不同水稻品种的叶绿素荧光分析表明，幼苗耐盐性与光合效率呈正相关

背景

光合效率可能是决定植物对非生物胁迫抗性的关键因素。植物可以感知生长条件的不利，并在表现出外部症状之前的早期阶段触发内部反应。当大量盐进入植物细胞时，如果盐浓度不能调节到最佳水平，叶绿体中类囊体的膜系统和功能就会被破坏，影响光合性能。选用品种具有耐盐和盐敏感基因型;然而，对栽培水稻在盐胁迫下光合效率遗传结构的研究很少。

结果

我们使用基于成像的叶绿素荧光仪在对照和盐条件下连续4天监测8个表现出不同耐盐水平的水稻品种。叶绿素荧光参数变化分析表明，NaCl处理后，敏感品种的PSII最大量子效率显著低于耐盐品种。对232份不同水稻材料进行了盐胁迫下的叶绿素荧光分析，结果表明叶绿素荧光参数F₀和NPQ较高粳稻亚种，ΦPSII of籼稻品种的光合效率高于其他亚组，说明不同栽培水稻在盐处理下光合效率的变化受到广泛调控。在第5号染色体上发现了两个重要的区域与开放PSII中心的比例(qL)和最小叶绿素荧光(F)有关₀）.这些区域包含与衰老、叶绿体生物发生和盐胁迫响应相关的基因，这些基因在未来的功能表征中很有兴趣，以确定它们在调节光合作用中的作用。

结论

水稻植株对盐胁迫非常敏感，特别是在苗期。本研究确定了不同基因库中叶绿素荧光参数在幼苗叶片中的分布规律及其与耐盐水平的相关性。我们还揭示了盐胁迫下水稻幼苗光合性能调控遗传结构的复杂性，本研究分析的种质及其相关遗传信息可用于水稻育种计划。

光合作用是产生能量以支持植物生长的重要过程。参与光合机制的组分，如光合色素、光系统、电子传递系统、气体交换过程和参与碳代谢的酶，对光合效率很重要，并且可能受到非生物胁迫的潜在影响[1]。

近年来，叶片叶绿素荧光检测技术发展迅速，其反映体内光合效率的能力有待检验。叶绿素分子捕获的光能在光化学反应中用于驱动光合作用，如果光能过量，则作为热量消散(非光化学猝灭，NPQ)或作为叶绿素荧光发射[2]。这三个过程相互竞争，例如，增加光合作用将导致额外能量耗散的减少;因此，通过测量叶绿素荧光的产率，还可以估计光化学反应的效率和散热程度。

当大量盐在植物细胞内积累一段时间后，叶绿体中类囊体的膜通透性和功能受到破坏[3.];光系统(PSI和PSII)活性和叶绿素荧光也逐渐下降[4]。由于盐处理后植物的光系统II (PSII)修复受到影响，光抑制增强，光合效率降低[j]。5]。研究了大麦和水稻在盐胁迫下叶绿素荧光与叶绿体超微结构(如类囊体形态)之间的关系[4，6，7]。这些研究表明，耐盐品种类囊体肿胀减少，PSII电子传递活性相对较高，最大叶绿素荧光产量缓慢下降，衰老延缓。

与其生理生化调控相比，光合效率的遗传特性研究较少[8，9]。植物光合作用的活性可以通过多种形式表达和量化，如CO速率₂单位叶面积的固定(气体交换)，每株碳水化合物或干质量的产生，叶绿素荧光。为了研究植物光合效率的遗传特征，研究人员分析了不同基因型的特性:拟南芥光合光能利用效率(ΦPSII)对不同光照条件的响应[10]、小麦热胁迫下叶绿素荧光动力学[11]，水稻叶片叶绿素含量[12，13，14]、水稻幼苗对盐胁迫的光合反应[15]、拟南芥和玉米光合作用的冷响应[16，17]和其他特征(总结于表中)1弗洛德等人。[8])。这些结果表明，光合效率在不同的遗传背景下受到不同的调控。

