摘要
稻米镉超标是我国当前重要的农产品安全问题，食用镉超标大米会对人类健康造成严重危害，同时稻瘟病（Magnaportheoryzae）是最具毁灭性影响的水稻病害之一，所以培育抗稻瘟病且镉低积累水稻品种是保障粮食安全的重要策略。OsNramp5作为水稻根部吸收外部Mn2+、Cd2+的主要转运蛋白，同时负责Mn2+、Cd2+向地上部的运输，敲除OsNramp5基因可显著降低稻米中的镉含量，但本实验室研究发现不同遗传背景下OsNramp5缺失突变体在降低镉积累的同时，对稻瘟病的抗性存在差异。本研究通过对带广谱抗稻瘟病基因的湘钰668S和华占，以及不携带抗稻瘟病基因的锦4128S和H268进行OsNramp5的敲除，分析了osnramp5突变体对稻瘟病抗性的差异，并进一步以H268及其osnramp5突变体为实验材料，初步探究不携带抗稻瘟病基因背景下OsNramp5缺失对稻瘟病抗性的影响，进而为OsNramp5基因在水稻育种中的合理利用提供一定理论依据。主要研究结果如下： （1）在自然病圃条件下，带有广谱抗稻瘟病基因Pigm的湘钰668S和Pi2的华占敲除OsNramp5后对稻瘟病抗性无显著影响，而在不带有抗稻瘟病基因的锦4128S和H268敲除OsNramp5基因后，突变体显著降低了稻瘟病抗性。 （2）利用稻瘟病菌株110-2对H268及其osnramp5突变体进行了喷雾和戳伤接种。在喷雾接种条件下，H268的病斑面积为3.58%，osnramp5突变体KO4、KO10的病斑面积分别为15.06%、33.70%，与H268相比显著增加，并且其相对真菌的生物量也比H268要显著增加；在戳伤接种条件下，osnramp5突变体KO4和KO10叶片的稻瘟病病斑面积与H268相比，分别增加了50%和54%，其相对真菌的生物量也比H268要显著增加。结果表明在H268背景下OsNramp5的敲除确实降低了其对稻瘟病的抗性。 （3）H268接种稻瘟病菌110-2后OsNramp5的mRNA表达量随稻瘟病菌接种时间延长而增加，说明OsNramp5的表达受110-2的诱导。另外，H268和osnramp5突变体在接种稻瘟病菌后OsPR1a、OsPR1b、OsPR4、OsPR7四个与稻瘟病抗性相关基因的表达量均在接种后随着时间的延长而逐渐升高，但是osnramp5突变体OsPR1a、OsPR1b、OsPR4、OsPR7的表达量都显著低于H268，这可能是导致osnramp5突变体稻瘟病抗性降低的部分原因。 （4）H268和osnramp5突变体中主要金属元素的含量检测结果表明，与H268相比，osnramp5突变体中锰元素降低了92%-93%，镉元素降低87%-90%，而铁元素、铜元素和锌元素无显著差异。锰元素会影响Mn-SOD的酶活，因此我们检测了H268和osnramp5突变体种SOD酶活，结果表明osnramp5突变体SOD的酶活显著低于H268的，并且H2O2的含量也显著低于H268，说明osnramp5突变体稻瘟病抗性的降低可能是由于SOD酶活性降低，导致H2O2含量降低的缘故。 （5）将H268分别在100μM、4.6μM和0.2μMMnCl2的培养液中培养后，其病斑面积分别为1.6%、3.0%、20.4%，并且相对真菌生物量也随锰元素浓度的降低而显著升高；在稻瘟菌固体培养基中分别加入0mM、10mM和20mM的MnCl2，稻瘟菌7天的生长直径分别为4.1cm、2.8cm、0.11cm；在稻瘟菌液体培养基中分别添加0mM、10mM和20mM的MnCl2，48h的稻瘟病菌生长量分别为0.55g/L、0.02g/L、0.006g/L；在番茄燕麦培养基中添加0mM、10mM和20mM的MnCl2，生长7天的产孢量分别为50×104mL-1、7.3×104mL-1、2.2×104mL-1。这些结果表明，锰元素对稻瘟病菌具有抑制作用，正调控水稻稻瘟病反应。 （6）H268和突变体的农艺性状统计结果显示，与H268相比，osnramp5突变体的株高、穗长、穗粒数、千粒重和单株重显著降低，而分蘖数和结实率无显著差异。
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