百子蓮花芽分化及開花機理研究.pdf

1、本論文以熱帶常綠花卉百子蓮(Agapanthus praecox ssp.orientalis)為研究對象,通過花芽分化解剖觀察、胚胎學、開花生理學、內源激素分析、轉錄組學與蛋白組學系統(tǒng)的研究了百子蓮花芽分化規(guī)律和開花內源調控因子的作用機制。
　　 1.花芽分化解剖觀察:百子蓮花器官發(fā)育可分為6個明顯的階段: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。整個花芽分化過程約持續(xù)40天的時間,

2、前3個階段分化速度較慢,后3個階段分化速度明顯加快。百子蓮開花模式符合單子葉植物改進型的ABC模型,即B基因參與了第一輪花器官的形成。
　　 2.胚胎學特征:百子蓮花藥壁從外到內由表皮、藥室內壁、中層和絨氈層構成,花藥壁發(fā)育類型為雙子葉類型:花藥成熟時纖維化加厚發(fā)生在藥室內壁導致花藥開裂；分泌型絨氈層；小孢子母細胞減數(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,通常合點端大孢子發(fā)育成功能大孢子,經(jīng)過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。整個胚胎發(fā)育需要50d左右的時間。各花器官與胚乳細胞中含有大量的淀粉粒與蛋白類物質,絨氈層與花粉壁中富含多糖、蛋白與脂類物質。在胚發(fā)育過程中,胚柄早期退化,胚的發(fā)育主要依靠吸收胚乳細胞提供物

4、質能量供應。比較胚胎學表明百子蓮科、石蒜科和蔥科具有較近的親緣關系,這3個科的系統(tǒng)演化順序為:百子蓮科→石蒜科→蔥科。
　　 3.開花生理特征:從營養(yǎng)生長到生殖生長整個發(fā)育過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生理指標在開花誘導期和盛花期均有顯著的提高?；ㄑ糠只^程中莖尖中伴隨著旺盛的糖類代謝活動,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。各時期之間RNA含量差異顯著,從營養(yǎng)生長期到花芽發(fā)育

5、期莖尖內RNA含量持續(xù)升高,在花芽發(fā)育期含量達到最高水平1129.55μg·g-1FW-1,比營養(yǎng)生長期和開花誘導期分別增加了213％和108％。可溶性蛋白含量在誘導期花芽中顯著增加,比營養(yǎng)生長期高出138％。
　　 4.內源激素分析:12種赤霉素在百子蓮各器官中檢測到11種,對花芽分化起到調控作用的是GA4。莖尖(花芽)中GA4含量在形態(tài)轉變期與花芽發(fā)育期含量升高,這兩個時期莖尖GA4含量分別為營養(yǎng)生長期的2.76和2.63倍

6、。GA主要分布在小花原基與胚珠中,對花芽分化與胚珠發(fā)育具有重要的調控作用。莖尖中IAA含量變化最為顯著,莖尖中IAA含量在形態(tài)轉變期比營養(yǎng)生長期提高了581％。IAA在小花原基、花器官原基、花藥絨氈層與花絲、胚珠中都有很強的免疫熒光信號。IAA對百子蓮花芽分化、花器官分化與發(fā)育都具有重要的調控作用。15種細胞分裂素在植株內檢測到8種,其中Z、ZROG與IPR含量較高。具有生物活性的玉米素(Z)促進百子蓮的花芽分化,莖尖中Z含量在形態(tài)轉變

7、期與花芽分化期都顯著性上升。細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花芽分化,高含量促進花器官分化。綜合分析表明:GA、IAA與CTK促進花芽分化,ABA對花芽分化及發(fā)育速度具有負調控作用。高的IAA/ABA比值有利于百子蓮由營養(yǎng)生長向生殖生長轉化。GA3+4/IAA比值低有利于促進花器官分化,比值高則促進花葶的伸長。高的(IAA+GA3+GA4+Z+iP)/cis-ABA比值可能對百子蓮開花決定具有重要作用,其

8、中IAA對于百子蓮花芽分化起到至關重要的作用。
　　 5.轉錄組學:72個已知功能的差異表達基因的主要功能分為12類,其中代謝相關基因所占比例最大,達到22％。對33個具有重要調控功能的基因進了定量表達分析,其中在誘導期與花序芽時期持續(xù)上調表達的基因有23個,占到總數(shù)的69.7％；在誘導期花芽中顯著性上調表達的基因有8個,占總數(shù)的24.2％；有2個差異表達基因持續(xù)下調表達?；ㄑ糠只^程中,生長素主要受體蛋白TIR1與赤霉素信號的

9、負調控轉錄因子GAI的表達水平表明生長素促進百子蓮的花芽分化,低水平的赤霉素對開花決定具有調控作用,較高水平的赤霉素對花芽分化和花器官發(fā)育具有促進作用。
　　 6.蛋白組學:利用雙向電泳分離得到72個差異表達蛋白點,在誘導期與花芽分化期上調表達的蛋白有26個,占總數(shù)的38.2％；誘導期花芽中特異性上調表達的蛋白有21個,占總數(shù)的30.9％；持續(xù)下調表達的蛋白有15個。這些蛋白按功能劃分為11類,代謝相關的蛋白占有比例最大,達到3