何 丹 姜鴻瑞 葉亞峰 楊 陽 任 艷 陶亮之 吳躍進(jìn) 劉斌美

(1中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，安徽 合肥 230031；2安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院，安徽 合肥 230031)

水稻早衰是制約水稻產(chǎn)量提高的主要因素。我國水稻種植面積約占糧食作物種植面積的30%，總產(chǎn)量約占全國糧食產(chǎn)量的38%，排名世界第一[1]。田間實(shí)踐表明，灌漿期水稻葉片衰老每推遲1 d，可使稻谷增產(chǎn)1%左右[2]。因此，研究水稻衰老相關(guān)生理生化及分子機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。水稻衰老的機(jī)制復(fù)雜，受到多個(gè)基因調(diào)控并經(jīng)歷一系列的生理生化變化。目前已經(jīng)提出多個(gè)早衰假設(shè)，如基因調(diào)控假說、自由基損失學(xué)說、光碳失衡假說、營養(yǎng)虧損學(xué)說、糖誘導(dǎo)假說、和激素平衡假說等[1]，但是單一假說無法對水稻的衰老機(jī)制進(jìn)行全面深入的闡述。因此，對水稻衰老突變體的發(fā)掘和生物學(xué)特性研究有助于了解水稻衰老的機(jī)制，而且對培養(yǎng)高產(chǎn)水稻、發(fā)掘水稻高產(chǎn)新品種具有重要意義。水稻衰老突變體分為早衰和遲衰兩大類，衰老突變體分為葉片早衰、葉鞘早衰、穗早衰等類型[3]。截至目前，葉片衰老數(shù)據(jù)庫(http:/ /eplantsenescence.org)中已經(jīng)鑒定出與水稻衰老相關(guān)的基因188 個(gè)。通過對現(xiàn)有水稻種質(zhì)資源進(jìn)行定向誘變，篩選出衰老相關(guān)突變體，有望在基因水平上改良水稻早衰的現(xiàn)象，如將限速酶異戊烯基轉(zhuǎn)移酶(isopentenyl transferase，IPT) 導(dǎo)入水稻可以使葉片衰老得到有效改善，提高結(jié)實(shí)率和穗數(shù)[4]。

衰老特性在一定程度上受到環(huán)境影響，如一些早衰突變體lmes3[5]、lmes4[5]、OsLMs[6]等在營養(yǎng)生長時(shí)期發(fā)生自然早衰現(xiàn)象的同時(shí)葉片也出現(xiàn)類病斑。但目前大多數(shù)突變體的早衰是受到基因調(diào)控生長到一定階段而發(fā)生的自然早衰，受環(huán)境調(diào)控的早衰突變體報(bào)道較少。水稻作為單子葉植物，極易受環(huán)境影響。水稻對環(huán)境溫度、光照的感知和耐受性涉及諸多基因和耐高溫機(jī)制協(xié)調(diào)作用的生理過程。植物細(xì)胞膜將高溫脅迫信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞核通過調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)產(chǎn)生短期的適應(yīng)機(jī)制，例如活性氧(reactive oxygen species，ROS)的清除、膜脂不飽和現(xiàn)象及熱休克蛋白的保護(hù)等均與植物的耐熱性有關(guān)[7]。全年溫度每提升1℃，估測水稻會(huì)減產(chǎn)3.2%[8]。目前水稻環(huán)境響應(yīng)突變體的研究主要集中在篩選耐高溫、耐低溫水稻品種以及選育溫敏、光敏不育系等方面，如水稻耐低溫基因COLD1 功能標(biāo)記的開發(fā)及應(yīng)用[9]，水稻溫度超敏突變體ths1 的鑒定[10]，水稻階段性溫敏白化轉(zhuǎn)綠突變體stgra254 的鑒定[11]，水稻溫敏感失綠突變體tcd51 的鑒定[12]等。

