睡莲品种‘公牛眼’和‘泰国王’授粉后子房的发育差异研究

摘要

睡莲属(Nymphaea)植物是我国新兴的水生花卉,其中重瓣型睡莲的花态丰满艳丽,一直倍受睡莲爱好者、育种者的喜爱和关注,在水生园林景观中的应用日渐广泛,但在育种的过程中,育种者经常遇到杂交不结实的现象,导致重瓣型睡莲品种难以培育。为探索重瓣睡莲难以结实的原因,以重瓣睡莲中较具代表性的品种‘泰国王’为实验组,以育性较好的品种‘公牛眼’为对照组,利用石蜡切片技术对其授粉后不同时期的子房进行显微结构比较,采用扫描电镜进一步观察样本的柱头和胚珠,通过RNA-seq测序分析发育与败育子房的基因表达差异。结果表明:2个睡莲品种的柱头表面均分布着多细胞单列乳突,细胞间的连接处形成一圈圈凹槽,乳突数量庞大、排列紧密,配合自身的结构能更容易捕获外来的花粉。‘公牛眼’授粉7 d后子房中大部分胚珠发育成红色种子,10 d后子房膨大成果实,种皮由红色转黑色,形成成熟的种子;重瓣睡莲‘泰国王’授粉7 d后无种子形成,子房中有部分胚珠发育,其表皮变为红色,形态特征与‘公牛眼’授粉4 d后的红色胚珠相似,由此推测少量胚珠可能完成了受精,但无法进一步发育,10 d后子房完全败育。显微结构观察可知,授粉7 d后2个品种的胚珠发育产生明显差异,‘公牛眼’的胚珠明显增大,合子开始分裂形成胚,而‘泰国王’胚珠内珠心萎缩,胚珠逐步败育消解,授粉10 d后,‘公牛眼’胚珠的珠被增厚形成种皮,胚开始发育,进一步向种子形态转变。由转录组测序分析可知,差异基因显著富集在光合作用——天线蛋白、光合作用、卟啉和叶绿素代谢、核糖体、淀粉和蔗糖代谢等通路,这些通路可能是影响睡莲子房发育的关键途径,推测‘泰国王’子房败育可能是因为自身光合作用受到抑制,进而影响了蔗糖、淀粉等营养物质的生成。