（遗传学专业论文）scu无花瓣油菜光合生理特性研究.pdf

四川大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师赵云教授指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了中文特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的研究材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本入在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学所有，特此声明。 导师签字： 研究生签字： 、二任严 参确 四川大学硕士学位论文 s e 无花瓣油菜光合生理特性研究 专业遗传学 学生王维指导教师赵云 摘要 测试了无花瓣油菜突变品系a p e t 3 3 1 0 初花期、盛花期和青荚 期的光合效率和叶绿素荧光。结果显示，虽然无花瓣油菜减少了花 瓣对光线的遮挡，但是其光合效率并没有像预想中一样得到提高， 反而还不如花瓣正常型，a p e t f 3 3 1 0 净光合速率、f v f - 和f ，f 。低于 有花瓣油菜近等基因系p e t 3 3 - 1 0 。比较了a p e t 3 3 一1 0 和p e t 3 3 一1 0 花器的生物产量，发现除无花瓣外，无论是大小，还是生物产量， 两者的花器都没有明显的差异。在单株角果数、每角粒数、千粒重 和单株产籽量方面，a p e t 3 3 一1 0 均没有显著性的提高差异。光合效率 低可能是导致a p e t 3 3 一i 0 没有产量优势的主要原因。 关键词：无花瓣；甘蓝型油菜；光合效率；叶绿素荧光分析；产量 ： 璺查兰堕主兰堡! ! 王 c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h o t o s y n t h e s i so fs c u a p e t a l o u s l i n e a p e t 3 3 1 0 ，b r a s s i c an a p u s m a j o r ：g e n e t i c s s t u d e n t ：w a n g w e i s u p e r v i s o r ：z h a oy u n a b s t r a c t s i x i m p o r t a n tp a r a m e t e r s i n p h o t o s y n t h e s i s a n d c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c e a n a l y s i so ft h ea p e t a l o u sl i n ea p e t 3 3 1 0w e r ec o m p a r e dw i t ht h o s eo fi t sp e t a l l e d n e a r - i s o g e n i cl i n ep e t 3 3 - 1 0 。t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h o u g ht h ea p e t a l o u sf l o w e f s r e s u l t e di nt h ei n c r e a s i n gt h et r a n s m i s s i o no fl i g h tt h r o u g ht h ef l o w e rl a y e r , t h e p h o t o s y n t h e t i cc a p a c i t yo fa p e t 3 3 1 0d i d n tb ei m p r o v e d t h en e tp h o t o s y n t h e t i c r a t e ( p n ) a n dt h eo p t i m a lp s i ie f f i c i e n c y ( r v r m ) o ft h ef u n c t i o n a l l e a v e sa n d s i l i q u a eo fa p e t 3 3 - 1 0w r e r el o w e rt h a nt h o s eo fi t sp e t a l l e dn e a r - i s o g e n i cl i n e p e t 3 3 1 0a tt h ee a r l yf l o w e r i n g ，t h ef u l lf l o w e h n ga n dt h eg r e e nc a n o p ys t a g e ， r e s p e c t i v e l y t h ef l o w e ro r g a n so fa p e t 3 3 - 1 0a n dp e t 3 3 1 0w e r ec o m p a r e d r e s u l t s s h o w e dt h a tt h e