全 文 ：作物研究 6 (增刊) : 2。” 3 1 19 9 2 CR P R R O S A E EC H
珍珠栗 D N A导人水稻的性状变异研究
徐庆国 伏 军 罗
(湖南农学院 , 长沙
弘 洪亚辉
4 1 0 1 2 5 )
为了探索水稻育种的新 途径 , 我 们 自
1 9 8 6年以来 , 以花粉管途径为基础 , 对外源
D N A 导入水稻的方法进行了研究 。 为 了 提
高处理样本的结实率及处理后代的变异频率
与变异谱 , 先试验了 “ 带入法 ” ( 选择水稻
当日开放花朵直接注射外源 D N A 的方法 ) ,
后又对水稻萌动种子与秧苗实行 “ 浸渍法 ”
处理 。 通过对处理后代各性状的分析 , 表明
“ 浸渍法 ” 导入外源 D N A是一种简便 高 效
的水稻分子育种途径 。 现将其方法及后代性
状变异结果总结如下 。
1 浸种与浸秧导入方法
1
.
1 漫种导入法
将受体种子用清水预浸两天 ( 以 7 月上
旬室内温度 3 。℃以上为参照条件 ) , 待种子
开始破胸 ( 未破胸的亦明 显 看 出 胚 芽 突
起 ) , 捞起滤干 , 然后用提取的珍珠粟 D N A
溶液 ( D N A浓度为 6 0 卜g加 1 ) 浸 种 36 h,
以溶液中浸没种子为度 , 而后催芽播种 。 以
清水浸种为对照 。
1
.
2 浸秧导入法
选择受体 2 叶 l 心的秧苗 , 少月清水洗净
基部 , 尽量不损伤根系 , 以珍珠或 D N A 溶
液浸 36 h , 以浸没秧苗基部为度 。 蒸发失去
的水份及时用清水补足 , 而后移栽 。 以清水
浸秧为对照 。
2 浸种浸秧后代性状的变异
1 9 8 8年选留了浸种处理的 c o个单株 , 浸
秧的 19 个单株 ( 其中去胚乳浸秧 1 0个 , 留胚
乳浸秧 9 个 ) , 共计 79 个单株 。 1 9 8 9年种成
株 系圃 , 成熟时从中选留了19 个株系 ( 其中
浸种的 1 3个 , 浸秧的 6 个 ) 。 1 9 9 0一 2 9 0 1
年 , 对这 19 个株 系加上受体沉:种 沪 红 早 l
号共计 2 0份材料 , 进行产量 、 农艺性状 、 ;钻
质 、 抗性及生理生化特性的考察分析 。
2
.
1 产且及农艺性状
处理后代 19 个株系间产 履差异明显 , 变
幅极差达 3 5 8 5 . O k g l/, “ ;比受休品种增产的 10
个 , 增幅为 2 2 . 5~ 6 2 1 . kC s,/ h a ; 比受体品种减
产的有 9个 ,减产幅度 3 0 . c 、 3 58 5 . o k g / h a ,
减产幅度大于增产幅度 。方差分析结果表明 ,
有 3 个品系减产达极显著水平 。 产量构成三
大因素有效穗数 , 实粒数与千粒重 , 株系间
差异也很 明显 , 变幅极差分别为 1邪 . 0万h/ a ,
4 0
.
1粒 /穗 与 n . g g , 变 异 系 数 分 别 为
1 2
.
7 0肠 、 1 6 . 7 3肠与 1 2 . 36肠 。 并且 , 千 粒
重的变化出人意料 , 因为外源 D N A 供 体珍珠
粟的千粒重极小 , 而处理后代稳定株系千粒
重 比受体品种千粒重大的有 1 3个株系 , 其中
千粒重在 28 . 0 9 以上的有 6 个株系 , 最大千粒
重达 3 2 . 0 9 , 比受体品种千粒重小的 有 6 个
株 系 , 最小千粒重只有 20 . 1 9 . 千粒 重与受体
品种差异达极显著的有 1G 个株 系 ( 表 1 ) 。
受休品种沪红早 1 号在湖南种植 , 为迟
熟偏早类型早釉 。 而外源 D N A 导入后 , 其
稳定株系全生育期相差达 15 d , 即出现了 早
稻早 、 中、 迟熟各种类型 。 并且导入后代植
株形态如株高 、 穗长 、 叶片的长宽 与 姿 态
( 叶下禾 、 一半叶下禾 与叫·上禾 ) 等性状也都
2 g
表 l受体与稳定株 系的性状比较
稳 定 株 系
受体 (沪红早 1号 ) 变 幅 变异系数 (肠 )
产量 ( k g/五 a )
生育期 ( d )
有效穗数(万 /h a)
实粒 /穗
千粒重 ( g )
望白度(肠 )
直链淀粉含量 (肠 )
蛋白质含量 (肠 )
74 8 3
.
