同源四倍体菜薹新材料的创制与品质分析

[目的]本文旨在创制优质的菜薹四倍体新材料。[方法]用2 g·L^(-1)秋水仙素溶液点滴二倍体菜薹LCX019幼苗的子叶生长点,通过形态学、解剖学、细胞学与流式细胞仪的方式筛选鉴定出同源四倍体植株,并对二、四倍体植株的农艺性状以及品质特性进行分析比较。[结果]形态学与解剖学结果显示,同源四倍体菜薹在株型、叶片、花、种荚、菜薹等方面表现出“巨大性”的特点;气孔孔径变大,气孔密度下降;花粉粒体积相比二倍体增大,形状呈橄榄球形或不规则形状。细胞学结果显示,四倍体菜薹根尖染色体数目为二倍体的2倍;流式细胞仪的分析结果表明,四倍体的DNA荧光强度约为二倍体的2倍。四倍体菜薹的可溶性糖、有机酸及纤维素含量显著增加76.17%、13.71%和80.34%,叶绿素含量、硝态氮含量显著下降25.01%、45.10%,可溶性蛋白含量无显著变化。通过分析二、四倍体的光响应曲线与光合特性,发现四倍体菜薹LCX019对弱光的利用能力强于二倍体植株。[结论]获得了具有优良品质的菜薹同源四倍体新材料,为菜薹育种提供新的种质资源。

优质同源四倍体菜心新材料的创制及特性分析

为获得优质的菜心同源四倍体新材料,本研究采用0.2%(W/V)的秋水仙素溶液点滴二倍体菜心LCX017幼苗子叶生长点,通过形态学、解剖学、细胞学以及流式细胞仪等方式鉴定到诱导成功的同源四倍体植株,并对二、四倍体的农艺性状、营养品质、光合特性等方面进行分析比较。结果表明,形态学与农艺性状方面,四倍体植株在叶片、花器官、种荚等方面表现出“巨大性”,叶宽、叶厚增大,菜薹直径变粗,重量增大;解剖学方面,四倍体叶片气孔相对二倍体更大,气孔密度降低;花粉粒相比二倍体变大且呈现棒状或橄榄状;细胞学方面,四倍体植株的根尖染色体数目是二倍体的2倍;流式细胞仪鉴定结果显示,四倍体的DNA荧光强度是二倍体的2倍;营养品质方面,相较于二倍体,四倍体植株中可溶性糖、纤维素、有机酸以及叶绿素含量显著上升,硝态氮含量下降22.92%,可溶性蛋白含量无显著变化;此外,结合光响应曲线分析发现,四倍体在强光和弱光条件下的适应能力均强于二倍体。综上,本研究成功诱导出了优质的同源四倍体菜心新材料,丰富了不结球白菜的种质资源。

黑皮冬瓜同源四倍体与二倍体解剖学分析

以二倍体及同源四倍体黑皮冬瓜为试材,采用光学显微镜和扫描电镜观察,研究了花粉形态及活力、双受精及胚胎发育情况对二倍体及同源四倍体黑皮冬瓜育性和结实率的影响,以期为同源四倍体黑皮冬瓜自交低稔性机理提供参考依据。结果表明:同源四倍体黑皮冬瓜花粉粒大,异形花粉较多,畸形率达42.43%,花粉活力低,花粉管生长缓慢。同源四倍体黑皮冬瓜存在明显的胚囊解体、退化或败育现象,异常胚囊率约占40%;双受精过程延后1 d,且双受精率低;合子休眠期长,胚发育进程比二倍体晚5 d;胚胎发育过程存在较高频率的胚胎发育滞后、非正常发育的合子、大量巨型胚乳游离核及游离核或胚乳细胞在合子期到球胚期大量提前解体、退化等现象。

同源四倍体水稻:低育性机理、改良与育种展望

同源四倍体水稻具有籽粒增大、营养成分增加和抗性增强等特点,但其育性普遍偏低,影响产量,无法直接应用。高育性四倍体水稻的成功创制解决了同源四倍体水稻育性偏低的瓶颈问题,然而该类型多倍体水稻能否在生产上推广应用需要进一步探讨。本文总结了同源四倍体水稻及其杂种F1育性偏低的细胞和分子遗传学机理研究的概况,重点介绍了高育性四倍体水稻的主要类型及最新的研究进展,最后提出未来利用新型四倍体水稻开展多代杂种优势等研究的设想,以期为水稻多倍体育种提供参考。

