以‘凤丹白’为母本的杂交及其育种潜力分析

对药用和油用牡丹品种‘凤丹白’自交亲和性进行验证的同时,对其育性以及育种潜力进行研究。分别于2008年、2009年、2011年以‘凤丹白’为母本与中原牡丹、日本牡丹以及紫斑牡丹进行了大量杂交,共设置57个杂交组合,授粉2023朵花,获得43508粒杂交种子。结果表明:1)‘凤丹白’自然授粉结实率高(19.13粒/朵),且明显高于自花授粉结实率(0.4粒/朵),属于异花授粉植物,且不存在无融合生殖现象;2)‘凤丹白’与中原牡丹、日本牡丹、紫斑牡丹杂交结实率(18.44、23.84、26.62粒/朵)均较高,表明‘凤丹白’的杂交亲和性较强;3)结实率受父本花型影响,皇冠型最低(10.42粒/朵)且与其他花型存在极显著差异,这与雄蕊高度瓣化而花粉减少且生活力下降有关;4)‘凤丹白’与‘贵妃插翠’‘黑龙锦’等39个品种杂交结实率(33.33、35.89粒/朵等)高于其自然授粉结实率,对提高油用牡丹种子产量有重要参考价值。总之,‘凤丹白’的育性强、亲和性高,是一种育种潜力巨大的优良牡丹种质资源,值得进一步挖掘与利用。

氮磷钾平衡施肥对凤丹光合特性的影响

为探究氮磷钾平衡施肥对油用牡丹光合特性的影响,建立氮磷钾平衡施肥对油用牡丹净光合速率的函数模型,模拟出油用牡丹的氮磷钾施肥最优组合方案。以油用牡丹品种凤丹为材料,采用311-A拟饱和最优回归设计,研究不同氮、磷、钾施肥处理对凤丹盛花期光合特性的影响,建立凤丹盛花期的净光合速率氮磷钾平衡施肥效应函数模型。结果表明,凤丹盛花期的净光合速率与氮磷钾肥施用量之间回归关系显著,并具有高度相关关系。所有施肥处理的净光合速率均显著高于对照,氮磷钾三因素、两因素配施对凤丹盛花期净光合速率均具有显著影响,氮磷钾3种肥料的影响作用大小顺序为钾肥>氮肥>磷肥。通过模型寻优获得最高净光合速率对应的氮磷钾最佳施肥组合为N 502.52 kg·hm-2,P2O5179.42 kg·hm-2,K2O 174.79 kg·hm-2,拟合的最大净光合速率为16.398μmol·m-2·s-1。本研究建立的施肥效应函数模型能够用于预测凤丹盛花期的光合能力,帮助改善其光合特性,对于高光效凤丹品种的生产具有重要意义。

秦岭地区‘凤丹’牡丹居群果期相关性状的表型多样性研究

为了解位于陕西境内秦岭地区的‘凤丹’牡丹居群果期相关性状的表型多样性变异,对8个居群的叶、果的8个质量性状和14个数量性状进行了系统观察。结果表明:‘凤丹’牡丹株形在居群间与居群内均存在变异,而分枝类型、新枝颜色、叶形、果实颜色等仅在居群间存在明显变异,居群内趋于一致性;数量性状上,除单果荚长度外其他均在居群间和居群内存在显著差异。8个居群间不同数量性状的平均变异系数存在一定差异,其中坐果量、单果内种子数、单果荚长度变异较大,单果荚宽度、种子径长变异较小。分析环境因素与所选性状的相关性可知,‘凤丹’牡丹的单果内种子数对纬度存在极显著的负相关,与年均温存在极显著的正相关。

凤丹种子休眠特性研究

以凤丹种子(Paeonia ostii)为试验材料,通过对凤丹种子种皮透水性、种胚形态和生活力、种子内源抑制物质活性的测定,研究凤丹种子休眠特性。结果表明:凤丹种皮降低种子吸水速度,但不影响最终吸水率,完整种子浸种56h种子吸水基本达到饱和,对凤丹种皮进行酸蚀或去皮处理不会提高萌发率,凤丹种皮不是休眠的主要原因;成熟的凤丹种子生活力达95.6%,但种胚发育不完全,其需经过一定时间的层积,种胚才能不断生长分化,完成后熟;种皮和胚乳中含有的萌发抑制物质对白菜种子和自身种子萌发有显著抑制作用,且种皮和胚乳中的抑制物含量和种类不同;300mg·L-1的外源GA3能够有效提高凤丹种子萌发率。凤丹种子休眠是由于种胚发育不完全和生理后熟以及种子内存在抑制物质引起的综合休眠。

