【摘要】：水稻是重要的糧食作物,東南亞地區(qū)是全球消費稻米最多的地區(qū),包括緬甸、越南、老撾、柬埔寨等,緬甸人均消費水稻可達到650 g/person/d的水平。在我國,人體攝入的無機砷約60%來源于大米。近些年受人類活動的影響,多地出現(xiàn)了水體或土壤砷(As)污染的現(xiàn)象,土壤中As的存在較為持久,土壤中的As通過作物的吸收能夠在作物中積累,這個問題對于水稻更為嚴峻。因為水稻生長在長期淹水或間歇性淹水的環(huán)境中,淹水過程中As的活性較高,水稻籽粒中積累的As的含量較小麥多10倍。淹水環(huán)境下As主要存在的形態(tài)是三價砷[As(Ⅲ)]。目前關于水稻吸收、運輸As(Ⅲ)的機制較為清楚,參與As(Ⅲ)吸收和轉運的基因包括Lsi1,Lsi2,OsBCC1,參與As(Ⅲ)解毒的機制是As(Ⅲ)通過與PC絡合隔離在液泡中。但比較多個水稻品種的As積累差異的研究較少,篩選、比較籽粒低砷積累水稻遺傳材料的研究也較少。本研究中通過溫室水培及大田試驗的方式研究了 24個水稻品種根系、地上部和籽粒積累As的差異,分別通過根吸收率(root absorption factors,RAI)和地上部/根的轉運率(shoot to root transfer factors,TFs)比較了這24個水稻品種根吸收As的能力和根向地上部轉運As的能力,同時比較了不同試驗條件下24份水稻不同部位As含量的相關性。以此對24份水稻種質資源材料進行砷含量變異分析,篩選籽粒低砷積累水稻育種候選材料。淹水土壤環(huán)境中As主要存在的形態(tài)是As(Ⅲ),但水稻籽粒中As的主要形態(tài)是三價砷[As(Ⅲ)]和二甲基砷酸(DMA),水稻中是否存在高效運輸DMA的機制呢?前期蛙卵異源表達研究結果表明水稻多膚轉運蛋白基因PTR家族的OsPTR7基因具有轉運DMA的活性。本課題對OsPTR7基因的結構、表達模式、系統(tǒng)發(fā)育和OsPTR7跨膜結構進行了生物學信息分析。通過GFP載體構建獲得OsPTR7基因的亞細胞定位結果。通過T-DNA插入突變體材料研究了 OsPTR7的生物學功能,進行了一系列的野生型和osptr7突變株水稻生理指標的比較,包括水稻地上部和根中總As的含量,木質部汁液As的含量,不同葉片As的含量,地上部和根中氮的含量,地上部氨基酸的含量,以及籽粒中As的含量。本文獲得的主要結果包括:1、初步鑒定結果顯示水稻品種423是低砷積累水稻,其根、地上部和籽粒中As的含量都較其他的水稻品種低。水稻品種423砷積累低的可能原因是根吸收As的能力弱。2、OsPTR7有10個跨膜結構區(qū)域,這個區(qū)域被一個親水區(qū)域分隔為兩組。OsPTR7基因與玉米的ZmMRT1基因同源性最高,但目前還沒有ZmNRT1基因的研究結果。OsPTR7定位在質膜上,(OsPTR7具有跨膜運輸活性。OsPTR7基因在地上部的表達量比根中的表達量高10倍以上,此外OsPTR7基因的表達受As(Ⅲ)的誘導,在As(Ⅲ)處理4 h的時候誘導作用最強。3、10 μM DMA處理3 d后突變株0sptr7-1地上部和根積累的As比野生型DongJin低,2 μM DMA處理3 d后突變株osptr7-1地上部和根積累的As沒有差異。突變株osptr7-2與野生型Nipponbare地上部和根中積累的As沒有差異,這可能是osptr7-2突變株OsPTR7基因沒有完全敲除導致的。OsPTR7基因的敲除沒有引起突變株和野生型水稻中氮和氨基酸含量的差異。4、在海南大田中種植的突變株osptr7-1與osptr7-2收獲的籽粒中As的累積較野生型DongJin與Nipponbare低。OsPTR7基因可能參與了 As向籽粒中運輸。綜上所述,水稻品種423是As積累較低品種。基因OsPTR7發(fā)揮著運輸DMA的功能,但作用較小,水稻中還存在著其他基因調控著DMA的運輸。
【學位授予單位】：南京農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S511

【參考文獻】

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本文編號：2540237