一些研究研究了水稻在盐胁迫下叶绿素荧光参数的变化。F₀(无光合光时的最小荧光产率)在盐度胁迫下增加[7，18，19]。盐胁迫破坏了叶绿体的超微结构，如类囊体膜等[20.]。可能增加了F₀值是由于光收集配合物II (LHC II)的解离和膨胀的类囊体上的PSII反应中心[7];然而,F_米(在没有光合光的情况下最大荧光产量)在盐胁迫下的植物与对照植物相比下降[7，18]。F_v/ F_米(PSII的最大效率)在正常生长条件下，不同物种的PSII效率高度一致(约为0.78-0.84);在中等盐胁迫或长时间盐处理下，敏感品种的光合速率降低[7，15，18，19，21，22]。ΦPSII，也是PSII的有效量子产率，代表光化学中吸收能量的比例，它决定了PSII的效率。它受电子传递速率或电子受体(如NADP)浓度的影响⁺，可在PSI的接收端使用。ΦPSII值在中等盐胁迫下下降，耐盐系高于敏感系[j]。15]。然而，另一项研究[23却产生了相反的结果;ΦPSII没有变化，但电子传递速率(ETR)下降，他们推测光合有效辐射(PAR)在实验中并不均匀。另一项研究也表明，当F_v/ F_米不同盐度胁迫水平下略有下降[7]。参数qL为基于湖泊模型的光化学猝灭系数，其中PSII反应中心通过共享天线连接[24]。qL反映了开放PSII反应中心的比例，与ΦPSII高度相关，敏感品种在盐胁迫下呈下降趋势[j]。21]。NPQ反映了过剩能量作为热量散失的水平。有研究表明，盐胁迫下耐盐品种的NPQ值升高，敏感品种的NPQ值降低[21]，但在另一项研究中，耐盐系和敏感系的NPQ在盐胁迫下均显著增加[23]。目前尚不清楚NPQ与植物耐盐水平之间的关系。

在研究非生物胁迫对不同作物的影响时，一种基于图像的表型平台已被应用于提高性状评价过程的准确性和吞吐量[25，26]。最近的一项研究将数字成像和自动化机器人系统(Plant Accelerator)结合起来，测量了不同水稻品种的相对生长率(RGR)、蒸腾速率(TR)和蒸腾利用效率(TUE)，并通过关联研究发现了几个控制早期盐度反应的新遗传位点[27]。在这项工作中，我们旨在利用叶绿素荧光仪了解自然遗传变异与盐度胁迫下植物光合效率的关系。在对照和盐胁迫条件下，对8个耐盐程度不同的水稻品种进行了连续4 d的叶片叶绿素荧光监测。对结果进行了检查，以确定内部叶绿素荧光参数如何与老年幼苗的盐毒性症状相对应。基于这些发现，我们进一步研究了232个不同水稻品种在盐条件下幼苗叶片叶绿素荧光的表现。基于选择的叶绿素荧光参数与SNP变异的关联，分析了控制光合效率的遗传结构。

以8个不同耐盐水平的水稻品种为研究对象，在对照和盐度条件下，评价叶片荧光参数的时间序列表现

在中试试验中，我们旨在确定盐胁迫下叶绿素荧光变化范围较大的最佳苗期和目标叶片组织。我们根据耐盐水平选择了8个水稻品种，并将其分为耐盐、中度和敏感3类(表1)1）.

