‘贵妃’芒正常果和败育果的比较代谢组学分析

为探索‘贵妃’芒不同发育时期的初生代谢产物成分及其在正常果和败育果中的差异性,采用非靶向代谢组学方法对‘贵妃’芒花后第14、16、18、20周的正常果和败育果的代谢组进行分析比较。结果共鉴定出452个代谢物,主要属于酚酸类化合物、氨基酸及其衍生物、有机酸、游离脂肪酸、糖及醇类化合物、核苷酸及其衍生物等6类化合物,其中氨基酸和酚酸类化合物在正常果和败育果中的含量差异较大。在4个发育时期分别筛选出93、74、87和111个差异代谢物,其中花后第20周时筛选出的差异代谢物数量明显多于其他3个时期,且富集显著通路也和前3个时期的差异较大,说明‘贵妃’芒进入成熟后期以后,其代谢物的合成、分解和转换比果实成熟前期更为旺盛。4个时期共筛选出9个共有差异代谢物,其中8个都属于酚酸类化合物,这可能与败育果和正常果口感差异有关。

中国农科院郑州果树研究所研究团队 揭示种子败育导致葡萄无核果实的生物学新机制

近日,中国农业科学院郑州果树研究所葡萄资源与育种创新团队在Plant Physiology在线发表了题为"Antibody array-based proteome approach reveals proteins involved in grape seed development"的研究论文,该研究通过创建的20k的葡萄发育的全蛋白抗体组平台,筛选到了细胞壁DUF642蛋白,该蛋白与葡萄无核性状100%相关,为葡萄无核育种的亲本和子代选择提供了理论依据。

大杏扁花器败育及提高坐果率技术

大杏扁(甜仁杏)作为开发山区、脱贫致富、实现绿化的主要树种,由于适应性强,耐干旱、耐瘠薄的特性,在丘陵山区广为栽培。但是由于管理等多种原因,大杏扁往往“满树花,半树果或无果”,坐果率仅为0～10％。为了提高大杏扁坐果率,本文拟从花器发育上进行探讨。

高温胁迫导致水稻颖花败育的机理及其防御措施研究进展

高温胁迫导致的颖花败育已成为水稻减产的主要原因之一。因此,开展高温胁迫导致水稻颖花败育的机理及其防御措施的研究意义重大。本文从高温影响水稻的颖花形成、花粉发育、雌雄蕊结构、开花受精及颖花生理代谢等方面综述了高温胁迫对水稻颖花育性的伤害机理,提出相应的防御措施,包括加强水肥管理、合理喷施外源生长调节剂和选育耐高温品种等,并对未来水稻高温热害的研究方向进行了展望,为开展水稻抗热栽培及合理高温防御措施的选择提供理论依据。

植物种子败育研究进展

种子败育在许多植物中普遍存在并一直是植物界研究热点。本文重点综述了近十年来在研究影响种子败育的内因(胚胎学、生理生化机制)和外因(环境条件、生长调节物)方面取得的主要进展。种子败育的胚胎学机制主要有以下4个方面:(1)雄性不育,包括花药退化、花粉败育、绒毡层细胞结构异常等;(2)雌性器官不孕,主要表现为雌性器官形态结构异常、大孢子母细胞及营养器官退化;(3)授粉受精不良,主要表现为自交或异交不亲和;(4)胚中途败育,不同植物胚败育的时间、败育原因及解剖学特征各不相同。不同的内源激素对植物胚胎发育的影响各不相同,激素含量的异常会导致种子败育;田间喷施GA3在提高果树座果率的同时常大大提高无仁率。矿质元素的缺乏会使一些植物发生种子败育。另外,环境胁迫等外在因素会严重影响种子发育。