高花青苷同源四倍体紫菜薹新材料的创制及特性分析

为获得优质高花青苷的同源四倍体不结球白菜紫菜薹Lcx025b新材料,本研究利用浓度为0.2%(w/v)的秋水仙素溶液处理二倍体Lcx025b幼苗的子叶生长点,通过形态学、细胞学、流式细胞仪测定等方法筛选鉴定得到同源四倍体植株,通过农艺性状指标、营养品质、光合特性、抗病能力等方面对二、四倍体植株进行比较分析。结果表明,相较于二倍体植株,四倍体植株在形态学方面表现出巨大性,具体表现为叶片的长宽比显著减小,叶片趋于扁圆形,花器官、种荚、种子等明显增大,菜薹颜色加深;叶片气孔明显增大,气孔密度减小;花粉粒表现出明显不规则性;四倍体植株根尖细胞染色体的数目以及通过流式细胞仪分析的四倍体植株DNA的荧光强度都表现为二倍体的两倍;营养品质方面,可溶性糖、菜薹花青苷含量显著增加,纤维素、硝态氮含量显著减少,可溶性蛋白、叶绿素含量无显著变化;结合光响应曲线分析,四倍体光合能力更强,适应性更高;此外,在抗病性鉴定过程中,四倍体植株对灰霉菌的抗性明显优于二倍体植株。综上,本研究获得了高花青苷的同源四倍体不结球白菜紫菜薹Lcx025b新材料,为不结球白菜的种质资源创新提供了重要的材料支撑。

黄瓜二倍体及其同源四倍体果实转录组分析

果形和糖含量分别是与瓜类蔬菜作物外观、营养及风味密切相关的重要品质性状。为探究黄瓜倍性差异导致果形及糖含量变化的分子机制,以果形和糖含量差异显著的黄瓜二倍体(长果/低糖)和四倍体(短果/高糖)为试材,分别取开花当天和花后9 d的果实进行转录组分析。结果表明,在二、四倍体花后9 d果实中共鉴定到1874个差异表达基因(DEGs),其中上调基因818个和下调基因1056个;GO分析显示,DEGs显著富集在“DNA复制”(GO:0006260)、“DNA代谢过程”(GO:0006259)、“蛋白质复合体”(GO:0032993)、“染色体”(GO:0005694)、“蛋白质二聚活性”(GO:0046983)等GO条目上;KEGG分析表明,DEGs富集在“植物激素信号转导”(csv04075)、“淀粉与蔗糖代谢”(csv00500)等代谢通路上;参与“植物激素信号转导”相关基因AUX1、DELLA、B-ARR、TCH4上调表达,GH3、GID1、PP2C、CYCD3下调表达,以及参与“淀粉与蔗糖代谢”相关基因SPS、SUSY上调表达,可能与果形指数减小和果实糖含量增加有关。荧光定量PCR(RT-qPCR)分析显示,除ARF4外,所选定DEGs的表达模式与RNA-Seq中表达趋势相一致,其中SUSY在二、四倍体黄瓜果实中差异表达极显著,推测该基因在调控黄瓜四倍体果形及糖含量形成过程中起到重要作用。

同源四倍体甜荞诱导方法研究

为研究同源四倍体甜荞的诱导方法,用0.1%、0.2%和0.3%的秋水仙素水溶液分别处理亲本二倍体甜荞品种(染色体2 N=2 X=16)干种子、发芽种子和幼苗。结果表明,通过不同浓度的秋水仙素处理干种子、发芽种子和幼苗均能获得比亲本生育期长、株高增加、茎秆增粗、叶片增大、籽粒显著增大、结实率有所下降的四倍体甜荞(染色体2 N=4 X=32)。但比较几种方法,在处理总数相同的情况下,处理干种子,死亡株数(16株)最少,但加倍率最低(19.4%),不能获得好的处理效果;处理发芽种子,加倍率(52.7%)最高,但死亡株数(76株)也最多,处理效果也不理想;处理幼苗,加倍率(45.5%)较高,虽然略低于处理发芽种子的,但成活株数(110株)远比处理发芽种子(74株)的多。因此,处理幼苗是诱导同源四倍体甜荞的最有效方法,且0.2%秋水仙素水溶液处理幼苗效果最佳。

