麻核桃低座果率及脱落酸影响番茄座果的初探

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水果是人们饮食所不可缺少的一部分,近年来随着人们生活水平的提高对水果的需求也逐渐增大,并且人们不断的追求高质量、高营养的水果。因此,果实种植的产量及质量显得非常重要。而果树的雌雄花器官的发育以及授粉受精直接制约着果实的产量及质量,如麻核桃。由于其果壳质地坚硬、纹理美观,观赏价值极高而深受消费者青睐。但是,麻核桃普遍座果率低,限制了它的产业化发展。为了寻找麻核桃低座果率的原因,本文利用显微观察方法以两个麻核桃品种(‘M1’和‘M59’)及其对照核桃品种(‘辽宁1号’和‘绿波’)、一个核桃楸品种(‘楸子1-17’)为主要材料对其雄花及雌花发育进行观察比较。结果显示,作为对照的核桃及核桃楸,雄花内花粉粒的大小在所选的5个发育期的第1个时期已达到其固有的体积,而形状逐渐由不规则发育为规则的近球形,花粉细胞外观饱满充实。然而,与对照相比,两个麻核桃品种的花粉粒发育异常,成熟期的花粉粒形状不规则,有一定的空瘪比率。在雌花方面,与发育正常的对照雌花相比,两种麻核桃品种的胚囊在座果前出现异常,胚囊萎缩最终趋于消失。上述结果说明,麻核桃花粉及胚囊的发育异常可能是其低座果率的主要原因。此外,人们对于番茄的座果进行了大量研究,但是植物激素脱落酸对番茄座果的影响尚未提出成熟的且系统的观点。本文以嘉宝番茄为试验材料,利用RNAi干涉技术抑制番茄植株内编码ABA合成关键酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶的基因SlNCED1,以探究植物激素脱落酸在番茄雌雄花器官发育及座果中的作用。结果如下:我们利用实时定量PCR技术在番茄的花器官中检测了 2个编码ABA合成关键酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶的基因(SlNCEDl和SlNCED2)和3个编码降解代谢重要酶8’-羟化酶的基因(SlCYP707A1,SlCYP707A2和SlCYP707A3)在转录水平上的表达。在番茄花药发育与成熟过程中,SlNCEDl和SlCYP707A1的绝对表达量最高。且SlNCED1和SlCYP707A1的表达随着花药的发育过程逐渐升高,说明花药发育和成熟中ABA相关代谢非常活跃,其可能影响着番茄花药的发育和成熟。为了进一步检测ABA是否在番茄花药发育中的作用,我们利用E8启动子驱动的SlNCED1-RNAi载体对番茄植株的内源ABA的合成进行了抑制,利用农杆菌侵染叶盘法转化番茄,在得到的4个独立的转基因株系中进行了生理生化和分子相关的检测。结果显示,转基因番茄的花中内源ABA的含量被下调30-50%。与对照组相比,转基因番茄的花芽变长,萼片、花瓣明显变大,花柱变得短粗。更为明显的是,花药发育畸形、萎缩,不能形成正常的花粉囊,子房出现畸形。通过显微切片观察分析显示,在花器官的发育过程当中转基因番茄的雄花在造孢细胞、小孢子母细胞、四分体、小孢子阶段未表现出显著差异;但是在小孢子向花粉粒转变期间,转基因花内绝大部分小孢子未能转变为正常的花粉粒,大多数变为形状不规则、大小不一致、畸形的花粉粒;随着发育的进行更多的小孢子发育成了异常的花粉粒,到成熟阶段,花粉囊中正常的花粉粒百分比仅约10%左右。我们通过对转基因和对照组雄花中花粉发育必需基因的表达分析显示,转基因中这些基因的表达在转录水平上相比对照组下调。在雌蕊中,SlNCED1和SlCYP707A1的绝对表达量高。我们发现,因着SlNCED1的抑制,使得番茄的座果率大大降低(低于10%)。并且转基因番茄的果实没有种子,为单性结实;且花期延长,子房在盛花之前提前膨大。并且因着SINCED1的抑制而引起的番茄花器官中内源ABA含量的降低使得转基因番茄的子房很容易受到低温的影响从而产生畸形的子房,而导致裂果等。我们利用原位杂交技术对SlNCED1的表达进行时空定位,我们发现在花芽分化阶段SlNCED1主要集中在新生组织中表达如,花瓣原基、雄蕊原基、雌蕊原基。而在花芽的生长阶段,SlNCED1主要在子房的胚珠和柱头、花药及萼片中表达。说明,在花器官的形成以及发育过程中皆需要激素ABA的参与。综上所述,ABA可能在番茄雌雄性花器官的发育中起着重要的作用,且在番茄的座果中可能起到重要的作用。综上所述,本文通过对麻核桃雌雄性生殖器官的研究,探究了麻核桃低座果率的原因,为解决麻核桃低座果率、低产量问题提供理论依据。且率先开展了脱落酸对雌雄性生殖器官发育的影响,并且在分子层面进行了阐述。所得的结论填补了长期以来脱落酸在植物生殖器官发育中作用机制的空白,为深入了解脱落酸在植物生长发育中的作用提供了一定的分子基础,并且更加丰富了脱落酸在植物生长发育过程中的作用。
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