Bt水稻钾素利用与产量形成特征研究

【摘要】作为世界上最主要的粮食作物,水稻在生产中受到虫害的严重侵袭和威胁。如何使水稻不用传统化学杀虫剂就能避免虫害侵袭同时又能保证甚至提高产量是水稻高产栽培中值得探索和研究的问题,也是近年来育种家高度关注的领域。Bt抗虫基因能有效的杀死鳞翅目害虫,被广泛应用于转基因作物育种中。然而,Bt基因的转入也使得水稻产生了一些非目标性状变异。钾素对水稻产量形成具有重要影响,那么Bt水稻的钾营养性状是否也发生变异值得研究。由此,本试验以钾素营养调控为手段,以三个转Bt水稻品系MH63(Cry1C*)、MH63(Cry2A*)和MH63(CrylAb/Ac)作为试验材料,以其非转基因亲本水稻品系MH63为对照,设置了不同的钾肥水平(0、0.4、0.6g.kg-1K2O,分别用K0、K1、K2表示)盆栽试验,于2012年和2013年在华中农业大学校内网室盆栽场进行。试验主要研究了(1)Bt水稻的钾素吸收利用特征；(2)Bt水稻的光合生产特征；(3)Bt水稻的物质运输与分配特征(4)Bt水稻的产量及其构成特征；(5)Bt水稻的Bt蛋白表达量。本研究旨在探明外源Bt基因对水稻钾素吸收利用和”源、库、流”特征及功能的影响,以期为Bt水稻的育种改良和建立适合其高产高效的栽培模式提供参考。主要研究结果如下：1.MH63(Cry1C*)的钾素分配和产量形成特征与亲本水稻存在差异。MH63(Cry1C*)的植株地上部钾积累总量不低于亲本MH63,其茎叶钾积累量显著高于亲本,籽粒钾积累量较亲本显著偏低；MH63(Cry1C*)的产量显著低于亲本MH63,究其原因是结实率明显降低。MH63(Cry1C*)两年的平均产量和结实率分别比亲本MH63下降了27.7%和22.3%；MH63(Cry1C*)灌浆期和成熟期的茎鞘NSC浓度显著高于亲本MH63,其茎鞘NSC表观输出量、齐穗期和灌浆期的穗颈小维管束数、灌浆期的穗颈节间直径和伤流强度都显著低于MH63。MH63(Cry1C*)幼穗分化期和灌浆期的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率在K0水平下都显著高于亲本MH63。2.MH63(CrylAb/Ac)的产量形成特征与亲本存在一些差异。MH63(CrylAb/Ac)的产量显著低于亲本MH63(2012年K1水平除外),主要是由于其千粒重明显降低。MH63(CrylAb/Ac)的花粉育性较亲本显著偏低(2013年)；MH63(CrylAb/Ac)灌浆期的穗颈节间直径和伤流强度显著低于亲本MH63;MH63(CrylAb/Ac)的光合速率、气孔导度、胞间C02浓度、蒸腾速率和SPAD与亲本水稻均没有显著差异。3.MH63(Cry2A*)的钾素利用与产量形成特征与亲本水稻没有明显差异。MH63(Cry2A*)的各项钾素吸收利用特征、产量及其构成特征、物质运输与分配特征及光合生产特征指标与亲本水稻的差异在不同钾肥水平下没有一致性规律。4.库流性状间有明显相关性。产量和结实率与茎鞘NSC表观输出量和穗颈小维管束数均呈极显著正相关。产量与穗颈节间直径和伤流强度呈显著和极显著正相关；茎鞘NSC表观输出量与穗颈小维管束数和穗颈节间伤流强度呈显著和极显著正相关。穗颈节间直径与伤流强度和穗颈小维管束数均呈极显著正相关；产量与结实率和花粉可染率呈极显著和显著正相关。花粉可染率与千粒重也有极显著正相关关系。5.钾营养对Bt水稻Bt蛋白表达量有一定的影响。三个转Bt水稻品系灌浆期高钾(K2)水平下的Bt蛋白含量均显著高于低钾(K0)和常规钾(K1)水平下的；齐穗期和灌浆期,三个钾肥水平下的平均Bt蛋白含量均是MH63(Cry2A*)最高,MH63(Cry1Ab/Ac)次之,MH63(Cry1C*)最低；不同钾肥水平下,MH63(Cry1C*)和MH63(Cry2A*)的Bt蛋白表达量均是灌浆期高于齐穗期,而MH63(Cry1Ab/Ac)则是齐穗期高于灌浆期。6.转Bt和非转Bt的明恢63水稻品系对施钾处理没有明显反应。各水稻品系的钾素吸收利用特征、产量及其构成特征、物质运输与分配特征及光合生产特征的绝大多数测定指标均没有随钾肥水平的提高呈现递增的规律性。外源Bt基因转入后,明恢63的钾素吸收利用和“源、库、流”特征产生了一些变化。因此,在育种和生产栽培实践中,应该根据不同Bt水稻品系的不同特点,采取相应的育种改良技术和高产栽培措施保证并提高Bt水稻的钾素利用与产量形成潜力。
【作者】孟静娇；
【导师】曹凑贵；
【作者基本信息】华中农业大学，作物栽培学与耕作学，2014，硕士
【关键词】Bt水稻；钾素利用；光合；物质运输；产量；“源、库、流”；Bt蛋白含量；

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