木薯品种华南12号(SC12)同源四倍体诱导及鉴定

多倍化可伴随产生一些优良的农艺性状,如抗逆性增强、器官体积变大、生物量增加等,多倍体育种为木薯新品种培育提供了一个重要途径。本研究以木薯品种SC12离体单芽茎段为诱导材料,比较不同浓度秋水仙素对外植体诱导率的影响,并对木薯二倍体与同源四倍体不同株系进行形态学、解剖学和农艺特性比较。结果表明,以0.03 g/L浓度的秋水仙素诱导SC12同源四倍体效率最高,为7.78%;通过流式细胞仪和根尖染色体数目观察对筛选的20个植株进行倍性鉴定,获得了11个同源四倍体和5个嵌合体植株,同源四倍体为检测株系的55%,变异植株为检测株系的80%;二倍体和同源四倍体植株表现出显著的形态和生理差异,在形态上表现为四倍体植株变矮、茎杆变粗、叶尖盾化,叶片由披针形向拱形过渡,同源四倍体裂叶长/裂叶宽显著降低、叶绿素含量显著增加;通过解剖学发现四倍体叶片保卫细胞的长、宽、叶绿体数目均显著增加,分别比二倍体增加2.33%、28.99%、117.79%;气孔数显著降低,比二倍体减少40.06%;四倍体变异株保卫细胞呈椭圆形,二倍体保卫细胞趋近于圆柱形;四倍体叶片厚度和栅栏组织厚度均显著高于二倍体,比对照分别增加24.41%、43.88%,栅栏组织/海绵组织是二倍体的1.9倍,表明四倍体叶片的栅栏组织排列紧密,但海绵组织不发达。测产结果表明,多倍体株系SC12-11的单株薯重和收获指数分别为3.30 kg和0.43,显著高于对照二倍体SC12。

白榆二倍体及同源四倍体的生理特性及转录组差异分析

为了探究白榆二倍体及其同源四倍体的基因表达谱差异情况,以白榆二倍体及其同源四倍体为材料,比较二者成熟叶片的生理特征并采摘幼嫩叶片进行转录组数据分析。结果显示,与二倍体相比,同源四倍体丙二醛含量、可溶性蛋白含量及叶绿素含量增加,可溶性糖含量降低。转录组测序结果共得到2407个差异表达基因,其中上调基因为1076个,下调基因为1331个。在COG蛋白质的同源注释分析得到918个差异表达基因,主要涉及21个方面。共有1380个差异表达基因被GO注释,主要与细胞组分、代谢功能、催化活性等相关。通过KEGG通路注释发现,共有930个差异表达基因分布到5大类KEGG通路中,其中以代谢机制中差异表达基因被注释到的最多。叶绿素含量的增加使四倍体的叶片颜色变得更加浓绿,丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白的含量的增加与减少与四倍体植物在植物代谢与生长上有一定关系,经过转录组测序分析,糖酵解途径的基因表达为下调,还原性戊糖磷酸循环与光呼吸等与叶绿体有关的基因为上调。

利用激光扫描共聚焦显微镜观察同源四倍体水稻胚囊的形成与发育

激光扫描共聚焦显微镜是研究植物胚囊的形成与发育过程以及胚囊变异的理想工具。同源四倍体水稻是二倍体水稻染色体加倍形成的。本文利用激光扫描共聚焦显微镜直接观察经透明处理的水稻子房,研究加倍的基因剂量对于四倍体水稻的胚囊形成与发育的影响。结果表明,广陆矮4号四倍体大部分的胚囊形成与发育的过程基本是正常的,一部分胚囊出现异常现象,在成熟胚囊时期异常频率为10 61%;L202四倍体的异常频率较高,成熟胚囊时期异常频率达到45 65%。

‘寒富’苹果二倍体及其同源四倍体叶片超微结构和叶绿素荧光参数特征

采用扫描电镜和石蜡切片法,以‘寒富’苹果二倍体及经秋水仙素加倍获得的同源四倍体植株为材料,比较两种倍性植株叶片超微结构、叶绿素含量及叶绿素荧光参数的日变化规律。结果显示:(1)与二倍体植株相比较,其同源四倍体叶片厚度、栅海比、气孔长、气孔宽、分别增加了15.1%、16.1%、70.5%、27.2%,而气孔密度显著减少了58.7%;其同源四倍体叶保卫细胞中叶绿体数和叶绿素含量分别比二倍体植株高出125.3%、37.7%。(2)‘寒富’苹果同源四倍体与其二倍体的叶绿素荧光参数PSⅡ的原初光能转化效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潜在光化学效率(Fv/F0)和以吸收光能为基础的光合性能指数(PI)值的日变化趋势相似,但PI平均值比二倍体显著高出38.6%。研究表明,同源四倍体较二倍体叶片在形态上更大、更厚,气孔更大、密度更小,栅海比更大,表现出抗病的叶片结构;同时同源四倍体较二倍体含有更高的叶绿素含量,表现更优良的光合特性。