凤丹牡丹ANS(PoANS)基因克隆、特性及表达

通过RT-PCR技术,从凤丹牡丹花瓣中克隆出编码ANS基因的c DNA序列,并对其进行生物信息学分析。对不同开花阶段的凤丹花瓣进行实时荧光定量及总花青素质量分数测定,构建原核表达载体PET-28aANS,并转化大肠杆菌BL21感受态,经IPTG诱导进行体外表达。结果表明:该序列编码区域共1 065 bp,编码354个氨基酸,其蛋白相对分子质量为40 475.5,亚细胞定位为细胞质的可能性最大;表达分析显示,ANS基因表达水平与不同开花时期的总花青素质量分数及花色相关,原核表达得到相对分子质量约为44 000的ANS-His-tag融合蛋白,与预测蛋白大小相一致。

‘凤丹’牡丹组织培养研究

以‘凤丹’牡丹芽为材料,对其外植体消毒、褐化防治、组培苗扩繁和生根技术进行研究。结果表明:用75%酒精消毒30s,0.1%升汞消毒8min消毒效果最佳,外植体的污染率和成活率分别为32.31%和64.32%;其最适初代诱导和继代增殖培养基为MS+6-BA 1.0mg·L^(-1)+NAA0.2mg·L^(-1)和MS+6-BA 1.0mg·L^(-1)+NAA 0.2mg·L^(-1)+PIC(毒莠定,Picloram)1.0mg·L^(-1),增殖系数为4.84;生根培养基为1/2MS+CaCl2220mg·L^(-1)+IBA 3.0mg·L^(-1)+NAA0.5mg·L^(-1),生根率为74.30%;低温结合3mg·L^(-1)硝酸银培养可使褐化率降至29.15%。

响应面法优化‘凤丹’牡丹花瓣多酚提取工艺

为优化牡丹花瓣多酚提取工艺,以‘凤丹’牡丹花瓣为试验材料,多酚含量为考察指标,研究液料比、超声时间、超声功率、乙醇体积分数四个因素对‘凤丹’牡丹花瓣多酚含量的影响。在单因素实验基础上,通过Box-Behnken实验设计方案优化多酚的最佳提取条件。结果表明,‘凤丹’牡丹花瓣多酚最佳提取工艺条件为:液料比43∶1 mL/g,超声时间30 min,超声功率72 W,乙醇体积分数63%。在此条件下,多酚含量为(52.111±1.752) mg/g,优化后的提取工艺对‘凤丹’牡丹花瓣多酚的提取有一定指导意义。

Cu和丹皮酚磺酸钠处理对凤丹根系生长、丹皮酚含量及H^+-ATPase活性的影响

采用水培法,研究了Cu单一处理及Cu与EGTA和丹皮酚磺酸钠(SPS)复合处理对凤丹(Paeonia suffruticosa‘Feng Dan’)幼苗根长、根系中Cu和丹皮酚含量的影响,并研究了Cu和SPS单一及复合处理对幼苗根系离体质膜和液泡膜微囊H+-ATPase活性的影响。结果显示:经5μmol.L-1Cu处理后凤丹幼苗根长和丹皮酚含量均略高于对照但总体上差异不显著;经10、20和30μmol.L-1Cu处理后,幼苗根长和丹皮酚含量总体上均低于对照,且随Cu浓度增加和处理时间延长,降幅增大。与10μmol.L-1Cu单一处理相比,10μmol.L-1Cu-10μmol.L-1EGTA和10μmol.L-1Cu-10μmol.L-1SPS复合处理均可以使根系中Cu含量显著降低、丹皮酚含量显著提高;其中,10μmol.L-1Cu-10μmol.L-1EGTA处理组幼苗根系中Cu含量的降低幅度最大,而10μmol.L-1Cu-10μmol.L-1SPS处理组幼苗根系中丹皮酚含量的增加幅度最大且显著高于对照。与对照相比,经5、10和20μmol.L-1Cu单一处理后丹凤根系离体质膜和液泡膜微囊H+-ATPase活性均降低,且随Cu浓度提高降低幅度增大;而经0.1、0.2、0.5和1.0μmol.L-1SPS单一处理总体上可使膜微囊H+-ATPase活性逐渐增加;与10μmol.L-1Cu单一处理相比,10μmol.L-1Cu与0.1、0.2和0.5μmol.L-1 SPS复合处理均可使膜微囊H+-ATPase活性提高,且H+-ATPase活性均呈现随SPS浓度提高逐渐增加的趋势。研究结果揭示:较高浓度Cu胁迫对凤丹幼苗根系生长及丹皮酚合成以及质膜和液泡膜微囊H+-ATPase活性均有明显抑制作用,但添加外源丹皮酚磺酸钠对Cu胁迫伤害具有一定的缓解效应。

