。很多学者都对干旱条件_ 卜的产量及其相关性状的q t l 进行了研究，应用不 同的群体，如回交导入系( 赵秀琴等，2 0 0 7 ；郑天清等，2 0 0 7 ) 、f 2 群体( 郑景生等，2 0 0 4 ；叶 少平乖，2 0 0 5 ；j e r o m ee ta l ，2 0 0 7 ) 、重组自交系( 曹立勇，2 0 0 3 ) 、d h 群体( j o n