授粉方式对玉米果穗不同部位种子活力差异的影响研究

摘要

种子是农业生产的核心，种子活力是衡量种子播种质量的重要指标。高活力种子出苗快速、整齐，苗强苗壮，抗逆性强，具有明显的生长优势和生产潜力，在农业生产中具有重要的意义。玉米果穗上中下不同部位种子活力存在明显的差异，目前针对这种差异的机理至今仍无报道。本研究采用雌穗吐丝过程中的多次授粉和吐丝完成后的一次授粉两种处理方式，对二者果穗不同部位种子的活力、百粒重、内源激素ABA和GA4含量进行测定，并通过 RNA-seq技术进行比较转录组学研究，探讨玉米果穗不同部位种子活力差异形成的机理，主要研究结果如下：
　　1.果穗不同部位的种子活力存在差异，中部的最高，上部的最低，中部、下部种子的活力与上部的呈极显著水平的差异，且这种差异是由种子的萌发后幼苗的单株重量差异所致；多次授粉和一次授粉果穗不同部位种子活力的差异规律相同，一次授粉能减小果穗不同部位种子间的活力差异。果穗下部种子的百粒重最大，上部种子的百粒重最小，果穗不同部位种子的百粒重与种子活力无关。
　　2.果穗中部种子胚中ABA的含量最低，下部种子的最高，差异达到显著水平，GA4含量在不同部位有明显的差异，上部的最低，下部的最高，差异达到极显著水平；果穗不同部位种子胚乳中的ABA、GA4含量差异不显著。果穗上部种子胚中ABA/GA4的比值最高，与中部和下部达到极显著水平的差异，多次授粉和一次授粉的差异规律相同，但一次授粉能明显减小不同部位间ABA/GA4比值的差异。
　　3.转录组分析包括4个组合：MvsT、CK_MvsCK_T、BvsT和CK_BvsCK_T（多次授粉为CK，T表示果穗上部种子，M为中部种子，B为下部种子）。不同组合的差异生物学过程的GO富集中，有机氮化物的代谢在代谢相关的GO富集中差异基因数目最多，且果穗中部和下部种子中与蛋白质合成相关的基因表达量明显高于上部种子的，种子活力的差异与氮代谢途径相关；中部和下部种子与上部种子相比，共有的差异基因中与抗氧化酶相关的基因表达上调，与染色质浓缩和组蛋白相关的基因表达下调，种子活力的差异与抗氧化胁迫和染色质的浓缩相关。多次授粉不同组合的相同GO富集主要与氧水平变化的应答和染色质浓缩相关，一次授粉不同组合的相同GO富集则集中在氨基酸和碳水化合物等相关物质的代谢过程上。

目录

声明

符 号 说 明

1 引言

1.1 种子的发育过程

1.2 种子活力差异的研究

1.3 种子发育过程中贮藏物质对其活力的影响

1.4 种子发育过程中激素对种子活力的影响

1.5 有关种子的表观遗传修饰

1.6 与种子相关的组学研究

2 试验材料和方法

2.1 试验材料

2.2试验方法

3 结果与分析

3.1玉米果穗不同部位种子活力的差异

3.2 影响果穗不同部位种子活力差异的关键因素

3.3 RNA-seq分析

3.4 基因表达分析

4 讨论

4.1 ABA和GA4的含量及其比值与种子活力密切关联

4.2 氮代谢与种子活力有密切关系

4.3 耐逆境胁迫是高活力种子的基础

4.4 不同授粉方式影响果穗不同部位种子活力的差异

5 结论

5.1 玉米果穗不同部位的种子活力存在极显著差异，且与粒重无关

5.2 玉米果穗不同部位种子胚中ABA与GA4的含量及其比值与活力密切相关

5.3 不同授粉方式影响果穗不同部位种子活力的差异

5.4 氮代谢与种子活力存在联系

5.5 耐逆境胁迫是高活力种子的基础

参考文献

附录

致谢