“凤丹”牡丹种皮多糖提取工艺的研究

以水提法提取"凤丹"牡丹种皮多糖,以料液比、提取温度、提取时间、纤维素酶用量为考察因素,以多糖得率为评价指标,采用正交实验优选工艺。单因素实验结果表明,料液比、提取温度、提取时间、纤维素酶用量的最优水平分别为1∶20、90℃、2 h、3%;正交实验结果表明多糖提取的最优提取条件组合为料液比1∶30,提取温度90℃,提取时间1.5 h,1%纤维素酶用量时,牡丹种皮多糖得率达到最大,为17.62 mg/g。

‘凤丹’牡丹叶轴多糖超声辅助提取工艺优化及抗氧化性研究

为优化超声辅助提取‘凤丹’牡丹叶轴多糖的提取工艺,并测定其多糖提取液的抗氧化性,在单因素试验的基础上,以多糖得率为指标,通过 L9(34)正交试验优化多糖提取工艺参数,并通过‘凤丹’牡丹叶轴多糖提取液对2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐[2,2'-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate),ABTS]自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基的清除率来评价其抗氧化能力。结果表明,最佳提取工艺参数为超声温度60 ℃,液料比24 ∶ 1 (mL/g),超声时间40 min,超声功率200 W,在此条件下多糖得率为(11.328 8±0.525 3) mg/g;‘凤丹’牡丹叶轴多糖清除ABTS+自由基和DPPH自由基的IC50分别为19.316 7 μg/g和39.330 0 μg/g,‘凤丹’牡丹叶轴多糖具有较强的抗氧化活性,是天然抗氧化剂的良好来源。

酶解辅助乙醇提取牡丹果皮木犀草素的研究

以"凤丹"牡丹(Paeonias suffruticosa"Feng Dan")果皮为原料,采用酶解辅助乙醇提取牡丹果皮木犀草素,以木犀草素得率为评价指标,先以乙醇体积分数、浸泡时间、液料比、提取次数为考察因素,在单因素实验的基础上,利用正交实验法得出四个因素的最优组合。在此最优组合的基础上,再以酶用量、水浴时间、p H、水浴温度为考察因素,利用正交实验法得到酶解条件的最优组合。结果显示:在乙醇体积分数为60%、果皮粉末浸泡30 min、液料比为10∶1条件下提取三次,以果胶酶0.05 g·L^(-1)、水浴加热160 min、p H4.0、水浴温度55℃条件下预处理的牡丹果皮木犀草素得率最高达19.30 mg·g^(-1)。

CO_2浓度增高对盆栽牡丹品种‘凤丹白’生长及光合特性的影响

在开顶式塑料薄膜气室设施条件下,通过LI-6400便携式光合测定系统测定,研究4年生盆栽牡丹品种‘凤丹白’生长和叶片净光合速率对高CO2浓度的响应。结果表明:在各自生长环境下,处理组OTC1[(1000±100)μmol/mol CO2]和OTC2[(700±100)μmol/mol CO2]的净光合速率在整个处理期间均高于对照组CK[(400±50)μmol/mol CO2]。处理30d时日平均净光合速率,OTC1和OTC2分别比CK高125.78%、73.29%;处理60 d时,OTC1和OTC2分别比CK高135.34%、117.71%;处理90 d时,OTC1和OTC2分别比CK高261.10%、71.01%;处理120 d时,OTC1和OTC2分别比CK高239.49%、73.02%。生长量方面,处理60 d时,OTC1和OTC2的株高、单叶面积、基茎、株鲜质量、株干质量分别比CK增加8.61%、16.68%、2.56%、9.48%、9.63%和4.12%、6.35%、0.64%、5.56%、7.08%;处理120 d时,OTC1和OTC2的分别比CK增加8.41%、9.64%、2.50%、14.76%、9.20%和5.88%、12.90%、1.87%、10.52%、7.78%。CO2浓度增加,导致牡丹品种‘凤丹白’叶片气孔导度、蒸腾速率降低,水分利用率显著提高。

