利用花生突变体分析调控子仁饱满度的生理分析因素及其基因的研究

摘要

花生(Arachis hypogaea L.)子仁的饱满度直接决定其产量和品质。蔗糖代谢为植物种子发育提供所需能量，并为有机物（淀粉、蛋白质、脂肪）的合成提供原料。植物激素在种子发育过程中也发挥着重要作用。本研究选用种子皱缩突变体05D677及其亲本05D610以及特大果品种山花15号、小果品种白沙1016为材料，测定其荚果和子仁生长发育过程中干物质积累、营养物质含量、内源激素含量和蔗糖代谢相关酶活力的动态变化，并进行了05D677和05D610种子基因表达差异分析。主要研究结果如下:
　　 1、突变体与发育正常品种荚果和子仁干物质积累特性的比较
　　 果针入土后24～60 d是荚果和子仁干重的快速积累期，在该时期05D677的荚果和子仁干物质积累速率平均值均极显著低于山花15号、白沙1016和05D610;4个品种有效灌浆期差异不显著。
　　 2、突变体与发育正常品种子仁营养物质含量变化特性的比较
　　 4个花生品种的脂肪含量变化趋势基本一致，05D677的脂肪含量显著低于3个正常品种;4个花生品种蛋白质含量变化趋势也基本一致，05D677的蛋白质含量高于05D610;果针入土36 d时，05D677的可溶性糖含量极显著高于3个正常品种;荚果发育初期，05D677的己糖/蔗糖比值极显著低于3个正常品种。
　　 3、突变体与发育正常品种幼果和子仁内源激素含量变化的比较
　　 4个品种幼果或子仁内细胞分裂素(Z+ZR)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA)含量变化趋势基本相同，其中05D677的GA含量峰值出现时间比3个正常品种晚6 d;05D677的Z+ZR、GA、ABA含量最高值均极显著低于3个正常品种，其IAA含量最高值极显著高于3个正常品种。
　　 4、内源激素含量与荚果和子仁干物质积累速率的相关性分析
　　 荚果膨大中后期，荚果干物质积累速率((P)KW)和子仁干物质积累速率(KKW)与Z+ZR、GA、ABA含量呈极显著正相关，与IAA呈极显著负相关;荚果充实初期，Z+ZR含量与(P)KW和KKW呈极显著正相关;GA含量在荚果充实后期和成熟期与(P)KW呈极显著正相关;ABA含量在荚果充实后期与(P)KW和KKW均呈极显著负相关，在成熟期与(P)KW呈极显著正相关。
　　 5、突变体与发育正常品种幼果和子仁蔗糖代谢相关酶活力变化的比较
　　 在荚果和子仁的全生长发育期内，4个花生品种的可溶性酸性转化酶活力和中性转化酶活力均大于裂解方向蔗糖合成酶活力，可溶性转化酶是蔗糖裂解的主要酶;合成方向蔗糖合成酶活力大于蔗糖磷酸合成酶活力，是合成蔗糖的主要酶。可溶性酸性转化酶主要作用时期在果针入土12～42 d和54～72 d，中性转化酶作用时期在果针入土42～60 d。05D677的可溶性蔗糖代谢相关酶活力高于3个正常品种，差异不显著。
　　 6、05D677和05D610子仁基因表达的差异分析
　　 比较05D677与05D610果针入土24d时子仁的基因表达谱，筛选得到的差异表达基因共540个，其中下调基因占差异基因总数的67.41％。其中上调表达倍数(log2Ratio)大于2的基因25个，下调表达倍数大于2的基因129个。表达下调基因中参与激素合成的关键酶基因是1-脱氧木酮糖-5-磷酸(DXP)合成酶，并且检测到蔗糖转运蛋白基因表达下调。
　　 本研究的结论是:种子皱缩突变体05D677子仁干物质积累速率的极显著降低是种子皱缩、饱满度下降的主要原因。DXP合成酶基因表达下降导致05D677的GA、CTK和ABA合成底物（异戊二烯焦磷酸，IPP）含量不足，可能是GA、CTK和ABA含量降低的原因;蔗糖转运蛋白基因的表达下降是造成05D677己糖/蔗糖值极低的因素之一。

目录

声明

符号说明

摘要

1 前言

1．1 花生胚胎发育的研究

1．2 植物激素调控种子发育的研究

1．2．1 细胞分裂素的作用

1．2．2 赤霉素的作用

1．2．3 生长素的作用

1．2．4 脱落酸的作用

1．2．5 乙烯的作用

1．2．6 油莱素内酯的作用

1．2．7 植物激素与种子发育的关系

1．3 蔗糖代谢与种子发育的相关性研究

1．3．1 植物库器官中蔗糖卸载的研究

1．3．2 蔗糖代谢酶及其活力变化对种子发育的影响

1．4 基因表达差异分析技术研究进展

1．4．1 转录组测序技术

1．4．2 基因表达谱数据分析

1．5 本研究的目的意义

2 材料与方法

2．1 荚果和子仁生长发育特性及营养成分积累的测定试验

2．1．1 试验材料

2．1．2 仪器与试剂

2．1．3 试验方法

2．2 内源激素含量的测定试验

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 试验方法

2．3 蔗糖代谢相关酶活力的测定试验

2．3．1 仪器与试剂

2．3．2 试验方法

2．4 基因表达谱差异分析试验

2．4．1 材料种植和样品制备

2．4．2 试验方法

3 结果与分析

3．1 突变体与发育正常品种间荚果和子仁生长发育特征的比较

3．1．1 荚果和子仁鲜重的变化特征

3．1．2 荚果干重和干物质积累速率的变化特征分析

3．1．3 子仁干重和干物质积累速率的变化特征分析

3．2 突变体与发育正常品种间营养物质积累特性的比较

3．2．1 脂肪含量的变化

3．2．2 蛋白质含量的变化

3．2．3 可溶性糖含量及其组分的变化

3．3 突变体与发育正常品种间内源激素含量的比较

3．3．1 细胞分裂素含量的动态变化

3．3．2 赤霉素含量的动态变化

3．3．3 生长素含量的动态变化

3．3．4 脱落酸含量的动态变化

3．3．5 6-BA含量的动态变化

3．3．6 内源激素含量与荚果和子仁干物质积累速率的相关性分析

3．4 突变体与发育正常品种间蔗糖代谢相关酶活力的比较

3．4．1 蔗糖裂解方向酶活力的动态变化

3．4．2 蔗糖合成方向酶活力的动态变化

3．5 突变体与其亲本子仁基因表达谱差异分析

3．5．1 差异表达基因的统计分析

3．5．2 差异表达基因的功能注释

3．5．3 突变体内源激素含量变化与相关基因表达差异分析

3．5．4 蔗糖代谢与差异表达基因的比较

4 讨论

4．1 花生荚果和子仁发育特征分析

4．2 内源激素含量与种子发育的相关分析

4．3 蔗糖代谢酶活力和可溶性糖含量及组分变化与种子发育的相关分析

4．4 内源激素含量和蔗糖代谢与差异表达基因的相关分析

5 结论

参考文献

致谢

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