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抗倒伏油菜根、茎解剖结构及木质素含量和木质素合成关键基因的表达研究

作　者: 李尧臣
导　师: 戚存扣
学　校: 南京农业大学
专　业: 遗传学
关键词: 甘蓝型油菜抗倒伏解剖结构木质素基因表达差异
分类号: S565.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

油菜是世界上主要的油料作物之一,随着油菜产量水平的不断提高,倒伏已成为制约油菜高产优质和机械化收获的关键因素之一。倒伏不仅使油菜减产10%-30%,严重的田块达50%以上,而且使种子含油量降低10%-30%。倒伏的油菜难以满足机械化收获的要求,导致收获指数下降,生产成本增加。此外,倒伏也给油菜菌核病等病原微生物侵染创造了有利条件,加重病害发生。因此,改良油莱抗倒伏能力已成为油菜育种的重要目标之一。国内外对作物抗倒伏性研究也仅处于描述性研究阶段。因此,探索新的方法以提高油菜及其它作物的抗病性和抗倒伏性具有重要的意义。木质素分布于植物木质化的机械组织和输导组织的细胞壁中,具有增加细胞壁强度、提高细胞壁的不透水性和茎的机械强度、以及增强液体输导能力的功能,而且在细胞的抗性方面也起重要作用。本研究旨在从解剖学的角度,通过石蜡切片的方法,来研究抗倒伏材料和易倒伏材料内部结构的差异；通过Klason方法,来测定不同时期不同部位木质素的含量；同时通过RT-PCR的方法,研究了木质素合成过程中的三个关键基因：F5H(阿魏酸-5-羟基化酶)基因、4CL(4-香豆酸辅酶A连接酶)基因、COMT(咖啡酸/5-羟基阿魏酸-O-甲基转移酶)基因在不同时期抗倒伏材料和易倒伏材料表达的差异。1抗倒伏与易倒伏油菜茎部、根部的解剖结构特点对甘蓝型油菜(Brassica napus L.)6个抗倒伏材料和5个易倒伏材料的苗期和苔期的根部和茎部采用石蜡切片的方法切出6μm厚的薄片,用番红-固绿双重染色,借助Olympus显微镜观察不同材料茎的表皮、皮层、厚角组织、维管束和髓的结构,以及根的木质部、导管等,并对茎和根的结构特点进行了比较研究。结果表明：(1)在苗期的茎中,与易倒伏材料相比,抗倒伏材料有较多的厚角组织；抗倒伏材料维管束的面积占茎基部横切面面积的之比要比易倒伏材料平均高13.1个百分点；抗倒伏材料和易倒伏材料间维管束的个数差异不大,但抗倒伏材料的维管束排列相对比较紧密。(2)在苔期的茎中,抗倒伏材料的厚角组织和厚壁组织要比易倒伏的材料发达；虽然两者间维管束的个数和面积无明显差异,但抗倒伏材料维管束排列紧密。(3)在苗期的根部,抗倒伏材料和易倒伏材料木质部的面积占茎横切面面积的比差异不显著；但抗倒伏材料导管数目比易倒伏材料平均高74.7个,易倒伏材料中较大导管的数目要高于抗倒伏材料。(4)在苔期的根部,抗倒伏材料木质部占根横切面面积的之比比易倒伏材料高8.40个百分点,抗倒伏材料单位面积导管的数目要高于易倒伏的材料。因此,较多的厚角组织和厚壁组织、较多的导管数和排列紧密的维管束是甘蓝型油菜抗倒伏材料苗期和苔期的重要解剖学结构特点。2抗倒伏与易倒伏油菜木质素含量差异对甘蓝型油菜抗倒伏与易倒伏材料的苔期和花期植株不同部位木质素含量的测定结果：除苔期根中木质素含量抗倒伏与易倒伏材料间差异不显著外,其他所有取样期及取样部位抗倒伏材料和易倒伏材料间木质素含量存在显著或极显著差异。苔期根颈和茎部抗倒伏材料木质素含量比易倒材料分别高0.95个百分点和1.90个百分点,花期根、根颈和茎中抗倒伏材料的木质素含量比易倒材料分别高2.53个百分点、1.97个百分点和1.58个百分点。这可能是抗倒伏材料的苔期和花期植株根颈和茎部木质素合成较多。3木质素合成过程中关键基因的表达对油菜苔期和开花期的植株不同部位木质素合成途径中关键酶基因进行RT-PCR扩增结果：COMT基因在油菜苔期和开花期的各个部位之间表达量没有差异,F5H基因在抗倒伏油菜苔期的根部,茎部和开花期的根部表达量要明显的高于易倒伏的材料；油菜苔期根颈中和开花期的茎部、根颈,抗倒伏的材料和易倒伏材料间F5H基因表达量几乎没有差异。抗倒伏油菜4CL基因在苔期的根、根颈和开花期根、根颈中的表达量明显高于易倒伏材料；但在苔期茎中,开花期的茎中,抗倒伏和易倒伏材料的4CL基因表达量差异不显著。表明F5H基因和4CL基因可能是与油菜植株倒伏性相关的关键基因。

