脯氨酸代谢途径对乌菜细胞质雄性不育系花粉发育的影响
发布时间：2020-04-14 22:14
【摘要】：乌菜(Brassica campesttris L.ssp.chinesis(L.)Makino var.rosularis Tsen et Lee)属于十字花科二年生芸薹属植物。乌菜具有耐低温,口味鲜甜,营养价值丰富等特点,在秋冬季节是消费者喜爱购买的叶菜类之一。但由于其常规育种周期长,且一些品种容易出现抗性弱,优良性状退化等问题,使得乌菜育种陷入瓶颈。而细胞质雄性不育系配组的杂交品种不仅能提高产量,增强品种抗性,并且降低生产周期与成本。因此,探究雄性不育系的快速育种方式是现在较为热门的研究方向之一。乌菜CMS的相关研究在近几年刚刚兴起,为进一步探究乌菜CMS的作用机制,本试验选取了属于Ogu CMS不育源的乌菜CMS 4-1A和4-2A及其可育系4-1B和4-2B作为试验材料,对比乌菜CMS系及其可育系在形态指标和花药形成时期的花蕾切片差异,观察外源喷施脯氨酸对乌菜不育系花蕾中花粉活力的影响,测定在植株生殖生长发育过程中,不同组织的游离氨基酸和脯氨酸含量、脯氨酸代谢途径中关键酶活性及其相关基因的相对表达量,主要结果如下:1、与乌菜可育系比较发现,乌菜CMS系在株高、根长和花期时间并无显著差异,但CMS系的花蕾发育迟缓,花器官异常,雄蕊干瘪皱缩,无明显花粉产生,且花柱短粗,花瓣较小。2、乌菜CMS系及其可育系的细胞学切片观察结果显示,与正常花粉发育相比,CMS系花粉的败育时期发生在四分体前期。主要表现为绒毡层的提早解体,减数分裂异常,小孢子分化缺乏足够的营养物质,导致花粉粒形成异常,从而导致不育。3、乌菜CMS系在抽薹之后的营养器官中游离氨基酸和脯氨酸含量均显著高于其可育系。不同的是,在花蕾发育过程中,从四分体前期(stage II)开始,直到成熟的花,与可育系相比,CMS系的游离氨基酸和脯氨酸含量均显著降低,推测可能是由于脯氨酸从营养器官运输至生殖器官的途径受阻,影响花蕾正常发育。4、为了进一步验证推测,分别喷施外源脯氨酸于CMS系及其可育系的叶片和花序上,观察其后期花粉活力变化。结果发现直接喷施脯氨酸于不育系花序上,可以恢复部分花粉活力,而喷施于不育系叶片上,对其育性无影响,验证了推测的可能性。5、比较不育系及其可育系不同组织的脯氨酸代谢途径关键酶活性,除了脯氨酸降解途径中的ProDH酶活无显著差异,不育系花蕾发育过程中,脯氨酸合成途径中的P5CS和OAT在花蕾中的活性均显著低于其可育系,且与可育系相比,不育系中P5CS和OAT的相对基因表达处于较低水平,说明除了谷氨酸途径与花粉发育相关,鸟氨酸途径也参与了花粉发育过程。
【图文】：
表 4-1 乌菜不育植株与可育植株的形态学指标比较Table 4-1 Morphological comparison between sterile lines and their maintainer lines株高Plant height(cm)根长Root length(cm)花期Flowering time(Day)花蕾Bud length(mm)花冠Corolla length(mm)花丝Stamen length(mm)柱头Pistil lengt(mm)114.18±9.85 a 24.53±1.26 a 87.62 ±3.84 a 6.46±0.17 b 8.92±0.55 b 3.96±0.02 b 5..70 ±0.1119.24±1.44 a 24.84±0.80 a 89.84 ±5.36 a 7.73 ±0.15 a 11.30±0.24 a 5.46±0.15 a 6.54 ±0.12表示在 P< 0.05 水平显著差异。). Letters indicate significant differences at P＜0.05 according to Duncan’s multiple range tests.
