水稻钾高效基因型筛选及其生理特性研究

论文摘要

近年来土壤缺钾面积不断扩大,农业需钾量的日益增大和钾矿资源的日益缺乏,形成了土壤大面积缺钾与持续农业间的尖锐矛盾。本研究于2007和2008连续两年采用水培法从296个常规稻中筛选出钾高效基因型,并在2009年以其为材料研究了不同供钾条件下水稻的根系形态和生理特征,及其叶绿素含量和叶片抗性生理。以期探明钾的吸收、转运、分配和利用等生理过程,从而提高钾肥利用率,缓解我国钾素资源不足；同时,也为品种的遗传改良提供了有效途径和理论依据。主要研究结果如下：1.水稻各生育期的钾积累量和钾利用效率变异系数均较大,最大可达40%以上,且与基因型、钾水平及其相互作用呈显著或极显著关系。在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期选择水稻钾积累量和钾利用效率作为钾营养效率的直接评价指标进行聚类分析,获得了水稻钾高效基因型3691、3693和钾低效基因型T33、优米（朱）。低钾条件下,高效基因型各时期的生物量和根系形态均显著或极显著优于低效基因型,前者的生物量、总根长、根体积、平均根直径和根表面积分别是后者的1.60～4.60倍、1.03-1.78倍、1.14～6.29倍、1.00～2.18倍和1.27～5.01倍。2.各供钾条件下,3693的总根长、根表面积和根体积均显著大于优米（朱）；两基因型的总根长、根表面积和根体积均随供钾水平的提高而增大,但3693的增幅小于优米（朱）,表明前者根系形态受外界供钾水平变化的影响较小。两基因型均以D<0.5（mm）范围内的根长、D≤1.5（mm）范围内的根表面积为主,分别占总根长和根表面积的64.18%-90.31%和86.45%-94.38%；但3693在以上径级范围内的根长和根表面积均大于优米（朱）。可见,钾高效基因型水稻具有较强的发根能力,且主要体现在侧根的生长能力上3693在各供钾条件下的根系总吸收面积、活跃吸收面积、活跃吸收面积比和根系氧化力均强于优米（朱）,前者分别是后者的1.18-1.82倍、1.32-1.92倍、0.90-1.24倍和1.35-3.36倍,这就为钾素的吸收利用奠定了良好的基础。3693的根系含钾量小于优米（朱）,表明前者有用较少含钾量构建较多生物量的调节功能。3693在分蘖期时根系分泌草酸、丙二酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸等5种有机酸,优米（朱）中分泌除乙酸以外的4种；拔节孕穗期,在3693中没有检测出丙二酸,优米（朱）中仍然没有检测出乙酸。两基因型水稻根系分泌的有机酸中均以草酸为主,占有机酸分泌总量的20%～60%。3.各供钾条件下,3693的叶绿素含量显著高于优米（朱）。随供钾水平的提高,两基因型水稻的叶绿素含量均增加,表明在正常供钾条件下叶绿素的合成能力最强,但基因型差异变化不一。各供钾水平下,3693的SOD、POD和CAT活性均强于优米（朱）；但两者的抗氧化酶活性随供钾水平的提高变化不一,总体上3693的变幅小于优米（朱）,表明后者受供钾水平影响较大。随生育期的推进,SOD、POD和CAT活性均降低。低钾条件下,3693的MDA和游离脯氨酸含量均小于优米（朱）,说明低钾胁迫引起后者的膜脂过氧化作用较大；优米（朱）的MDA含量随供钾水平的降低而增加,3693却先增加后降低；随生育期的推进,基因型差异达显著水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 立题依据
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 作物钾高效基因型筛选
• 1.2.1.1 筛选方法
• 1.2.1.2 筛选压力
• 1.2.1.3 筛选时期
• 1.2.1.4 筛选指标
• 1.2.2 作物钾高效基因型的生物学及生理特性
• 1.2.2.1 生物学特征
• 1.2.2.2 生理特性
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.1.1 水稻钾高效基因型的筛选
• 1.3.1.2 水稻钾高效基因型的根系形态及生理特征
• 1.3.1.3 水稻钾高效基因型的叶绿素含量及抗性生理特征
• 1.3.2 技术路线
• 2 水稻钾高效基因型的筛选
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试品种
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 测定项目及方法
• 2.1.4 数据计算及处理
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 水稻钾营养效率差异
• 2.2.2 水稻不同钾效率基因型的评价
• 2.2.3 水稻不同钾效率基因型的形态差异
• 2.2.3.1 生物量差异
• 2.2.3.2 根系形态差异
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 3 水稻钾高效基因型根系形态及生理特征
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试品种
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 测定项目及方法
• 3.1.3.1 根系形态
• 3.1.3.2 根系生理
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 水稻钾高效基因型根系形态特征
• 3.2.1.1 总根长
• 3.2.1.2 根表面积
• 3.2.1.3 根体积
• 3.2.1.4 根干重
• 3.2.2 水稻钾高效基因型根系生理特征
• 3.2.2.1 根系活力
• 3.2.2.2 根系可溶性糖含量
• 3.2.2.3 根系分泌有机酸
• 3.2.2.4 根系钾含量
• 3.3 讨论
• 3.3.1 水稻钾高效基因型根系形态特征
• 3.3.2 水稻钾高效基因型根系生理特征
• 3.4 小结
• 4 水稻钾高效基因型的叶绿素含量及抗性生理特征
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 供试品种
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 测定项目及方法
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 叶绿素含量
• 4.2.2 抗氧化酶活性
• 4.2.3 膜脂过氧化产物和游离脯氨酸
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 5 全文主要结论及研究展望
• 5.1 全文主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文