红光与远红光对番茄生长发育的影响及开花相关基因功能研究

发布时间：2018-11-02 10:39

【摘要】：为了研究不同红光与远红光处理对番茄生长发育的影响,本文以番茄为材料,以红光和远红光来调控不同光环境,通过测定番茄株高、茎粗、开花和干鲜重等形态指标,叶绿素、光合速率、激素和矿质元素含量等生理指标,系统的研究了不同红光和远红光处理对番茄植株的影响。为进一步研究不同光环境对番茄开花的影响机理,克隆和分析了番茄FT-like基因在番茄开花中所起的作用,及在不同光环境对番茄FT-like基因表达的影响。由于光敏色素是植物感受外界红光和远红光的主要光感受体,进一步研究了光敏色素对番茄开花及FT-like基因表达的影响。基于以上试验结果,阐明在不同红光和远红光对番茄株高和开花调控的主要机理,取得的主要结果如下:1.当番茄植株进入黑暗前进行10min远红光处理,番茄植株的株高及茎的鲜重发生了明显变化,番茄植株的株高和茎的鲜重随着远红光光强的增加而增加,当远红光的光强增加到10μmol/m2/s时番茄植株的株高和茎的鲜重也达到最大值。进入黑暗前进行10min,远红光光照强度为10μmol/m2/s的处理后,番茄植株叶片中的IAA和GA3的含量明显上升;叶绿素和净光合速率降低;番茄植株茎中N含量降低,P、K含量升高,叶中N、P含量降低,K含量升高,根系中的N、P、K含量都增加。因此,可以通过调控进入黑暗前远红光的强度来精确调控番茄的株高,控制番茄幼苗的生长。2.番茄植株的茎粗和开花所需时间随着夜间红光打断次数的增加而增加,番茄植株的株高随着夜间红光打断次数的增加而降低,番茄植株茎叶中的IAA和GA3含量随着夜间红光打断次数的增加而降低,番茄植株第一穗果的单果重随着夜间红光打断次数的增加而增加。当夜间红光打断次数增加到5次,即每隔2 h打断一次时,番茄植株的株高、茎粗、开花时间、茎叶中IAA和GA3的含量和番茄第一穗果的单果重基本与夜间持续红光处理相一致。因此,可以通过调控夜间红光打断次数来控制番茄幼苗的生长和开花。3.通过番茄基因组分析发现了13个磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine binding protein,PEBP)的基因,其中6个是FT-like基因,分别为:SlSP3D、SlSP6A、SlSP5G、SlSP5G1、SlSP5G2、SlSP5G3。通过对6个FT-like基因进行基因检测和过表达分析发现,SlSP6A和SlSP5G1在番茄中不表达,而SlSP3D、SlSP5G、SlSP5G2和SlSP5G3主要在番茄叶片中表达,SlSP5G、SlSP5G2和SlSP5G3均为开花抑制基因,只有SlSP3D/SFT是开花促进基因。SlSP5G2和SlSP5G3基因在短日条件下表达量更高,而SlSP5G在长日条件下表达量更高。此外,病毒诱导的SlSP5G基因沉默导致番茄在长日条件下早开花,而SlSP5G2和SlSP5G3的基因沉默导致番茄在短日条件下早开花。与野生型相比,phyB1突变体在长日条件下并未出现SlSP5G基因的高水平表达,但是phyB1突变体中SlSP5G2和SlSP5G3的表达在长日和短日条件下均有所升高。这些数据表明,SlSP5G、SlSP5G2和SlSP5G3的表达受光周期控制,不同光周期下FT-like基因的不同表达模式可能是导致番茄成为日中性植物的原因。此外,phyB1通过调节SlSP5G、SlSP5G2和SlSP5G3的表达从而控制番茄开花。4.低比值的红光与远红光环境会抑制野生型番茄和phyB1突变体番茄开花。夜间进行红光打断处理可以延迟野生型番茄开花,而对phyB1突变体番茄开花没有影响。在野生型番茄中,低比值的红光与远红光促进了SlSP5G的表达,而夜间进行红光处理抑制了SlSP5G的表达;在番茄phyB1突变体中,SlSP5G基本不表达,SlSP3D的表达量在低比值的红光和远红光条件下表达比较高,SlSP5G2和SlSP5G3的表达量也比较高;在番茄phyB1突变体中,其SlSP5G,SlSP5G2和SlSP5G3的表达量不受外界光环境的影响。
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【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】：S641.2

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