藥用野生稻

藥用野生稻

藥用野生稻,屬於禾本科,多年生草本植物,莖直立狀或下部匍匐狀,高1.5-3米,基部第2-3節上生有發達的不定根。為喜溫暖潮濕的短日照植物,生於丘陵林地環境,適宜在蔭蔽、腐殖質豐富、pH值為6左右的肥沃沙壤土上生長。與普遍野生稻區別是:在較大的河流、池塘、溝渠等有較深水層和無陰蔽處均不宜於生長。零星分布於廣東、廣西、雲南省的部分縣。藥用野生稻對豐富栽培稻的種質資源提供了育種的遺傳材料,應加以收集和保護。

基本信息

種屬概述

藥用野生稻藥用野生稻

現狀:漸危種。本種在中國南部有零星分布,染色體組為cc型,為二倍體植物,作為栽培稻的野生近緣種質基因而需加以保護。
海拔下限(米):400
海拔上限(米):1100

形態特徵

多年生草本,桿直立或下部匍匐,高1.5-3米,直徑7-10毫米,具有8-15節,基部2-3節上生髮達的不定根。葉鞘長達40厘米,大多比節間長3倍以上,無毛;舌膜質,長約4毫米,無毛;葉耳不明顯;葉片寬在,線狀披針形,長30-80厘米,寬20-30毫米,質地較厚,先端尖,基部漸窄呈柄狀,中脈粗壯,側脈不明顯,下面糙澀,上面散生長柔毛,基部貼生微毛,邊緣具鋸齒狀粗糙。圓錐花序大型疏散,長30-50厘米,分枝長10-15厘米,3-5枚著生於各節,具細毛狀粗糙,下部長、裸露、腋間生長毛;小穗柄長1-4毫米,粗糙,頂端具2枚半月形退化穎片;小穗長約5毫米,寬約2.5毫米,厚1.3毫米,黃綠色或帶褐黑色,成熟時易脫落;不孕外稃線狀披針形,長1.6-2毫米,頂端漸尖,具1脈、邊緣有細纖毛,成熟花外稃闊卵形,脈紋增厚隆起,脊上部或邊脈生疣基硬毛,脈間下陷,散生短硬毛,表面具較粗的疣狀突起,其在每側排成24-26縱行;芒自外稃頂端伸出,長5-10毫米,具細毛;內稃與外稃同質,寬約為外稃之半,脊疏生疣基硬毛,頂端有小尖頭,邊緣乾膜質;花葯長約2.5毫米。穎果扁平,紅褐色,長約3.2毫米,寬約2毫米。

生長習性

為喜溫暖、多雨、潮濕的短日照植物,生於丘陵林地環境,適宜在蔭蔽、腐殖質豐富、pH值為6左右的肥沃沙壤土上生長。伴生植物有薏苡CoixlacrymajobiL.,棕葉狗尾草Setariapalmifolia(Koen)Stapf,蕨類等。在較大的河流、池塘、溝渠有較深水層和無陰蔽處均不宜於生長,因而有別於稻和普遍野生稻。

分布範圍

分布於廣東西部鬱南、新興、封開、羅定、懷集、四會、高要、雲浮、廣寧,海南陵水、保亭、樂東、臨高,廣西蒼梧、梧州、岑溪、藤縣,賀縣、武宣、平南、桂平、貴縣、昭平、容縣、北流、玉林、橫縣、靈山、邕寧,雲南永德、耿馬等縣。生長於海拔400-1100米的丘陵山地和山坡中下部的沖積地和溝邊。錫金緬甸泰國及中南半島也有分布。

物理定位

藥用野生稻具有多種抗病蟲性,是水稻品種改良重要的種質資源之一。本研究採用與栽培稻遺傳圖第4連鎖群中與RTSV和Glh緊密連鎖的RFLP標記RZ262及其篩選出來的BAC克隆作探針,對藥用野生稻進行螢光原位雜交,供試探針均被定位於藥用野生稻第4染色體短臂的中部,百分距分別為74.86±3.72和73.98±4.44,信號檢出率為7.6%和45.1%.BAC克隆和RFLP標記探針雜交位置幾乎一致,說明在栽培稻和野生稻中RFLP標記RZ262都存在同一BAC克隆的大插入片段中,藥用野生稻與抗性基因RTSV和Glh的同源順序就在第4染色體信號出現的相應位置,從而為作物育種開發和利用野生資源的抗性基因提供了理論依據。