种子败育型无核葡萄胚发育及败育的细胞学研究

以种子败育型葡萄火星无核、康能无核为试材,系统研究其胚发育及败育的细胞学进程,分析胚乳败育与胚败育的关系。结果表明,种子败育型无核葡萄与有核葡萄的胚均能发育到球形胚阶段,但不同品种发育到该阶段的时间不同,火星无核在花后28~37 d处于球形胚阶段,康能无核在花后31~40 d,有核葡萄白香蕉的球形胚阶段是花后28~40 d,随后无核葡萄的胚逐渐败育,而有核葡萄的胚历经心形胚和鱼雷形胚阶段,最后发育成熟。种子败育型葡萄胚乳败育均早于胚败育,可能是胚败育的直接原因。火星无核、康能无核胚挽救适宜取材时期分别在花后34 d和花后40 d。

油茶胚珠败育的组织学特性及相关基因表达分析

【目的】油茶胚珠败育现象严重,只有少数胚珠能发育为成熟种子,但其败育机制尚不清楚。本研究对油茶胚珠败育时期、组织结构变化和败育原因展开探究,旨在明确油茶胚珠的败育过程,为提高油茶产量提供一定的理论基础和实践意义。【方法】本研究以‘华硕’品种果实为试验材料,在体视显微镜下观察油茶果实内胚珠的形态,统计败育率,采用荧光素二乙酸酯(FDA)染色观察败育胚珠失去活性的时间;通过石蜡切片和显微镜观察明确可育胚珠和败育胚珠的组织结构变化,通过碘-碘化钾染色和PAS反应标记可育胚珠与败育胚珠中淀粉粒的分布。利用CFDA荧光示踪和激光共聚焦成像技术揭示同化物在可育胚珠与败育胚珠中的运输路径,通过实时荧光定量PCR试验分析与糖和能量代谢、活性氧代谢、细胞凋亡等过程相关的基因在可育胚珠与败育胚珠中的表达情况。【结果】(1)体式显微镜的观察结果显示26 WAA(花后周数)后油茶可育胚珠与败育胚珠的大小产生差异;FDA标记结果说明,败育胚珠在果实发育过程中逐步失去活性。(2)37 WAA时,胚珠败育率达到64.08%。(3)显微观察显示:可育胚珠的胚和胚乳均正常发育,内外珠被结合紧密;败育胚珠无胚乳细胞,内珠被与外珠被之间的空隙较大;可育胚珠的胚柄和胚乳中均有淀粉粒存在,败育胚珠仅在萎缩的内珠被上观察到少量淀粉粒。可育胚珠的内珠被上无胼胝质沉积,败育胚珠的内珠被上可见胼胝质沉积。(4)CFDA荧光示踪结果发现,败育胚珠与可育胚珠的同化物运输方式存在差异。(5)与糖和能量代谢、活性氧代谢、细胞凋亡等过程相关基因在败育胚珠和可育胚珠中存在差异性表达。【结论】败育胚珠的结构异常,胚珠内缺乏淀粉的积累,内珠被上有胼胝质沉积,同化物的运输方式与可育胚珠不同,参与胚珠物质和能量代谢、抗氧化作用和细胞凋亡等过程的基因的差异表达可能与油茶胚珠的败育有关。

高温诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理研究

【目的】研究高温处理对银灰杨小孢子发生的影响,揭示高温处理导致杨树花粉败育的细胞学机理,旨在完善高温处理诱导配子染色体加倍、选育林木三倍体的技术。【方法】本研究以银灰杨为试验材料,利用38℃和41℃的高温,对不同减数分裂时期的银灰杨花粉母细胞进行3、6 h处理,研究处理温度、减数分裂时期以及持续处理时间对败育花粉比率的影响。在此基础上,通过比较未经高温处理和高温处理后银灰杨花粉母细胞减数分裂染色体行为、微管骨架动态变化以及减数后绒毡层细胞发育的差异,揭示高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。【结果】(1)减数分裂时期、处理温度、持续处理时间以及减数分裂时期与处理温度、减数分裂时期与持续处理时间的交互作用均对败育花粉比率具有极显著的影响。41℃高温于中期Ⅰ持续处理3 h的败育花粉比率最高,为(25.11±4.28)%。(2)与对照组相比,银灰杨雄花芽经高温处理后,花粉母细胞减数分裂微管骨架表现出不同程度的解聚,中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ的同源染色体或姊妹染色单体分离异常,产生大量的落后染色体。这些落后染色体被遗弃在细胞质中,引起微核的产生,四分体时期形成多分体而导致花粉败育。(3)高温处理可导致银灰杨花药绒毡层退化延迟,但仍能正常开裂,释放出花粉粒,因此绒毡层延迟退化不是高温处理诱导银灰杨花粉败育的原因。【结论】高温处理诱导银灰杨花粉母细胞中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ产生大量的落后染色体,引起大量多分体的产生,是高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。