4.4 乌菜 CMS 及其可育系中脯氨酸含量比较由图 4-3 可得知，在乌菜抽薹时期，脯氨酸的含量在植株营养器官中逐渐升高，其中 CMS 系 4-1A 和 4-2A 的增长趋势最为显著，相比抽薹前期，在抽薹后期可育系营养器官中含有的脯氨酸分别上升了 1.4 倍与 1.5 倍，，CMS 系分别提高了 2 倍与 2倍。抽薹期间，相比可育系，CMS 系营养器官中含有较高水平的脯氨酸。其中在抽薹前期（90 DAG），两者脯氨酸含量之间无显著差异；在抽薹期间（100 DAG），CM系 4-1A 和 4-2A 的游离氨基酸含量相比其可育系分别增加了 32.1 %和 18.8 %；在抽薹后期（110 DAG），可育系 4-1B 和 4-2B 的脯氨酸含量相比其对应的 CMS 系 4-1和 4-2A 分别降低了 20.3 %和 16.1 %。在花蕾发育期间，可育系不同等级的花蕾其含量呈现增长趋势，不同的是，CMS 系从四分体前期（stage II）开始其含量变化增长缓慢，相比可育系脯氨酸含量显著降低，其中 4-1A 在四分体后期（stage III）达到峰值，在成熟花粉粒期（stage IV），其含量在 4-1A 和 4-2A 的花蕾相比其可育系减少了40.2 %和 38.9 %。从而 CMS 系中花的脯氨酸含量相比其可育系分别下降了 25.1 %和33.2 %。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S634
【图文】：
表 4-1 乌菜不育植株与可育植株的形态学指标比较Table 4-1 Morphological comparison between sterile lines and their maintainer lines株高Plant height(cm)根长Root length(cm)花期Flowering time(Day)花蕾Bud length(mm)花冠Corolla length(mm)花丝Stamen length(mm)柱头Pistil lengt(mm)114.18±9.85 a 24.53±1.26 a 87.62 ±3.84 a 6.46±0.17 b 8.92±0.55 b 3.96±0.02 b 5..70 ±0.1119.24±1.44 a 24.84±0.80 a 89.84 ±5.36 a 7.73 ±0.15 a 11.30±0.24 a 5.46±0.15 a 6.54 ±0.12表示在 P< 0.05 水平显著差异。). Letters indicate significant differences at P＜0.05 according to Duncan’s multiple range tests.
4.4 乌菜 CMS 及其可育系中脯氨酸含量比较由图 4-3 可得知，在乌菜抽薹时期，脯氨酸的含量在植株营养器官中逐渐升高，其中 CMS 系 4-1A 和 4-2A 的增长趋势最为显著，相比抽薹前期，在抽薹后期可育系营养器官中含有的脯氨酸分别上升了 1.4 倍与 1.5 倍，，CMS 系分别提高了 2 倍与 2倍。抽薹期间，相比可育系，CMS 系营养器官中含有较高水平的脯氨酸。其中在抽薹前期（90 DAG），两者脯氨酸含量之间无显著差异；在抽薹期间（100 DAG），CM系 4-1A 和 4-2A 的游离氨基酸含量相比其可育系分别增加了 32.1 %和 18.8 %；在抽薹后期（110 DAG），可育系 4-1B 和 4-2B 的脯氨酸含量相比其对应的 CMS 系 4-1和 4-2A 分别降低了 20.3 %和 16.1 %。在花蕾发育期间，可育系不同等级的花蕾其含量呈现增长趋势，不同的是，CMS 系从四分体前期（stage II）开始其含量变化增长缓慢，相比可育系脯氨酸含量显著降低，其中 4-1A 在四分体后期（stage III）达到峰值，在成熟花粉粒期（stage IV），其含量在 4-1A 和 4-2A 的花蕾相比其可育系减少了40.2 %和 38.9 %。从而 CMS 系中花的脯氨酸含量相比其可育系分别下降了 25.1 %和33.2 %。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S634
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 舒畅;刘超;吴江生;;甘蓝型油菜新型细胞质雄性不育类型NRO4270A的鉴定[J];西北植物学报;2015年05期
2 王继s
本文编号：2627766
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