为了使种子同步萌发，我们将灭菌后的种子在37℃的水中浸泡2天，直到胚芽突出。在水培系统中生长3天后，水稻幼苗在随后的几天(第6、7、8天)中每天增加盐分水平(50、100、150 mM NaCl)，然后在第11天保持在150 mM，目测耐盐性(伤害评分，IS)。如图所示。1在对照和盐胁迫下，第6 ~ 9天第二叶是主要的光合器官，在第8天完全展开。为了评估对照和盐处理下幼苗期荧光参数的变化，在150 mM NaCl处理开始前(第8天)和150 mM NaCl处理后24、48和72 h(第9、10、11天)，使用脉冲幅度调制(PAM)荧光仪对8个品种的第二叶进行了评估(图2)。1）.在同一时间点对同一8个品种的对照第二叶进行评价。

如图所示。2与S1相比，第8 ~ 11天，对照组(红线)与盐处理组(蓝线)相比，6个叶绿素荧光参数的变化相对稳定。对照组的ΦPSII、qL和NPQ等参数存在品种差异，说明光合势在自然界中存在基因型差异，并可通过遗传调控。F₀F_米和F_v/ F_米在控制条件下，所有品种的值在整个观察期内都是稳定的(图中红线)。2)，但除极耐盐品种IR66946外，其他受试品种在盐处理下均以不同速率下降(图中蓝线)。2）.对于与能量分配相关的参数，如ΦPSII、qL和NPQ，当对照和盐处理剖面在不同品种间并列比较时，叶绿素荧光模式难以解释(附加文件7:图S1)。很可能在对照组和盐处理组中，光系统的能力已经受到损害，这与基因型之间已经存在的光合效率的自然差异相结合。为了通过叶绿素荧光准确评估不同基因型的耐盐水平，计算各参数处理与对照的比值(T/C)值，并以此推断光合效率的调控(图2)。3.;额外的文件2表2)。在第8 ~ 11天，与对照幼苗相比，150 mM NaCl处理的所有幼苗第二叶中Y(II)含量显著下降。在敏感品种中，受调控的[Y(NPQ)]和不受调控的[Y(NO)]能量耗散量子产率从第8天到第9天都有所升高(图2)。3.）.耐受性品种IR66946和诺娜博克拉的Y(NPQ)在第8 ~ 11天呈上升趋势，而敏感性品种在第9 ~ 11天呈下降趋势。耐盐品种149和223以及耐盐品种诺娜博克拉和IR66946的NPQ在第10天受到盐胁迫的调控。在盐处理第10天，与敏感品种8777相比，中耐品种IR66946、诺娜博克拉、149和223的NPQ Y(NO)实际量子产率仍然较低。

盐胁迫下不同品种幼苗叶片光合效率差异最大的时间点

在第8天盐浓度增加到150 mM NaCl之前，对照和盐处理组的第二叶在视觉上没有显著差异。在150mm NaCl孵育24h后(第9天)，敏感品种8777和IR28幼苗第二叶开始出现弱衰老症状。150 mM NaCl孵育48 h(第10天)，中敏感品种开始枯萎;中等到耐药品种在第11天开始表现出轻微的衰老症状，而极耐药品种看起来仍然健康。我们怀疑，从第6天(50 mM)盐处理的第一天起，光合机制就已经受到影响。1);然而，表型效应在第9 ~ 11天叶片组织开始衰老和死亡后才显现出来，这取决于品种的耐受水平。我们仔细研究了8个品种从第8天到第11天6个叶绿素荧光参数的变化。在我们的时间序列观测中，8个品种各参数的变化规律差异很大，说明叶绿素荧光是反映幼苗耐盐水平的敏感而复杂的现象。F_v/ F_米盐处理的中敏感品种在第10天的ΦPSII值接近于0(图2)。2c和附加文件7:图S1)，在全基因组关联研究(GWAS)中不能将其视为定量表型。然后，我们决定在盐胁迫下的223个不同水稻材料的第9天测量6个叶绿素荧光参数，并将这些测量作为后续关联分析的数量性状(附加文件)3.表S3)。