r ew a sa l m o s tn od i f f e r e n c ei nt h el e n g t ho fb u d ，s t a m e n ，s e p a la n d p i s t i lb e t w e e nt h ea p e t a l o u sa n dp e t a l o u sl i n e s e x c e p tf o rt h el o s so fp e t a l ，t h e r ew a s l i t t l ed i f f e r e n c ei nt h ew e i i g h to fs e p a l ，s t a m e na n dp i s t i lb e t w e e nt h ea p e t a l o u sa n d p e t a l o u sl i n e s c o m p a r e dw i t hp e t 3 3 1 0 ，t h en u m b e ro fp r o d u c t i v ep o d so nt h em a i n i n f l o r e s c e n c eo fa p e t 3 3 1 0d e c r e a s e d ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h o s ep o d so nt h es e c o n d o r d e rb r a n c h e si n c r e a s e d t h e r ew e i 己n o ta p p a r e n td i f f e r e n c ei nt h en u m b e ro f p o d u c t i v ep o d sp e rp l a n t ，s e e dn u m b e rp e rp o d ，1 0 0 0s e e dw e i g h ta n ds e e dy i e l dp e r p l a n tb e t w e e na p e t a l o u sa n dp e t a l o u sl i n e s l o w e rp h o t o s y n t h e t i ce f f i c i e n c ym a yb e t h em a i nc a u s eo fn os u p e r i o r i t yo ns e e dy i e l do ft h ea p e t a l o u sl i n ea p e t 3 3 1 0 k e yw o r d s ：a p e t a l o u s ：b r a s s i c an a p u s ；p h o t o s y n t h e t i ce f f i c i e n c y ；c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c ea n a l y s i s ；s e e dy i e l d 1 四川大学硕士学位论文 1 引言 油菜( o i l s e e dr a p e ) 是我国第一大油料作物，也是世界三大油料作物之一， 在世界油料作物中占有重要地位。提高现有油菜的产量和抗性，是育种家今后 一项长期的艰巨任务，发现和利用新的资源是提高产量的一条重要途径。 油菜是典型的十字花科植物，正常油菜花朵具有发育完好的四个黄色花瓣， 一般一个油菜植株能开几百朵花。大量的花瓣反射和吸收了许多阳光，导致油 菜在花期的光合作用降低。据研究，在花期，油菜花瓣能反射和吸收光合有效 辐射的6 0 ( m e n d h a m 等1 9 8 1 ) ，在初花期和盛花期仅有2 4 和7 的光合有效 辐射能到达距地5 0 c m 的植株基部( c h a p m a n 等1 9 8 4 ) 。此外，油菜的花瓣在凋 谢后，是很好的培养基，有利于病源菌的生长，感染了菌核病的花瓣可能将病 菌传染给健康组织，导致油菜菌核病病害加重( m a c l e a n1 9 5 趵。因此，油菜无 花瓣对油菜提高光能利用率及抗( 耐) 菌核病具有重要作用。许多研究者均认为 无花瓣植株是油菜的一种理想株型，是今后提高油菜产量的一个重要措施( 傅寿 仲1 9 9 0 ；m e n d h a me ta 1 1 9 9 1 ；t h u r l i n g1 9 9 1 ；h a b e k o t t 61 9 9 7 ；k u t c h e re ta 1 2 0 0 1 ； z h a oe ta 1 2 0 0 4 ) 。 1 1 无花瓣油菜的来源 自从1 9 4 0 年r a m a n u j u m 首次在白菜型油菜中发现无花瓣突变体以来，人们 已从自然突变、人工杂交后代中获得了较多的油菜无花瓣突变材料，也有从诱 变和小孢子培养中获得无花瓣材料( 表1 ) 。 r a m a n u j u m ( 1 9 4 0 ) 、c o u r s 等( 1 9 7 7 ) 白菜型油菜中，r a n a ( 1 9 8 5 ) 在埃 塞俄比亚芥中，发现了无花瓣自然突变体。