南荻同源四倍体的研究

南荻变种“突节荻”的幼穗、下胚轴产生的带绿芽点愈伤组织，置于０．０５％秋水仙碱的ＭＳ无激素培养基上处理２４－４８ｈ，经培养而诱变成交异试管苗。细胞学鉴定确定其染色体数目为２ｎ＝４ｘ＝７６（ｘ＝１９），花粉粒和气孔保卫细胞均增大，核仁数目增多。田间种植和测定，获得南荻同源四倍体新品系。该品系表现出生长势强，植株高大，茎粗、茎壁厚、节间长，产量高，而且纤维长，长宽比值大。

水稻体细胞同源四倍体的人工诱导及遗传特性研究

以4种基因型水稻籼粳杂种二倍体为材料,在幼穗离体培养过程和种子发芽期,分别用不同浓度秋水仙素处理愈伤组织和发芽种子,诱变获得水稻同源四倍体。结果表明,秋水仙素300mg/1和500mg/1的浓度处理愈伤组织,四倍体最高诱导率分别达到45.5％和56.3％,平均诱导率比种子发芽期的四倍体诱导率提高10倍左右。种子发芽期以250—500mg/1较低浓度的秋水仙素诱导效果较好,四倍体诱导率为2.9—5.7％。获得的四倍体倍性稳定,主要农艺性状与二倍体差异显著。

NaCl胁迫下二倍体和同源四倍体西瓜幼苗DNA甲基化差异分析

【目的】研究二倍体和同源四倍体西瓜幼苗NaCl胁迫后形态学指标差异和DNA甲基化变化情况,分析不同倍性西瓜幼苗之间耐盐差异,结合形态学指标从表观遗传学角度解释二倍体和四倍体抗逆性差异机制。【方法】以3组不同倍性(二倍体、四倍体)西瓜幼苗为研究对象,待长至三叶一心时,用含有0、100、200、300和400mmol·L-1 NaCl的1/2 Hoagland营养液处理西瓜幼苗,NaCl处理8 d之后,鉴定西瓜幼苗受到的盐害指数,并运用甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)技术,分析NaCl处理8 d之后二倍体和四倍体西瓜幼苗叶片基因组DNA甲基化水平和模式的变化。【结果】NaCl处理后,形态学指标比较发现,随着NaCl浓度的增加,三组西瓜幼苗的受伤害程度都随着增加,在不同的西瓜品种之间受伤害程度有差异,但是同一品种内同一NaCl浓度下,西瓜幼苗受伤害程度二倍体大于四倍体;从甲基化水平看,西瓜幼苗基因组DNA全甲基化率、半甲基化率、总甲基化率都随着NaCl浓度的增加而降低,同一NaCl浓度处理下甲基化率二倍体大于四倍体,二倍体和四倍体西瓜甲基化水平与其受伤害程度呈正相关;从甲基化模式来看,NaCl胁迫后DNA的去甲基化比率降低,超甲基化比率升高,并且其变化幅度是四倍体大于二倍体,不同倍性西瓜幼苗的甲基化模式与其受伤害程度呈负相关。【结论】NaCl胁迫后西瓜幼苗基因组DNA的甲基化状态发生了变化,并且这种变化与NaCl胁迫程度高度线性相关,西瓜幼苗通过降低甲基化率和降低去甲基化比率来应对NaCl胁迫,四倍体较二倍体有更低的甲基化比率和去甲基化比率,抗逆性四倍体强于二倍体。

