百子蓮花芽分化及開(kāi)花機(jī)理研究.pdf

1、本論文以熱帶常綠花卉百子蓮(Agapanthus praecox ssp.orientalis)為研究對(duì)象,通過(guò)花芽分化解剖觀察、胚胎學(xué)、開(kāi)花生理學(xué)、內(nèi)源激素分析、轉(zhuǎn)錄組學(xué)與蛋白組學(xué)系統(tǒng)的研究了百子蓮花芽分化規(guī)律和開(kāi)花內(nèi)源調(diào)控因子的作用機(jī)制。
　　 1.花芽分化解剖觀察:百子蓮花器官發(fā)育可分為6個(gè)明顯的階段:未分化期、花序芽分化期、小花原基分化期、花被片分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期。整個(gè)花芽分化過(guò)程約持續(xù)40天的時(shí)間,

2、前3個(gè)階段分化速度較慢,后3個(gè)階段分化速度明顯加快。百子蓮開(kāi)花模式符合單子葉植物改進(jìn)型的ABC模型,即B基因參與了第一輪花器官的形成。
　　 2.胚胎學(xué)特征:百子蓮花藥壁從外到內(nèi)由表皮、藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層構(gòu)成,花藥壁發(fā)育類型為雙子葉類型:花藥成熟時(shí)纖維化加厚發(fā)生在藥室內(nèi)壁導(dǎo)致花藥開(kāi)裂；分泌型絨氈層；小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂為連續(xù)型,產(chǎn)生十字交叉形四分體；成熟花粉為2細(xì)胞型花粉,橢球形,具單萌發(fā)溝,表面紋飾為凹陷網(wǎng)紋狀。子房上位,

3、3室,中軸胎座；倒生型胚珠,雙珠被,薄珠心；T型大孢子四分體,通常合點(diǎn)端大孢子發(fā)育成功能大孢子,經(jīng)過(guò)3次連續(xù)的有絲分裂發(fā)育成蓼型胚囊。授粉后50h發(fā)生雙受精現(xiàn)象,在授粉后第7天精核與卵核發(fā)生融合并開(kāi)始分裂。百子蓮的胚發(fā)育屬于柳葉菜型,胚乳為核型胚乳。整個(gè)胚胎發(fā)育需要50d左右的時(shí)間。各花器官與胚乳細(xì)胞中含有大量的淀粉粒與蛋白類物質(zhì),絨氈層與花粉壁中富含多糖、蛋白與脂類物質(zhì)。在胚發(fā)育過(guò)程中,胚柄早期退化,胚的發(fā)育主要依靠吸收胚乳細(xì)胞提供物

4、質(zhì)能量供應(yīng)。比較胚胎學(xué)表明百子蓮科、石蒜科和蔥科具有較近的親緣關(guān)系,這3個(gè)科的系統(tǒng)演化順序?yàn)?百子蓮科→石蒜科→蔥科。
　　 3.開(kāi)花生理特征:從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)整個(gè)發(fā)育過(guò)程中莖尖和葉片中的核酸、可溶性蛋白、淀粉、可溶性糖及淀粉酶各項(xiàng)生理指標(biāo)在開(kāi)花誘導(dǎo)期和盛花期均有顯著的提高?；ㄑ糠只^(guò)程中莖尖中伴隨著旺盛的糖類代謝活動(dòng),莖尖中淀粉含量持續(xù)下降,淀粉酶活性一直維持較高的活性。各時(shí)期之間RNA含量差異顯著,從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期到花芽發(fā)育

5、期莖尖內(nèi)RNA含量持續(xù)升高,在花芽發(fā)育期含量達(dá)到最高水平1129.55μg·g-1FW-1,比營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和開(kāi)花誘導(dǎo)期分別增加了213％和108％?？扇苄缘鞍缀吭谡T導(dǎo)期花芽中顯著增加,比營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期高出138％。
　　 4.內(nèi)源激素分析:12種赤霉素在百子蓮各器官中檢測(cè)到11種,對(duì)花芽分化起到調(diào)控作用的是GA4。莖尖(花芽)中GA4含量在形態(tài)轉(zhuǎn)變期與花芽發(fā)育期含量升高,這兩個(gè)時(shí)期莖尖GA4含量分別為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的2.76和2.63倍

6、。GA主要分布在小花原基與胚珠中,對(duì)花芽分化與胚珠發(fā)育具有重要的調(diào)控作用。莖尖中IAA含量變化最為顯著,莖尖中IAA含量在形態(tài)轉(zhuǎn)變期比營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期提高了581％。IAA在小花原基、花器官原基、花藥絨氈層與花絲、胚珠中都有很強(qiáng)的免疫熒光信號(hào)。IAA對(duì)百子蓮花芽分化、花器官分化與發(fā)育都具有重要的調(diào)控作用。15種細(xì)胞分裂素在植株內(nèi)檢測(cè)到8種,其中Z、ZROG與IPR含量較高。具有生物活性的玉米素(Z)促進(jìn)百子蓮的花芽分化,莖尖中Z含量在形態(tài)轉(zhuǎn)變

7、期與花芽分化期都顯著性上升。細(xì)胞分裂素主要分布在百子蓮的小花原基與胚珠中。低含量的脫落酸促進(jìn)花芽分化,高含量促進(jìn)花器官分化。綜合分析表明:GA、IAA與CTK促進(jìn)花芽分化,ABA對(duì)花芽分化及發(fā)育速度具有負(fù)調(diào)控作用。高的IAA/ABA比值有利于百子蓮由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化。GA3+4/IAA比值低有利于促進(jìn)花器官分化,比值高則促進(jìn)花葶的伸長(zhǎng)。高的(IAA+GA3+GA4+Z+iP)/cis-ABA比值可能對(duì)百子蓮開(kāi)花決定具有重要作用,其

8、中IAA對(duì)于百子蓮花芽分化起到至關(guān)重要的作用。
　　 5.轉(zhuǎn)錄組學(xué):72個(gè)已知功能的差異表達(dá)基因的主要功能分為12類,其中代謝相關(guān)基因所占比例最大,達(dá)到22％。對(duì)33個(gè)具有重要調(diào)控功能的基因進(jìn)了定量表達(dá)分析,其中在誘導(dǎo)期與花序芽時(shí)期持續(xù)上調(diào)表達(dá)的基因有23個(gè),占到總數(shù)的69.7％；在誘導(dǎo)期花芽中顯著性上調(diào)表達(dá)的基因有8個(gè),占總數(shù)的24.2％；有2個(gè)差異表達(dá)基因持續(xù)下調(diào)表達(dá)?；ㄑ糠只^(guò)程中,生長(zhǎng)素主要受體蛋白TIR1與赤霉素信號(hào)的

9、負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子GAI的表達(dá)水平表明生長(zhǎng)素促進(jìn)百子蓮的花芽分化,低水平的赤霉素對(duì)開(kāi)花決定具有調(diào)控作用,較高水平的赤霉素對(duì)花芽分化和花器官發(fā)育具有促進(jìn)作用。
　　 6.蛋白組學(xué):利用雙向電泳分離得到72個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn),在誘導(dǎo)期與花芽分化期上調(diào)表達(dá)的蛋白有26個(gè),占總數(shù)的38.2％；誘導(dǎo)期花芽中特異性上調(diào)表達(dá)的蛋白有21個(gè),占總數(shù)的30.9％；持續(xù)下調(diào)表達(dá)的蛋白有15個(gè)。這些蛋白按功能劃分為11類,代謝相關(guān)的蛋白占有比例最大,達(dá)到3