伍晓明等( 2 0 0 1 ) 在我国白菜型油 菜地方品种余井花籽和国外白菜型油菜品种a m 03 2 中同时发现了无花瓣突变 体。谭小力等( 1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 在2 个甘蓝型油菜杂交后代f 3 中获得了无花瓣材 料，赵云等在甘蓝型油菜双低组合0 0 3 1 4 0 7 自交f 。代中发现了无花瓣自然突 变体，张瑞茂等( 2 0 0 7 ) 在甘蓝型油菜杂交组合9 4 0 中双8 2 1 y 的f 2 群体中发 现缺瓣植株。华中农学院( 刘后利，1 9 8 5 ) 、傅寿仲等( 1 9 9 5 ) 在甘蓝型油菜 白菜型油菜杂交后代中，戚存扣等( 1 9 8 9 ) 在甘蓝型油菜埃塞俄比亚芥杂交后 4 四川大学硕士学位论文 代中，蔡明等( 1 9 9 1 ) 、p i e r r e 等( 1 9 9 6 ) 在埃塞俄比亚芥甘蓝型油菜杂交及回交 后代中均发现了甘蓝型无花瓣油菜突变体；m a l i k 等( 1 9 9 9 ) 在( d i p l o t a x i s b e r t h a u t i i b r a s s i c ac a m p e s t r i s b r a s s i c a j u n c e a ) b c 3 获得了芥菜型油菜的无 花瓣突变体；c h e n ( 1 9 8 9 ) 在人工合成甘蓝型油菜后代中发现了无花瓣材料， r a k o w 等( 1 9 9 9 ) 在甘蓝型油菜品种( n 8 9 2 5 3 y n 9 0 2 1 0 1 8 s h i r a l e e ) 1 ：5 中获得了 无花瓣突变体，但杂交亲本之- - y n 9 0 2 1 0 1 8 0 来源于 n a p u s 置a l b o g l a b r a 且 r a p a ) 种间杂交后代；t e n g b e ( k e l l y 等1 9 9 5 ) 和r i o ( 罗鹏1 9 9 5 ) 等利用e m s ( 甲 基磺酸乙酯1 诱变，分别在甘蓝型油菜和埃塞俄比亚芥中获得了无花瓣突变体。 朱彦涛等( 2 0 0 2 ) 经游离小孢子培养并加倍获得的甘蓝型油菜9 5 2 1 9 2 的d h 植 株群体中的1 株缺瓣变异株，于盛花期取其幼嫩花序轴进行无性繁殖后，得到1 0 个株系的1 2 2 个植株。 表1油菜中发现的部分无花瓣材料( 参考张洁夫2 0 0 2 ) 四川大学硕士学位论文 二= 二二二= = = = = = = = = 二二= 二= = = = = = 二二= 二= 二= = = = 五= 二二= 二= = 蔡明 s i n g hd b r u n e le r i omd k e l l ya r c l 9 9 s t a p 矗n a p u sl 丑j u n c e al 最c a m p e s t r i sl 丑c a r n a t a 最n a p u sl k e l l yaa p e t显n a p u sl k e l l yan p e t最n a p u sl 谭小力 r a k ow g y n 9 4 6 7 3en a p u sl p i e r r ej m a l i km 赵云 伍晓明 朱彦涛 陈碧云 陈碧云 张瑞茂 s c u a m 2 最n a p u sl 丑j u n c e al 最n a p u sl & c a m p e s t r i sl 最n a p u sl 最n a p u sl 隐陛核基因 种间杂交隐性 2 对隐性基因 e m s 诱变 2 对隐性 基因 3 对隐性 基因 2 对主基 因+ 4 个修 饰基因 品种间杂 交 品种间杂 交 种间杂交 种间杂交 自然突变 自然突变 小孢子培 养 自然突变 1 9 9 1 1 9 9 1 1 9 9 4 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 5 1 9 9 5 1 9 9 8 1 9 9 9 1 9 9 9 1 9 9 9 1 对显性基因2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 两对主效隐性基2 0 0 6 因和一对隐性修 饰基因控制 匠c a m p e s t r i sl 自然突变1 对隐性基因2 0 0 6 匠n a p u sl _ 2 0 0 7 1 2 无花瓣性状的遗传 现有的研究结果显示，油菜的无花瓣性状遗传模式多种多样，1 个基因、2 个基因、3 个基因以及4 个基因控制的无花瓣性状均有发现，部分无花瓣性状还 6 四川大学硕士学位论文 受到细胞质和修饰基因的影响( 表1 ) 。 