54 8 5 7
.
0、 8 4 4 2 .0 1 3 .0 9
1I Q
.
6 10 2 ~王 1 7
38 6
.
2 5 38 5
.
6 52 7Q
.
0 0 ~4 6 8
.
7 5
8 2
70
54
.
0 ~ 94
.
2
2 0
.
1~ 32
.
0
9
.
5~4 5
.
0
1
.
56 , 2 9
.
22
7
.
1 3~ 14
.
2 3
3
1 2
1 6
1 2
3 7
7 3
3 6
3 7
2 0
7 8
0 1
..4…0732694214587523849
有明显变化 。
2
.
2 稻米品质性状
珍珠粟 D N A 导入水稻沪红早 l 号后 ,
对稻米品质各项性状都有明显的影响 。 19 个
株系稻米品质各项性状的变异系数大小依次
为圣白度 > 直链淀粉含量 > 胶稠度 > 糊化温
度 > 蛋 白质含量 > 整精米率 > 精米 宽> 精米
长 > 精米率 > 糙米率 。
至白度是坐白米粒率与奎白面 积 的 乘
积 , 是反映稻米外观品质重要指标 之一 。 如
表 1 所示 , 19 个株系整白 度 变 幅 极 差 为
3 5
.
5肠 , 变异系数为 3 7 . 7肠 , 居各项品质指
标 之首 。 并且绝大部份株系圣白度都比受体
品种沪红早 1 号降低 。
其次 , 外源 D N A 导入对稻米品质 影 响
较大的是直链淀粉含量 , 既出现了低直链淀
粉含量类型 , 也出现了高直链淀粉 含 量 类
型 , 甚至还出现了糯性品系 ( 品系 8 9一 5 6 ) 。
并且 , 由于直链淀粉含量发生了变化 , 使其
胶稠度与糊化温度也产生了相应变化 。
第三 , 外源 D N A 导入后代蛋 白质 含 量
的变化也是明显的 。 有两个株系的蛋白质含
量在 12 肠以上 , 其中株系 89 一 52 蛋 白质 含 量
高达 14 . 23 肠 , 是现有水稻种质 资源中 少 见
的高蛋白材料 。
2
.
3 抗性变化
受体品种沪红早 1 号对水稻 两种主要病
害— 稻瘟病和白叶枯病都不具备抗性 。 外源 D N A导入后代 19 个稳定株系中 , 有 一 个
株系高抗稻瘟病 , 2 个株系抗稻瘟病 , 三个
株系抗 白叶枯病 , 但没有出现兼抗类型 。
2
.
4 生理生化特性
2
.
4
.
1 光合特性 。 通过对受体品种 沪 红 早
1 号与供休珍珠熟的光合特性测定发现 , 两
者光合强度差异甚大 。 珍珠粟的光 合 强 度
( 5 9
.
56 m g / dm
“ ·
h ) 远 远 大于水稻 沪红早
l 号的光合强度 ( 3 6 . 7 6 m g川m Z · h ) , 两
者 相差达 2 . 8 m g / d m Z · h 。 19 个株系中 , 光
合强度大于受体品种的有 10 个株系 , 其中三
个株系的的光合强度高达 4 2 . o m g / dm “ · h 以
上 , 并且这三个株系的产量也是所有株系 中
最高的 。 19 个株 系光合强度与产量的相关系
数 。 ~ 0 . 6 79 9气 达到了显著水平 , 表明这些
株 系产量的提高 , 可能是珍珠粟外 源 D N A
中高光合强度因子导入所致
尽管供体与受体的蒸腾强度 与胞 间 C O Z
浓度差异不 明显 , 但在外源 D N A导入 后 代
稳定株系之间的差异却表现非常显著 。
2
.
4
.
