烟草细胞质遗传柱头外露性状发育特征研究

发布时间：2020-07-12 23:59

【摘要】：柱头外露作为可提高作物异交结实率的重要性状,被广泛应用于杂种优势利用育种中来提高杂交制种产量。课题组在田间发现了一个烟草柱头外露不育系突变体,经典遗传分析发现,柱头外露性状呈细胞质遗传,通过连续回交获得了柱头外露不育系MSK326SE、柱头正常发育不育系MSK326和K326三个同核异质烟草材料。本试验拟通过对三个烟草品种(系)花蕾的形态发育特征、花蕾发育过程中的生理指标变化、花蕾花柱定长时的细胞学特征及花蕾发育过程中的相关基因表达量变化研究,探明烟草细胞质遗传柱头外露的遗传发育机理。主要研究结果如下:(1)对三个烟草品种(系)花蕾发育过程中的形态学特征测量发现:MSK326SE的花柱快速发育时期早于花蕾快速发育时期。MSK326SE的柱头在时期3(花蕾长度8.58±0.38mm)开始外露。MSK326SE的花蕾长度极显著小于K326、MSK326,花柱长度极显著大于K326、MSK326。为方便研究烟草柱头外露,我们根据三个烟草品种(系)花蕾的形态学发育特征研究结果,以K326花蕾发育的主要长度特征为参照,将三个材料的花蕾按长度特征分成5个发育阶段。(2)对三个烟草品种(系)花蕾5个发育阶段的激素含量、抗氧化酶等生理指标测定发现:MSK326SE的CTK含量、IAA含量、抗氧化酶活性以及可溶性蛋白含量在柱头发育早期均极显著高于K326、MSK326。MSK326SE的CTK含量、IAA含量在柱头发育早期发育的含量最高,说明柱头外露可能与细胞数目增多有关。MSK326SE的抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量说明在柱头发育早期的含量最高,说明柱头外露材料的生理活动代谢旺盛,可溶性蛋白积累较多。(3)对花蕾花柱定长时的细胞学特征的比较观察观察分析发现:MSK326SE的花柱细胞长度、花柱细胞面积均显著小于K326、MSK326。MSK326SE的花柱细胞总数极显著高于K326、MSK326,这说明柱头外露性状可能与花柱细胞数目增多有关。(4)通过对三个烟草品种(系)花蕾5个发育阶段的细胞分裂相关基因、激素相关基因、活性氧代谢基因、应激蛋白基因以及聚胺合成基因表达量的测定分析发现:MSK326SE花蕾中与细胞分裂相关基因(Nt CYCD3;1、Nt CDKB1-1、Nt ANTL)的表达量在柱头发育早期均极显著高于K326、MSK326。MSK326SE花蕾中与激素相关基因(Nt PR2、Nt CHN50、Nt EFE26、Nt NCED1)、应激蛋白基因(Nt ERD10C、Nt ERD10D)的表达量柱头发育早期均极显著高于K326、MSK326。MSK326SE花蕾中的活性氧代谢基因(Nt GST1、Nt CAT1、Nt APX、Nt SOD)的表达量在柱头发育早期均极显著高于K326、MSK326。MSK326SE花蕾中与多胺合成相关基因(Nt SAMDC、Nt ADC1)的表达量在柱头发育早期均极显著高于K326、MSK326。细胞分裂相关基因(Nt CYCD3;1、Nt CDKB1-1、Nt ANTL)能促进细胞周期的进行,激素相关基因(Nt PR2、Nt CHN50、Nt EFE26、Nt NCED1)分别是水杨酸响应基因、乙烯生物合成基因、脱落酸合成基因,水杨酸、乙烯、脱落酸在植物体内可以参与信号转导,抑制细胞伸长。MSK326SE花蕾中与细胞分裂相关基因(Nt CYCD3;1、Nt CDKB1-1、Nt ANTL)、激素相关基因激素相关基因(Nt PR2、Nt CHN50、Nt EFE26、Nt NCED1)在柱头发育早期的高表达说明,柱头外露材料的细胞伸长受到抑制、细胞分裂活动旺盛。多胺在植物体内参与调控衰老进程、花芽分化进程等,MSK326SE花蕾中与多胺合成相关基因(Nt SAMDC、Nt ADC1)在柱头发育早期的高表达说明,多胺可能参与柱头外露的调控。MSK326SE花蕾中的应激蛋白基因(Nt ERD10C、Nt ERD10D)、活性氧代谢基因(Nt GST1、Nt CAT1、Nt APX、Nt SOD)在柱头发育早期的高表达说明,柱头外露材料的生理代谢活动旺盛。细胞质遗传烟草柱头外露材料MSK326SE的柱头外露发生在时期3。柱头外露的主要原因与MSK326SE花蕾的生理代谢旺盛、细胞分裂活动旺盛有关。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S572
【图文】：

12图 1 烟草花蕾的形态学指标测量Fig.1 Methods for measuring morphological indexes of tobacco buds

注：（A）、（B）、（C）分别为 K326、MSK326、MSK326SE 从时期-5 至时期 12 时期的花蕾发育过程。图 2 三个材料花蕾发育过程的形态学特征比较Fig.2 Comparison of morphological characteristics of bud development in three materials表 4 三个材料花蕾发育时期与对应的花蕾长度Table 4 Developmental buds and corresponding bud lengths of three materials (mm)

注：大写字母和小写字母分别表示在 0.01 和 0.05 水平差异显著，下同。图 4 三个材料花蕾的激素含量比较Fig.4 Comparison of hormone content in buds of three materials激素对于植物生长发育有重要的调控作用，能积极调节植物的生长发育过程[97,98]。CTK 能促进细胞分裂，细胞体扩大、抑制衰老等[99]。IAA 作为促生长类激素，影响细胞的伸长和分裂，并与花器官的形成有关[100]。GA 能打破种子休眠、促进种子萌发以及完整植株的伸长生长，并参与调解花的性别分化。ABA 具有引起植物芽休眠、叶子脱落和抑制细胞生长等生理作用[101]。对三个烟草品种（系）花蕾的 CTK、IAA、GA、ABA 含量进行测定，试验结果表明，三个材料的 CTK 含量，均呈现先升高而后趋于平稳的趋势。在 T1、T2、T3、T4 发育阶段时，柱头外露材料 MSK326SE 均高于柱头不外露材料 K326、MSK326，并呈显著差异（图 4A）。在五个发育阶段，MSK326SE 的 IAA 含量总体上呈现先升高后下降的趋势，K326、MSK326 总体呈现逐渐升高的趋势。柱头外露材料 MSK326SE 的 IAA 含量在 T1、T2、T3、发育阶段时，均显著高于柱头不外露材料 K326、MSK326（图 4B）。MSK326SE 的 GA 含量呈现先下降后升高的趋势，在 T1、T3、T4 发育阶段时，柱头外露材料 MSK326SE 均低于柱头不外露材料 K326、MSK326。在 T5 发育阶段时，柱头外露材料 MSK326SE>柱头不外露 MSK326>柱头不外露 K326（图 4C）。柱头外

【参考文献】

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本文编号：2752664