s i n g h ( s i n g h1 9 6 1 ) 、c o u r s 和w 订1j a m s ( 1 9 7 7 ) 、陈碧云等( 2 0 0 6 ) 对白菜型油菜无花瓣突变体的遗传进行了研究，结果显示有、无花瓣杂交f l 为 正常有花瓣，f 2 及回交世代发生分离，分离比例符合1 个基因的遗传模式，因此 他们拥有的白菜型油菜无花瓣突变体的突变性状由一对隐性基因控制：赵云等 ( 2 0 0 0 ，2 0 0 4 ) 报道，甘蓝型油菜s c u 花瓣材料与有花瓣品种杂交，f 1 全部表现 为花瓣缺失，f 2 代彻底无花瓣株、部分花瓣缺失与有花瓣植株的分离比例为1 ： 2 ：1 ，f 1 与有花瓣植株回交，则部分花瓣缺失与有花瓣植株的分离比例为l ：1 ， 因此，s c u 无花瓣材料符合1 个基因控制的遗传模式，有花瓣对无花瓣为不完全 显性：b u z z a ( 1 9 8 3 ) 对甘蓝型油菜无花瓣突变体的遗传研究结果显示，无瓣对 有瓣为完全隐性，f 2 代存在广泛变异，0 4 瓣呈连续分布，但以正常型占多数， 在6 0 以上，2 5 植株的花瓣率为1 0 8 0 ，仅有少量植株为无花瓣，f l 与无花瓣 材料回交，则无花瓣、中间型与正常型的比例为1 ：2 ：1 ，因而该无花瓣性状由 2 对隐性基因控制；陈碧云等( 2 0 0 6 ) 甘蓝型油菜突变体a p t 0 2 无花瓣性状由两 对主效隐性基因和一对隐性修饰基因控制；k e l l y 等( 1 9 9 5 ) 研究结果显示所获 得的“s t a p ”无花瓣性状受2 个位点的基因( s t a p 一1 和s t a p 一2 ) 控制，分别位于甘 蓝型油菜的c 染色体组和a 染色体组；s i n g h 等( 1 9 9 1 ) 对芥菜型油菜无花瓣材料 的遗传研究显示，无花瓣性状受2 个位点的基因控制，无花瓣性状为隐性性状； k e l l y 等( 1 9 9 5 ) 对个无花瓣突变体“a p e t ”的研究结果显示，该材料9 0 的变 异由3 个位点a p e t 1 、a p e t 2 和a p e t 3 控制，这些位点具有加性和上位性互作效 应，其中a p e t 1 和a p e t 2 为主效基因，控制花的形态，a p e t 3 为修饰位点，控制 极端表型的表达，a p e t 1 和a p e t 2 之间还具有部分同源性；傅寿仲等( 1 9 9 3 ， 1 9 9 5 ) 对无花瓣材料“a p l - 0 2 5 6 ”的遗传研究显示，无花瓣材料与大花瓣品种 杂交，f l 代全为有花瓣，f 2 代有、无花瓣分离比例为2 5 5 ：1 ，b 1 代有、无花瓣 分离比例为1 5 ：1 ，与小花瓣材料杂交，f 2 和b 1 的分离比例分别为1 5 ：1 和3 ：1 ， 因此该无花瓣材料由4 对隐性基因控制。蒋立西和b e c k e r ( 1 9 9 9 ，2 0 0 3 ) 等对无 花瓣材料“a p t e n 曲e ”的遗传研究结果表明，该性状由细胞质及核内2 对隐性 基因共同控制，只有质核组成为c a p ( p l p l p 2 p 2 ) 时，才表现为完全无花瓣，而且 无花瓣性状一定程度上还受环境条件的影响，主要受植株体内生长素和细胞分 裂素的影响；k e l l y 等( 1 9 9 5 ) 获得的完全无花瓣材料“n p e t ”由6 个无花瓣基 7 四川大学硕士学位论文 ， 因位点控制( n p e t 一1 、n p e t 一2 、n p e t 一3 、n p e t - 4 、n p e t 一5 和n p c t 一6 ) ，其中n p e t 1 和 n p e t 2 为主效基因位点，对性状具有加性效应，其余为修饰基因位点，受2 个主 效基因位点的上位性抑制。 l - 3 油菜无花瓣性状的分子标记及分子机制 在油菜无花瓣性状的分子标记和图谱定位也开展了一些工作，对部分油菜 无花瓣性状形成的分子机制进行了探讨。 f r a y 等( 1 9 9 7 ) 以s t a p 无花瓣材料“n 0 1 1 ”与常规品种“t a p i d o r ”杂交 f 1 的d h 群体为材料，利用r f l p 标记，对无花瓣性状进行遗传作图，获得与 无花瓣性状有关的5 个r f l p 标记，即c l f e i 、p n l 6 7 e 2 、p 0 8 7 e 1 ，p w 2 0 5 e 2 和p n 4 4 e 3 ，其中p 0 8 7 e l 和p n l 6 7 e 2 与无花瓣基因位点s t a p 2 1 连锁，遗传距离 分别为2 1 3 c m 和3 8 c m ，且位于第1 4 连锁群；c l f e l 、p w 2 0 5 e 2 和p n 4 4 e 3 与另一无花瓣基因位点s t a p 2 2 连锁，c l f e l 与s t a p 2 2 位点重叠，而p w 2 0 5 e 2 和p n 4 4 e 3 与s t a p 2 2 遗传距离分别为2 8 3 c m 和1 6 4 c m ，且位于第4 连锁群。 