2 醋酶同工酶 。 各株系醋酶同工 酶 图
谱差异极大 。 根据酶带的质和量及其表现特
能表现 , 而浸种浸秧导入法则在导入当代即
表现变异 , 从而可在当代进行选择 , 即变异
的表现与选择世代均提早了一个世代 。
J 户
征 , 可分为八种类型 。 受体沪红早 1 号为 I
类 , 酶谱带 6 条 , 名 称 为 E , 、 E 3 、 E ` 、
E 。 、 F 。 、 E , ; 供体珍珠粟为顶 类 , 仅 有 3
条酶带 ; I 、 l 类酶谱带数 目与受体完全相
同 , 但其酶带活性有明 显 变 化 , W 、 V 、
砚 、 孤类则除了酶带活性加强外 , 在阳极还
出现了 l 一 3 条受体没有的杂种酶带 。
2
.
4
.
3 过氧化物 同工酶 。 根据酶谱的 表 达
方式和类型 , 可分成六种类型 。 I 类为受达
沪红早 1 号, 共有 10 条基本酶带 ; VI 类为供
体珍珠粟 , 共有 5 条酶带 ; l 类 有 10 条 酶
带 , 并且出现 3 条高活性杂种酶带 ; l 类有
1 条酶带 , 并且同样出现 3 条高活性酶带 ,
在 I 、 l 两种类型中 , 高活性 P 。酶带可能来
自供体珍珠粟 , W类出现 P , 弱活性 杂 种 酶
带 ; V类则严重缺失受体的 4 条酶带 。
3 浸种浸秧导入法的优点
浸种浸秧导入法除了具有外源 D N A 导
入方法的共同优点 , 即与杂交育种比较 , 不
受 亲缘关系限制 ; 与辐射育种 比较 , 不会出
现致死或染 色体畸变 ; 与常规育种 方 法 比
较 , 育种年限缩短 。 另外 , 浸种浸秧导入法
比较其它外源 D N八 导入方法还具有下列特
点 :
( 1 ) 操作简便 , 更易为农作物育 种 工
作者采用 。
( 2 ) 可以处理大量样本 。 供选择 的 群
体大 , 变异类型相应增加 , 选择的机会也就
多 , 因此育成新品种的机率就越大 。
( 3 ) 浸种浸秧处理的后代 一可产生 广 泛
的变异 。 研究发现 , 浸种 浸秧处理后代比花
粉管途径可增大其处理后代的变异率与变异
谱 , 因而可为作物育种实际采用 。
( 4 ) 缩短育种周期 , 将选择工作 提 早
至当代 。 比较其它外源 D N A 导入方法 , 其
处理后代是否产生变异 , 要到导入下一代才
4 浸种浸秧导入方法的遗传特 点
外源 D N A导入水稻后的变异性状 一 般
能够迅速稳定遗传 , 因而可如快育种进程 ;
此外有些性状的变异遗传不符合盂德尔遗传
规律 , 如紫色茎色与高秆显性性状变异在 D :
代一经表达后 , D : 代及其以后世代都不发生
分离 。 浸种浸秧导入方法引起性状变异的遗
传 表现如下 :
( 1 ) 浸种浸秧导 入当代 ( D : 代 ) 可 表
现变异 , 说明在外源 D N A导入后即进 行 基
因重组 , 有些性状如俘尖色 , 在 D : 代 表 达
后不再分离 。
( 2 ) 浸种浸秧导入第二代 ( D : 代 ) 即
可使大部分农艺性状 , 如生育期 、 株高等稳
定 , 不再进一步分离 。
( 3 ) 浸种浸秧导入第三代 ( D 3代 ) 变
异株系农艺性状基本一致 , 形成稳定株 系 ,
一般不再分离 。
农业 分子育种途径的开拓 , 可解决水稻
杂交育种亲缘隔离难题 。 而综上所述 , 外源
D N A浸种浸秧导入技术可使受体品种 产 生
广泛的变异 , 因而采用此种方法完全可能选
择综合性状优良 , 并且产量有所突破的水稻
新 品种 。
参考文献
周 光宇 , 少_骏麒 . 叮 善原 . 中国农业科学 , 1 98 8 , 2 〕
( 3 )
: 三一 6
段 晓岚 , 众善深 . 中国农业 ; 学 , 1 9巧 , ( 3 ) 6一 9
伏 军 , 严钦泉 , 徐庆国 . 湖南农业朴学 , 9。。 , ( 2 )
了8一 2 0
伏 军 , 徐庆国 , 岁弘 , 洪亚辉 . 湖南农学院 报 ,
几。。 2 2乞( , ) : 7一 1 0