大葱春化和抽薹特性及其机理研究

发布时间：2017-12-15 08:19

  本文关键词：大葱春化和抽薹特性及其机理研究

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【摘要】：大葱未熟抽薹导致商品品质降低,影响生产效益和市场周年供应。探索大葱先期抽薹特性和机理将为生产中有效调控大葱抽薹,实现高效生产提供理论和技术依据。本研究采用大田试验观察,温控箱控制温度和光照条件等试验方法,分析品种、播期和定植环境对大葱抽薹的影响;研究大葱春化苗龄、低温和低温持续时间,以及通过春化后大葱抽薹需要的温度和光周期条件;测定大田条件下,大葱春化和抽薹时期生物量和生化物质的变化。克隆大葱中两个关键的植物开花基因FT和LFY基因的同源基因,分析其在大葱生长过程中的表达情况。研究了单子叶模式植物二穗短柄草的开花调控网络,为大葱抽薹开花相关基因和分子机理研究提供指导。主要结果如下:1.两年的大田试验结果显示,品种、播期和定植环境对大葱抽薹有显著影响。‘金冠’和‘铁杆梧桐’可以被划分为早抽薹品种,‘夏黑2号’和‘鳞棒大葱’可以被看作晚抽薹品种;定植时的苗态和抽薹有紧密的关系,由于不同播期苗龄和定植前的积温不同,定植时大葱的形态有显著差异,因此播期对抽薹有显著影响;不同定植环境温度条件有很大不同,春化需求满足后,温暖环境(大棚)要比寒冷环境(露地)更适宜大葱的生长和开花,因此,大棚定植要比露地定植开花提前。2.通过将不同苗龄的大葱在温控箱进行低温处理,明确大葱春化的临界苗龄、温度和低温持续时间。‘鲁葱6号’大葱感应春化所需的临界苗态为50 d日历苗龄,3叶期,假茎粗2.17 mm;感应春化的温度范围为15/10℃到5/0℃,其中最适宜温度为10/5℃;足够大的苗龄和适宜的春化温度条件下,需要15 d即可完成春化,进行花芽分化。3.人工控制生长条件下对完成春化的大葱进行温度和光周期处理,探讨抽薹所需要的温度和光周期条件。‘鲁葱6号’大葱抽薹的适宜温度为25/20℃,表现为开花提前,抽薹率高;长日照比短日照条件下抽薹提前,但是在适宜温度条件下,长日照和短日照条件下大葱都能够抽薹开花,因此大葱属于日中性植物。4.研究了大葱春化和抽薹过程中植株生物量和生化物质的变化。越冬前,除了可溶性蛋白含量和C/N值外,其它测定的生理指标在抽薹和不抽薹处理大葱中的变化趋势一致,因此可以判断这些生理指标的变化只是大葱生长过程中的一个伴随现象,与大葱的花芽分化无关。可溶性蛋白含量在抽薹处理植株中明显升高,说明大葱花芽分化过程伴随着可溶性蛋白含量的增加。抽薹植株的C/N值保持递增趋势,较高的C/N值是花芽分化的基础,不抽薹处理植物的C/N值到后期开始下降,植株没有花芽分化的能力;越冬后,随着大葱营养生长的完成,抽薹处理的大葱进入生殖生长期,植株的干物质含量在3月21日出现一个最低值,可能是抽薹前期的大葱需要消耗大量的干物质进行抽薹准备。抽薹处理植株的可溶性蛋白和可溶性糖含量在3月31日之前有所升高,氨基酸含量明显降低,达到最低值。可能原因是氨基酸转换为蛋白质用于抽薹,而大量的可溶性糖为抽薹提供能量基础。越冬后ABA、GA和ZR水平均在开花前达到高峰,而IAA水平则至低谷。说明GA、ABA和ZR对大葱的抽薹开花有利,而IAA含量的降低有利于大葱开花。SOD和POD活性与大葱春化和抽薹开花过程没有直接关系。5.鉴定出大葱FT和LFY的同源基因并对表达情况进行了分析。大葱与拟南芥等的FT和LFY同源基因的氨基酸序列具有很强的保守性,具有主要的蛋白功能保守域。系统进化树分析进一步证实了与其它同源基因的亲缘关系。对不同播期和定植环境处理下,3个不同抽薹特性大葱品种主要生长期内生长点、叶子和花器官中AfFT和AfLFY基因的表达水平进行实时定量分析。结果显示,大葱AfFT基因在开花前期的叶子中的表达量出现最高值,在生长点和花器官中的表达量很低。推测AfFT基因跟其它植物的FT基因一样在开花前期的叶子中大量表达,以蛋白的形式转移到生长点作用于下游基因进而促进大葱开花。大葱AfLFY基因在叶子中表达量很低,主要在生长点和花器官中表达,并且峰值出现在开花前期,推测大葱AfLFY基因是生长点处促进开花的主要基因。6.对二穗短柄草开花调控网络中3个主要基因进行了研究。结果显示,BdVRN1和BdVRN3在非中心早熟禾亚科二穗短柄草与中心早熟禾亚科的大麦和小麦中一样,形成了一个正向反馈通路。尽管BdVRN2表现为一个开花抑制因子,在amiVRN1转基因株系中,BdVRN2表达量与野生型没有差异,表明BdVRN2与BdVRN1不能互相作用。与大麦、小麦在春化处理后VRN2表达水平下降不同的是,BdVRN2在春化处理后的野生型二穗短柄草中表达量反而升高。结果表明,尽管春化需求在早熟禾亚科中广泛存在,低温对VRN2基因的表达的影响在早熟禾亚科由热带向温带迁移的过程中发生了进化。禾本科植物对春化响应包含了多次进化过程,或者更有可能,VRN2在进化后期受VRN1的调控,使中心早熟禾亚科作物具有向更冷的温带地区迁徙的潜能。本试验中对春化介导的开花网络中主要基因的研究方法可以应用到大葱中,以期了解大葱春化和抽薹的分子调控网络。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S633.1

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本文编号：1291265