瓜叶菊花色性状形成机理的研究进展

瓜叶菊是拥有多种花色品种资源的观赏植物,同时具有蓝色、斑色等观赏植物中稀缺的花色表型,不同花色品种具有多种花青素代谢途径,解析其花色性状形成的分子机制能够为观赏植物的分子育种提供理论依据,其中鉴定的关键基因能够为蓝色花新品种培育提供宝贵的基因资源。在对瓜叶菊多年研究的基础上,本文从瓜叶菊特殊的花青素结构、花青素生物合成调控途径及其花色研究的主要技术手段方面,综述了近20年来瓜叶菊花色研究的进展,具体内容包括:(1)瓜叶菊不同色系呈色的色素基础,尤其是蓝色花品种中特殊的多聚酰化色素结构;(2)多聚酰化修饰相关糖基化、酰基化修饰的瓜叶菊花青素代谢途径的基因,以及调控花色、花斑形成的MYB、MADS-box等转录因子的功能;(3)瓜叶菊中进行花色研究相关的高效遗传转化体系和病毒介导的基因沉默(VIGS,virus-induced gene silencing)体系,及其在花色研究中的研究进展。本文旨在为后续瓜叶菊及其他花卉花色研究和分子育种提供参考。

“圈粉”无数的花卉盲盒:瓜叶菊

瓜叶菊(Pericallis×hybrida)是瓜叶菊属植物,又称富贵菊、黄瓜花。因花形很像菊花,叶子似黄瓜叶,所以称作瓜叶菊。瓜叶菊是多年生草本,常作一次性花卉栽培,具体分为高生种和矮生种,高生种是切花菊,矮生种适合家庭养植。瓜叶菊花色丰富,有雍容华贵的紫色,高贵典雅的宝石蓝,娇艳欲滴的仙女粉,还有红白相间的复色等,开花自然成球,养护简单省事,养上几盆保你成就感满满。

瓜叶菊花粉生活力研究

为研究瓜叶菊花粉的生活力,测定了5个花色(玫红有白色内眼、紫色、玫红、水红色有白色内眼和白色有玫红花边)瓜叶菊花粉的染色率和发芽率,并研究了不同浓度的硼酸、蔗糖对瓜叶菊花粉萌发的影响.结果表明:1)瓜叶菊花粉粒为外表有很多刺毛的圆球.氯化三苯基四氮唑染色法(TTC染色法)和碘-碘化钾染色法(I-KI染色法)对新鲜瓜叶菊花粉的染色作用都不理想,染色6～8 h后的染色率仅为8.33%22.2%.低温(3～4℃)贮藏68 d后染色率变化不大.2)5个花色瓜叶菊的新鲜花粉的生活力有差异.3)蔗糖和硼酸的浓度影响瓜叶菊花粉的萌发.质量浓度分别为50,2.0 mg/L的蔗糖和硼酸对玫红色有白色内眼瓜叶菊的花粉萌发有很好的促进作用.4)在温度为3～4℃,空气相对湿度为35%～40%的条件下贮藏68 d后的瓜叶菊花粉的萌发率比新鲜花粉有明显提高,其中白色有玫红花边瓜叶菊花粉的萌发率比新鲜花粉提高了88.5%.

麝香百合、仙客来、瓜叶菊花芽分化的调控

复合生长调节剂处理对麝香百合等花芽的分化有明显的作用，其中Ａｌ，Ａ2可促进麝香百合花芽的分化，Ａ2效果较Ａ1好，经Ａ，处理后，百合开花率达１００％，同时使植株的开花数增加了 １倍，花径增长 １倍；Ｂ1，B2明显促进仙客来花芽分化，B2效果较 Ｂ1好，经 Ｂ2处理后，处理仙客来较对照植株的花蕾数增加 ４１％；Ｃ1，Ｃ2明显促进瓜叶菊花芽分化，其中 Ｃ1处理的瓜叶菊较对照植株的花蕾数增加５２％。

