水稻反温敏两用核不育系go543s的应用基础研究
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摘要
go543s是一种具有“低温不育、高温可育”育性转换特性的新种质，属于反(向)温敏核不育水稻，育性转换临界温度值较高，其应用前景丝毫不逊色于当前生产上大面积应用的正向光温敏核不育系。本研究对go543s的育性转换光温特性、遗传基础、育性敏感部位、生理生化指标及go543s制种地的选择等问题作了深入的研究和探讨。本研究的主要结论如下：
1 go543s的感光级别为Ⅱ级，感光性弱，而感温级别为Ⅲ级，感温性中等。
2 go543s 2002年在长沙地区的育性转换总趋势是：不育期→可育期→育性波动期→可育期→育性波动期→可育期→不育期，育性波动明显地受到温度变化的影响。因此，go543s在长沙地区制种和繁殖都存在风险。
3 人工气候室的光温试验表明，go543s的育性转换主要受温度的控制，与光照长短关系不大。
4 go543s育性转换临界温度值是29.5℃，而其可靠应用临界温度，即可育起点温度为29.0℃。温度诱导g543s育性转换的敏感期是从雌雄蕊形成期至花粉母细胞减数分裂期，其中花粉母细胞形成期是最敏感时期。
5 go543s的不育性属于隐性遗传，受细胞核基因控制，不表现明显的细胞质效应，符合2对独立主基因控制的遗传模式，但涉及到微效基因的修饰作用。同时，go543s不育基因的表达可能与杂交父本的遗传背景有关。
6 研究表明，穗尖距泥面3～21cm的发育中的幼穗是真正感受温度变化而使育性发生改变的敏感部位。
7 低温处理下，go543s叶片内还原糖和蔗糖的含量始终高于高温处理下还原糖和蔗糖的含量，go543s败育过程中还原糖和蔗糖含量的动态变化表明，花粉发育不能及时得到叶内碳水化合物的供应，营养缺乏导致了小孢子的败育。
8 低温处理下go543s各时期叶片过氧化物酶(POD)活性始终显著高于高温处理下POD活性，而低温处理下超氧化物歧化酶(SOD)活性大部分时期高于高温处理的，表明低温下POD活性增强及SOD活性的变化与花粉小孢子不育密切相关。
9 低温处理诱导go543s不育花药的游离氨基酸总量显著低于高温诱导的
可育花药的游离氨基酸总量，不同温度处理下脯氨酸（Pro）含量差异最为显著。
因此，低温处理下游离氨基酸总量缺乏，尤其是脯氨酸含量的严重匾乏，导致了
gO543S ’J’抱子败育。
10 gO543S幼穗中吼噪乙酸（IAAL赤霉素（GA3＼玉米素（ZT）在低
温下匾乏或严重匾乏，脱落酸（ABA）在低温下有积累现象；而叶片中IAA、
ABA、ZT在低温下存在积累现象，GA3在低温下匾乏，表明低温下内源激素的
平衡关系被打破，从而改变了花粉正常的新陈代谢过程，引起了花粉小拖子败育。
11 研究表明，gO543S在湖南桂东、汝城两县高海拔地区制种绝对安全、
可靠，没有任何风险，同时把在上述两地制种的育性敏感期安排在7月5日至7
月30日，可以提高gO543S制种的产量和纯度。
Go543s, a new germplasm with fertility alteration of low temperature induced sterility and high temperature induced fertility, belongs to inverse temperature-sensitive genie male sterile rice with higher critical temperature of fertility alteration. Its prospects are not
inferior to those of the photo-thermo-sensitive genie male sterile lines
which are widely employed at present. The photo-thermo sensitivity of
fertility alteration, heredity, sensitive part of fertility, physiological and biochemical index and seed production bases for go543s were systematically studied and discussed in this dissertation. The main results are as follows.
1 The photoperiodic response of go543s was weak and classified as the second photoperiodic sensitivity level while its temperature response was medium and classified as the third temperature sensitivity level.
2 The tendency of fertility alteration of go543s in Changsha district in 2002 displayed as follows: sterile stage- fertile stage -fertility fluctuation stage-fertile stage-fertility fluctuation stage-fertile
stage sterile stage. The fertility fluctuation was apparently affected by temperature changes. Therefore, there were some risks for the multiplication and seed production of go543s in this area.