232个水稻品种叶绿素荧光参数在盐度胁迫下的分布

150mm盐处理2天后，F_v/ F_米和我们预期的一样，在0.7到0.8之间;F₀F_米， ΦPSII, qL和NPQ值在232个不同的文献中呈正态分布(图2)。4）.然后，我们调查了5个亚群和2个亚种的参数变化，发现粳稻亚种的F值显著高于亚种₀和NPQ值大于籼稻亚种(P-学生的值< 0.0001t-test，附加文件8:图S2);在粳稻亚种,热带粳稻品种的F值更高₀值比其他品种，和芳香品种有更高的NPQ值(附加文件8:图S2a和f). ΦPSII籼稻子组略高于其他四个子组(附加文件8:图S2d)， F_米F_v/ F_米和qL，我们没有发现两个亚种之间的显著差异(附加文件8:图S2b、c和e)。叶绿素荧光参数值在各亚群中分布广泛，可以反映水稻光合效率存在广泛的遗传变异。

为了评估第9天记录的这232个水稻品种的叶绿素荧光与第11天观察到的视觉盐毒性症状(即伤害评分)之间的关系，我们成对绘制了这些变量并计算了它们的相关性(图2)。5和附加文件4:表S4)。除F₀与损伤评分中度相关。考虑到叶绿素荧光参数在不同亚群体中存在差异，我们研究了这些参数与各亚群体的耐盐水平是否存在遗传相关性(温带粳稻在无花果。6和其他五个亚种群在附加文件9:图S3)。热图中接近红色的颜色表示各叶绿素荧光参数值高于所有品种的平均值。在伤害评分上，红色代表较低的伤害评分，表明该品种对盐毒性的耐受性高于其他品种。这些结果清楚地表明，具有相关遗传背景的水稻品种并不一定具有相似的叶绿素荧光模式，这反映在它们对盐毒性的不同响应上，有力地支持了盐响应机制的复杂性。

盐胁迫下叶绿素荧光参数的GWAS

为了确定可能参与光合效率对盐胁迫响应的染色体区域，我们在三个面板中使用五个荧光参数进行了GWAS -一个完整的面板(232份资料，图2)。2),一个粳稻-特定面板(165个访问，附加文件)10:图S4)和a籼稻-特定面板(66个访问，附加文件)11:图5)。F_v/ F_米由于其变异窄且分布偏态(图2)，被排除在外。2）.对于整个面板，与naïve模型结果相比，采用P模型、K模型和P + K模型来减少假阳性信号;为粳稻-特定面板，只应用K模型。根据分位数-分位数(QQ)图，采用aP-value < 10⁻⁴在P模型和aP-value < 10⁻³在K和P + K模型中，并且在进一步的分析中没有考虑单例SNP。整个面板和两个亚种特异性面板中与每个叶绿素荧光参数相关的snp的Manhattan图和QQ图在补充文件中提供(附加文件)12:图S6)。为了确定重要基因组区域的候选基因，我们计算了最显著SNP与其相邻SNP之间的连锁不平衡(LD)。具有显著SNP的高LD染色体区域可能含有影响盐胁迫下光合效率的致病基因。本研究确定了盐胁迫下几个光合作用相关位点(表1)2）.在1号染色体上检测到5个不同参数的显著峰(41.7-42.5 Mb)₀F_米， ΦPSII, qL, NPQ)。该区域与一个数量性状位点(QTL)重叠，该QTL与盐胁迫下幼苗高度有关[j]。28]。的Ygl8在这个显著SNP簇附近发现了编码UMP激酶的基因(LOC_Os01g73450)。UMP激酶可能控制叶绿体中UMP/UMP/UTP的水平。突变体叶绿素生物发生受到影响Ygl8的叶绿体超微结构Ygl8显示片层错综复杂地堆叠和膨胀[32]。另一个显著峰位于6号染色体2.9 ~ 3.05 Mb处，在4个性状(F_米， ΦPSII, qL, NPQ)(表2）.F_米和NPQ与多余能量作为热量的耗散有关，并且在三个染色体区域检测到显著的SNP峰(表1)2）.这里，我们用F₀和qL为例，详细描述基因挖掘过程。最显著的SNP峰与F₀在整个小组中粳稻-特异性面板位于5号染色体上(图2)。7a).我们研究了位于2,825,199 bp处最显著SNP侧翼的LD结构，并根据LD的衰减确定了2,612,417和2,993,493 bp之间的区域(图2)。7b).根据Gramene Mart的Plant Genes 60数据库(www.gramene.org)， 61个基因在该区域被注释(附加文件5表5)。OsNHX3（LOC_Os05g05590或Os05g0148600(位于chr5: 2,777,359 - 2,783,546 bp)编码nhx型Na⁺/小时⁺并且接近最显著的SNP(图2)。7b).先前的一项研究表明OsNHX3被盐处理上调[35]。另一个基因(LOC_Os05g05600或Os05g0148700)在…旁边OsNHX3该蛋白被称为“衰老相关蛋白OSA15”，位于叶绿体中，但它如何调节水稻叶片衰老还有待研究。另外两个基因(LOC_Os05g05830或Os05g0150800和LOC_Os05g05950或Os05g0151400)也被预测以叶绿体为目标，但它们在光合效率中的作用有待证实。对于qL，共有7个显著SNP峰(P-value < 10⁻³基于P + K模型，在整个面板中检测到位于染色体1、2、5、6和12之间的基因(附加文件)13:图S7a)。分析了第5号染色体上最显著SNP (26,473,167 bp)周围的LD(附加文件)13:图S7b)。根据LD的衰减，候选基因所在的区域在26,164,849 ~ 26,862,431 bp之间，在该区域注释了113个基因(附加文件)6表6)。盐胁迫下根长和根干重相关的4个qtl [j]30.]和耐盐水平[33]居住在这个地区(见表)2）.的基因OsCBL4（OsSOS3，LOC_Os05g45810或Os05g0534400)在该区域编码了ef -hand型钙调磷酸酶b样蛋白(附加文件)13:图S7b)。OsCBL4在拟南芥中具有与AtSOS3相同的功能，参与调控胞内Na的调控途径⁺和K⁺体内平衡与耐盐性[36]。