本研究通過重離子輻射脆稈水稻品種科輻粳7號(hào)，在M2群體中篩選到一個(gè)早衰突變體ad1，遺傳穩(wěn)定。與其他早衰突變體相比，ad1 的衰老特性受環(huán)境誘導(dǎo)。在海南三亞南繁生長時(shí)早衰特征表現(xiàn)較弱，未出現(xiàn)植株腐解現(xiàn)象，僅少量葉片枯黃；在合肥試驗(yàn)田播種時(shí)植株早衰現(xiàn)象嚴(yán)重，最終幾乎完全腐解，僅能收獲極少量種子。目前鮮見相關(guān)突變體的報(bào)道。因此，探究該突變體衰老的發(fā)生及產(chǎn)生不同衰老程度的原因，有助于更加全面地解釋環(huán)境影響水稻衰老以及植物感受外界環(huán)境變化的分子生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

重離子輻射脆稈水稻品種科輻粳7 號(hào)，在25 000株M2群體中篩選到與衰老特性相關(guān)的突變體并命名為早衰自腐突變體ad1。早衰自腐突變體ad1 以及野生型科輻粳7 號(hào)(WT)均由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所保留。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2018年11月20日在海南三亞南繁播種WT 以及突變體ad1，12月10日移栽；2019年5月9日在合肥科學(xué)島試驗(yàn)田播種WT 以及突變體ad1，5月30日移栽；株行距20 cm×20 cm，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，田間種植，3 次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)5 行，每行20株，按正常田間肥水管理，及時(shí)防治水稻病蟲害。

1.2.2 遮光試驗(yàn) 2019年7月20日，在合肥試驗(yàn)田對WT 及突變體ad1 中部分材料用遮光網(wǎng)進(jìn)行遮光處理，遮光處理40 d 后選取WT 與突變體ad1 各5 株。采用SPAD-502Plus 葉綠素測定儀[Konica Minolta，柯尼卡美能達(dá)(中國)投資有限公司]測定水稻倒2 葉上部、中部和基部的SPAD 值，求得每個(gè)單株倒2 葉的SPAD 平均值，再對WT 與突變體ad1 的5 個(gè)單株結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理，檢測突變體和WT 在葉綠素相對含量上的變化。

1.2.3 葉綠素含量測定 在合肥試驗(yàn)田分別選分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期5 個(gè)時(shí)期的WT 和突變體ad1 材料，每個(gè)時(shí)期選擇3 個(gè)單株的倒2 葉去掉中脈，剪碎，混勻。稱取剪碎的樣品0.1 g，采用乙醇提取比色法[13]測定葉綠素和類胡蘿卜素的含量，每個(gè)樣品設(shè)3 個(gè)重復(fù)。

1.2.4 光合速率測定 選取合肥試驗(yàn)田抽穗期WT和突變體ad1 植株，田間測量各項(xiàng)光合作用指標(biāo)。田間條件下，在抽穗期晴天上午9:00～11:00，取長勢相對一致的WT 和突變體ad1 各3 株，利用Yaxin-1102型便攜式光合作用測定儀(北京雅欣理儀科技有限公司)分別測定WT 和突變體ad1 倒2 葉的各項(xiàng)光合作用指標(biāo)。每株測定5 片劍葉，每葉重復(fù)測定3 次；測量時(shí)為開路測量，溫度30℃，CO2濃度、濕度與大氣保持一致[14-15]。

1.2.5 石蠟切片觀察 切取合肥試驗(yàn)田抽穗期WT和突變體ad1 倒2 葉中間部位1 cm 組織，抽穗期WT和突變體ad1 莖稈倒2 節(jié)中間部位1 cm 組織；先固定樣品，經(jīng)沖洗、脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、貼片、拷片[16]，葉片使用番紅-固綠染色，莖稈使用甲苯胺藍(lán)染色，用切片數(shù)字掃描(Pannoramic DESK，P-MIDI，P250，P1000，匈牙利3D HISTECH 公司)進(jìn)行普通白光切片掃描。

1.2.6 透射電鏡觀察 取合肥試驗(yàn)田抽穗期WT 和突變體ad1 倒2 葉，沿葉脈切成1 mm 的小塊。在2.5%戊二醛固定液中抽真空，室溫固定12 h，用蒸餾水沖洗后，1%鋨酸溶液再固定4 h，經(jīng)不同濃度梯度的乙醇脫水，用環(huán)氧樹脂包埋、聚合、修塊、切片、醋酸鈾染色，經(jīng)透射電鏡(Hitachi HT7700，日本日立高新技術(shù)公司)觀察、拍照[17]。