蓝色瓜叶菊花青苷在花发育过程中的积累和变化规律

蓝色瓜叶菊开花从初现蕾到花被片完全展开分为6个阶段,用高效液相色谱-光电二极管阵列检测技术(HPLC-PAD)和高效液相色谱-电喷雾离子化-质谱联用技术(HPLC-ESI-MS)分析不同开花阶段花瓣中花青苷组成及含量。结果表明:在瓜叶菊蓝色品种中含有3种以上的飞燕草苷;蓝色瓜叶菊总花青苷和主要的花青苷开花前4个阶段表现为线性上升,其后3个阶段表现为线性下降。通过分析,认为瓜叶菊花青苷积累与变化规律是植物提高传粉效率的一种适应机制,同时这种机制也符合多年生植物充分利用营养物质的原则。

瓜叶菊花梗和花托的愈伤组织诱导与植株再生研究

为建立瓜叶菊愈伤组织再生体系,以瓜叶菊花梗、花托为外植体进行了愈伤组织诱导和分化研究.结果表明:1)在MS+2,4-D2mg/L+NAA0.1mg/L,3/4MS+2,4-D2mg/L+6-BA1mg/L+NAA0.1mg/L,3/4MS+6-BA2mg/L+NAA0.1mg/L培养基上花梗、花托的出愈率可达100%,但在3/4MS+6-BA1mg/L+NAA0.1mg/L,3/4MS+6-BA1mg/L培养基上花梗的出愈率不及花托;2)3/4MS无激素培养基对花托愈伤组织芽的分化较好,诱导率可达95%,3/4MS+6-BA1mg/L培养基对花梗愈伤组织芽的分化较好,诱导率为90%;3)再生苗在1/2MS+IBA0.2mg/L培养基中生根完成植株再生.

瓜叶菊的离体培养与快速繁殖

为探索瓜叶菊杂合体母株优良性状的保存方法,以便快速有效地进行瓜叶菊种苗的生产,以瓜叶菊5个不同花色母株的单芽茎段为外植体进行了离体培养与快速繁殖研究.结果表明:1)不同激素组合的培养基对瓜叶菊茎段初始培养中芽诱导的影响因母株花色不同而不同,尤其在芽萌动时间和萌动数量上表现明显,其中以来自母株M1的外植体在含有0.1 mg/L NAA+2 mg/L BA的A5培养基的诱导率最高,芽萌动早且数目多;2)在继代培养中,在0～2.0 mg/L范围内,随BA质量浓度的增加,瓜叶菊芽的增殖倍数增大,但当BA为3.0 mg/L时,外植体茎叶随着时间推移逐渐变厚变脆,成愈伤组织状;3)C6培养基(1/2MS+0.5 mg/LIBA+2%蔗糖)是瓜叶菊离体生根培养比较合适的培养基,培养到第16天时根系诱导率为100%,平均根数为18条,平均根粗为0.09 cm;来自C6的试管苗移栽成活率可达95%.

瓜叶菊耐热无性系离体筛选初步研究

以编号为B1、N1、Z1的瓜叶菊增殖期的愈伤组织和丛生芽为材料,用高温胁迫和羟脯氨酸(HYP)分别作为直接和间接选择压,进行了瓜叶菊耐热无性系的离体筛选研究。结果表明:(1)离体直接筛选的适宜选择压为40℃16～20h,HYP间接筛选的适宜浓度为30mmmol.L-1;(2)经过直接选择、HYP与高温胁迫结合多次筛选获得了Z1-1-1和N1-2-1两个耐热无性系;(3)Z1-1-1与对照母株Z1在叶片厚度、气孔指数、栅栏组织厚度/海绵组织厚度(TPT/TST)方面存在显著差异,成年植株Z1-1-1和Z1在花的育性上也差异明显,Z1结实率85%以上,而Z1-1-1在人工授粉的情况下结实率也仅1.0%;N1-2-1和其对照母株N1在形态和花的育性上没有明显差别;(4)在40℃24h胁迫后,Z1-1-1和N1-2-1的热害指数、细胞丙二醛含量、电解质伤害性外漏率都低于其对照母株,而POD、SOD活性明显高于其对照母株。

