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水稻苗期叶片白化转绿性状研究进展.doc

花匠小妙招
2025-01-21 21:11

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1、水稻苗期叶片白化转绿性状研究进展摘要：白化转绿突变体在基础理论研究和实际应用研究方面均具有重要意义。介绍了国内外在水稻白化转绿突变体材料的发掘、生理生化特性、性状遗传、基因定位及克隆、分子作用机理和作为标记性状基因应用等方面的研究进展。关键词：水稻（oryza sativa）；突变体；白化转绿；基因；标记性状中图分类号：s511；q343.1 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2012）23-5241-07research advances on green revertible albino mutants of rice leaves in seeding stagedong

2、 hua-lin，fei zhen-jiang，wei lei，wu xiao-zhi，zhou peng（institute of food crop research of hubei academy of agriculture sciences / hubei key laboratory of food crop germplasm and genetic improvement， wuhan 430064，china）abstract： the gra（green revertible albino） mutant is very important in theoretical

3、research and practical applications. the research advances both at home and abroad in aspects of mutants discovering， characters of physiology and biochemistry， hereditary of trait， gene mapping and cloning， molecular mechanism and its application as a trait marker gene were reviewed. key words： ric

4、e； mutant； green revertible albino（gra）； gene； trait marker叶片是植物最主要的光合作用器官，其颜色变异类型丰富且易于鉴定，因此叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿素生物合成、叶绿体结构功能和遗传发育调控机理等的重要材料1，2。在实际生产中，叶色变异也是培育新特品种的重要材料来源，如园艺作物中的金（银）边吊兰、金边黄杨，烟草中的白肋型烟，茶叶中的安吉白茶等。叶色突变体的来源十分广泛，包括自发突变、人工诱发突变、插入突变和基因沉默突变2。叶色变异直观表现为不正常的黄化、白化、白翠、绿白、浅绿、黄绿、绿黄和条纹等3。从突变性状对个体的生长发育影

5、响上可以分为致死突变、非致死突变4及条件致死突变；致死突变如苗期白化、部分黄化突变体在苗期光合作用完全受阻，幼苗仅靠种子中胚乳营养生长，待胚乳养分耗尽时植株就会死亡5。非致死突变如花斑叶、浅绿叶、斑马叶、大部分白化转绿突变体等。条件致死突变如水稻中白化转绿突变体w256、v37等，在较低温度下（低于20 ）则不发生叶色转换而夭亡，当温度升高后可以白化转绿完成生长发育。作为全球重要的粮食作物，同时又是重要的模式研究植物的水稻（oryza sativa），在其中发现了众多的叶色突变体。水稻叶色突变体的发掘和鉴定对于开展相关基因的定位、克隆和作用机理研究以及开发简便易用的作物标记性状等具有重要的理论

6、意义和应用价值。水稻叶色变异种类丰富，有整个生育期均呈叶色异常的如黄绿叶8、常绿叶9、紫色叶10等。更多的叶色突变常在苗期表达，表型明显，如苗期叶片白化、黄化、条纹、斑马叶以及白化转绿等。有些叶色突变体如白化等光合作用能力严重减弱或丧失，突变体严重发育不良甚至不能存活，只能通过杂合状态保留隐性的突变基因进行基础性研究，在实际生产中没什么实用价值11。但有些非致死突变体其个体生长发育在生育进程或温度条件改变的情况下可以部分甚至完全恢复到正常水平，如水稻中的白化转绿突变体（green revertible albino mutant，gra），这类突变体在一定条件下白化失绿，待条件改变后可以恢复绿

7、色，继续生长发育完成整个生育进程。白化转绿突变体一方面可以进行植物光合作用机理、叶绿素生理生化、相关基因分子生物学等方面的基础研究，另一方面在水稻生产、育种上也可以广泛应用于性状标记，为新培育的品种或重要育种材料打上标记以利于鉴别。不仅可以加强品种知识产权的保护，更重要的是在两系不育系的繁殖和制种中可以方便快速地鉴别串粉混杂和不育系自交结实12。鉴于水稻白化转绿突变体的特殊表现及实际应用价值，下面将详细介绍此类突变体的研究进展，以期对该类突变体的研究和应用提供帮助。1 白化转绿突变体的来源水稻叶色白化转绿型突变体是众多叶色突变体中较为特殊的一类，在一定温度条件或生育期时其叶片表现为白化状，但以

8、后则可正常合成叶绿素，失绿的叶片组织随着外界温度的变化或者植株的生长发育而逐渐复绿，叶片呈正常绿色。白化转绿突变体主要来源于自然变异和人工诱变。自然变异是在自然条件下发生的基因突变，一般发生频率较低，在白化转绿突变表型上国内外研究者还是发现了一定数量的自然突变体。如日本学者发现的白化转绿v1v12（virescent-112）系列突变体，并对v1v3进行深入研究7，13，14。董彦君等11在水稻育种材料中发现苗期低温敏感的突变体fan5。夏九成4从d702bd香b的杂交后代中选育出受温度和发育进程共同控制的突变体“259”。chen等15报道一个在粳稻qiufeng（秋丰）中自然突变产生的白化

9、转绿突变体qiufengm。张毅等16报道从g46b与意大利粳稻sirio杂交后代中筛选到一个白化转绿突变体gra。从w9641sw6154s f1代花粉培养后代中获得白化转绿突变体rgr（t），贾银华17、杨洁18将该性状转育到培矮64s及y1s中培育出新的白化转绿不育系白01s、白02s。郭士伟等19在宜香b中发现了白化转绿突变体gra。王军等20从9311中获得白化转绿突变体v13（t）。郑静21研究的白化转绿突变体xgs系光温敏不育系材料。人工诱变包括辐射、卫星搭载22、离子束、ems23，24、叠氮化钠等诱变技术进行理化诱变25。浙江大学原子核农业科学研究所利用60co-辐照处理两系