“凤丹”牡丹果皮多糖提取研究

以水酶法提取"凤丹"牡丹果皮多糖,以提取温度、提取液p H值、纤维素酶用量、提取时间为考察因素,以多糖得率为评价指标,采用正交试验优选工艺。正交试验结果表明多糖提取的最优提取条件组合为提取温度55℃、提取液p H 4.5、纤维素酶用量0.8%、提取时间80 min时,牡丹果皮多糖得率达到最大,为(34.196±0.379)mg/g。

不同栽培条件下油用牡丹种子产量及含油率

为给油用牡丹生产提供理论依据,以凤丹牡丹为研究对象,连续4年定点观测了平原露地栽培、林下间作和旱薄山地露地栽培3种栽培条件下油用牡丹产量的变化情况,同时研究了不同郁闭度对林下间作的油用牡丹果实经济性状和含油率的影响,分析了影响油用牡丹产量的主要因素。结果表明:凤丹牡丹在平原露地和郁闭度0.4的女贞林下栽培,株行距0.3 m×0.6 m,栽后第4年,种子(含水量13%)单位面积产量分别为2 920.5和1 854.0 kg/hm2。凤丹牡丹在旱薄山地栽培,株行距0.5 m×0.6 m,栽后第5年,种子(含水量13%)单位面积产量2 292.0 kg/hm2。株行距为0.3 m×0.6 m或0.5 m×0.6 m时,凤丹牡丹栽后第4年即出现郁闭,牡丹植株达到郁闭后,油用牡丹种子年产量有逐年下降的趋势。露地栽培油用牡丹种子产量高于林下栽培。林下栽培时,乔木林郁闭度以0.3为最宜,乔木林郁闭度为0.6时,种植6 a的油用牡丹平均单株蓇葖果数量及平均单位面积产量分别比露地栽培下降44.96%和42.78%。不同郁闭度林下种植的油用牡丹种子含油率之间无显著差异,种子含油率范围为19.5%~21.9%。油用牡丹盛花期持续降雨会严重影响坐果率。

外源Ca^(2+)对油用牡丹凤丹白幼苗光合特性的影响

以凤丹白牡丹2年生幼苗为材料,研究钙元素对其叶片光合特性、叶绿素含量和植株生长情况的影响。结果表明,各处理凤丹白光合作用日变化曲线均呈"单峰型"。处理2即钙浓度为160mg/g时,叶片的日平均净光合速率和净光合速率峰值分别为10.60μmol(CO_2)·m^(-2)·s^(-1)和19.17,表观量子效率为0.075 1,叶绿素总含量为20.33mg/g,各指标均显著高于其他3个处理。因此160mg/g的钙浓度最有利于提高油用牡丹凤丹白的光合强度和合成有机物的能力,进而提高植株的干物质积累并促进植株生长。

叶施硼、锌对油用牡丹‘凤丹’光合特性和矿质元素含量的影响

以油用牡丹品种‘凤丹’为试验材料,研究硼肥、锌肥作为叶面肥喷施对其光合特性、叶片矿质元素含量、叶绿素含量的影响,为合理的油用牡丹栽培施肥技术提供理论依据。结果表明,叶施硼肥和锌肥能有效的增大自然状态下‘凤丹’日平均净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs),单施硼肥、单施锌肥和硼锌配施日平均净光合速率较对照组分别高16.46%、19.35%和37.43%,增大了光合产物的积累。通过模型对光响应曲线和CO_2响应曲线进行拟合得出喷施硼肥和锌肥能够显著增大‘凤丹’潜在光合能力Pnmax值和Amax值,最大值分别可达15.12μmol·m^(-2)·s^(-1)和34.59μmol·m^(-2)·s^(-1),同时对其表观量子效率(AQY)、初始羧化效率(ACE)、光饱和点(LSP)和CO_2饱和点(CSP)也有所提高,使其能够适应更宽广的光照强度和CO_2浓度范围。施用硼肥和锌肥叶片叶绿素含量(Chl)有显著提高,Chla/Chlb值增大;对叶片矿质元素氮、磷、铁、锰、硼、锌含量影响较大。所有结果均以硼肥和锌肥配合施用效果最佳。