3 The photo-thermo experiment in the phytotron showed that fertility alteration of go543s was mainly controlled by temperature and was not correlated to the light length.
4 The critical temperature of fertility alteration of go543s was about 29.5 and the reliable and critical temperature for practical use, i.e. critical fertility-inducing temperature, was 29.0 . The thermo-sensitive
stages of temperature-induced go543s' fertility alteration were from the
stamen and pistil formation stage to pollen mother cell (PMC) meiotic
division stage and the most sensitive period was at PMC formation stage.
5 The sterility of go543s, belonging to recessive inheritance, was controlled by genie genes and not related to cytoplasm, according with genetic mode controlled by two pairs of independent genie major genes, and probably involved the modification of many minor genes. At the same time, the expression of sterile genes of go543s was probably related to the genetic background of the male parent.
6 The research showed that the developmental young panicle, of which the tip was 3 ~ 21cm above the ground, was the real thermo-sensitive part that accepted temperature changes to induce the fertility alteration of go543s.
7 The content of reduced sugar and sucrose in leaves of go543s under low temperature was found to be constantly higher than that under high temperature and its dynamic changes during go543s' abortion showed that the lack of nutrition led to the abortion of microspore because of the shortage of carbohydrates from leaves in time.
8 Peroxidase(POD) activity in leaves of go543s at different periods under low temperature was found to be higher than that under high temperature and superoxide dismutase(SOD) activity under low temperature was found to be higher than that under high temperature for
the most period, which showed that the strengthening of POD activity and
change of SOD activity under low temperature was closely related to the
sterility of the pollen.
9 The total content of free amino acids in sterile anther of go543s induced by low temperature was obviously less than that in fertile anther induced by high temperature and the difference of Proline(Pro) content was the most remarkable under different temperature control, which showed that low total content of free amino acids, especially the severe scarcity of Pro, led to the microspore abortion of go543s.
10 The fact that the scarcity or severe scarcity of Indole acetic acid(IAA), Gibberellin(GA3), Zeatin(ZT) but the accumulation of Abscisic acid(ABA) in the young panicle of go543s and the fact that the accumulation of IAA, ABA, ZT but the scarcity of GA3 under low
1 go543s的感光级别为Ⅱ级，感光性弱，而感温级别为Ⅲ级，感温性中等。
2 go543s 2002年在长沙地区的育性转换总趋势是：不育期→可育期→育性波动期→可育期→育性波动期→可育期→不育期，育性波动明显地受到温度变化的影响。因此，go543s在长沙地区制种和繁殖都存在风险。
3 人工气候室的光温试验表明，go543s的育性转换主要受温度的控制，与光照长短关系不大。
4 go543s育性转换临界温度值是29.5℃，而其可靠应用临界温度，即可育起点温度为29.0℃。温度诱导g543s育性转换的敏感期是从雌雄蕊形成期至花粉母细胞减数分裂期，其中花粉母细胞形成期是最敏感时期。
5 go543s的不育性属于隐性遗传，受细胞核基因控制，不表现明显的细胞质效应，符合2对独立主基因控制的遗传模式，但涉及到微效基因的修饰作用。同时，go543s不育基因的表达可能与杂交父本的遗传背景有关。
6 研究表明，穗尖距泥面3～21cm的发育中的幼穗是真正感受温度变化而使育性发生改变的敏感部位。
7 低温处理下，go543s叶片内还原糖和蔗糖的含量始终高于高温处理下还原糖和蔗糖的含量，go543s败育过程中还原糖和蔗糖含量的动态变化表明，花粉发育不能及时得到叶内碳水化合物的供应，营养缺乏导致了小孢子的败育。
8 低温处理下go543s各时期叶片过氧化物酶(POD)活性始终显著高于高温处理下POD活性，而低温处理下超氧化物歧化酶(SOD)活性大部分时期高于高温处理的，表明低温下POD活性增强及SOD活性的变化与花粉小孢子不育密切相关。
9 低温处理诱导go543s不育花药的游离氨基酸总量显著低于高温诱导的
可育花药的游离氨基酸总量，不同温度处理下脯氨酸（Pro）含量差异最为显著。
因此，低温处理下游离氨基酸总量缺乏，尤其是脯氨酸含量的严重匾乏，导致了
gO543S ’J’抱子败育。
10 gO543S幼穗中吼噪乙酸（IAAL赤霉素（GA3＼玉米素（ZT）在低
温下匾乏或严重匾乏，脱落酸（ABA）在低温下有积累现象；而叶片中IAA、
ABA、ZT在低温下存在积累现象，GA3在低温下匾乏，表明低温下内源激素的
平衡关系被打破，从而改变了花粉正常的新陈代谢过程，引起了花粉小拖子败育。
11 研究表明，gO543S在湖南桂东、汝城两县高海拔地区制种绝对安全、
可靠，没有任何风险，同时把在上述两地制种的育性敏感期安排在7月5日至7
月30日，可以提高gO543S制种的产量和纯度。
Go543s, a new germplasm with fertility alteration of low temperature induced sterility and high temperature induced fertility, belongs to inverse temperature-sensitive genie male sterile rice with higher critical temperature of fertility alteration. Its prospects are not