温室栽培黄金梨种子败育初探

【目的】通过比较温室栽培和露地栽培黄金梨从萌芽期至开花期的胚珠、胚囊发育情况,初步探讨温室栽培黄金梨种子败育的原因。【方法】调查记录了温室、露地栽培黄金梨萌芽期至开花期的气温变化规律,并以2种栽培条件下的黄金梨为试材,对该时期的花芽进行采样,利用石蜡切片法对比观察黄金梨的胚珠、胚囊发育过程及其形态特点,并用测微尺测量了开花期胚珠、胚囊的大小;于花后20 d统计坐果率,并对成熟期的果实进行种子败育情况调查。【结果】露地栽培黄金梨种子败育率低,坐果率高,温室黄金梨种子败育率高,坐果率低。温室栽培条件下,不适宜的高温处理缩短了黄金梨从现蕾到开花所需时间;同时造成开花期胚囊发育滞后,胚囊发育不完全(未成熟),50%的胚囊仍处于单核、二核阶段,11.1%的胚囊处于四核阶段,且胚囊的长度和宽度均小于露地黄金梨。【结论】温室黄金梨种子败育率高、坐果率低的重要原因是开花前的高温处理导致胚囊发育滞后、发育不完全。

‘贵妃’杧果胚败育果实植物激素生物合成的转录组分析

【目的】为创制胚败育特异种质和优质胚败育杧果生产提供参考。【方法】以花后第14、16、18、20周4个发育时期的‘贵妃’杧果的胚正常果和胚败育果作为研究对象,基于转录组测序数据,探讨胚正常和胚败育杧果中乙烯、生长素、赤霉素、脱落酸、油菜素甾醇和茉莉酸6种植物激素生物合成途径中差异表达基因的表达趋势,研究其在胚正常和胚败育杧果中的作用和差异。选取15个具有指示和标记作用的关键差异表达基因进行荧光实时定量PCR,对转录组测序和分析结果的可靠性进行验证。【结果】‘贵妃’杧果胚正常和胚败育果实中参与植物激素生物合成途径的关键基因表达情况在不同发育阶段存在明显差异,且呈现一定规律。胚败育果中调控乙烯合成的关键基因在花后第14、16周的表达量高于胚正常果,而调控生长素合成的关键基因表达量低于胚正常果;调控茉莉酸合成的关键基因大多在胚败育果中表达量更高。荧光实时定量PCR的结果与转录组分析结果基本一致,表明结果真实可靠。【结论】乙烯、生长素和脱落酸共同调控了‘贵妃’杧果胚败育果的早熟,赤霉素调控了胚正常果果形更大,杧果在受到外界环境胁迫的时候,更容易产生胚败育果。