受精方法

藥用野生稻藥用野生稻
在充足授粉的情況下不影響以藥用野生稻為父本的雜交受精和結實。將L202-2x和L202-4x與藥用野生稻雜交,在授粉後10-30min內,藥用野生稻花粉在L202-2x和L202-4x柱頭上均能正常萌發,萌發率分別為66.7%和62.5%,差異不明顯,表明雜交時藥用野生稻花粉與不同倍性栽培稻的柱頭和花柱都有一定的親和性。利用雷射掃描共聚焦顯微鏡觀察授粉子房內的胚囊,並統計授粉後1,3和5d的受精情況。
不同倍性條件下栽培稻與藥用野生稻雜交的受精情況有差異。其中L202-2x在授粉後1,3和5d的雙受精率分別為55.56%,31.43%和45.45%,均高於L202-4x的51.85%,19.51%和19.44%;L202-2x包括單受精和雙受精在內的總受精率除授粉後1d略低於L202-4x外,授粉後3和5d的總受精率均高於L202-4x在3和5d的總受精率。L202-2x平均總受精率為59.45%,略高於L202-4x的54.87%,但兩者的差異不大;L202-4x在授粉後1,3和5d的平均單受精率(24.60%)高於L202-2x的平均單受精率(15.30%)。因此,無論是L202的二倍體或四倍體,與藥用野生稻雜交均有較高的未受精率(分別為40.55%和45.13%)。此外,在L202-2x和L202-4x的雜交小穗未受精胚囊中,胚囊結構發生異常變化的比率分別高達57.14%和61.40%,這可能是由於栽培稻品種的胚囊與藥用野生稻花粉之間存在不親和性,從而導致藥用野生稻花粉刺激下的栽培稻胚囊的結構異常改變。對雜交小穗結實率調查的結果表明,以L202-2x和L202-4x為母本的雜交小穗均未發現成熟的雜交種子,小穗全部乾枯死亡,因而其種間雜交結實非常困難。

DNA轉化

藥用野生稻藥用野生稻種子
為了更好地研究和克隆藥用野生稻中有利基因,中們利用新一代可轉化的細菌人工染色體即雙元細菌人工染色體(BIBAC)載體構建了第一個藥用野生稻基因組文庫。通過比較不同的受體材料,不同的預培養、共培養條件,不同的去除農桿菌及選擇陽性愈傷的方式等對轉化效率的影響,建立了適合水稻BIBAC系統的轉化體系。在構建野生稻BIBAC基因組文庫及建立水稻BIBAC系統轉化體系的基礎上,從文庫中挑選一個120Kb的BIBAC克隆(114G9),採用最佳化的轉化體系,在水稻中實現了大片段DNA的轉化。實驗結果表明,通過BIBAC系統利用農桿菌介導水稻大片段DNA轉化,以H1493為受體材料,以帶有毒性輔助質粒pCH32的農桿菌菌株LBA4404為轉化菌株所獲得的轉化效率最高。
通過GUS試驗,PCR檢測,Southern分析和螢光原位雜交(FISH)定位,證實BIBAC載體上T-DNA及其所攜帶的120Kb的大片段已被轉移到水稻基因組中。實驗結果還表明,利用BIBAC系統進行的大片段轉化與農桿菌介導的普通的雙元載體轉化之間的最大區別是大片段轉化需要額外的毒性基因virG/virE的參與;而且在轉化機制(如插入拷貝數)上存在差異。這套系統的建立將為野生稻優良基因的發掘和利用提供新的技術手段,也可能為野生稻基因克隆、基因功能分析,多基因轉化及基因組相關研究開拓途徑