1.2.7 染色試驗(yàn) 取合肥試驗(yàn)田抽穗期WT 倒2 葉，突變體ad1 劍葉、倒2 葉、倒3 葉、倒4 葉進(jìn)行染色試驗(yàn)。參考Mahalingam 等[18]的方法，利用二氨基聯(lián)苯胺(diamino benzidine，DAB)染色，直接觀察水稻葉片組織中H2O2的積累；參照Kong 等[19]的方法，使用伊文思藍(lán)(evans blue，EB) 染色死細(xì)胞；氯化硝基四氮唑藍(lán)(nitrotetrazolium blue chloride，NBT)染色組織中超氧陰離子[20]。

1.2.8 酶活性和衰老相關(guān)參數(shù)測定 在2019年8月9日分別剪取合肥試驗(yàn)田抽穗期WT 和突變體ad1 的劍葉、倒2 葉、倒3 葉。參考李合生[21]的方法，每份葉片稱取0.5 g，放入液氮研磨成粉，加入磷酸緩沖溶液(phosphate buffer saline，PBS)4.5 mL，配制成10%的組織勻漿。在4℃下3 500 r·min-1離心15 min，取上清液。用南京建成試劑盒測定上清液總超氧化物岐化酶(total superoxide dismutase，T-SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT) 和總抗氧化力(total antioxidant capacity，T-AOC) 活性，以及可溶性蛋白(soluble protein，SP)和丙二醛(malonaldehyde，MDA)含量。每個(gè)樣品3 個(gè)重復(fù)，取平均值。

1.2.9 遺傳分析 突變體ad1 與WT、武運(yùn)粳7 號(hào)(粳稻)、日本晴(粳稻)、9311(秈稻)、華粳秈74(秈稻)、明恢63(秈稻)6 個(gè)親本分別自交或雜交收獲F1，F(xiàn)1自花授粉收獲F2。對F1和F2進(jìn)行表型和遺傳分析。統(tǒng)計(jì)F2群體中早衰植株與正常植株的分離情況，用卡方適應(yīng)性檢測。

1.2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及卡方檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 突變體ad1 的表型

海南試驗(yàn)田中，WT 未出現(xiàn)衰老特性；突變體ad1前期未出現(xiàn)衰老特性，成熟期葉片出現(xiàn)少量麻黃色斑點(diǎn)，早衰現(xiàn)象不明顯(圖1-A、B)。合肥試驗(yàn)田中，WT未出現(xiàn)衰老特性；突變體ad1 抽穗期出現(xiàn)衰老特性，從老葉的葉尖開始出現(xiàn)麻黃色，再從葉尖逐步向葉片基部擴(kuò)展直至整片葉完全枯死，衰老現(xiàn)象從老葉向新葉擴(kuò)展，最終完全死亡(圖1-C)。

通過采集不同時(shí)期突變體ad1 倒2 葉進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，突變體在孕穗期出現(xiàn)衰老現(xiàn)象后，灌漿期完全枯死。突變體ad1 在灌漿期完全枯死后，莖稈仍不斷變薄，最終呈薄紙狀態(tài)，葉片自然分裂破碎(圖1-D)。最終，突變體ad1 整個(gè)植株坍塌，莖稈和葉片逐漸腐解(圖1-E)，基本與秸稈在土壤中的腐解特征類似。

2.2 突變體ad1 的農(nóng)藝性狀

由表1可知，海南生長的突變體ad1 有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)分別較WT 高5.71%、23.46%，株高、千粒重分別較WT 降低3.97%、4.60%，結(jié)實(shí)率降低10.67 個(gè)百分點(diǎn)，每穗粒數(shù)差異顯著增高，株高及結(jié)實(shí)率顯著降低。合肥生長的突變體ad1 成熟期整個(gè)植株坍塌腐解無法進(jìn)行考種，因此從分蘗期開始對突變體進(jìn)行農(nóng)藝性狀考察，結(jié)果表明，分蘗期突變體株高、地上部干物質(zhì)重、分蘗數(shù)分別較WT 提高0.47%、69.71%、117.28%，成熟期突變體株高、地上部干物質(zhì)重分蘗數(shù)分別較WT 降低8.05%、50.00%、64.66%(圖2)。