r o b i n s o n 等( 1 9 9 9 ) 等以a p e t 无花瓣材料“n 一0 1 1 2 ”与t a p i d o r 的回交世代为 作图群体，对a p e t 进行分子标记，获得了位于控制无花瓣性状的a p e t 2 1 、 a p e t 2 2 、a p e t 2 3 基因两侧的多个r f l p 标记，其中p n l 6 8 e l 和p c 2 e l 位于a p e t 2 1 两侧、遗传距离分别为1 8 c m 和1 0 3 c m ；p n l 4 8 b l 和p 0 4 6 e 2 位于a 口e t 2 2 两侧， 遗传距离分别为5 9 c m 和8 7 c m ；p w l 7 6 e l 和p o l l 9 e l 位于a p e t 2 3 两侧，遗 传距离分别为1 0 7 c m 和1 0 2 c m ，且a p e t 2 1 、a p e t 2 2 、a p e t 2 3 基因分另位于第 8 、第1 5 和第1 2 连锁群；谭小力等( 2 0 0 3 ) 以无花瓣和有花瓣姊妹系油菜为材 料，结合近等基因系法和集群分离法这两种分子标记策略，对1 8 4 个r a p d 随机引物进行筛选，得到了与控制花瓣性状基因紧密连锁的分子5 3 5 2 5 8 0 ， 并通过无花瓣品系和有花瓣品种对所得标记进行了验证。 陈碧云等( 2 0 0 6 ) 在无花瓣品系a p t 0 2 和正常有花瓣品种中双4 号构建 的f 2 分离群体中，运用a f l p 和s r a p 两种标记技术对甘蓝型油菜花瓣缺失 基因进行分子标记和图谱定位。在两亲本间筛选2 0 对a f l p 引物和1 7 0 对 s r a p 引物，进一步通过b s a 法筛选，获得了与甘蓝型油菜花瓣缺失基因w h b 连锁的1 个s r a p 标记e 8 m 3 _ 4 ( 6 0 0b p ) 和1 个a f l p 标记e 3 2 4 7 - 1 5 ( 1 5 0 b p ) ，标记与基因w h b 之问的遗传距离分别为5c m 和1 3 5c m ：构建了一 8 四川大学硕士学位论文 个甘蓝型油菜( b r a s s i c an a p u s l ) 的分子标记遗传连锁图谱，该图谱共包含 2 1 3 个a f l p 标记、5 6 个s r a p 标记和1 个形态标记，分布于1 7 个主要连 锁群、两个三联体和4 个连锁对中，遗传图距总长24 8 7 1c m ，标记间平均 距离为1 0 0 9c m 。通过图谱定位，控制花瓣缺失性状的基因w h b 被定位到第 4 连锁群( l g 4 ) 上。 张洁夫等( 2 0 0 7 ) 以无花瓣油菜a p l 0 1 与正常有花瓣品种m 0 8 3 杂交的 b c i f i 为基础群体，用r a p d 、s s r 和s r a p 技术获得2 5 1 个分子标记，包 括2 1 9 个s r a p 、2 5 个s s r 和7 个r a p d 标记，构建了由1 9 个连锁群组 成的分子标记遗传图谱，根据共同的分子标记，建立该图谱与甘蓝型油菜高密度 图谱的对应关系。利用w i n q t l c a r t 2 0 软件对无花瓣性状进行q t l 扫描，获 得4 个与无花瓣性状相关的q t l ，q a p 5 位于n 5 连锁群的a 0 2 2 6 b b l 5 2 m 3 l e 4 0 b 区间，解释花瓣度表型变异的3 7 1 ；q a p 6 位于n 6 连锁群的 m 2 5 e 7 o p y 9 区间，解释花瓣度表型变异的3 0 2 ；q a p 8 位于n 8 连锁 群的a 0 2 2 6 g b 4 6 8 m 2 9 e 2 0 区间，解释花瓣度表型变异的3 0 9 4 ； q a p l 5 位于n 1 5 连锁群的m 2 1 e 4 b a 0 2 2 5 b b 2 0 1 区间，解释花瓣度表型 变异的2 1 9 6 。q a p 8 和q a p l 5 为2 个主效q t l ，可用于无花瓣性状的标 记辅助选择，q a p 5 和q a p 6 为修饰基因位点。 周云涛等( 2 0 0 7 ) 以a p e t 3 3 1 0 和有花瓣油菜p e t 3 3 1 0 早期花蕾为材料， 通过抑制消减杂交和r t - p c r 方法，分离和鉴定了1 8 个差异表达基因。这些基 因的功能涉及多个方面，如花瓣的特征决定、钙离子信号转导、前体m r n a 的 剪接和加工、蛋白质的合成与降解、细胞骨架的构建、h + 的转运、核酸的结合、 生物碱的合成等。除了a p e t a l a 3 基因特异性参与花瓣发育调控外，其余的基 因都是植物细胞生长、发育所必需的。通过r t - p c r 克隆得到了在a p e f l 3 1 0 中下调表达的三个a p 3 基因( 曲叫p 3 2 、b n a p 3 - 3 和b n a p 3 4 ) 。r e a l t i m e 定量 p c r 分析结果显示，在野生型甘蓝型油菜早期花蕾中的表达比例为3 6 7 ：3 6 8 ： 1 ；在无花瓣油菜中3 个基因表达量均被下调，依次为野生型的3 6 6 、2 8 3 和6 6 8 ，a p 3 的整体表达量相当于野生型油菜的4 5 ，3 个基因的表达比例 为2 1 9 ：1 7 4 ：1 。a p e g 3 1 0 的无花瓣突变可能导致了主要的转录因子( 如a p 3 ) 的表达变化，从而引起级联效应，使得一系列植物生长、发育的相关基因在转 录水平上的发生改变，最终导致花瓣的缺失。 四川大学硕士学位论文 1 4 无花瓣油菜的生理及其增产潜能 对油菜无花瓣材料的生理、抗病性及其增产潜能研究较多。