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摘要 7-9ABSTRACT 9-12缩略词 12-13第一部分文献综述 13-33 第一章作物抗倒伏性状研究综述 13-21 1 作物倒伏类型及抗倒伏性评价方法 13-17 1.1 作物倒伏类型及形成原因 13-14 1.2 抗倒伏评价方法与指标 14-17 2 作物抗倒伏材料解剖学研究 17-18 3 木质素和作物抗倒伏的研究进展 18-19 4 油菜抗倒伏研究进展 19-21 第二章木质素合成及其调控研究进展 21-31 1 木质素的生物合成途径 21-26 1.1 木质素单体的种类 22 1.2 木质素单体的合成途径 22-26 2 木质素的生物合成调控 26-31 第三章本研究的目的、意义 31-33第二部分研究报告 33-61 第四章甘蓝型油菜根、茎杆结构解剖学研究 33-47 1 材料与方法 33-35 1.1 供试材料 33 1.2 试验过程 33 1.3 取样和观察 33-35 2 结果分析 35-41 2.1 油菜茎部解剖学差异 35-39 2.2 油菜根部解剖学差异 39-41 3 抗倒伏材料(浙平1号)和易倒伏材料(高芥1号)横切面图 41-45 4 讨论 45-47 4.1 油菜茎秆的解剖结构比较研究 45-46 4.2 油菜根的解剖结构比较研究 46-47 第五章油菜木质素含量 47-53 1 材料与方法 47 1.1 供试材料和取样方法 47 1.2 木质素测定实验方法 47 2 结果分析 47-52 2.1 苔期茎部木质素的含量(%) 47-48 2.2 苔期根颈木质素的含量(%) 48-49 2.3 苔期根部木质素含量(%) 49 2.4 开花期茎部木质素的含量(%) 49-50 2.5 开花期根颈部木质素的含量(%) 50-51 2.6 开花期根部木质素的含量(%) 51-52 3 讨论 52-53 第六章甘蓝型油菜木质素合成关键基因的表达研究 53-61 1 材料与方法 53-54 1.1 供试材料和取样 53 1.2 试剂与试剂盒 53 1.3 PCR引物 53-54 2 实验方法 54-57 2.1 苔期和开花期油菜不同部位总的RNA的提取 54-55 2.2 沉淀RNA 55 2.3 总RNA定量与完整性检测 55 2.4 cDNA第一链的合成 55-56 2.5 PCR反应体系 56-57 2.6 半定量RT-PCR分析 57 3 结果分析 57-59 3.1 苔期不同部位三个关键基因在木质素合成过程中的表达差异 57-58 3.2 开花期不同部位三个关键基因在木质素合成过程中表达的差异 58-59 4 讨论 59-61全文结论与讨论 61-65 1 全文结论 61-62 1.1 甘蓝型油菜根、茎杆结构解剖学研究 61 1.2 甘蓝型油菜木质素的含量的测定 61-62 1.3 木质素合成过程中关键基因的表达 62 2 讨论 62-65 2.1 创新之处 62 2.2 存在问题 62-65参考文献 65-79攻读硕士期间发表的论文 79-81致谢 81

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