表1 野生型(WT)和突變體ad1 的農(nóng)藝性狀鑒定(海南)Table 1 Identification of agronomic characteristics of the wild type and mutant ad1 (Hainan)

2.3 光照對突變體ad1 的影響

對突變體ad1 和WT 大田材料進(jìn)行遮光處理40 d后發(fā)現(xiàn)，遮光條件下WT 植株表型并未產(chǎn)生差異，而突變體ad1 的衰老仍然發(fā)生，但衰老情況明顯減弱。通過測定葉綠素含量發(fā)現(xiàn)，未遮光條件下WT 的SPAD值為42.6，突變體ad1 的SPAD 值為8.6(表2，圖3-A)；遮光條件下WT 的SPAD 值為41.8，突變體ad1 的SPAD 值為28.9(表2，圖3-B)。證明強(qiáng)光會(huì)使突變體ad1 中葉綠素含量大幅減少，從而使突變體ad1 衰老更為嚴(yán)重。

表2 遮光條件下野生型(WT)和突變體ad1 的SPAD 值Table 2 SPAD values of wild type (WT) and mutant ad1 under shading conditions

2.4 光合特性相關(guān)指標(biāo)與光合色素含量的測定

光合特性指標(biāo)測量結(jié)果顯示抽穗期突變體ad1 的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率極顯著低于WT，胞間CO2濃度顯著高于WT。表明突變體ad1 的光合作用相對于WT 減弱(表3)。光合色素含量分析發(fā)現(xiàn)，突變體ad1 總?cè)~綠素含量從分蘗期到開花期分別是WT 的66.10%、30.68%、23.27%、17.34%、14.67%。突變體ad1 類胡蘿卜素含量從分蘗期到開花期分別為WT 的87.86%、57.82%、61.89%、52.43%、58.80%(圖4)。

2.5 組織細(xì)胞切片觀察

對突變體ad1 和WT 的倒2 葉中間部位橫切面石蠟切片觀察，發(fā)現(xiàn)WT 葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰、排列致密，氣孔及孔下室結(jié)構(gòu)完整，泡狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，表皮毛多(圖5-A)；而突變體ad1 葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)模糊，排列松散，氣孔及孔下室結(jié)構(gòu)受損且氣孔附近葉肉細(xì)胞受損嚴(yán)重，泡狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損，表皮毛少且模糊(圖5-B)。

對突變體ad1 和WT 的莖桿倒2 節(jié)中間部位橫切面進(jìn)行組織觀察發(fā)現(xiàn)，WT 莖桿表皮厚，厚壁組織細(xì)胞排列致密、細(xì)胞層數(shù)多、細(xì)胞形狀無規(guī)則、細(xì)胞大小從外層到內(nèi)層逐漸變大(圖6-A)；而突變體ad1 表皮薄，厚壁組織細(xì)胞排列松散、細(xì)胞層數(shù)減少、細(xì)胞形狀為橢圓型、細(xì)胞大小一致且排列均勻(圖6-B)。WT薄壁細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰，細(xì)胞間隙明顯；而突變體ad1 薄壁細(xì)胞結(jié)構(gòu)模糊且細(xì)胞間隙減小，排列松散，部分細(xì)胞的細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損。

表3 野生型(WT)和突變體ad1 光合特性Table 3 Photosynthetic characteristics of the wild type(WT) and mutant ad1

2.6 透射電鏡觀察葉綠體

利用透射電子顯微鏡觀察抽穗期WT 和突變體ad1 倒2 葉葉綠體超微結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，WT 葉片葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體發(fā)育正常，結(jié)構(gòu)完整，呈紡錘狀，基質(zhì)濃厚，基 粒 豐 富，片 層 垛 疊 排 列 緊 密、厚 實(shí)(圖7-A、B、C)。而突變體ad1 葉片內(nèi)部，葉綠體結(jié)構(gòu)異常，淀粉顆粒明顯增多，類囊體排列紊亂，片層結(jié)構(gòu)模糊，基粒垛疊松散(圖7-D、E、F)。說明突變體ad1中葉綠體降解加快，從而影響光合能力，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