败育雄性毛白杨优良无性系的生长性状特征和光合特性

在河北省林业和草原科学研究院院内的试验林内(2019年秋季栽植,每个品种4次重复随机区组设计,每个小区4株,株行距为4 m×4 m),选取败育毛白杨雄株‘1605’(简称‘1605’)无性系、正常可育雄株‘毛白杨1316’(简称‘1316’)无性系的3年生苗木为试验苗木,测定毛白杨无性系花序(花粉)特征、生长形态特征、光合蒸腾特性;采用t检验法、皮尔逊(Pearson)相关性分析法,分析败育毛白杨雄株无性系和可育雄株无性系间生长特性、光合特性的差异,分析性状特征、光合特性与败育特征的相关性。结果表明:‘1605’的花粉萌发率低(0.93%),花粉畸形率较高(25.15%)。‘1605’的比叶质量为89.94 g·m^(-2),萌条数量较少,胸径年生长量为3.42 cm,树高年生长量为3.26 m,落叶较晚,树干颜色偏绿色,皮孔形状近圆形,花序较短(9.86 cm)。‘1605’的叶绿素a质量分数(2.53 mg·g^(-1))、类胡萝卜素质量分数(0.38 mg·g^(-1))均较低。‘1605’的光合速率显著优于‘1316’,且8月份的净光合速率最高(21.54μmol·m^(-2)·s^(-1)),显著大于6月份和7月份。综合试验结果,败育毛白杨雄株‘1605’具有花粉败育特性,且生长特性和光合特性均显著优于可育雄株。

氮素形态对花后初期高温胁迫诱导玉米籽粒败育的影响研究

随着全球季节性变暖,高温已经成为影响作物生长发育和产量形成的主要限制性因素。为明确花后初期高温胁迫诱导玉米籽粒败育的影响,分析不同形态氮素对花后初期高温胁迫下同化物合成及其在籽粒中转化积累的调控效应,采用自然温度CK和增温处理HT 2个处理,副区为3个氮素配比N1(硝态氮∶铵态氮=100∶0)、N2(硝态氮∶铵态氮=50∶50)、N3(硝态氮∶铵态氮=0∶100),对“郑单958”玉米品种进行研究。结果表明,与对照相比较花后初期高温胁迫显著降低了玉米的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶绿素含量(SPAD),降低了玉米的受精率和结实率从而导致玉米的产量降低。但在高温条件下施用氮肥,能有效缓解高温对玉米造成的伤害,其中不同氮素配比中,HTN2处理效果最好,HTN3次之,HTN1效果最差。

板栗雄花序败育新品种--怀奇

“怀奇”是由实生芽变选育的板栗新品种。2022年12月获得国家林业和草原局植物新品种权证书(品种权号:20220456)。该品种总苞呈椭圆形,平均单苞重51.40 g,平均每苞内含坚果数为2.62个,出实率高(46.28%),开裂方式先纵裂。坚果呈椭圆形,颜色红褐,光泽明亮,单粒平均9.15 g,果实干样可溶性糖含量13.83%,淀粉48.71%,蛋白质5.08%,脂肪0.71%。坚果果肉黄色,口感细糯,内果皮易剥离,宜炒食。该品种嫁接第2年结果株率96%以上。

夏玉米干物质累积与分配、叶片特性及籽粒败育对花粒期光照胁迫的响应

在大田条件下,在玉米花粒期设置透光率30%(S_(30))、透光率60%(S_(60))2个光照胁迫处理,以自然光照为对照(CK),研究了夏玉米干物质累积与分配、叶片特性及籽粒败育对花粒期光照胁迫的响应。结果表明:花粒期光照胁迫显著降低了夏玉米干物质累积,抑制了干物质向籽粒中的分配,向茎秆、叶片的分配比例增加。花粒期光照胁迫增加了比叶面积,随着光照胁迫强度的增加而上升,叶片变薄。在花粒期光照胁迫下LAI花后30 d降低,花后40 d下降显著,S_(30)的LAI略高于S_(60),但均低于CK。花粒期光照胁迫使穗位叶的Pn在不同时刻均显著低于CK,表现为S_(30)<S_(60)<CK,花后10 d的Pn均高于花后40 d,随着光照胁迫的增强,其Pn的衰减幅度升高。花粒期光照胁迫显著增加了叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量。花粒期光照胁迫阻碍了籽粒的正常发育,败育籽粒增多,籽粒败育率、总败育率均显著高于CK,随着光照胁迫强度的增加而增加。花粒期光照胁迫显著降低了穗粒数、百粒重,秃尖显著变长,胁迫强度越大则其变化幅度也越大,致使玉米最终产量直接降低,2020年光照胁迫处理S_(30)、S_(60)的产量分别比CK降低了50.31%、25.34%;2021年光照胁迫处理S_(30)、S_(60)的产量分别比CK降低了52.94%、13.07%。