10、不育系培矮64s、广占63s、2177s及三系保持系ii-32b、龙特甫b等，获得了一系列白化转绿突变体w1、w17、w24、w25和w2726，27，以及白化转绿不育系全龙a、玉兔s、白丰a和nhr111s等28-32。陈佳颖等33在粳稻品种嘉花1号种子经60co-射线辐照处理的后代中，发现了黄化转绿突变体mr21。郭涛等22利用返回式卫星搭载francis种子进行空间诱变，获得一株白化转绿、多分蘖矮秆突变体hfa-1。白化转绿突变体zjw23、gra7524分别由中9b、日本晴经ems处理得到。随着生物技术的发展，基于转基因操作技术为基础的插入突变和基因沉默突变逐渐应用于新的突变体发掘，插

11、入突变是利用t-dna、转座子元件等插入到植物基因组中诱发突变，基因沉默突变是在染色体水平利用基因表达调控技术沉默某些基因区段产生变异4。jung等34、liu等35利用t-dna突变体库分别筛选到一份白化转绿突变体并进行了性状鉴定和基因的精细定位研究。2 白化转绿突变体性状表现及分类2.1 白化转绿突变体表型白化转绿突变体是在苗期某一时段叶片白化（或黄化、淡绿），随着生育进程及温度等条件的变化，突变体植株逐步转绿恢复至正常绿色。白化转绿包含一个叶色变化过程及这一过程所经历的生育进程。叶色变化过程即经历叶片白化和转绿两个阶段：白化阶段大部分研究材料都是在起始13叶白化，转绿从第4叶以后。不过也

12、有例外，突变体v37在自然条件下第1、2叶呈正常绿色，从3叶以后至分蘖盛期叶片退绿变白，抽穗后基本恢复正常。王兵24研究的白化转绿突变体gra75 13叶表现正常绿色，从第47叶开始白化，从第8叶又恢复绿色，前面白化叶片也转为淡绿色。白化转绿这一叫法只是体现了这类突变体的一个共同变化过程，在不同的研究材料中白化表型、转绿过程及转绿所依赖的条件也有不同。首先，白化程度上有细微差异：有的突变体白化期叶片完全白化，如gra16和白01s18等，有的白化程度轻如淡绿gra19或黄化mr2133以及叶片部分白化，如秋丰m15和v13（t）20等。有的是从叶片边缘开始白化18，有的则相反，从叶片基部和中

13、脉向外蔓延白化，仅叶尖和边缘留有少许绿色20。在转绿过程中不同研究材料也表现多样：从4叶以后转绿，有的突变体前3叶也跟着转绿，只是转绿恢复程度不及以后叶片，这可能也有叶片逐渐衰老、叶绿素降解的原因，有的前面白化叶片不转绿就直接枯死，4叶及以后叶片转为绿色15。在4叶及以后复绿材料叶片颜色有的几乎恢复至野生型对照水平，如gra19、g925等。也有的叶片尽管复绿但仍较野生型颜色稍浅，如秋丰m15，甚至其谷壳颜色在抽穗期也呈浅绿色。2.2 白化转绿突变体对温光及生育进程的反应从白化条件上看，有的突变体对温度敏感，如v113、v214、v13（t）20、w127、w1726、w256、fan511、

14、2594、mr2133、白01s18等均受低温诱导，但各自的低温诱导临界温度又不同，从2028 不等。突变体hfa-122、w4、w1125则在较高温度下（2530 ）完全白化，较低温度（2025 ）表现黄化，与此类似的还有房贤涛等36及yatou等37报道的水稻温敏感叶绿素突变体，表现为高温有利于白化特征的表达。有的突变体则对温度钝感，其白化转绿依赖生育进程的推进，如从宜香b中发现的突变体gra19、秋丰m15、xgs21及广占63s中经辐射筛选的突变体g925等。突变体v37则表现对温度和光周期敏感，在人工控制20 或30 恒温下，至3叶期，突变体23叶表现严重失绿；在持续20 的光照培养

15、箱中，突变体在2叶期后叶片完全白化，叶片不再转绿，此后30 d植株死亡；在25 恒温下叶片失绿持续整个生育期。但在变温条件下（白天30 光照12 h，晚上20 光照12 h）下，突变体叶片颜色几乎和野生型差不多，只是整个生育期叶片产生细微的白条纹。在大田条件下，突变体在3叶期前叶片都是绿色的，此后到分蘖结束前有完全白化的叶片，抽穗后白化叶基本完全转绿，整个分蘖期基本都是白化叶，也有少量绿色叶片38。2.3 白化转绿突变体的分类从上述分析可知，白化转绿突变体其实也包含众多的突变类型，暗示其复杂的遗传多样性，因此有研究者又将白化转绿突变体依据对外界条件的依赖性再分类。舒庆尧等26根据水稻白化转绿突变体白化性状表达与温度的关系，将其分为高温敏感型、低温敏感型和温钝型。温度敏感型突变体只在一定的温度范围内表达白化性状，而温钝型突变体则对温度不敏感。根据突变体转绿后的叶色程度，可分为白化转浅绿、白化转绿和白化转黄绿突变体三类25。3 白化转绿突变体叶绿素含量及叶绿体结构变化3.1 白化转绿突变体叶绿素含量变化情况水稻叶绿体中所含的光合色素主要是叶绿素（a、b）和类胡萝卜素