‘凤丹’牡丹胚培养及褐化防治研究

以‘凤丹’牡丹种胚为试验材料,研究不同的外植体处理时间、激素配比、基本培养基、光照强度及不同成熟度的种胚对‘凤丹’牡丹胚培养的影响,并探究愈伤组织诱导过程中最佳的防褐方式。结果表明:‘凤丹’牡丹无菌体系建立过程中,种子用0.1%HgCl消毒8min时,其萌芽率最高,污染率、褐化率最低,为最佳消毒时间。胚培养过程中,最佳激素配比为0.5mg/L6-BA+0.1或0.2mg/LNAA;并以MS为基本培养基,光照强度为1000Lux时最适合种胚的生长;且以6月底采摘的幼嫩种子的种胚为试验材料时,萌芽率最高,污染率最低,可作为胚培养过程中的理想试材。防褐研究结果表明,AC与PVP均在不同程度上降低了愈伤组织的褐化率,其中PVP在2g/L的水平上愈伤组织出愈率最高,褐化率最低。

昆明地区‘凤丹’牡丹植株开花相关的生物学特性

选取海拔范围为1 917-2 438m的5个试验点(西山区海口林场、富明罗免基地、五华区西翥核桃示范基地、忠平忠义核桃合作示范基地和禄劝漩涡塘林场),以3年生的‘凤丹’牡丹苗木为材料,通过调查研究这5个试验点‘凤丹’牡丹的花期生长情况,初步研究昆明地区第1年栽种‘凤丹’牡丹开花的生物学特性。结果表明,在昆明5个试验点种植‘凤丹’牡丹,花部结构正常;不同试验点植株进入花期的时间与原产地植株进入花期的时间相比较早,单朵花花期、群体花期的持续时间分别较原产地的长;各试验点之间进入花期的时间出现先后性差异,各试验点盛花期主要集中于3月上旬至4月中旬,盛花期开花率均可达到50%左右。此外,未开花植株当年生茎干较矮,茎干周围轮生状的侧枝生长相对较旺盛,而开花植株当年生的茎干主枝生长旺盛,几乎无侧枝生长,且运用统计学对植株生长量与其开花情况进行相关性分析表明,‘凤丹’牡丹植株的开花情况均与新枝直径、新枝茎高、枝干茎粗差、枝干茎高差指标差异显著且呈正相关关系。综上所述,‘凤丹’牡丹在昆明地区栽种第1年开花正常,群体花期、单花期均具有地域性特点,从植株开花生物学角度表现出相应的适应性。

凤丹牡丹引种适应性研究

采用不同密度、施肥方式、套种模式对凤丹牡丹进行引种试验,以产籽量为衡量指标,探寻凤丹牡丹在晋城市的适宜栽植条件和模式。结果表明,初植密度3.33×104株/hm2,农家肥+复合肥、套种黄豆模式产籽量均高于其它处理,是晋城市推广凤丹牡丹的适宜栽植条件。

不同地区凤丹根际土壤微生物功能多样性分析

本研究采用Biolog ECO微平板技术,研究不同地区(洛阳市,菏泽市,亳州市)凤丹根际土壤微生物的功能和多样性的变化,揭示3个地区凤丹根际土壤微生物多样性和功能及其驱动因子。结果表明,亳州、洛阳、菏泽地区凤丹根际土壤微生物平均颜色变化率值(AWCD)、Shannon-Wiener指数和McIntosh指数差异显著(P<0.05)。亳州地区的土壤微生物AWCD值最高,而菏泽地区土壤微生物AWCD值最低。主成分结果显示,3个地区的凤丹根际土壤微生物在碳源利用效率出现显著差异,主成分1和主成分2分别解释方差变量为68.45%和26.30%。从碳源利用类型来看,氨基酸和酸类是不同地区凤丹土壤微生物利用的主要碳源。典型相关性分析表明,土壤养分(有机碳,全氮,全磷和全钾)对3个主要分布区凤丹根际土壤微生物碳代谢功能影响最为显著。研究结果表明,不同地区(洛阳市,菏泽市,亳州市)凤丹根际土壤微生物功能和多样性产生发生了显著改变,而土壤有机碳、全氮、全磷和全钾是影响土壤微生物功能发生改变的主要环境因子。