小麦黄化叶突变体Ygm和低温敏感型紫条纹叶突变体PSL1的研究

摘要

小麦（Triticum aestivum L.）是我国重要的粮食作物之一，其产量的高低将直接影响我国的粮食安全，在耕地面积不断减少的情势下，解决小麦产量问题至关重要。小麦的光合作用效率是影响小麦产量的关键因素，而光合作用效率与小麦叶绿体发育密切相关。这使得探索小麦叶绿素合成及叶绿体形成发育的遗传和生理机制成为研究小麦高光效育种的一个重要方面。叶色突变体是一种特殊的研究小麦光合作用机制的理想材料，是一种宝贵的种质资源。
　　本课题组发掘的小麦黄化叶突变体Ygm是栽培品种西农1718的一个自发叶色突变体，其叶色在苗期即可表现出黄化特点，到了拔节期可清晰的分辨出三种叶色类型即黄化型、黄绿型和绿色型。前人对其遗传特点、叶绿体超微结构、光合作用特性等进行了简单的研究，对其黄化基因Y1718进行了初步定位;低温敏感型紫条纹叶突变体PSL1（low-temperature-sensitive purple-stripes leaf1）是本课题组于2012年在西农1125品系中发掘的一个自发叶色突变体，其在苗期至拔节期叶色呈现绿-黄绿-紫红-白-黄绿-绿的叶色变化。本研究以课题组创制的小麦黄化叶近等基因系和低温敏感型小麦紫条纹叶突变体PSL1为材料，分别进行以下研究:1.黄化叶小麦近等基因系的主要生理特性、叶绿体超微结构变化及黄化基因Y1718的进一步定位;2.PSL1突变体温敏特性、主要农艺性状、主要生理特性标、叶绿体超微结构、光合色素含量、花青素含量、光合特性、抗氧化酶活性以及遗传特性进行了分析。结果表明:
　　1.小麦黄化叶近等基因系Ygm研究结果:通过对3个黄化叶小麦近等基因系黄化系1-20YY、黄绿系1-20YG和绿色系1-20GG不同时期叶片中的可溶性物质含量和抗氧化酶系统活力及其叶绿体超微结构分析发现，叶片中可溶性糖的含量以及可溶性蛋白质的含量受到叶色的黄化突变对的影响远远大于该突变对植物叶片中游离脯氨酸含量的影响，其中黄化系1-20YY的可溶性糖含量与可溶性蛋白质含量均显著低于1-20YG和绿色系1-20GG，而黄绿系1-20YG的可溶性糖含量与绿色系1-20GG的差异不显著。对叶片中抗氧化酶系统活力研究结果表明，叶色黄化对过氧化物酶(peroxidase，POD)活力的影响明显大于其对超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和过氧化氢酶(hydrogen peroxidase，CAT)活力的影响。叶绿体超微结构分析发现，黄化系1-20YY植株内叶绿体大多数呈现出不规则状，且叶绿体的分布多趋向于叶肉细胞的中央，它们的基质和基粒类囊体欠发达，相互间的联结程度也很低，这与绿色系1-20GG的表现差异非常明显;而黄绿系1-20YG的叶绿体形态与绿色系1-20GG差异相对较小，其植株细胞内叶绿体形状大多呈规则的近球形，它们的超微结构与绿色系1-20GG也基本保持一致，基质和基粒类囊体也较为发达，并且相互间联结程度较高。通过利用EST-STS分子标记对叶色黄化基因Y1718进行进一步的分子标记得出两个距离较近的分子标记BE498358和CJ945085，与黄化基因Y1718的距离分别为4.09CM和2.20CM。以上的研究结果将为进一步探究叶色黄化出现的生物学机制奠定基础。
　　2.低温敏感型小麦紫条纹叶色突变体PSL1的研究结果:通过研究发现，该叶色突变体是一个细胞质遗传的叶绿素缺失突变体，其受温度影响，后代会分离出三种表型，包括紫色P型、紫条纹Ps型和绿色G型，引起叶色发生变化的温度≤5℃，当温度≥6℃时叶色会逐渐恢复正常绿色。叶色突变后，突变型与野生型在主要生理指标、光合作用指标以及叶绿体超微结构等方面均有着显著差异，表现为突变型叶片内可溶性物质含量、抗氧化酶活性在突变时期降低，恢复正常叶色后能够恢复正常水平，叶绿体分布及超微结构在突变发生时也发生一系列变化，如叶绿体分布凌乱、形状不一及基质基粒类囊体裂解等，这些变化在叶色恢复正常后都可以恢复。以上结果将为进一步研究该材料提供基础，并为揭示小麦光合机制提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 叶色突变体的种类

1．2 叶色突变体产生的原因

1．3 叶色突变体遗传的方式

1．4 叶色突变体分子机制方面的研究

1．5 叶色突变体的基因定位与基因克隆

1．6 叶色突变体的利用价值

1．7 本研究的内容与研究意义

第二章 小麦黄化近等基因系主要生理特性及黄化基因Y1718的EST-STS标记定位

2．2 材料与方法

2．1．1 材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果分析

2．2．1 可溶性糖含量测定结果分析

2．2．2 可溶性蛋白质含量差异分析

2．2．3 游离脯氨酸含量差异分析

2．2．4 抗氧化酶系统活性差异分析

2．2．5 叶绿体形态及数目差异分析

2．2．6 叶绿体超微结构分析

2．2．7 EST-STS分子标记定位结果

2．3 讨论

第三章 低温敏感型小麦紫条纹叶色突变体PSL1温敏特性、主要生理特性及遗传分析

3．1 材料与方法

3．1．1 材料

3．1．2 实验方法

3．2 结果分析

3．2．1 表型分析

3．2．2 分期播种试验结果分析

3．2．3 实验室控制温度条件下的叶色变化分析

3．2．4 光合色素含量差异分析

3．2．5 主要光合作用指标的测定分析

3．2．6 花青素含量差异分析

3．2．7 丰要生理指标的差异分析

3．2．8 抗氧化酶系统活性差异分析

3．2．9 农艺性状调查结果

3．2．10 叶绿体超微结构差异分析

3．2．11 遗传分析

3．3 讨论

第四章 结论

4．1 黄化小麦近等基因系研究结果

4．2 低温敏感型小麦紫条纹叶色突变体的研究结果

参考文献

附表

致谢

作者简介