牡丹芍藥遠(yuǎn)緣雜交不親和性機理及胚胎敗育的研究.pdf

1、遠(yuǎn)緣雜交育種是牡丹、芍藥品種改良和育種的主要方法，而遠(yuǎn)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(xué)者探討了一些不親和的機理，但關(guān)于牡丹、芍藥遠(yuǎn)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(yuǎn)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(chǔ)上，通過對比親和授粉與不親和授粉的花粉管熒光觀察結(jié)果，基本確定的雜交障礙發(fā)生的時間段。進一步結(jié)合牡丹、芍藥遠(yuǎn)緣雜交授粉后雌蕊中保護酶系統(tǒng)以及內(nèi)源

2、激素的動態(tài)變化、不親和應(yīng)答相關(guān)的柱頭差異蛋白質(zhì)組學(xué)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(shù)支撐。同時，通過對受精后雜種敗育的胚胎學(xué)的觀察，為后期胚胎挽救提供技術(shù)支持。
　　主要研究結(jié)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(zhì)。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(zhì)，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(zhì)已經(jīng)嚴(yán)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(nèi)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(dāng)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(nèi)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(nèi)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(yīng)親和雌蕊上花粉整齊萌發(fā)，不親和雌蕊上幾乎不萌發(fā)。可見高含量的ZR有利于花粉-柱頭識別。在整個受精過程中，當(dāng)IAA和GA3處于高水平時，都對應(yīng)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(rèn)為ABA

6、可能與不親和性相關(guān)。
　　4.利用iTRAQ技術(shù)分析牡丹、芍藥遠(yuǎn)緣雜交親和、不親和授粉后雌蕊柱頭中蛋白質(zhì)的差異表達(dá)，鑒定到的總蛋白數(shù)為2900，其中上調(diào)蛋白383個，下調(diào)蛋白302個。雌蕊柱頭上鑒定到的差異表達(dá)的蛋白質(zhì)主要參與的生化代謝途徑和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有一般代謝途徑、次生代謝產(chǎn)物生物合成途徑、核糖體途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)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(nèi)蛋白質(zhì)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(guān)

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(dá)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(guān)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(diào)蛋白(CALM)下調(diào)表達(dá)，腺苷酸轉(zhuǎn)運酶ANT上調(diào)表達(dá)。
　　5.牡丹、芍藥遠(yuǎn)緣雜交授粉后，11d以后陸續(xù)開始發(fā)現(xiàn)胚胎的降解、細(xì)胞壁消失，細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)散亂分布。14d以后幼胚