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水稻脆性突变体nbc（t）主要特性观察和基因定位研究

作　者: 王川丽
导　师: 牟同敏；王令强
学　校: 华中农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: nbc(t) 脆茎水稻突变体机械强度遗传分析基因初步定位农艺性状稻米品质
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,分布在世界上120多个国家。世界11%的耕地种植水稻,年生产稻谷约6亿吨,稻谷提供了世界全部人口的1/2左右的粮食。水稻品种的多样性、广泛的种植区域和人类的高度重视,加上其本身的染色体组成小,使得水稻成为单子叶植物的模式物种。在水稻进化的近7000年历程中,通过自然突变和人工诱变,产生了各种类型的突变体。自从1963年Nagao和Takahashi首次发现水稻的脆茎性状基因bcl以来,脆茎突变体水稻的研究已有40多年的历史。近年来,通过对植物细胞壁的形成、植株机械强度的分子机理、细胞发育信号调控机制以及脆茎水稻作为饲用稻的研究,使水稻脆茎突变体的研究不断深入。本文基于在93112/IRBB21的后代中发现的脆茎突变体nbc(t)而提出,主要对脆茎突变体nbc(t)的脆茎性状进行初步的基因定位,并对脆茎突变体与亲本品种在主要农艺性状方面的差异性进行研究,同时就前人很少涉及到的脆茎水稻的稻米品质和正常水稻的稻米品质进行比较分析。为该突变体的进一步研究和实际应用提供初步的科学依据。实验已取得的成果：1.该脆茎突变体nbc(t)为一自然发生的显性脆性突变体。nbc(t)与其野生亲本9311相比,茎秆的机械强度明显降低,而在株高、株型等表型性状上与9311极其相似,这与以往报导的脆性突变体株型矮小有明显的区别。2.nbc(t)与9311相比,在主要农艺性状上无明显差异,但是nbc(t)的单株产量和每穗粒数略低于9311；在品质上,nbc(t)与9311相比,除整精米率明显降低,其他品质性状无明显差异。3.对脆性突变体nbc(t)与其野生亲本9311进行机械强度的比较,分别进行了抗折力与抗张力测定。结果显示,nbc(t)与9311在抗折力上无明显差别,即要把茎秆弯折所需的力是一样的,这也是该脆茎突变体抗倒伏的原因。nbc(t)与9311相比,抗张力降低了69%左右,即拉断突变体茎秆所需的力比野生型明显变小4.同时,我们还对脆性突变体nbc(t)与其野生亲本9311进行了茎秆成分测定,结果显示,nbc(t)纤维素含量较9311降低了约17%,而木质素含量增高约5%。5.对脆性突变体nbc(t)与其野生亲本9311进行了细胞学观察,nbc(t)与9311相比,nbc(t)细胞层数变少,细胞腔变大；机械组织即厚壁细胞层数及导管形态等均无明显区别。6.脆茎突变体nbc(t)的遗传分析。通过对12个F2代群体和4个BC1代群体进行表型鉴定和遗传分析,推断,该脆性基因可能由1-2对显性基因控制。7.应用nbc(t)/KBLB67和nbc(t)/豫粳6号两个F2：3群体进行基因定位分析,将控制该脆性性状的基因定位在9号染色体上的两个相对独立的位点。一个位点位于chr.9上段SSR标记RM3700和RM24371之间,遗传距离分别为1.3 cM和3.1 cM；另一位点位于chr.9下段INDEL标记CL062和CL045外侧,遗传距离分别为1.6cM和6.0 cM。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
缩略词表  10-11
1 文献综述  11-24
  1.1 植物细胞壁  11-12
    1.1.1 纤维素研究进展  11
    1.1.2 木质素研究进展  11-12
  1.2 水稻脆性突变体研究进展  12-15
    1.2.1 脆茎水稻的研究现状  12-13
      1.2.1.1 脆茎水稻  12
      1.2.1.2 脆茎水稻的获得  12
      1.2.1.3 脆茎水稻的遗传分析及基因定位  12-13
    1.2.2 脆茎水稻的特性  13-15
      1.2.2.1 优点  13
      1.2.2.2 缺点  13-15
    1.2.3 应用前景  15