2.7 組織化學(xué)染色

葉片衰老伴隨著大量細(xì)胞死亡，會(huì)造成機(jī)體細(xì)胞內(nèi)累積大量ROS。通過EB 染色(圖8-A)、DAB 染色(圖8-B)、NBT (圖8-C)染色結(jié)果，對比WT 和突變體ad1 倒2 葉發(fā)現(xiàn)，WT 倒2 葉葉片上均未染上顏色，突變體ad1 倒2 葉染色結(jié)果較深。說明WT 葉片中死細(xì)胞含量、H2O2含量、超氧陰離子含量較少，而突變體ad1 中死細(xì)胞含量、H2O2含量、超氧陰離子含量增多。對比突變體ad1 從劍葉到倒4 葉染色結(jié)果發(fā)現(xiàn)，染色逐漸加深。說明突變體ad1 葉片中死細(xì)胞含量、H2O2含量、超氧陰離子含量從新葉到老葉逐漸升高。

2.8 衰老相關(guān)參數(shù)的測定

在水稻衰老過程中，葉片內(nèi)ROS 大量積累，當(dāng)ROS 水平超出防御機(jī)制所及范圍，細(xì)胞會(huì)處于氧化脅迫狀態(tài)，引發(fā)脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)氧化、核酸損傷和酶失活，并能激活程序性細(xì)胞死亡[22]。抽穗期突變體ad1 劍葉、倒2 葉、倒3 葉中MDA 含量分別是WT 的2.99、3.11、1.40 倍。表明突變體ad1 葉片中機(jī)體脂質(zhì)過氧化的程度高，受到ROS 攻擊損失更嚴(yán)重。同時(shí)，抽穗期突變體ad1 的劍葉、倒2 葉、倒3 葉中SP 含量僅占WT 的49.24%、44.84%、47.58%。

通過檢測植物細(xì)胞內(nèi)ROS 相關(guān)清除機(jī)制發(fā)現(xiàn)，抽穗期突變體ad1 劍葉、倒2 葉、倒3 葉中的下T-SOD活性分別是WT 的144.56、5.01、1.66 倍；CAT 活性分別是WT 的10.15、3.14、3.36 倍；T-AOC 活性分別是WT 的0.58、1.25、3.12 倍(圖9)。說明伴隨突變體ad1 體內(nèi)ROS 的產(chǎn)生，突變體ad1 體內(nèi)抗氧化酶活性增加，使得突變體清除自由基能力增強(qiáng)。

2.9 遺傳分析

將突變體ad1 雜交，F(xiàn)1植株葉片為正常表型。F1自交得到出現(xiàn)性狀分裂的F2群體，對正常株和突變株數(shù)目進(jìn)行卡方分析，不同組合的χ2＜χ20.05=3.84，均符合3∶1 的分離比(表4)。表明ad1 突變體表型特征由一對核隱性基因控制。

3 討論

水稻的衰老受到多種因素的調(diào)控影響。目前已經(jīng)鑒定出與水稻衰老有關(guān)的突變體，如esl6[23]、ospse1[24]、Psd128[25]、spl33[26]、es1-1[27]、spl3[28]、psd128[29]、rsl3[30]、lts1[31]、es3 (t)[32]、psls1[33]、spl29[34]、del1[35]、OsELF3.1[36]等，其早衰或遲衰現(xiàn)象的差異主要集中在生育期及表型的不同，這些差異受到基因調(diào)控，與環(huán)境無關(guān)，目前有關(guān)環(huán)境響應(yīng)的衰老突變體研究較少。本研究的突變體ad1 在海南、合肥兩地種植的田間表型差異明顯。通過考察兩地環(huán)境氣差異候發(fā)現(xiàn)，溫度和光照可能是最主要的影響因素。在突變體ad1 抽穗成熟期，合肥最高溫度達(dá)到38℃，而海南最高溫度僅為33℃。同時(shí)田間觀察發(fā)現(xiàn)突變體ad1 衰老現(xiàn)象的發(fā)生伴隨著氣溫升高，且持續(xù)高溫天氣下(32℃以上)，突變體ad1 迅速衰老，推測突變體ad1 的衰老在受到光照影響的同時(shí)也受到高溫影響。由于海南、合肥兩地也存在氣候、生態(tài)等條件差異，因此后續(xù)計(jì)劃克隆相關(guān)的突變基因，通過對不同環(huán)境因子的響應(yīng)試驗(yàn)(高溫、光照、濕度等)，揭示這種早衰特性發(fā)生的具體機(jī)理。