为探索水稻耐盐育种的潜在遗传资源，叶绿素荧光参数可作为可靠的选择指标，在损伤症状外源表达前，利用像素化的叶绿素荧光数据评价水稻的耐盐水平。叶绿素荧光参数F₀和F_米直接由叶片决定，但F₀可归因于PSI荧光，它可以在压力下受到积极或消极的影响[39]。在我们的研究中，F₀在先导试验和232个品种试验中，与伤害评分的相关性最低。叶绿素荧光参数中，F_米在我们的试点实验中，与受伤分数的相关性比其他的高。而在232个不同品种中，ΦPSII的参数与损伤评分的相关性最高。考虑到整个小组包括籼稻- - -粳稻各亚组损伤评分与6个叶绿素荧光参数的相关性均优于整体。在籼稻-特异性面板，损伤评分与F_米从- 0.490提高到- 0.617，这也与包括5个籼稻水稻品种。此外，NPQ和ΦPSII与损伤评分的相关性在亚组中也有所提高。损伤评分与ΦPSII的相关性较好粳稻单独的品种。叶绿素荧光参数的模式及其与损伤评分的关系可能表明不同的策略在植物中起作用籼稻和粳稻水稻在盐胁迫下的生存能力。

F的减少_米被证明是PSII反应中心因压力而失去活性的一个指标[40]。此外，F₀也可能是与应激相关的负性性状，可能导致LHCII和PSII分离或PSII反应中心失活[41，42]。在我们的初步实验中，F₀除最敏感品种“8777”外，其余品种在盐胁迫第8天至第9天均呈上升趋势，然后逐渐下降，直至150mm盐处理结束(不包括两个极耐盐品种Nona Bokra和IR66946)。有可能F₀和F_米是由于叶绿体的损伤，这可以从膜系统的超微结构中看到[7，18，20.]。此外，光系统II或I中蛋白质的功能障碍也可能与F的减少有关_米［7]。与具有稳定F_v/ F_米和F_米值，敏感品种F值显著降低₀和F_米值，这可能表明天线结构严重受损或PSII反应中心失活。我们怀疑极敏感品种8777的叶绿体超微结构已经严重受损，因为幼苗已经在50-100 mM的盐水溶液中生长了2天(从第6天到第7天)。我们预计，与我们研究中测试的其他敏感品种相比，8777的膜系统相对脆弱，这也反映在F值较低上_v/ F_米品种8777的比值。

