野鸢尾与射干种间杂交后代遗传变异及花色形成机理研究

发布时间：2020-06-25 02:19

【摘要】：野鸢尾(Iris dichotoma)和射干(I.domestica)均属于鸢尾科鸢尾属(Iris)多年生草本植物,原产中国,夏季开花,具有花期长、花量大、抗寒、抗旱、耐瘠薄等特点。本试验以蓝紫色(V)、黄色(Y)和白色(W)野鸢尾与射干(S)杂交、回交及自交后代为试材进行植物学主要性状遗传分析;以黄花野鸢尾、射干以及部分F_1,F_2,BC_1杂交后代为试材,进行花粉大小、生活力和减数分裂行为研究;对不同花色的花瓣色素成分的初步分析,判断不同花色花瓣主要的成色物质;利用高效液相色谱-质谱分析(HPLC-MS)技术鉴定野鸢尾与射干种间杂交后代花瓣中的花青素苷,利用主成分分析(PCA)比较不同花色主要花青素的构成。主要结果如下:以三种花色的野鸢尾作母本和射干杂交,得到的F_1花色均与亲本不同,分别呈现紫色、红褐色和蓝紫色;其F_1自交获得的F_2代群体出现了十分丰富的花色分离;在F_1回交试验中,与射干回交相比与野鸢尾回交,其后代出现了更丰富的花色。以射干为母本,三种花色的野鸢尾为父本,获得的F_1以及自交F_2的花色均和射干相同。对黄花野鸢尾、射干及其杂交后代F_1、F_2、BC_1-S和BC_1-Y的花粉生活力和减数分裂观察,发现种间杂种F_1(Y×S)与黄花野鸢尾回交后代比与射干回交后代的育性要好一些。不育后代F_2-1和BC_1-S-1出现较高比例的减数分裂异常行为,包括未配对染色体、染色体桥、滞后染色体、异常纺锤丝、不同步分离、不均等分裂等异常行为,这些异常是造成花粉败育的主要原因。杂交后代的花色分为8种色系:蓝紫色、紫色、棕褐色、橙色、红色、粉色、黄色和白色。对不同色系的花瓣进行解剖观察拍照,花瓣所呈现的颜色与内部色素细胞或细胞团所呈现的颜色基本相一致,花瓣中色素主要都分布于上表皮。初步定性表明蓝紫色、紫色、粉色和白色花瓣不含有类胡萝卜素,纯黄色和纯白色花瓣不含有花青素。所有色系的花瓣均在330 nm附近有特征吸收峰,表明均含有黄酮类化合物。通过高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS),在野鸢尾与射干种间杂交后代分析鉴定出的29花青素苷,来源于6种花青素糖苷配基:飞燕草色素(Dp)、天竺葵色素(Pg)、矢车菊色素(Cy)、矮牵牛色素(Pt)、锦葵色素(Mv)和芍药色素(Pn),其中矢车菊色素、矮牵牛色素、芍药色素和锦葵色素的衍生花青素苷远不如飞燕草色素和天竺葵色素的种类和含量丰富,但它们在花色形成过程中也具有重要功能。4种最丰富的飞燕草色素花青素苷是Dp3RG5G,Dp3cispCRG5G,Dp3transpCRG5G,Dp3feRG5G,对第1主成分的贡献率最大,从而分离出了蓝紫色、紫色和棕褐色系的花瓣。虽然主要在橙色、红色和粉色的花瓣中检测到天竺葵色素,但是在杂交后代中的蓝紫色、紫色、棕褐色和黄色系的花瓣中也检测到少量的天竺葵色素。从野鸢尾与射干及种间杂交后代中提取的29种花青素,可以分为6组:无酰基化糖苷(3RG,3RG5G),乙酰糖苷(3acRG5G),香豆酰糖苷(3pCRG,3pCRG5G),咖啡酸糖苷(3CRG5G),阿魏酸糖苷(3feRG,3feRG5G)和乙酰化香豆酸酰基(3ac-pCRG5G)。不同色系中花青素苷是否酰基化和酰基化种类存在明显区别。对不同色系花瓣花青素成分的分析鉴定,有助于进一步研究花色形成机制,为培育鸢尾新品种奠定基础。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S682.19
【图文】：

鸢尾,射干,杂交亲本,蓝紫

图 2-1 试验杂交亲本A, B. 蓝紫花野鸢尾（V）；C, D. 黄花野鸢尾（Y）；E, F. 白花野鸢尾（W）；G, H. 射干（S）标尺=1 cm.Fig. 2-1 Hybridization materialsA, B. I. dichotoma (violet，V)；C, D. I. dichotoma (yellow, Y)；E, F. I. dichotoma (white, W)；G, H. I. domestica (S). Scalebar=1 cm.2.1.2.2 植物学性状观测标准花冠幅：花朵盛开时的花朵直径；内、外花被长度：分别取下内、外花被，游标卡尺测量花瓣基部到顶端的距离；内、外花被宽度：游标卡尺分别测量内、外花被中间最宽部位的长度；花、花柱和花药颜色：记录花朵盛开时花朵、花柱的颜色，有无斑点及中脉的颜色；花药的颜色及花药背部颜色；花柱裂片长度：根据野鸢尾与射干的花柱裂片长度，将杂交后代的花柱裂片长度划分为 5 个等级，并赋予数值 1-5，接近射干柱头裂片长度的记录为数值 1（0.1-1mm）；接近野鸢尾柱头裂片长度的记录为数值 5（9-11mm）；柱头裂片长度介于野鸢尾与射干之间的分别记录为 2（0.1-4mm），3（4-6mm）和 4（6-9mm）；

射干,鸢尾,种间杂交,后代

三种花色的野鸢尾分别作为父本，获得 F1(S×V)，F1(S×Y)和 F1(S×W)的花色均和射干相同（图2-2）。图 2-2 野鸢尾与射干种间杂交后代 F1的花器官性状A. F1(V×S)；B. F1(Y×S)；C. F1(W×S)；D. F1(S×V)；E. F1(S×Y)；F. F1(S×W). 标尺=1 cm.Fig. 2-2 Flower characteristics of interspecific hybrid F1from I. dichotoma and I. domesticaA. F1(V×S)；B. F1(Y×S)；C. F1(W×S)；D. F1(S×V)；E. F1(S×Y)；F. F1(S×W). Scale bar=1 cm.通过 6 组种间杂种 F1自交，获得 F2代群体；以射干作母本的 3 组杂种 F1自交获得的所有 F2代群体，花色不仅没有出现分离，而且与对应的 F1及射干保持一致。然而以三种花色的野鸢尾为母本的 3 组杂种 F1自交获得的 F2代群体出现了十分丰富的花色分离。如表 2-2 所示，F2(V×S) 和 F2(W×S) 的子代花色呈现出紫色的比例最高，分别达到 46.0%和 38.1%；也呈现出橙色、红色和黄色等花色。F2(V×S) 出现了较高的蓝紫色和粉色，15.8%和 18.0%。而 F2(W×S) 呈现蓝紫色和粉色的子代比例分别为23.8%和 9.5%。红色花子代在 F2(V×S) 和 F2(W×S) 分别占 6.1%和 4.8%。F2(W×S) 中没有发现棕褐色的子代。F2(Y×S) 比另两个 F2群体出现了较多的橙色和红色花朵，比例分别为 15.7%和 11.1%。F2(Y×S) 子代的在斑点分布规律上，明显不同于F2(V×S) 和 F2(W×S) 。花色呈现棕褐色、黄色和白色的子代在三组 F2群体中出现的频率相对较低（表 2-2

【参考文献】