表4 突變體ad1 的遺傳分析Table 4 Genetic analysis of mutant ad1

已有研究表明環(huán)境誘發(fā)水稻衰老主要通過高溫、強(qiáng)光等誘發(fā)產(chǎn)生自由基，引起生物膜相變和膜脂過氧化，加速植物衰老，同時(shí)葉片中SP 含量隨葉片衰老降低[37]。本研究通過染色及化學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)突變體ad1體內(nèi)相關(guān)ROS:過氧化氫，超氧陰離子，MDA 含量升高；突變體ad1 葉片SP 含量降低，死細(xì)胞含量增多，證明突變體ad1 葉片衰老程度更高。在很多表型類似的早衰突變體中，如早衰突變體lmes3 和lmes4[4]的ROS相關(guān)清除機(jī)制受到了損傷。而本研究通過化學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)，衰老突變體ad1 中ROS 相關(guān)的清除機(jī)制未受損，表現(xiàn)為CAT、T-SOD、T-AOC 含量均高于WT，因此，突變體ad1 衰老雖然受到自由基離子作用，但并不是突變體ad1 體內(nèi)ROS 清除機(jī)制受損造成的?？赡苡捎诃h(huán)境誘導(dǎo)突變體產(chǎn)生過量ROS，導(dǎo)致突變體中ROS 與其清除機(jī)制間的平衡被打破，ROS 水平超出防御機(jī)制所及范圍，細(xì)胞會(huì)處于氧化脅迫狀態(tài)，引發(fā)脂質(zhì)過氧化，并通過鏈?zhǔn)交蜴準(zhǔn)街ф湻磻?yīng)放大ROS 的作用[38]，最終導(dǎo)致突變體ad1 主要的膜組織葉綠體受損，葉肉細(xì)胞減少，細(xì)胞死亡，引發(fā)植株早衰。

突變體ad1 在合肥生長產(chǎn)生衰老并且最終產(chǎn)生植株整體腐解現(xiàn)象，通過觀察突變體ad1 莖稈組織發(fā)現(xiàn):(1)腐解使突變體表皮變薄，厚壁組織細(xì)胞排列變得松散、細(xì)胞層數(shù)減少、細(xì)胞變大且排列均勻；(2)薄壁細(xì)胞結(jié)構(gòu)模糊，細(xì)胞間隙變小，排列松散。推測突變體秸稈的結(jié)構(gòu)改變是造成其最終發(fā)生完全腐解的原因。目前關(guān)于秸稈快速腐解的研究主要借助于相關(guān)理化技術(shù)以及微生物的作用[39]，從品種材料研究水稻秸稈腐解特性的報(bào)道相對較少。本研究通過對突變體ad1 衰老腐解的生物學(xué)研究，為探究水稻植株快速腐解提供了新材料。目前正在進(jìn)行突變體目的基因定位相關(guān)工作，后續(xù)將進(jìn)一步對該突變體基因進(jìn)行克隆，從而從分子水平上進(jìn)一步解釋造成該突變體衰老的原因，以及從分子機(jī)制上解釋高溫調(diào)控該突變體發(fā)生衰老腐解的機(jī)制。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，突變體ad1 是環(huán)境響應(yīng)的早衰腐解植株，衰老程度受光照影響。與野生型水稻相比，突變體ad1 葉片葉肉細(xì)胞及氣孔受損，莖稈厚壁細(xì)胞減少，葉綠體結(jié)構(gòu)異常，光合色素減少，植株光合作用受到明顯抑制。突變體ad1 衰老過程中葉片內(nèi)清除ROS 的相關(guān)保護(hù)酶CAT、T-SOD、T-AOC 活性上升，但是ROS 仍然大量積累，死細(xì)胞、過氧化氫以及超氧陰離子增多，MDA 含量升高，SP 含量降低，最終造成農(nóng)藝性狀受損。遺傳分析表明ad1 突變表型受一對隱性核基因控制。本研究結(jié)果為突變體ad1 基因定位和基因功能研究奠定了一定的理論基礎(chǔ)。