花粉雜交

採用生殖生物學方法研究了藥用野生稻和轉bar基因水稻花粉雜交的基因漂移。結果表明,供試水稻花粉在藥用野生稻柱頭上的萌發生長與藥用野生稻自花授粉花粉的萌發生長有一定差異,表現在穿過樁頭的花粉粒百分率及內容物釋放和正在凝縮、釋放的花粉粒百分率較少,雖然轉基因水稻花粉能在藥用野生稻柱頭上正常萌發生長,並能釋放內容物,但雜交後結實率為0,表明轉基因水稻和藥用野生稻雜交不親和,他們的不親和性不是在花粉的萌發和穿過柱頭這一階段,具體原因有待進一步研究。在本實驗條件下轉基因水稻和藥用野生稻沒有發生成功的基因交流。

染色體構成

藥用野生稻藥用野生稻
藥用野生稻(Oryzaofficinalis)具有多種優良特性,是水稻遺傳育種的重要種質資源之一。本實驗以Biotin標記的藥用野生稻總DNA作探針,未標記的栽培稻(Oryzasativa)總DNA作封阻,以HRP-DAB系統進行信號檢測,對栽培稻與廣西藥用野生稻的雜種F1植株的根尖染色體製片進行基因組原位雜交。採用封阻比例1:20-30時,雜交效果較為理想,藥用野生稻的12條染色體顯深棕色,而栽培稻的12條染色體著色很淺。在有絲分裂間期的細胞核中,也檢測到大量雜交信號分布於核的周邊。基因組原位雜交鑑定栽培稻與廣西藥用野生稻雜交後代染色體構成。
藥用野生稻(OryzapffcinalisWall.exWatt.,染色體組CC,染色體數2n=24)是寶貴的基因資源庫,自然分布急劇減少。2001年,在雲南耿馬孟定遮甸新發現了1個藥用野生稻分布點,該地藥用野生稻植株高度可塑性大,可以根據密度和蔭蔽情況自動大幅度調節株高;比其它生態群的結實率高;而其自然發病和人工接種鑑定發現抗稻瘟病能力中等偏上,抗白葉枯病害能力強,抗螟蟲和稻飛虱能力也很強。品質分析結果表明該居群藥用野生稻蛋白質含量比其它野生稻的高,而直鏈澱粉含量偏低,說明品質較好。本發現對採取有效措施進行藥用野生稻原生地保護,以及試驗結果對藥用野生稻有利基因的發掘和利用都有重要參考價值

GISH分析鑑定

藥用野生稻廣西昭平縣野生稻保護區
異源單體附加系是從親緣關係較遠或屬間的一個物種單條染色體附加到另一個物種中。栽培稻珍秈97B與藥用野生稻Hy18雜交與連續回交,在BC2後代中得到一個藥用野生稻單體附加系。生物素標記的藥用野生稻總DNA作為探針,未標記的栽培稻總DNA封阻,對其異源單體系減數分裂染色體進行基因組原位雜交。FISH結果表明,在栽培稻(AA,2n=24)基因組中附加了一條藥用野生稻染色體,並鑑定為第8號染色體。研究表明,藥用野生稻異源單體附加系的建立為藥用野生稻的基因組學和遺傳學的研究提供一個新的操作平台,而GISH技術在水稻遠緣雜交育種中是最準確有效的染色體鑑定方法。在水稻育種改良中具有重要套用前景。
高效液相色譜技術,研究比較了栽培稻與廣西藥用野生稻的抗褐飛虱HPLC指紋圖譜。結果表明,藥用野生稻指紋圖譜中既含有與栽培稻抗褐飛虱生物型Ⅱ相關的峰1、峰2、峰8,又含有與栽培稻抗褐飛虱孟加拉型相關的峰3、峰5、峰9、峰11,但藥用野生稻中的峰1、峰2、峰3、峰5的含量特別高。前期的結果表明,峰4與栽培稻對褐飛虱孟加拉型的抗性呈負相關,峰12與栽培稻對褐飛虱兩種生物型的抗性均呈負相關,但廣西藥用野生稻卻幾乎不含峰4和峰12。廣西藥用野生稻的這種既與栽培稻相似,又有它自己鮮明特點的HPLC指紋圖譜特徵,使它對褐飛虱具有廣譜抗性。

