红球姜败育与花粉萌发及花粉管生长关系的初步研究

摘要

红球姜（Zingiberzerumbet(L.) Smith）为姜科（Zingiberaceae）多年生草本植物，分布于热带和亚热带地区。红球姜花序十分独特，观赏价值很高。此外，红球姜在医疗和食品上都有广泛的应用。红球姜自然居群和人工杂交都是败育不结实，通过繁殖块状根茎进行无性繁殖，遗传改良困难较大。目前，对红球姜的研究主要集中在医疗应用、形态细胞学、生态学等方面，在生殖生物学等方面的研究匮乏。花粉萌发和花粉管生长是开花植物中生殖遗传中不可或缺的重要过程。本研究以不育的红球姜、红球姜花叶变型（Z.zerumbetf.variegated）和同属可育的光果姜（Z.nudicarpum）为材料，利用花粉在柱头上原位萌发和花粉管生长的显微观察、花粉离体萌发和相关基因的RT-qPCR测定，研究了败育与可育材料在花粉原位萌发、花粉离体萌发以及花粉萌发和花粉管生长相关基因在不育红球姜与可育光果姜中表达量的差异，对红球姜败育机理进行初步探讨，为今后实现红球姜的有性杂交育种奠定理论基础。主要研究结果如下：
　　1、研究了红球姜、红球姜花叶变型和光果姜的自交花粉原位萌发及花粉管在花柱及子房中的生长，发现不育的红球姜和红球姜花叶变型的花粉在柱头上萌发少，花柱中也仅见少量花粉管，而子房中胚珠周围未见花粉管伸入；相反，可育的光果姜柱头上的萌发花粉量明显较多，花柱中也有大量生长正常的花粉管，子房中胚珠周围也有大量花粉管存在。
　　2、分别采用蔗糖、果糖、葡萄糖、木糖和半乳糖作为糖源对红球姜、红球姜花叶变型和光果姜进行花粉离体萌发率和花粉异常破裂率的测定。可育的光果姜花粉在蔗糖作为糖源的培养基中萌发率最高，果糖次之；不育的红球姜和红球姜花叶变型花粉却在葡萄糖培养基中萌发较多，蔗糖次之，其它糖源很少萌发。可育的光果姜花粉异常破裂率在各种糖源中都较少，果糖中破裂率最高，也仅有2.85%；而不育的红球姜和红球姜花叶变型花粉异常破裂率很高，红球姜花粉的破裂率在果糖培养基中可达28.5%，红球姜花叶变型花粉破裂率在半乳糖培养基中为22.3%。
　　3、序列分析表明，红球姜MGP2、MGP4和BUP基因cDNA的开放阅读框分别长1422 bp、1092 bp和3036 bp，分别编码473、363和1011个氨基酸，且发现其中MGP2属于糖基转移酶29家族（唾液酸转移酶）的成员，M GP4属于核苷酸二糖转移酶家族。系统进化树分析表明，红球姜BUP与蒺藜苜蓿UDP-葡糖醛酸转移酶类聚到同一个亚族。
　　4、采用荧光定量PCR的方法对红球姜和光果姜的雄配子体缺陷基因2（MGP2）、雄配子体缺陷基因4（MGP4）和花粉破裂基因（BUP）的时空表达规律进行了研究。结果表明，可育光果姜和不育红球姜的苞片、花粉、叶、花柱、萌发花粉和花瓣中MGP2、MGP4和BUP都有不同程度的表达，但它们在可育光果姜花粉中的表达量分别是不育红球姜的36倍、350倍和14倍。而花粉萌发2小时后，MGP2、MGP4和BUP在光果姜中显著降低，分别降低了98.3%、97.4%和80.2%，说明这些基因可能在花粉萌发前对保障花粉管的正常生长起重要作用。

目录

声明

缩略词中英文对照表

1 前言

1. 1红球姜研究现状

1. 2 花粉萌发机制

1. 3 研究目的与意义

2. 1 植物材料

2. 2 药品和试剂

2. 3 主要仪器设备

2. 4 花粉萌发及花粉管生长过程的观察

2. 5 生物信息学分析

2. 6 红球姜和光果姜相关基因时空表达

3. 1 不同育性红球姜和光果姜花粉原位萌发的差异

3. 2 不同糖源对不同育性红球姜和光果姜花粉萌发的影响

3.3 红球姜MGP2、MGP4和BUP的生物信息学分析

3.4 MGP2、MGP4和BUP的时空表达特性分析

4. 1 讨论

4. 2 结论

4. 3 进一步实验构想

致谢

参考文献

附录A

附录B