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水资源短缺已成为全球性危机,干旱已成为世界性难题。全世界约三分之二的人口以稻米为食,而我国是最大的稻米生产国和消费国,水稻又是耗水量最多的农作物,占农业用水的70%以上,干旱造成水稻的减产可超过其它因素所造成减产的总和,严重制约着水稻的产量,给粮食安全带来了危机。干旱已成为影响中国水稻生产上的主要非生物胁迫因素,因此水稻抗旱遗传改良,创造新的水稻抗旱质,提高水稻抗旱能力已经成为育种工作急需解决的关键问题之一。
本实验以4份抗旱性不同的水稻品种为供试材料,研究水稻单倍体细胞水平与植株水平对水分胁迫的反应是否存在一致性,如果能证实这种一致性,就可以在单倍体水平进行耐旱性的鉴定筛选,从而大大提高选择效率。另外,通过单倍体细胞培养获得的愈伤组织和胚状体,分化出的再生植株经过染色体加倍,即可获得所有等位基因一次性纯合的加倍单倍体植株,更易从大田鉴定中筛选出耐旱性稳定的基因型,主要研究结果如下:
1.种子发芽期水分胁迫下,不同水稻品种的根芽生长受到明显抑制,胁迫浓度越高,抑制越明显。在不同PEG浓度梯度胁迫下,“沪旱2B”和“沪旱3号”的相对根长和苗长均高于“日本晴”和“大华香粳”;
2.在苗期进行水分胁迫处理,供试品种地上部分的生长受到严重抑制,“日本晴”和“大华香粳”株高和茎叶干重的下降幅度显著高于“沪旱2B”和“沪旱3号”;根系保水能力提高,“沪旱2B”和“沪旱3号”主根长和根干重的上升幅度高于“日本晴”和“大华香粳”;“沪旱2B”和“沪旱3号”在水分胁迫下脯氨酸含量和POD和SOD活性显著上升,大华香粳和日本晴的脯氨酸含量和POD和SOD活性提高不明显或降低;
3.水分胁迫对各供试品种成熟期的株高、每穗着粒数、每穗实粒数、结实率、单株产量、单株重和单穗重的影响是极显著的,沪旱2B和沪旱3号单株产量性状的各相对值均显著高于日本晴和大华香粳;
4.在水稻花药培养过程中对激素配比,最适低温预处理天数,麦芽糖浓度,谷氨酰胺浓度和活性炭浓度进行优化筛选,最佳激素配比为2,4-D2mg/L+KT1.0mg/L+NAA0.5mg/L,最适低温预处理天数为10天,最优麦芽糖浓度为50g/L,谷氨酰胺浓度为1000mg/L,活性炭浓度为0g/L,优化的培养基可以显著提高花药愈伤诱导率和绿苗分化率;
5.通过在培养基中添加不同浓度的PEG来模拟不同程度的水分胁迫,测定供试水稻品种的花药培养愈伤组织诱导情况,结果表明,5%PEG可以促进各供试品种的愈伤诱导,PEG浓度超过8%,愈伤诱导受到抑制,沪旱2B和沪旱3号的抑制程度低于日本晴和大华香粳;