瓜叶菊‘小丑’系列品种再生体系的研究

以瓜叶菊‘小丑’系列5个花色品种的种子为外植体,MS为基本培养基,筛选出了瓜叶菊试管培养所需的培养基中最佳生长素种类及浓度,获得了试管苗。在此基础上,对试管苗进行了再生体系的研究。结果表明,不同外植体、生长调节剂种类及浓度均影响植株再生:叶片再生能力优于叶柄;诱导丛生芽效果最好的培养基配方为MS+6-BA2.0mg/L;诱导愈伤组织增殖的最佳培养基为MS+NAA1.0mg/L+6-BA1.0mg/L;诱导植株再生的最佳培养基为MS+6-BA2.0mg/L+NAA2.0mg/L;生根培养基以添加0.5mg/LNAA的1/2MS为佳。试管苗出瓶后,经过适宜培养,获得了健壮的开花植株。对再生植株花色进行测定发现,不同种子在上述培养基中建立的再生株系花色稳定。

二烷氨基乙醇羧酸酯对瓜叶菊生长及生理活性的影响

在瓜叶菊定植后，喷施不同浓度的二烷氨基乙醇羧酸酯，可明显增加植株叶片的蛋白质、核酸及叶绿素含量，提高其过氧化物酶和硝酸还原酶活性，增强光速率，其叶面积比对照减小，但厚度明显增加，可比对照提前一周开花，增加开花数，且延长花期，并能提高植株的抗冷性和抗病性，其最佳施用浓度为５．

不同光质对瓜叶菊生长发育的影响

根据瓜叶菊生长发育对光质的反应,设计大棚不同彩色薄膜处理试验,系统研究了不同光质对瓜叶菊生长发育的影响。结果表明;绿膜处理单株开花数最多(16朵/株),蓝膜处理最少(9朵/株);红膜处理瓜叶菊花期最长,达32 d,白膜处理(CK)最短,仅为9 d;红膜处理下的植株总干重最高,达到3.47g/株,紫膜处理最低,为1.37g/株;在营养生长阶段,叶片干物质分配指数以白膜处理CK最高,紫膜处理最低,而在开花阶段以蓝膜处理最高,红膜处理最低;茎干物质分配指数在营养生长阶段以紫膜处理最高(0.48),开花阶段则以黄光最高(0.28),CK最低。花干物质分配指数以红光处理最高(0.53),蓝光最低(0.44)。

瓜叶菊Mlo基因的克隆、分析及VIGS载体构建

试验以瓜叶菊(Pericallis hybrida B.Nord.)为试验材料,采用RT-PCR和RACE方法获得白粉菌调控相关Mlo基因的cDNA全长序列,通过VIGS技术构建载体,进行基因沉默并转入到农杆菌GV3101中。序列分析表明,该基因cDNA全长包含1个1 296 bp的开放阅读框,编码431个氨基酸。荧光定量结果表明,Mlo基因在瓜叶菊的根、茎、叶中都有表达,叶片中表达量最高,根中表达量最低。根据PCR结果和双酶切鉴定结果表明载体构建成功。通过PCR结果显示载体已成功转入农杆菌GV3101中。该研究为下一步分析基因沉默后瓜叶菊中Mlo基因变化提供依据。

瓜叶菊耐热无性系Z_(1-1-1)的离体筛选与初步鉴定

以瓜叶菊增殖期的愈伤组织和丛生芽为材料，用高温胁迫和羟脯氨酸（HYP）分别作为直接和间接选择压，进行瓜叶菊耐热无性系的离体筛选。结果表明：1）40℃16—20h胁迫处理可以作为瓜叶菊耐热无性系离体直接筛选的适宜选择压，30mmol·L^-1。HYP可以作为瓜叶菊耐热无性系离体间接筛选的适宜浓度；2）经过高温间隔胁迫多代筛选获得了与其母株相比耐热性有了很大提高的无性系Z1-1-1；3）Z1-1-1和其对照母株Z1的30d移栽苗在叶片厚度、气孔指数、栅栏组织厚度，海绵组织厚度方面存在显著差异，另外，成年植株Z1-1-1和Z1在花的育性上差异明显，Z1结实率85％以上，而Z1-1-1的结实率在人工授粉的情况下也仅1．0％；4）在40℃24h胁迫后，Z1-1-1的热害指数、细胞丙二醛（MDA）含量、电解质伤害性外漏率远远低于其对照母株，而POD、SOD活性明显高于其对照母株。存在显著性差异。

