圣音竹秆型变化的调控研究

摘要

节间长度是竹子重要的表型性状，也是影响竹材加工和利用的关键指标，开展节间长度的遗传调控研究对于阐释竹子生物学特性和生产利用都具有重要的意义。毛竹（Phyllostachys edulis）是我国分布最广、面积最大、经济价值最高的竹种，其竹材加工和利用是竹产业发展的支柱，为解析其节间长度的调控特征，进而实现定向遗传改良，本研究以节间极度短缩的毛竹变型—圣音竹(Ph.edulis f.tubaeformis)为材料，以正常节间长度的毛竹为对照，开展了表型特征、解剖结构、纤维特性、碳氮代谢、内源激素、转录组测序等多个方面的差异研究，并研究了外施激素对二者表型的影响。主要获得的结论如下: 1、对圣音竹和毛竹的表型性状进行检测和分析，发现圣音竹的全秆高、地径、胸径、分枝角度等4个性状显著低于毛竹，但全秆总节数、最低分枝节位数、枝条长度、叶片长度、叶片宽度等5个性状与毛竹差异不显著。与秆型指标相关的全秆高、地径、胸径、总节数、最低分枝节位数、枝条长等6个性状之间均显著相关，分枝角度与其他性状的相关均未达显著水平，叶片长和宽显著相关、但二者与其他性状的相关均未达显著水平，表明分枝角度、叶片长、叶片宽相对于秆型性状是较为独立的。圣音竹节间长与节位数的回归模型是Y=3.016+0.438X-0.013X2，毛竹节间长与节位数的回归模型是Y=4.056+1.309X-0.011X2，表明随着节位数的增加，圣音竹节间长度的增加不明显，从而导致了全秆高度值较小。 2、为了解圣音竹和毛竹的细胞特征，采用石蜡切片法检测其秆材的解剖特性，利用硝酸-氯酸钾法检测其秆材的纤维特性，结果发现，圣音竹和毛竹的纤维长度和宽度存在显著差异，如圣音竹的纤维重量加权平均长度为0.780mm，而毛竹是1.388mm，后者几乎是前者的两倍;圣音竹纤维宽度为19.404μm，毛竹只有15.026μm;因此，和毛竹相比，圣音竹在纤维特征上表现为长度更短，宽度更大，不容易弯曲扭曲。圣音竹和毛竹在纤维长度上的差异表明圣音竹节间短缩的性状在组织解剖学上是由于纤维细胞变短所致。 3、为了解圣音竹和毛竹的碳氮代谢特征，以二者在节间快速伸长时期的竹笋为材料，对笋体和笋箨不同部位的碳氮代谢产物含量及相关酶活性进行了测定。结果表明，在笋体的部位，圣音竹的蔗糖和果糖含量、以及酸性蔗糖转化酶活性显著低于其在毛竹中的含量，中性蔗糖转化酶活性则显著高于后者，而葡萄糖含量在两者间差别不大;圣音竹的蛋白质含量、谷氨酸脱氢酶活性显著低于毛竹，铵态氮含量显著大于后者，硝态氮含量在两者间相差不大。在箨的部位，多数指标差异不显著，可能是由于笋箨已先于竹笋完成生长。圣音竹和毛竹的碳氮代谢差异表明二者的生理特征并不一致。 4、为了解圣音竹和毛竹在内源激素方面的差异，以二者在节间快速伸长时期的竹笋为材料，对其笋体和笋箨不同部位的内源激素含量进行了测定。结果表明，圣音竹笋体的上、中、下三个部位的赤霉素含量显著低于毛竹;圣音竹笋体中部和下部的油菜素内酯含量显著低于毛竹;圣音竹笋体上部的玉米素含量显著低于毛竹。表明圣音竹节间短缩与赤霉素、油菜素内酯、玉米素含量较低密切相关。 5、为了解基因表达上的差异，以二者在节间快速伸长时期的笋体和笋箨为材料开展RNA-seq研究，结果发现，7个涉及到广泛参与信号转导的AP2家族基因和1个赤霉素调节基因（GASR7）在圣音竹中表达下调，该赤霉素调节基因在节间伸长期高表达，在节间尚未伸长期低表达，节间伸长结束基本不表达，因此该基因可能参与圣音竹节间短缩的生物学调控过程。 6、研究了外施激素对圣音竹和毛竹节间长度的影响，结果表明，和空白对照相比，外施GA和BR均不能显著改变圣音竹的节间长度，但都可以显著增加毛竹的节间长度。推测对外源赤霉素反应不敏感可能与GASR7表达量降低有关。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2．1毛竹秆型生长规律

1．2．2竹材结构解剖特征

1．2．3植物激素与竹林培育

1．2．4基因组学在竹子上的研究

1．2．5水稻株高基因的研究进展

1．2．6竹子秆型变异情况

1．3研究的目标和研究内容

1．3．1试验材料介绍

1．3．2关键的科学问题与研究目标

1．3．3主要研究内容

1．4课题来源

1．5技术路线

第二章圣音竹和毛竹的表型特征

2．1材料与方法

2．1．1试验地概况

2．1．2试验材料

2．1．3试验方法

2．1．4数据统计和分析

2．2结果与分析

2．2．1圣音竹和毛竹的表型性状分析

2．2．2圣音竹和毛竹的逐节节间长

2．3结论与讨论

第三章圣音竹和毛竹的解剖特征

3．1材料与方法

3．1．1试验材料

3．1．2试验方法

3．1．3数据统计与分析

3．2结果与分析

3．2．1圣音竹和毛竹的的维管束密度

3．2．2圣音竹和毛竹的的维管束形态

3．2．3圣音竹和毛竹的纤维特征

3．3结论与讨论

第四章圣音竹和毛竹笋期的碳氮代谢特征

4．1材料与方法

4．1．1试验材料

4．1．2测定方法

4．1．3数据分析

4．2结果与分析

4．2．1碳水化合物含量测定

4．2．2氮素含量测定

4．2．3三个代谢酶活性测定

4．3结论与讨论

第五章圣音竹和毛竹的笋期激素含量差异

5．1材料与方法

5．1．1试验材料

5．1．2试验方法

5．1．3数据分析

5．2结果与分析

5．2．1细胞分裂素分析

5．2．2赤霉素分析

5．2．3生长素分析

5．2．4脱落酸分析

5．2．5油菜素内酯分析

5．2．6各测定指标的相关性及因子分析

5．3结论与讨论

第六章圣音竹和毛竹的转录组差异表达基因分析

6．1材料与方法

6．1．1试验材料

6．1．2试验方法

6．2结果与分析

6．2．1原始数据统计与处理

6．2．2不同样品的显著性差异基因统计情况

6．2．3基于GO富集分析的毛竹与圣音竹不同部位的差异基因上下调表达情况

6．2．4基于KEGG富集分析的毛竹与圣音竹不同部位的差异基因上下调表达情况

6．2．5笋体中部的差异基因

6．2．6氮素含量相关差异表达基因情况

6．2．7蔗糖代谢相关差异基因表达情况

6．2．8参与激素合成及信号转导相关基因

6．3结论与讨论

第七章外源激素对圣音竹表型影响的研究

7．1材料与方法

7．1．1试验地概况

7．1．2试验方法

7．1．3数据处理

7．2结果与分析

7．3结论与讨论

第八章结论与讨论

8．1结论

8．2讨论

8．3展望

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