叶绿素荧光指标包括Y(II)、Y(NPQ)和Y(NO)。这些指标代表了PSII光合反应中心的总能量分布。黄瓜对盐胁迫的反应是Y(II)水平降低、Y(NPQ)和Y(NO)水平升高[j]。43]。在本研究中，耐盐系(IR66946、Nona Bokra)和敏感系(8777、IR28)第9 ~ 11天的Y(II)、Y(NPQ)和Y(NO)的动态表明，提高PSII效率可以提高耐盐性;因此，PSII(包括Y(NPQ)和Y(NO)组分)的能量耗散量子产率可能提示不同水稻品种的耐盐水平不同。Y(NPQ)的增加取决于跨类囊体pH梯度的形成，而质子泵在敏感线中似乎是低效的[44]。低Y(NPQ)值也可能代表低叶黄素循环活性[45，46]，而Y(NPQ)是ΔpH-dependent PSII天线中过量光能耗散的指标，导致光抑制或叶黄素循环[47，48，49]。Y(NO)对应多余能量的非调节耗散，可用作应力指标[50]。ETR、qN、qP和Y(NO)可作为区分不同水稻基因型抗逆性的指标，结合对盐度和淹水胁迫的响应[j]。51]。

将光合效率与耐盐水平联系起来是具有挑战性的，特别是当不同基因型的光合性能和植物生长速率与盐处理无关时。我们知道，在外部症状出现之前，植物细胞中过量盐的积累引发了内部生理变化[52]。在我们的研究中，232个不同品种的盐处理品种在第6天至第9天未检测到明显的衰老，第9天第二叶片的荧光参数与第11天的伤害评分部分相关。因此，我们推测这些结果可能是由于不同种质中存在多种耐盐机制。提出了三种主要的耐盐机制:组织耐盐、渗透耐盐和离子排斥耐盐[53]。考虑到从第6天开始，所有材料都接受了相同的盐处理，组织耐受性较好的品种能更有效地调动钠到液泡中，使叶绿体损伤较小，进行光合作用。如果品种主要通过根系的离子排斥产生耐盐性，那么在叶片中检测到的叶绿素荧光可能主要反映植物的自然衰老过程，而不是盐积累的净毒性作用。如negr等人所述。[54]，在量化盐度对光合作用的影响时，难以区分光合作用与生长减少之间的因果关系;因此，与叶绿素生物合成相关的表型可能会混淆相关结果的解释。通过我们的实验过程，我们发现了几个与叶绿素荧光参数变化相关的染色体区域，一些显著的snp与先前被证明参与耐盐性的基因密切相关。Ygl8，OsNHX3, OsCBL4)，然而，大多数新snp的影响很小(R²小于10%)，可部分归因于被试品种的发育老化变异。当目标是确定仅对盐度胁迫有反应的染色体区域时，需要考虑自然衰老过程的仔细实验设计。

光合效率是一种数量性状吗?它在盐度胁迫下是如何变化的?在本研究中，我们试图通过对盐胁迫下水稻幼苗叶绿素荧光的表型分析来回答这两个问题。我们的研究结果揭示了光合效率的定量趋势，并且光合效率存在显著的遗传异质性，这意味着光合效率高度依赖于遗传背景。考虑到本研究群体规模较小，建议今后的关联研究应增加品种数量，丰富有利等位基因;或者，使用双亲本作图群体，通过杂交耐受性和易感品种，显示出不同的叶绿素荧光成像模式，将使我们能够解剖和识别控制光合效率的遗传成分和基因。