瓜叶菊上美洲斑潜蝇的生物学特性及蛹的耐寒性研究

研究结果表明,温室花卉瓜叶菊上饲养的美洲斑潜蝇在15、20、25、30、35℃时全世代的发育历期为47.0、25.0、15.5、12.5、12.0 d;瓜叶菊上美洲斑潜蝇的卵、幼虫、蛹和全世代的发育起点温度为8.5、9.8、10.2、10.4℃,有效积温分别为52.7、75.8、158.5、262.2 d.℃;美洲斑潜蝇在宁夏露地瓜叶菊上一年发生7代,温室中全年发生。温室中美洲斑潜蝇在瓜叶菊、翠菊、黄瓜、豌豆上的发育历期长短顺序为黄瓜>翠菊>瓜叶菊>豌豆,而蛹的羽化率顺序为豌豆>瓜叶菊>翠菊>黄瓜。在10、0、-15、20℃时美洲斑潜蝇蛹存放时间越长,死亡率越高,宁夏露地美洲斑潜蝇不能越冬。

瓜叶菊开花生物学及杂交育种技术探讨

根据有关文献及试验观测 ,探讨了瓜叶菊的开花生物学特性及杂交育种工作中的几个技术性问题 。

瓜叶菊F3'5'H基因cDNA的克隆、序列分析及其原核表达

蓝色花的形成主要由于是花瓣中3',5'-羟羟基花青素(飞燕草色素及其衍生物)的相对含量较高,类黄酮-3',5'-羟基化酶(F3'5'H)是合成这类色素的关键酶。不同物种F3'5'H同源基因的分离与特征解析能够为蓝色花的分子育种工作提供更多的理论依据。瓜叶菊花色多变,舌状花有白色、红色和蓝紫色等。根据已知F3'5'H保守的氨基酸序列设计了3条简并引物,通过RT-PCR从蓝色的瓜叶菊舌状花中扩增出了保守序列;利用RACE方法得到了两端序列。设计全长引物RT-PCR分离出了瓜叶菊F3'5'H同源基因(PCFH)。cDNA全长1660bp,编码505个氨基酸。序列分析表明PCFH编码的氨基酸序列中包含有已确定的保守基序,包括血红素结合区、I螺旋区和膜插入点的信号序列等。与其它物种的F3'5'H基因的序列相似性也较高。与翠菊、拟南芥和矮牵牛的序列相似系数分别为76%、59%和50%。序列相似性表明PCFH基因与茄子、矮牵牛和草原龙胆等同属于CYP75亚家族。利用pET28a载体PCFH在大肠杆菌BL21中实现了表达,IPTG诱导的差异蛋白大约为57kD,PCFH编码的多肽分子量相近,这将为进一步研究PCFH的酶学特性奠定了基础。

辐射诱发瓜叶菊雄性不育系及其利用研究

本研究用６０Ｃｏγ射线５０Ｇｙ辐照１、２年生瓜叶菊的于种子，获得了光枝叶、部分花粉败育的突变体，然后自交分离出花粉败育率１００％的雄性不育系。其突变率为２．４％，突变雄性不育是由隐性基因控制、基因突变产生的。１９８７年以来，先后诱发获得瓜叶菊雄性不育系蓝花１、２、３和玫瑰红花４、５号。其中１、２、３号与瓜叶菊自支系杂交，育成了Ｆ１代杂种，并具有一定的杂种优势。

瓜叶菊保护地栽培主要病虫害及其防治

针对瓜叶菊常见的病虫害,提出了指导性的防治措施。

瓜叶菊紫色色素的提取及稳定性的研究

文章研究并得出从瓜叶菊提取天然紫色素的最佳工艺条件是:以体积分数是30%的乙醇——水溶液做提取剂,温度为70℃,时间2 h,原料与提取剂配比为1∶7。并研究影响瓜叶菊天然紫色素的理化性质。