同源四倍体水稻胚乳发育:极核融合和胚乳细胞化

利用激光扫描共聚焦显微术和塑料包埋半薄切片技术观察同源四倍体水稻极核融合及游离核进一步发育的过程 ,发现同源四倍体水稻约有 1 /3子房极核融合过程和游离核进一步发育与其二倍体原种的基本一致 ;2 /3子房出现各种异常现象 ,如极核未受精、受精异常和胚乳游离核发育滞后等。应用荧光增白剂染色对胚乳细胞化过程进行观察 ,直接观察到胚乳初生壁的出现和形成过程以及不同部位的胚乳细胞壁的形成机理。表明同源四倍体水稻与二倍体水稻胚乳的细胞化过程基本一致 ,胚乳细胞初始垂周壁来源于珠孔端胚囊壁内突向心游离生长 ,初始平周壁来源于游离核有丝分裂产生的成膜体 ,而中间胚乳细胞壁则有些来源于游离核有丝分裂产生的成膜体 ,有些是自由生长而来。同源四倍体水稻胚乳细胞化过程也出现相当比例的异常现象 ,如无细胞壁形成、细胞化不同步和产生分枝状的细胞壁等。同源四倍体水稻胚乳发育过程中出现的极核融合。

黄瓜多倍体育种中同源四倍体的合成和鉴定

在室温条件下,用0.2%、0.4%、0.8%的秋水仙素水溶液分别处理黄瓜“津绿四号”干种子和萌动种子。结果表明, 0.4%的秋水仙素浸萌动种子4 h的染色体加倍效果最好,加倍率可达26.7%。与原二倍体相比,同源四倍体的侧枝数减少,叶柄变短,叶面积增大,花器变大,果型指数减小。四倍体花粉粒大小不一,每一朵花中平均有2.3%的4孔花粉粒;四倍体花粉的可染率和萌发率均显著降低。

用SSR标记检测同源四倍体与二倍体水稻的遗传差异

随机选用分布于水稻 (OryzastativaL .) 12条染色体上的 15对SSR(simplesequencerepeats)引物 ,对 18种中科院成都生物所培育的四倍体水稻和 9种大面积种植的二倍体水稻进行了SSR多态性分析 .11对具多态性的引物共检测到 33条多态性条带 ,平均每对引物检测到 3个等位基因 .研究结果发现 ,所用同源四倍体水稻的基因组与二倍体水稻基因组大部分相同 ,只是在某些位点上具有差异 ,并筛选出部分SSR标记来区分二倍体与其同源四倍体 .本研究还对二倍体与同源四倍体之间遗传差异的原因进行了初步的探讨 .图 2表 2参

豫杂一号泡桐体细胞同源四倍体诱导及其体外植株再生

在含不同质量浓度秋水仙素固液双层培养基上,以叶片为外植体进行了豫杂一号泡桐同源四倍体的诱导,同时建立了其体外植株再生系统。结果表明,秋水仙素质量浓度和处理时间对豫杂一号泡桐同源四倍体诱导率影响显著,外植体预培养时间影响不显著。在含20 mg.L-1秋水仙素MS培养基上处理48 h,未经预培养叶片四倍体诱导率最高达21.2%。同源四倍体幼苗叶片及其单气孔器较二倍体变大,气孔密度变小,叶绿素含量和SOD活性升高,MDA含量和POD活性降低。此外,叶片是同源四倍体豫杂一号泡桐体外植株再生的最佳外植体,MS+0.5 mg.L-1NAA+16 mg.L-1BA和1/2MS+0.1 mg.L-1NAA分别是其芽诱导和根诱导的最适培养基。

桑树二倍体及其同源四倍体遗传差异的ISSR分析

利用ISSR分子标记技术,研究了农桑8号、湖桑199号、湖桑197号、育71-1、育2号、湖桑32号等6份二倍体品种和经秋水仙碱化学诱变得到的同源四倍体之间的DNA遗传差异。结果表明:桑树不同材料二倍体及其同源四倍体之间的ISSR多态性有明显差异;农桑8号、湖桑197号、育2号的二倍体及其同源四倍体间的扩增条带完全一致,无差异;湖桑32号二倍体及其同源四倍体的ISSR多态性最高,达到了23.53%。说明不同桑树材料经秋水仙碱诱变后产生的遗传差异较大。

同源四倍体皇家嘎啦苹果的生物学及光合生理特性研究

研究比较了皇家嘎啦苹果二倍体及同源四倍体的气孔特征及生理特性。结果表明 ,四倍体的苹果叶片厚 ,气孔大 ,气孔密度小 ,保卫细胞叶绿体数目多 ,叶绿素含量高。四倍体在光诱导过程中气孔导度增加缓慢且较二倍体低 ,诱导初期光合速率较低主要是气孔限制造成的。在光响应过程中 ,四倍体皇家嘎啦苹果叶片表观量子效率比二倍体大 ,而光饱和点及最大光合速率却比二倍体低 ,与二倍体相比较具有阴生植物的某些特点。