植物材料和生长条件

8个水稻品种，包括4个耐盐品种、3个耐盐品种和1个盐敏感品种，在中试试验中进行了评价1）.对于GWAS实验，研究使用了来自71个国家的232份资料(附加文件)3.表S3)。这个全球小组包括5个亚群:59个热带粳稻, 65年温带粳稻38岁籼稻21岁来自, 9芳香42个混合加入。水稻材料来自于美国农业部农业研究中心，Dale Bumpers国家水稻研究中心，阿肯色州斯图加特，遗传库存Oryza Collection (www.ars.usda.gov GSOR）.如Zhao等人所述，每个加入都在44,000个SNP阵列上进行基因分型。[55]。在剔除缺失率大于10%和次要等位基因频率小于5%的SNP后，在属于整个面板的232、165和66个入选中分别鉴定出29195、14750和21514个SNP标记。粳稻-特定面板，以及籼稻-特定面板。

将灭菌后的种子在37°C的水中浸泡2天以同步发芽，第3天将发芽的种子放入植物池的水培系统中。每个试验中每个水稻加入3个重复。光周期设置为12h -day/ 12h -night循环，温度设置为28°C / 25°C(昼/夜)。光强控制在350 μmol m⁻²年代⁻¹。水培溶液为半强度的木村B溶液[56]。在水培系统中生长3天后，水稻幼苗在随后的几天(第6、7、8天)中每天增加盐分水平(50、100、150 mM)，然后在第11天保持在150 mM，以视觉评估耐盐性(伤害评分，IS)。1）.对照组在相同条件下生长，不添加任何盐。每3天刷新一次水培液，调整培养液pH至4.9。

在中试试验中，对照组和处理组分别于第8、9、10、11天进行叶绿素荧光成像;GWAS实验仅在盐处理组第9天进行叶绿素荧光成像。

幼苗叶片的叶绿素荧光成像

PAM荧光计(成像-PAM的MAXI版本;Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany)被用来捕捉树叶上反射几个叶绿素荧光参数的图像。成像在暗室中进行(温度设定为25℃)。在对幼苗的第二片叶子进行测量之前，水稻幼苗至少要适应黑暗30分钟。为了尽量减少昼夜节律对光合作用效率的影响，所有测量都在白天的同一时间进行。最小荧光(F)₀)在弱调制辐射(0.5 μmol m)下测定⁻²年代⁻¹)，最大荧光(F_米)，通过施加饱和脉冲辐射(2700 μmol m)记录⁻²年代⁻¹）.为了测量光响应，将350 μmol m⁻²年代⁻¹)驱动光合作用5分钟。光照下的稳态荧光(F_t)在0.5 μmol m弱调制辐射下连续监测⁻²年代⁻¹)，光的最大荧光(F_米’)通过施加饱和脉冲辐射(2700 μmol m)来评估⁻²年代⁻¹)，最小荧光计算为F₀' = f₀/ (F_v/ F_米+ F₀/ F_米”)。利用这些基本测量得出相关的荧光参数:F_v/ F_米、ΦPSII、qL和NPQ [57]。

实际光合效率[Y(II)]按genenty等人的描述计算[58]。PSII中调节能量耗散的量子产率[Y(NPQ)]和PSII中不调节能量耗散的量子产率[Y(NO)]根据Kramer et al. [24)方法。

六个主要叶绿素荧光参数的定义和计算如下:

1. 1.

   F₀(最低荧光)

2. 2.

   F_米(最大荧光)

3. 3.

   F_v/ F_米(最大PSII量子产率)，F_v/ F_米= (F_米- f₀) / F_米

4. 4.

   ΦPSII(有效PSII量子产率)，ΦPSII = (F_米“- f_t) / F_米”

5. 5.

   qL(光化学猝灭系数)，qL = (F_米“- f_t) / (F_米“- f₀’)* (f₀' / F_t）

6. 6.