  1.3 分子标记的发展及应用  15-19
    1.3.1 分子标记的概念  15
    1.3.2 分子标记的种类  15-16
      1.3.2.1 以southern杂交为基础的分子标记  15
      1.3.2.2 以PCR为基础的分子标记  15-16
    1.3.3 分子标记的应用  16-19
      1.3.3.1 构建遗传图谱,进行基因定位  16-17
      1.3.3.2 鉴定作物品种的纯度和真实性  17
      1.3.3.3 核心种质的构建与鉴定  17-18
      1.3.3.4 遗传多样性分析  18
      1.3.3.5 标记辅助育种  18-19
  1.4 基因定位技术  19-23
    1.4.1 作图群体的建立  19-21
      1.4.1.1 亲本的选配  19-20
      1.4.1.2 分离群体类型的选择  20-21
      1.4.1.3 群体大小的确定  21
    1.4.2 图谱构建  21-22
    1.4.3 定位方法  22-23
      1.4.3.1 质量性状定位法  22
      1.4.3.2 数量性状定位法  22-23
  1.5 本研究的目的与意义  23-24
2 实验材料  24-25
  2.1 农艺性状及稻米品质分析材料  24
  2.2 茎秆强度测定、细胞学观察及成分测定材料  24
  2.3 遗传分析材料  24
  2.4 初步定位材料  24-25
3 实验方法  25-33
  3.1 农艺性状考察及稻米品质分析  25
  3.2 茎秆强度测定  25-26
    3.2.1 抗张力测定  25
    3.2.2 抗折力测定  25-26
  3.3 石蜡切片技术  26
  3.4 茎秆成分测定  26-29
    3.4.1 茎秆中纤维素及半纤维素等成分含量测定  26-27
    3.4.2 提取液中六碳糖,五碳糖的测定  27-29
      3.4.2.1 六碳糖的测定  27-28
      3.4.2.2 五碳糖的测定  28
      3.4.2.3 糖醛酸的测定  28-29
    3.4.3 水稻木质素及灰分的测定过程  29
  3.5 群体构建及性状考察  29-30
    3.5.1 图谱构建群体  29-30
    3.5.2 初步定位群体  30
  3.6 基因初步定位  30-33
    3.6.1 DNA提取方法  30-31
    3.6.2 PCR反应体系  31-32
    3.6.3 标记的开发  32
    3.6.4 基因定位  32-33
4 结果与分析  33-43
  4.1 突变体来源  33
  4.2 突变体表型  33
  4.3 农艺性状及稻米品质分析  33-37
  4.4 突变体机械强度测定结果  37-38
  4.5 细胞学观察及成分测定结果  38-39
  4.6 脆性性状的遗传分析  39-40
  4.7 脆性基因的初步定位  40-43
5 讨论  43-46
  5.1 影响植物机械强度的可能原因  43
  5.2 脆茎水稻nbc(t)与其它脆性突变体的比较  43
  5.3 脆茎水稻nbc(t)研究对农业应用的重要意义  43-44
    5.3.1 脆茎水稻nbc(t)具有配制优良组合的潜力  43-44
    5.3.2 谷草两用  44
  5.4 生物能源  44
  5.5 对下一步工作的建议和展望  44-46
6 实验中的一些问题  46-48
  6.1 群体表型偏分离的原因  46
  6.2 对脆性性状的考察  46
  6.3 两个显性基因共同控制的定位思路  46-48
参考文献  48-60
附录1 脆茎水稻与非脆茎水稻农艺性状考察结果  60-64
附录2 脆茎水稻与非脆茎水稻稻米品质分析结果  64-65
附录3 突变体与野生型水稻茎秆强度测定结果  65
附录4 突变体与野生型水稻茎秆成分测定结果  65-66
附录5 纤维素/木质素测定试剂配方  66
附录6 SSR常用试剂配方表  66-69
致谢  69

水稻脆性突变体nbc（t）主要特性观察和基因定位研究

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