inferior to those of the photo-thermo-sensitive genie male sterile lines
which are widely employed at present. The photo-thermo sensitivity of
fertility alteration, heredity, sensitive part of fertility, physiological and biochemical index and seed production bases for go543s were systematically studied and discussed in this dissertation. The main results are as follows.
1 The photoperiodic response of go543s was weak and classified as the second photoperiodic sensitivity level while its temperature response was medium and classified as the third temperature sensitivity level.
2 The tendency of fertility alteration of go543s in Changsha district in 2002 displayed as follows: sterile stage- fertile stage -fertility fluctuation stage-fertile stage-fertility fluctuation stage-fertile
stage sterile stage. The fertility fluctuation was apparently affected by temperature changes. Therefore, there were some risks for the multiplication and seed production of go543s in this area.
3 The photo-thermo experiment in the phytotron showed that fertility alteration of go543s was mainly controlled by temperature and was not correlated to the light length.
4 The critical temperature of fertility alteration of go543s was about 29.5 and the reliable and critical temperature for practical use, i.e. critical fertility-inducing temperature, was 29.0 . The thermo-sensitive
stages of temperature-induced go543s' fertility alteration were from the
stamen and pistil formation stage to pollen mother cell (PMC) meiotic
division stage and the most sensitive period was at PMC formation stage.
5 The sterility of go543s, belonging to recessive inheritance, was controlled by genie genes and not related to cytoplasm, according with genetic mode controlled by two pairs of independent genie major genes, and probably involved the modification of many minor genes. At the same time, the expression of sterile genes of go543s was probably related to the genetic background of the male parent.
6 The research showed that the developmental young panicle, of which the tip was 3 ~ 21cm above the ground, was the real thermo-sensitive part that accepted temperature changes to induce the fertility alteration of go543s.
7 The content of reduced sugar and sucrose in leaves of go543s under low temperature was found to be constantly higher than that under high temperature and its dynamic changes during go543s' abortion showed that the lack of nutrition led to the abortion of microspore because of the shortage of carbohydrates from leaves in time.
8 Peroxidase(POD) activity in leaves of go543s at different periods under low temperature was found to be higher than that under high temperature and superoxide dismutase(SOD) activity under low temperature was found to be higher than that under high temperature for
the most period, which showed that the strengthening of POD activity and
change of SOD activity under low temperature was closely related to the
sterility of the pollen.
9 The total content of free amino acids in sterile anther of go543s induced by low temperature was obviously less than that in fertile anther induced by high temperature and the difference of Proline(Pro) content was the most remarkable under different temperature control, which showed that low total content of free amino acids, especially the severe scarcity of Pro, led to the microspore abortion of go543s.
10 The fact that the scarcity or severe scarcity of Indole acetic acid(IAA), Gibberellin(GA3), Zeatin(ZT) but the accumulation of Abscisic acid(ABA) in the young panicle of go543s and the fact that the accumulation of IAA, ABA, ZT but the scarcity of GA3 under low
引文
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