果树雌蕊败育研究进展

雌蕊发育是否正常直接关系到果树是否能够正常开花结实。果树中普遍存在雌蕊败育现象,其形式多样、机制复杂,研究果树雌蕊败育的分子调控机制、引起果树雌蕊败育的原因、克服果树雌蕊败育的有效途径对提高果树产量及果实品质具有重要意义。因此,自20世纪50年代,果树雌蕊败育研究一直备受关注,并已开展了大量工作。本文综述了国内外果树雌蕊败育的研究进展,从珠被发育异常、胚囊发育受阻、花柱结构异常、雌蕊分化进程停滞或迟缓四方面介绍果树雌蕊败育的形式,并从基因层面、生理生化及外部环境方面总结了引起果树雌蕊败育的可能原因及克服果树雌蕊败育的有效途径,分析国内外果树雌蕊败育研究存在的问题,展望雌蕊败育的研究前景。

亚洲栽培稻与普通野生稻种间杂种花粉和胚囊败育研究

以亚洲栽培稻籼稻品种广陆矮4号(简称GLA)、粳稻品种辽粳944(简称944)、粳型亲籼系G2416-3(简称M12)与产于广东高州的普通野生稻(简称GP)配制6个正反交种间杂交组合,F1育性研究的结果表明:GLA/GP F1与GP/GLA F1之间的花粉育性(56.71%、56.15%)、胚囊育性(42.10%、33.33%)和小穗育性(33.66%、32.60%)差异较小;944/GP F1与GP/944 F1之间的花粉育性(79.01%、7.45%)、胚囊育性(50.00%、27.28%)和小穗育性(47.31%、17.59%)差异较大;M12/GPF1与GP/M12 F1的花粉育性(65.26%和49.55%)和小穗育性(73.16%和54.10%)差异介于前两者间,而胚囊育性(75.00%和40.00%)相差较大。各杂种F1败育花粉以典败类型为主;杂种F1败育胚囊主要有雌性生殖单位退化,卵器退化,极核异常排列,胚囊内组织混乱,助细胞退化且珠心组织吞噬胚囊,以及胚囊退化等。杂种胚囊育性和花粉育性直接影响小穗育性。以野生稻为母本的杂种育性较相应反交组合杂种的为低,表现出野生稻细胞质对栽野杂种育性的影响效应。可尝试利用人为创建的粳型亲籼系来开展克服栽培稻与普通野生稻种间杂种不育性的研究。

水稻雄性败育初探

水稻雄性育性通常受一对可育基因和质、核间相应诱导物质(RNA)共同作用,质、核间育性诱导物质的协调与否,能影响基因性状的表达,目前三系中的“不育”系就多为这种类型。“光(温)敏核不育”则还受一对光(温)敏育性基因及相应的光(温)敏核诱导物质(RNA)共同作用,在特定光(温)条件下能表现可育,条件不具备时则表现为“不育”。因这两种“不育”均非不育基因作用,实质上应是败育。

种子败育型葡萄胚珠败育的外观形态学观察

以种子败育型无核葡萄为试材,系统研究了花后不同时期胚珠败育数量、胚珠直观形态特征、胚珠和果实的体积及重量变化。结果表明,由遗传因素主导的火星无核、康能无核胚珠畸形或败育分别始于花后28d、34d,其外观形态表现为体积偏小、颜色偏淡、呈不对称性发育;胚珠及果实的外观形态指标与胚珠败育进程关系紧密。花后28~34d、34~40d分别是火星无核及康能无核进行胚挽救的适宜取材时期。