在对入射光的 反射、花期的光合有效辐射量、花期积累的干物质量以及对农艺性状的影响等 方面做了许多工作，发现在盛花期无花瓣油菜花器官显著降低了对入射光的反 射，提高了光合有效辐射量，使无花瓣品系在花期积累的干物质比有花瓣品系 多，从而增加每角粒数和千粒重；无花瓣性状有利于延长基部叶片功能期，减 少基部分枝的退化，形成分枝点低、分枝数多、角果数多的较大株型，从而为 获得高产打下基础。 r a o 等( 1 9 9 1 ) 比较有、无花瓣油菜在受光态势上的差异，发现盛花期花 器官对入射光的反射，无花瓣品种仅为有花瓣品种的5 0 ，而到达植株基部光 合层的光合有效辐射量，无花瓣油菜比有花瓣品种提高3 0 。f r a y 等( 1 9 9 5 ， 1 9 9 6 ) 发现在盛花期，能穿透花冠层的光合有效辐射，无花瓣油菜要比有花瓣 材料高7 0 ，因而能够延长基部叶片的功能期，使无花瓣品种在花期积累的于 物质比有花瓣品种多4 1 ，从而增加每角粒数和千粒重；而有花瓣品种因同化 产物的不足，导致6 0 的角果难以正常成熟。 傅寿仲等( 1 9 9 6 ) 采用田问试验方法研究有、无花瓣油菜花期前后的株型 演变及其与成熟期株型结构的关系。结果表明，无花瓣油菜花期缺少花瓣，植 株中、下部受光充足，光合产物多，形成低分枝、多分枝、结角层厚、角果多 的大株型。有花瓣品种宁油7 号花瓣影响透光，下部分枝退化多，形成高分枝、 少分枝、结角层薄、角果少而集中的较小株型。张洁夫等( 1 9 9 8 ) 采用田间试 验方法和1 4 c 示踪技术研究有、无花瓣油菜近等基因系花期前后的株型演变及 花期同化产物的运转分配。结果表明，无花瓣性状促进了中下层分枝和角果的 发育，有利于增大分枝茎皮面积和角果皮面积，促进中下结角层多结角果和籽 粒，并提高下层角果的质量，1 4 c 示踪也证明无花瓣性状促使花期同化产物向 下部分技和角果运转。 吕忠进( 1 9 8 9 ) 分析有、无花瓣油菜花器官各组分的差异，发现有花瓣品种 每朵单花花瓣发育所需的干物质为3 9 r a g ，占花器官总重的3 7 0 ；无花瓣品 种因去除了花瓣，从而节省了花瓣发育所需的能量，这些能量主要用于雌蕊与 花萼的发育，使雌蕊占花器官总重的比例从有花瓣品种的6 2 提高到3 7 9 ， 1 0 四川大学硕士学位论文 花萼所占比例也从1 0 9 增加到2 1 7 ，而雄蕊及花柄所占比例则略有下降。 谭小力等( 1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 发现，有、无花瓣近等基因系间的花蕾重量变化不大， 但无花瓣系长度增加3 1 4 ，花萼、雌蕊和雄蕊重量均显著增加，有利于传粉和 角果发育，为获得高产打下基础。张洁夫等( 2 0 0 3 ) 比较甘蓝型油菜有、无 花瓣近等基因系花器官的形态差异，结果表明，无花瓣品系在花蕾、花萼、雌 蕊长度上与有花瓣品系无差异，而雄蕊长度有所下降；无花瓣品系因缺少花瓣， 花蕾重量仅为有花瓣品系的5 5 8 9 ，但花萼、雄蕊、雌蕊重量差异不大，其 中花萼和雄蕊重量略有下降，而雌蕊重量则上升。 由于采用材料的遗传背景不同，加之栽培模式以及菌核病的流行程度存在 很大差异，在与有花瓣品系( 种) 的产量比较中，现有的无花瓣材料既有增产的 报道( m e d h a me ta 1 ，1 9 9 1 ；r a oe ta 1 ，1 9 9 1 ；傅寿仲等1 9 9 1 ；f r a ye ta 1 ，1 9 9 5 ； z h a oe ta 1 2 0 0 4 ) ，也有平产或减产的报道( f r a ye ta 1 ，1 9 9 6 ；z h a oe ta 1 2 0 0 4 ) 。 l - 5 无花瓣油菜的抗( 耐) 病性 花瓣是传播油菜如菌核病的重要媒介，它不仅是病原菌的初次侵染源，为 病原菌的生长提供重要的能源，而且随着花瓣飘落在叶片上，形成再次侵染， 为病害的扩展和蔓延提供条件( m a c l e a n1 9 5 。虽然在菌丝块接种条件下，无花 瓣材料的抗病性并不优于有花瓣品种，但是无花瓣油菜因缺少花瓣，从而大大 降低了病害的发生机率，形态避病作用十分明显。田间调查结果显示，无花瓣 品系菌核病发病率明显低于有花瓣品种( 傅寿仲1 9 9 0 ；t h u r l i n g1 9 9 1 ；m e n d h a m e ta 1 1 9 9 1 ；吕忠进和傅寿仲1 9 9 1 ；陈玉卿等1 9 9 1 ；h a b e k o t t e1 9 9 7 ；k u t c h e re ta 1 2 0 0 1 ) ；在菌核病发生严重的年份，无花瓣品系的避病表现更为突出( z h a oe la 1 2 0 0 4 ) 。 1 6 本研究的目的 综上所述，无花瓣植株己被认为是油菜的一种理想株型，是今后提高油菜 产量的个重要措施。至今人们己获得了较多的油菜无花瓣的突变材料，在无 花瓣性状遗传、分子标记、形成的分子机制、增产潜能等方面做了较多的研究 和探讨。虽然无花瓣性状有许多优越性，但至今在生产上还没有大规模推广的 报道，因而现有的无花瓣性状可能连锁了一些不利的性状，因为在与有花瓣品 四川大学硕士学位论文 系( 种) 的产量比较中，现有的无花瓣材料既有增产的报道，也有平产或减产的 报道。因此，对于现有的无花瓣油菜有必要进行更迸一步的研究，尤其是在光 合生理方面。目前，还未曾有无花瓣油菜光合效率的相关研究。 