掌叶半夏传粉生物学和栽培品种遗传差异研究

摘要

掌叶半夏（Pinellia pedatisecta Schott）是天南星科半夏属多年生草本植物，又名虎掌，以干燥块茎入药，有祛风止痉、化痰散结的功效，药用历史久远。目前对掌叶半夏栽培管理、组织培养、临床应用、化学成分和分子生物学等方面的报道较多，对于种质资源和遗传育种研究较少。生产上长期的无性繁殖是造成掌叶半夏种质衰退的重要原因，而杂交育种是改良作物的重要途径，明确开花习性和繁育系统是实现杂交育种的关键。本实验研究了掌叶半夏的传粉生物学特性，利用农艺性状、品质性状和AFLP分子标记对全国主产区20份栽培品种进行了遗传多样性评价，主要研究结果如下:
　　1.佛焰苞的形态特点表明掌叶半夏具有自花授粉的特征:掌叶半夏花序绿色，属于肉穗花序。佛焰苞无隔膜，雄花序在上，雌花序在下与佛焰苞管部合生;当佛焰苞打开时，雄花序外露，雌花序在佛焰苞里而，外来花粉不容易到达;花粉成熟时，从上部自然掉落，刚好落在下部雌蕊柱头上，完成授粉过程。将佛焰苞的生长发育划分为8个时期。
　　2.明确了掌叶半夏花粉活力测定最佳方法为离体萌发法:经TTC法、I2-KI法和MTT法染色后，花粉染色效果不佳，颜色差异不明显，无法分辨统计出花粉活力;采用离体萌发法，花粉离体均可以萌发，可以较准确分辨统计花粉活力，其中最适宜硼酸浓度为100mg/L，蔗糖浓度为10％，花粉萌发达到最大值73.56±2.80％。
　　3.明确了掌叶半夏花粉活力特点和柱头可授性持续时间:在散粉第2天花粉量最多，花粉活力最高;从佛焰苞部分打开到散粉当天，柱头可授性较强:散粉当天花粉活力为69.64％，花粉量较少，到散粉第2天，花粉活力达到最高，为73.87％，同时花粉量最多;散粉第3天花粉活力开始下降，第4天下降幅度较大，花粉活力仅为29.71％。掌叶半夏柱头活力与佛焰苞的发育阶段有关，从佛焰苞部分打开到散粉当天，柱头可授性较强。
　　4.明确了掌叶半夏的繁育系统特征:花粉/胚珠比和人工授粉试验表明掌叶半夏自交亲和，繁育系统属于兼性异交:掌叶半夏每个花序的花粉量为33166.7±2565.1粒，胚珠数为56.7±2.2个，P/O值为587.2±67.9。当P/O值为244.7～2588.0时，掌叶半夏属于兼性异交。自花授粉结实率为80.47％，自然授粉结实率为91.37％，而异花授粉结实率最高，为92.02％。掌叶半夏不存在孤雌生殖，结实率为0，自然异交率很低，仅为5.48％。
　　5.掌叶半夏栽培品种具有一定的遗传多样性:20份材料的农艺性状有一定差异，12个性状的变异系数在7.78％（果穗粒数）和46.57％（块茎干重）之间，总黄酮含量差异极显著。聚类分析将20份掌叶半夏栽培品种划分为3类，各种群遗传基础没有明显的地域性。
　　6.AFLP标记表明掌叶半夏栽培品种间遗传差异较小:从112对引物中选出7对多态性较高且稳定的引物组合，对9份材料共扩增出197条带，其中148条是多态性的，多态位点百分率为75.09％。9份材料的Nei'基因多样性指数范围为0.0866～0.1829，平均为0.1304; Shannon多态性信息指数范围为0.1381～0.2768，平均为0.2024。分子方差说明掌叶半夏栽培品种遗传多样性以栽培品种种内个体间的变异(77.16％)为主，而栽培品种种间(11.48％)和地区间(11.36％)的遗传分化较小。遗传相似系数平均0.9571，表明各栽培品种之间的遗传基础差异较小，亲缘关系较近。聚类结果表明掌叶半夏种群遗传基础没有明显的地域性，河北材料在聚类中相对较为散，遗传多样性相对丰富。
　　本实验明确了掌叶半夏的传粉生物学特性和主产区栽培品种遗传差异性，为开展混合育种、杂交育种以及种子繁育奠定了技术和理论基础，为掌叶半夏品种的推广种植提供了依据。

目录

声明

摘要

本文所用缩略词及中文对照(按照英文字母顺序排列)

1．1．1 掌叶半夏本草考证

1．1．2 掌叶半夏品质状况

1．1．3 掌叶半夏现代生物学研究

1．2 掌叶半夏育种生物学基础

1．2．1 植物传粉生物学研究概况

1．2．2 掌叶半夏生长繁殖习性

1．3 种质资源及遗传多样性

1．3．1 种质资源及重要性

1．3．2 植物遗传多样性

1．3．3 半夏属种质资源的多样性

1．4 本研究的目的和意义

2．1．1 掌叶半夏传粉生物学研究

2．1．2 掌叶半夏栽培品种遗传差异研究

2．1．3 实验仪器及试剂

2．2 试验方法

2．2．1 掌叶半夏传粉生物学研究

2．2．2 掌叶半夏栽培品种遗传差异研究

3 结果与分析

3．1 掌叶半夏传粉生物学研究

3．1．1 掌叶半夏花部形态及物候的调查和划分

3．1．2 花粉活力测定方法的确定和活力测定结果

3．1．3 掌叶半夏柱头可授性检测结果

3．1．4 掌叶半夏繁育系统

3．2 掌叶半夏栽培品种遗传差异研究

3．2．1 基于农艺性状的遗传差异研究

3．2．2 基于品质性状的遗传差异研究

3．2．3 基于AFLP分子标记的遗传差异研究

4 讨论

4．1 掌叶半夏传粉生物学研究

4．2 不同掌叶半夏栽培品种的表型性状及药用成分的差异

4．3 不同栽培品种掌叶半夏AFLP分子标记的遗传多样性评价

5 结论

参考文献

附录

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢

综述 天南星种质资源研究进展