抗稻褐飛虱鑑定

藥用野生稻株高5.2M,國內有記錄以來藥用野生稻最高大的類型。
從198份藥用野生稻資源中篩選出一批廣譜高抗褐飛虱抗源(其中3份為免疫級)並對這些抗源進行了抗性遺傳研究。研究結果表明其抗性是受一對顯性基因控制的。通過離體幼胚培養獲得綠苗,經過多代回交和自交,成功地將抗性基因轉移到栽培稻中,獲得了高世代(B4F5)株系。同時利用外源DNA花粉管導入法對藥用野生稻廣譜高抗褐飛虱基因導入栽培稻進行了研究,獲得了具有某些性狀的後代。
藥用野生稻是中國境內分布的3種野生稻之一,它擁有水稻育種重要的抗性基因,如抗褐飛虱、白背飛虱、白葉枯病基因等。多年來,育種家通過種間雜交結合生物技術手段,努力將藥用野生稻抗性基因向栽培稻轉移。利用3個栽培稻優良品系與18個不同編號的藥用野生稻雜交並回交,在bc2f1群體將11個單基因轉移進了栽培稻中,其中褐飛虱和白背飛虱抗性基因位於藥用野生稻第6染色體上。顏輝煌等和鍾代彬等用栽培稻感蟲品種與抗褐飛虱的藥用野生稻雜交,成功轉移了藥用野生稻的抗褐飛虱基因。近年來將藥用野生稻的抗褐飛虱、白背飛虱和白葉枯病基因導入栽培稻,並利用分子標記進行了相關基因的染色體定位,同時獲得了一些單體附加系。
藥用野生稻屬於CC染色體組,是栽培稻的三級基因庫,與栽培稻的種間雜交存在嚴重的生殖隔離。這種生殖隔離使藥用野生稻抗性基因的轉移利用面臨相當大的困難,雜交當代難以獲得雜種種子。報導以水稻雄性不育係為母本,不經幼胚培養直接獲得了栽培稻與藥用野生稻雜種F1種子,但包括其他類型非AA組野生稻在內的有關栽培稻與野生稻的種間雜交都是需要做相當大量的雜交結合幼胚拯救,才能獲得少量的雜種植株。因此,為了提高藥用野生稻等非AA組野生稻有利基因轉移利用的效果,加速稻屬遠緣雜交育種的進程,有必要探索栽培稻與野生稻的種間雜交新方法。本文報導栽培稻在同源四倍體和二倍體的倍性條件下與藥用野生稻種間雜交的結實及雜種胚胎胚乳發育的比較胚胎學,以期為開展栽培稻與不同染色體組野生稻種間雜交障礙機理的研究及有效雜交體系的建立提供依據。

瀕危及保護

保護價值
曾報導藥用野生稻與栽培稻有基因交換的類型。為了豐富栽培稻的種質資源,提供育種的遺傳材料,而須加以收集和保護。
保護措施
在藥用野稻產地作適應保護。栽培要點一般在9-10月抽穗結實,種子極易脫落,需要適時收集,隨熟隨采,曬乾,儲存至翌年4月初播種繁殖。

植物進化史

藥用野生稻(OryzarufipogonGriff.)是亞洲栽培稻(OryzasativaL.)最近緣的野生種,是公認的亞洲栽培稻的祖先。由於長期處於野生狀態,經受各種災害和環境的自然選擇,形成了豐富的變異類型,對水稻病蟲害有較強的抗性,對環境有較強的適應性,並具有優質、高產、氮磷高效利用、廣親和及雄性不育等優良基因,是水稻育種和改良的重要遺傳資源。
中國是藥用野生稻的遺傳多樣性中心之一。在長期的自然演變過程中,藥用野生稻居群內任何個體任何位點上的遺傳變異都會在居群內累積,因此,藥用野生稻的居群遺傳結構具有高度的異質性,即同一居群不同個體間基因型往往不同。研究藥用野生稻的居群遺傳結構,不僅可以揭示其進化歷史,探討其稀有或瀕危機制,為制定保護策略提供科學依據,而且能夠為栽培稻的種質創新和遺傳改良提供優異的基因。

參考文獻

1.譚玉娟,張揚,黃炳超;褐稻虱生物型變異動態監測及抗蟲品種資源推薦[J];昆蟲學報
2.秦學毅,韋素美,武波,黃鳳寬,覃祖芳;藥用野生稻抗源對褐稻虱的抗性遺傳及利用研究[J];西南農業學報

國家二級保護植物

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