本实验以s c u 无花瓣油菜突变品系a p e t 3 3 - 1 0 及其近等基因系 p e t 3 3 一1 0 ( 野生型) 为材料，在初花期、盛花期和青荚期测定比较了a p e t 3 3 一i 0 和p e t 3 3 一i 0 叶片的光合效率和叶绿素荧，并比较了a p e t 3 3 一1 0 花器的生物产 量，以期为无花瓣油菜的育种利用提供相关基础数据。 2 材料和方法 2 1 材料及来源 甘蓝型油菜( b r a s s i c an a p u sl ) $ c u 无花瓣油菜突变品系a p e t 3 3 1 和 花瓣完全正常的野生型近等基因系p e t 3 3 - 1 。 试验材料的来源：1 9 9 6 年春天从甘蓝型油菜( b r a s s i c an a p u $ l ) 0 0 3 1 4 0 7 自交f 。代中发现一株在初花期具卜3 个花瓣的材料。对该株连续自交， 从自交后代中获得了稳定不分离的s c u 无花瓣油菜品系a p e t 3 3 一l 和花瓣完全正 常的近等基因系p e t 3 3 1 。 2 2 总体方案 分别测定野生油菜和无花瓣油菜花期叶片和青荚期角果的光合特性、叶绿 素荧光、花器的生物产量以及油菜单株产量，最后综合数据，对无花瓣油菜突 变体进行总体评价。具体方案如下： 四j i i ：k 学硕士学位论文 a p e t 3 3 1 0 花期( 上、中、下叶片) ( 光合指标：p l l ，g s ，c i ，p a r ) p e t 3 3 - 1 0 l + + 花期( 上、中、下叶片) ( 荧光指标 f o 、f f f i ，f v f o 、f v f 皿、y i e l d ) y i e l d ) 青荚期( 一次分技角果) ( 光台指标：p n 、g s 、c i 、p a r ) 对比 ( 光合指标：p n 、g s 、c i 、p a r ) ( 荧光指标：f o 、f ，f v f o 、f v f m 、 + 青荚期( 一次分枝角果) ( 荧光指标：f o 、f 、f v f o 、f v f m 、y i e l d ) ( 光合指标：p n 、6 s 、c i ，p 肌) ( 荧光指标：f o 、f 、f v f o 、f v f m ，y i e l d ) ii j 对比 l 花器生物产量测定+ +花器生物产量测定 产量性状考察 对比 对比综合评价 。+ 。+ 四川大学硕士学位论文 2 3 实验方法 2 3 1 油菜栽培 本研究的试验点设在四川省成都市双流县双桥村的四川大学试验农场。采 用常规的栽培技术，土质为沙壤土，前作为水稻。田间设计采取随机区组排列。 小区重复三次，小区面积1 0 m 2 ，株彳亍距3 3 。3 c m ，种植密度为9 株每平方米。 主要农事操作为：采用直播，亩施纯氮1 4 k g ，氮磷钾肥配合施用，比例为1 ： 0 5 ：0 8 ，苗期间苗除草，中耕一次。种子出苗后，详细观察各个时期的形态表 现并记载物侯期。 2 3 2 油菜光台特性研究 以试验田中的无花瓣品种为材料，以野生型为对比材料。分别取二者同时 期花期上中下叶片和青荚期主花序一次角果，分别测量净光合速率( p n ) 、有 效光辐射( p a r ) 、气孔导度( g s ) 、胞间浓度( c i ) 四个光合指标，以及叶绿 素荧光指标p s 2 潜在活性( f v f o ) ，原初光能转化效率( f 叩m ) 。p s 2 量子 产量y i e l d 。 光合指标的测定包括： ( 1 ) 花期叶片光合指标的测定：采用c i 一3 4 0 超轻型便携式光合测定系统( 美 国c i d 公司生产) ，于室外自然光下测定。有效光辐射( p a r ，u m o l m - 2 s d ) 、净 光合速率( p n ，u m o lc 0 2 m 。s - 1 ) 、气孔导度( g - s ，m m o lh 2 0m 。2 s 。1 ) 、胞n _ - 氧 化碳浓度( a ，u m o lm o l 1 ) 等数据均可同时获得。不同叶位每次测五个数据， 取平均值。使用美国c i d 公司生产的c i 3 4 0 超轻型便携式光合测定系统，对不 同生育期的测定做5 次重复。 ( 2 ) 青荚期角果光合指标的测定：采用c i 一3 4 0 超轻型便携式光合测定系 统( 美国c i d 公司生产) ，每份材料( 取主花序成熟角果) 重复5 次，每份材料 每次测五个数据，取平均值。具体方法是用游标卡尺测角果平均直径，用直尺 测角果长度，用克拉克公式计算角果面积，输入c i - 3 4 0 超轻型便携式光合测定 系统测单个角果的光合效率。 克拉克公式：s a = 3 1 4 1 d h 。+ 1 3 3 1 4 1 x d h 。( d 为角果平均直径， h 。= o 8 hh ：= 0 2 h ，h 为角果长度) 。 1 4 四川大学硕士学位论文 叶绿素荧光指标的测定包括： ( 1 ) 花期叶片叶绿素荧光指标( f o 、f m 、f v f o 、f v f m 、y i e l d ) 的测定： 采用o s l f l 调制式时绿素荧光仪( o p t i s c i e n c e s 公司生产) ，每份材料重复3 次，不同叶位每次测五个数据，取平均值。 ( 2 ) 青荚期角果叶绿素荧光指标( f o 、f m 、f v f o 、f v f m 、y i e l d ) 的测 定：采用o s l f l 调制式时绿素荧光仪( 0 p t i s c i e n c e s 公司生产) ，每份材料 重复5 次，每份材料每次测五个数据，取平均值。具体方法是将角果置于已开 小口( 用于露出夹子的测值口) 的自制的黑色不透明袋中进行暗反应，于l o m i n 后测定其荧光指标。 2 3 3 花器生物产量的测定 于盛花期从有花瓣与无花瓣品系中各选5 株，在每个主花序上顺序取即将 开放的花蕾和开放平整的花朵各5 个，立即对花器进行测量和称量。花蕾的长 度、宽度及雌蕊的长度用一般尺子测量：雌蕊的宽度、花药的长度及宽度用体视 镜( x t 乙- i i 型，北京电子光学设备厂) 测量。 将洗净的称量瓶编号放在1 0 5 恒温烘箱中，烘2 小时左右，用坩锅钳取出 入干燥器中冷却至室温后，在分析天平上称重，将待测花器组织材料装入己知 重量的称量瓶中于1 0 0 烘箱中干燥1 8 小时。取出称量瓶，待其温度降至 6 0 一7 0 后用坩锅钳将称量盖子盖上，放在干燥器中冷却至室温，再用用万分之 一电子天平( m e t t l e r ，a e l 0 0 ) 测量。 2 3 4 单株产量测定 在成熟时，在每份材料的小区取l o 株具有代表性的植株进行考种，考查单 株角果数，角粒数、干粒重、单株产量。 2 4 试验期的天气及环境状况 2 4 1 试验期的天气状况 表2 是2 5 月双流县主要的气象数据作为参考： 四川大学硕士学位论文 表2 双流县2 5 月主要的气象数据 t a b l e1t h ec l i m a t i cd a t ai nt h ec o u n t yo fs h u a n g l i uf r o mf e bt om a y 气象资料主要来源是双流县当地气象局以及成都市气象局。 3 月上旬天气以晴好天气为主，旬平均气温较历年值偏高0 8 c ，无降水。 3 月中旬天气出现了历史同期最强的降温天气过程，气温累计下降1 1 9 c 。 3 月下旬天气以阴间多云天气为主，平均气温较历年同期偏高l9 c ，降雨 量比历年同期偏多6 8 。 4 月上甸天气以多云天气为主，平均气温较历年同期偏高2 2 c 。 4 月中旬天气出现强寒潮天气，日平均气温累计下降9 49 c 。旬内平均气温 较历年同期偏低2 9 ；旬总降水量2 2 毫米，较历年同期偏少8 7 。 4 月下旬天气以晴见多云天气为主，平均气温1 9 4 c ，较历年同期偏高0 9 。日照时数5 6 4 小时，较历年同期略偏多。 5 月上旬天气以晴为主，旬平均气温较历年同期偏高2 8 c ；旬降雨量6 0 7 毫米，较历年同期偏多1 4 3 ：旬日照时数5 3 6 小时。 5 月中旬天气以晴为主，旬平均气温较历年同期偏低1 1 ；旬降雨量较历 年同期偏少7 8 ：旬日照时数5 8 2 小时。 2 4 2 实验时间和环境条件的选择 选择风和日丽、天气晴朗的上午，从9 ：3 0 1 1 ：3 0 的时间进行实验。这是 因为植物也和动物一样，有着其独特的节律，即使在同样的环境条件下，其在 上午和下午的响应也是不同的。一般而言上午是植物生长最佳的时间，而 9 ：3 0 1 1 ：3 0 的时间光强已经很强，基本达到了植物光合的饱和情况。所以这 个时候我们做实验可以得到比较理想的结果。而9 ：3 0 以前，由于光照比较弱， 植物叶片没有完全活化，气孔没有完全开放，测量得到的值比较低。 四川大学硕士学位论文 3 实验结果 3 1a p e t 3 3 1 0 的光合特性 3 1 1 初花期叶片的光合特性 在平均每个植株开1 0 多朵花的初花期，在野生型油菜p e t 3 3 - 1 0 田间群体 中，从植株上部第1 2 1 3 叶位到下部第3 4 叶位问，光合有效辐射( p a r ) 从2 0 6 u m o lm - 2 s 1 降至1 0 8 8u m o lm - 2 s ，净光合速率( p n ) 也从1 4 0 3 u m o lc o s 酽s 。1 降 至6 1 8u m o lc o ：m - 。s1 ( 表3 ) 。由于此时植株开花不多，花瓣反射和吸收的光 合有效辐射较微，与野生型p e t 3 3 1 0 的群体相比，在a p e t 3 3 1 0 群体中光合有 效辐射没有显著性的提高，在有效辐射相当的情况下，a p e t 3 3 一1 0 上部叶片的 p n 下降了一2 3 1 6 ，中部叶片的p n 下降了一2 6 8 8 ，下部叶片的p n 下降了一2 0 6 5 ( 表3 ) ( 图1 ) 。 在野生型油菜p e t 3 3 1 0 植株上，叶片的气孔导度( g s ) 在1 8 3 3 - 2 2 9 8m m o l h 2 0 m 。s 1 之间，胞间c 0 2 浓度( e 1 ) 在4 9 9 8 - 5 3 7 5u m o lm o l l 之间；在a p e t 3 3 1 0 植株上，叶片的气孔导度g s 在1 3 0 3 - 2 5 3 3m m o lh 2 0m - ”s1 之间，胞间c o s 浓度 ( c i ) 在4 4 3 8 -