   NPQ(非光化学猝灭)，NPQ = (F_米- f_米') / F_米”

7. 7.

   Y(II) = (Fm ' -Fs)/Fm '

8. 8.

   Y(NO) = 1/(NPQ + 1 + qL(Fm/Fo-1))

9. 9.

   Y(NPQ) = 1-Y(II)-1/(NPQ + 1 + qL(Fm/Fo-1))

10. 10.

    y (ii) + y (no) + y (npq) = 1

建立评价盐胁迫水平的视觉标准体系

为了量化和比较不同水稻品种的盐毒性症状，我们修改了国际水稻研究所(IRRI)的标准评价体系(SES) [59]根据我们的观察，并在1到9的范围内分配了伤害评分，其中低分(接近1)代表宽容个体，高分代表敏感个体(附加文件)1:表1)。

全基因组关联分析

四种统计模型用于鉴定snp与性状变异之间的关联:naïve、P、K和P + K模型。naïve模型表示为Y=Xβ+ε,在那里Y是表型数据，X为基因型数据，β为SNP效应，ε为随机效应。P模型表示为Y=Xβ+Pγ+ε,在那里P为种群结构，γ为种群结构效应。K模型表示为Y=Xβ+祖茂堂+ε式中，u为亲属关系随机效应，Z为巧合矩阵。P + K模型表示为Y=Xβ+Pγ+祖茂堂+ε。采用主成分分析法对种群结构进行分析[60]。在TASSEL 4.0中进行关联分析[61]及R/GAPIT [62]。

最显著SNP与邻近SNP之间的LD用Haploview 4.2中的Tagger估计[63]。根据LD (r)确定候选区域²> 0.7)，该区域内的候选基因通过Gramene BioMart (http://ensembl.gramene.org/biomart）.SNP位置基于IRGSP 1.0注释。

统计分析

使用Pearson相关来估计性状之间的相关水平。采用夏皮罗-威尔克法检验各性状的正态性。利用“欧几里得”方法计算不同品种间的遗传距离，利用“complete”方法进行聚类分析，评价性状与水稻品种遗传背景的关系，绘制热图。所有的分析都是使用公开可用的R包进行的。

本研究过程中产生或分析的所有数据均包含在本文及其补充信息文件中。

ETR:

电子转移速率

GWAS:

全基因组关联研究

国际水稻研究所:

国际水稻研究所

LD:

连锁不平衡

大型强子对撞机:

聚光复杂

NPQ:

Nonphotochemical淬火

帕姆:

脉冲幅度调制

PS:

光系统

qq：

Quantile-quantile

QTL:

数量性状位点

RGR:

相对增长率

SES:

标准评价体系

TEJ：

温带粳稻

TR:

蒸腾速率

TRJ:

热带粳稻

星期二:

蒸腾利用效率

我们感谢Susan McCouch博士和USDA-ARS, Dale Bumpers国家水稻研究中心- gsor提供的水稻种子，以及台湾Oldinburgh有限公司的专家就成像- pam仪器的操作提供的建议。

本研究由台湾科学技术部资助(批准号MOST 102-2313-B-002-001-MY3和MOST 105-2311-B-002-024-MY3)。资助机构在本研究的设计、数据的收集、分析和解释以及撰写手稿中没有任何作用。

从属关系

1. 台北市罗斯福路4段1号国立台湾大学农学系

   蔡玉昌，陈冠川，郑东山，李川，林世鸿，董志伟

贡献

YCT、KCC、TSC、CWT进行实验构思和设计;KCC、CL、SHL优化并进行实验;YCT, KCC, TSC和CWT分析数据并撰写稿件。所有作者已阅读并同意稿件。

相应的作者

对应到Chih-Wei东。

伦理批准并同意参与

不适用

发表同意书

不适用

相互竞争的利益

作者宣称他们没有竞争利益。

出版商的注意

施普林格·自然对已出版的地图和机构关系中的管辖权要求保持中立。

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