论文部分内容阅读
在粳稻育种中,直立的穗型结构有助于水稻获取更高的产量。在分子分析中发现了dep1等位基因是控制穗型的多效基因,并揭示了直立穗型增加单株产量的机理。与单株产量相比,水稻群体的产量就显得格外重要了。因此在水稻育种生产中,群体结构对产量及品质的研究也变得越来越重要。本研究比较了在两种密度与两种肥力处理下的一个弯穗品种Sasanishiki（WT）和一个由CRISPR/Cas9基因编辑技术编辑而来的直立穗突变体（CRISPR-dep1）品种,对两种穗型群体的株型、群体冠层结构、物质生产情况、产量及品质展开调察,结果如下:1、CRISPR-dep1植株的剑叶叶角、倒二叶叶角、倒三叶叶角及植株的颈穗弯曲度在齐穗期与成熟期时均小于WT。CRISPR-dep1的剑叶叶长、倒二叶叶长、倒三叶叶长均显著小于WT,而上三叶的叶宽均显著大于WT,且倒三叶叶角>剑叶叶角>倒二叶叶角,剑叶的叶宽>倒二叶叶宽>倒三叶,倒二叶叶长和倒三叶叶长>剑叶叶长。从整体上看CRISPR-dep1群体的株高降低、穗长变短,株型比野生型植株直立,叶片较之野生型直立且短而宽。这样的株型特点不仅提高了CRISPR-dep1群体的抗倒伏能力,并且也提高了CRISPR-dep1群体的透光率。此外,随着密度的增加,两种植株的叶角均随之减小;随着氮肥施用量的增加,WT的叶角有所增加,而CRISPR-dep1的叶角却随之减小。2、WT和CRISPR-dep1两种群体光合有效辐射的垂直分布情况存在差异。在齐穗期时,两个群体在不同高度处的受到的光合有效辐射基本相同,但随着植株的生长,穗部重量加重,穗型也开始变得弯曲,两个群体在不同高度处受到的光合有效辐射的差异逐渐变得明显,CRISPR-dep1群体的穗下叶片能获得更多的光照。此外,与WT群体相比,CRISPR-dep1群体的冠层CO2浓度较低,温度较高,湿度较低,这有利于光合产物的积累,促进籽粒灌浆,并且能缓解北方地区的低温气候对作物的产生的影响。3、在不同时期,CRISPR-dep1穗部的干物重均大于WT,CRISPR-dep1叶和茎的干物重均小于WT,并且CRISPR-dep1群体的生物量增长也大于WT,可以推断出直立穗型的经济产量始终大于弯曲穗型。其中,两个群体叶片和茎鞘的干物重在持续下降,而穗部干物重在持续增长,CRISPR-dep1穗部干物重的增长率始终高于WT,在齐穗期至齐穗期15天后穗部干物重的增长率最快。与WT群体相比,CRISPR-dep1群体的生物量积累到穗部的比例更高。4、在不同栽培方式下,WT和CRISPR-dep1群体的产量表现多样。从总体上看,CRISPR-dep1群体的产量要高于WT,且高肥力对两个群体的产量有促进作用,而高密度促进CRISPR-dep1群体产量的提升,但对WT群体产量有一定的负影响。与WT相比,CRISPR-dep1有更多的有效穗数和每穗粒数,但结实率和千粒重均低于WT,其中CRISPR-dep1的一次枝梗结实率大于WT,而二次枝梗结实率小于WT。两个群体的有效穗数和每穗粒数随着肥力的增加而增加,且高密度对群体的有效穗数有正影响。可以说,CRISPR-dep1通过单位面积株数、有效穗数及每穗粒数的增加而使产量得到了提高,通过增加移栽密度可以增加CRISPR-dep1产量。这样的特点有助于节约土地资源,实现农业的可持续发展。5、结果显示,dep1等位基因对降低了水稻籽粒的品质,这是dep1基因的多效性效应作用的结果。dep1等位基因通过降低了籽粒的长宽比,使CRISPR-dep1的整精米率有所提高,提高了CRISPR-dep1的碾磨品质;CRISPR-dep1的垩白粒率及垩白度都显著高于WT,导致CRISPR-dep1的外观品质下降。同时,dep1等位基因使直链淀粉和蛋白质含量增加,从而提高了籽粒硬度和粘性得分,造成食味值下降。营养品质较优的同时,食味品质下降。