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近20多年来,人们对水稻镉吸收与积累的机制已经有了较深入的认识,近几年来还利用诱发突变、CRISPR/Cas9基因编辑技术等创制了一些低镉积累的水稻材料。本研究以课题组前期采用CRISPR/Cas9技术创制的OsLCT1和OsNRAMP5突变体材料为基础,通过大田试验和盆栽试验对两个突变体lct1x1+1（LCT1第1外显子1bp插入引起的移码突变）和nramp5x7+1（NRAMP5第7外显子1bp插入引起的移码突变）糙米镉积累和产量等性状开展了评估（以秀水134为对照品种）。同时将突变体nramp5x7+1与粳稻新品系A703杂交,开发和验证了nramp5x7+1突变的功能性ACT-PCR标记,利用该标记对F2群体单株进行基因分型,进而对杂合突变株和纯合突变株进行花药培养,构建了一个加倍单倍体群体（DH）。通过水培试验和大田试验,对生理和农艺性状做了分析,研究了在不同的遗传背景下低镉积累突变基因（nramp5x7+1）对镉、锰积累以及植株生长的影响。主要研究结果如下:1、低镉突变体的多点试验。在盆栽试验和大田试验中突变体糙米镉含量出现不同程度的降低,产量较对照品种秀水134显著减产。盆栽试验外源Cd添加至1mg/kg时,对照秀水134糙米镉含量与突变体lct1x1+1中相近,均超过了国家安全标准限量（0.20 mg/kg）;而突变体nramp5x7+1糙米镉含量仅为0.06 mg/kg。当外源Cd添加至3 mg/kg时,对照秀水134和突变体lct1x1+1糙米镉含量上升至1.0 mg/kg左右,而突变体nramp5x7+1为0.16 mg/kg,仍在国标限量之内。种植在镉含量约为0.8 mg/kg的大田中时,突变体lct1x1+1和nramp5x7+1糙米的镉含量分别为0.15 mg/kg和0.06 mg/kg,均符合标准。据此表明lct1x1+1适合种植在镉污染程度较轻（0.8 mg/kg）的大田中,而nramp5x7+1可在较高程度的镉污染土壤中（<3 mg/kg）种植。产量评估显示在嘉兴和衢州两地突变体lct1x1+1、nramp5x7+1的产量较对照品种减产15.8%29.7%。2、nramp5x7+1突变功能性分子标记的开发。突变体nramp5x7+1与粳稻新品系A703的杂交后,F2会分离为野生型、杂合突变株以及纯合突变株。为了开发nramp5x7+1突变的功能性分子标记,基于“临界退火温度PCR”（annealing at critical temperature-PCR,ACT-PCR）方法,分别设计匹配野生型或者纯合突变的两对引物,在临界退火温度下野生型（纯合突变）只能在野生型（突变型）特异性引物能够成功扩增,杂合突变均能成功扩增,该方法对单株基因组DNA使用两对引物分别扩增混合PCR产物进行电泳就可以根据目的条带的大小及有无进行分型。对F2群体396个单株使用该方法进行分型,可鉴定出206个杂合突变株,87个纯合突变株,103株野生型植株。3、低镉积累DH群体的培育。在F2群体中选择nramp5x7+1杂合突变株和纯合突变株分别进行花药培养,经过花药接种、诱导愈伤组织、分化、生根后,分别得到了404株、393株花培苗。经过自然条件下的染色体加倍,最终来自杂合突变、纯合突变F2植株花培苗分别有99株、98株自然加倍成二倍体,收获到种子。杂合突变株花药培养发生基因分离,分别有48株野生型、51株nramp5x7+1DH系;纯合突变株经花药培养全部得到nramp5x7+1 DH系。这些花培系为进一步研究nramp5x7+1的突变效应和品种选育奠定了材料基础。4、野生型和nramp5x7+1 DH系的耐镉性试验。不同Cd/Mn浓度梯度的水培试验中,nramp5x7+1 DH系在低Mn供应下长势弱于野生型,外加5μM镉后其生长也会受到一定的影响;当恢复Mn供应至正常水平（7μM）时,地上部积累的Mn含量仍然极低,只有13.131.7 mg/kg,且不受镉胁迫影响。说明OsNRAMP5基因在介导Mn从根系向地上部的转运过程中起到了重要的作用。野生型与nramp5x7+1 DH系的根系或者地上部中Mn、Cd含量变化趋势与其亲本相近。多个野生型和nramp5x7+1 DH系在5μM镉处理试验中,nramp5x7+1 DH系受到影响较小,其干物质重降低均<20%;而野生型表现出更强的镉抑制效应,干物质重降低在25.9%39.4%之间。5、nramp5x7+1 DH系的农艺性状。比较花培群体中突变型与野生型材料的株高、有效穗数、千粒重、结实率等农艺性状发现,nramp5x7+1 DH系株高大多处在7595 cm,存在个别长势较差的单株,株高差异较大;多数nramp5x7+1 DH系单株穗数1215个;结实率在70%85%之间,差异较大;千粒重的变化幅度较小,75%的株系千粒重在2527g,略高于亲本突变体nramp5x7+1。综上,nramp5x7+1 DH系的主要农艺性状介于其亲本之间,存在部分优于亲本突变体nramp5x7+1的株系,可以筛选出优良株系作为培育低镉积累水稻品种的遗传材料。