牡丹芍藥遠緣雜交不親和性機理及胚胎敗育的研究.pdf

1、遠緣雜交育種是牡丹、芍藥品種改良和育種的主要方法，而遠緣雜交不親和作為主要因素一直制約其快速發(fā)展。在其他植物育種中，中外學者探討了一些不親和的機理，但關于牡丹、芍藥遠緣雜交不親和機理的研究還很欠缺。在課題組前期研究中，明確了牡丹、芍藥遠緣雜交不親和性主要是由受精前障礙造成。本研究擬在前期工作基礎上，通過對比親和授粉與不親和授粉的花粉管熒光觀察結果，基本確定的雜交障礙發(fā)生的時間段。進一步結合牡丹、芍藥遠緣雜交授粉后雌蕊中保護酶系統(tǒng)以及內源

2、激素的動態(tài)變化、不親和應答相關的柱頭差異蛋白質組學分析方面深入研究，初步揭示牡丹、芍藥雜交不親和機理，為雜交育種提供理論和技術支撐。同時，通過對受精后雜種敗育的胚胎學的觀察，為后期胚胎挽救提供技術支持。
　　主要研究結果如下:
　　1.親和、不親和授粉后雌蕊柱頭上花粉管萌發(fā)及花粉管伸長情況的熒光顯微對比可以明顯看出，在柱頭、花柱中都存在抑制花粉管萌發(fā)和生長的物質。親和花粉整齊萌發(fā)，花粉管伸長速度先慢后快。不親和花粉大部分不能

3、水合萌發(fā)，少數(shù)可以萌發(fā)的花粉花粉管伸長速度先快后慢，1h花粉管中就出現(xiàn)胼胝質，3h花粉管開始伸長，12h花粉管扭曲、纏繞、腫脹，24h花粉管停滯在花柱上方，幾乎所有花粉管呈變形狀態(tài)。48h胼胝質已經嚴重堆積，且大部分的花粉管伸長并無方向性。
　　2.親和、不親和授粉后，花粉-柱頭相互作用的過程中，授粉引起的過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性出現(xiàn)規(guī)律性變化，并與熒光顯微觀察的花粉萌發(fā)、花粉管伸長情況基本保持同步。授粉

4、后3h內花粉-柱頭識別時期，高活性水平的POD和SOD時，花粉迅速黏附并萌發(fā)，而且不親和花粉在花粉識別階段POD和SOD活性顯著低于親和花粉。同時，當POD和SOD處于高活性時，花粉管迅速向胚囊伸長，進入胚囊?？梢?，高活性水平的POD和SOD有利于花粉-柱頭識別、黏附和萌發(fā)，也有利于受精作用。
　　3.親和、不親和授粉后，花柱內源激素也發(fā)生規(guī)律性變化，并與熒光顯微觀察的花粉萌發(fā)、花粉管伸長情況，以及酶活性變化基本保持同步。授粉后3

5、h內的花粉-柱頭識別階段，親和雌蕊中的ZR含量迅速升高，而不親和雌蕊ZR含量急速下降，對應親和雌蕊上花粉整齊萌發(fā)，不親和雌蕊上幾乎不萌發(fā)?？梢姼吆康腪R有利于花粉-柱頭識別。在整個受精過程中，當IAA和GA3處于高水平時，都對應了花粉的大量萌發(fā)以及花粉管的伸長。且親和雌蕊柱頭上的IAA和GA3的含量都顯著高于雜交不親和授粉的雌蕊柱頭。而ABA的含量相對較高時，一定程度的抑制了花粉萌發(fā)、花粉管伸長，促進了花粉管的變形扭曲，因此認為ABA

6、可能與不親和性相關。
　　4.利用iTRAQ技術分析牡丹、芍藥遠緣雜交親和、不親和授粉后雌蕊柱頭中蛋白質的差異表達，鑒定到的總蛋白數(shù)為2900，其中上調蛋白383個，下調蛋白302個。雌蕊柱頭上鑒定到的差異表達的蛋白質主要參與的生化代謝途徑和信號轉導途徑有一般代謝途徑、次生代謝產物生物合成途徑、核糖體途徑、內質網蛋白質加工、糖酵解/糖異生途徑等，表明不親和授粉后的雌蕊柱頭內蛋白質代謝和能量代謝較為活躍。其中鑒定到的與不親和授粉相關

7、代謝通路有RNA降解、鈣信號途徑、MAPK信號途徑、磷脂酰肌醇信號系統(tǒng)。各通路中的差異表達蛋白表明不親和授粉后，花粉管生長需要的能量合成受阻，花粉管極性生長相關的信號通路和代謝途徑受阻。其中烯醇酶(Enolase)、熱休克蛋白70 DnaK(HSP70)、鈣調蛋白(CALM)下調表達，腺苷酸轉運酶ANT上調表達。
　　5.牡丹、芍藥遠緣雜交授粉后，11d以后陸續(xù)開始發(fā)現(xiàn)胚胎的降解、細胞壁消失，細胞核與細胞質散亂分布。14d以后幼胚