野生型和嵌合体矮牵牛的倍性鉴定及抗旱性比较2

1、 专业：生物科学专业：生物科学作者：作者： 指导老师：指导老师： 2014 2014年年6 6月月1212日日野生型和嵌合体矮牵牛倍性鉴野生型和嵌合体矮牵牛倍性鉴定及抗旱性比较定及抗旱性比较 矮牵牛矮牵牛( (Petunia Petunia hybrida hybrida Vilm.),Vilm.),又名又名碧冬茄碧冬茄, , 为茄科矮牵牛为茄科矮牵牛属多年生草本植物。花属多年生草本植物。花朵硕大，花色艳丽朵硕大，花色艳丽, , 花花期长期长, , 整个夏、秋季节整个夏、秋季节花开不断，具有较高观花开不断，具有较高观赏价值。目前，矮牵牛赏价值。目前，矮牵牛在国际上已成为主要的在国际上已成为主要

2、的盆花和装饰植物。盆花和装饰植物。 植物嵌合体是自然界中广泛存在的一种遗传植物嵌合体是自然界中广泛存在的一种遗传镶嵌形式镶嵌形式, , 性状通常在花瓣、叶片或枝条上出现性状通常在花瓣、叶片或枝条上出现, , 但不遗传给后代。我们需要研究清楚矮牵牛嵌合但不遗传给后代。我们需要研究清楚矮牵牛嵌合体的形态特征、遗传机理、生理特性等，才能更体的形态特征、遗传机理、生理特性等，才能更好的指导广泛栽培好的指导广泛栽培 。 国外对矮牵牛的遗传规律及杂交育种研究较国外对矮牵牛的遗传规律及杂交育种研究较早，并有一整套完善的早，并有一整套完善的F1F1代育种程序。目前市场代育种程序。目前市场上的矮牵牛种子资源多来

3、自国外，价格较高，因上的矮牵牛种子资源多来自国外，价格较高，因此有必要自主开展我国矮牵牛的育种工作。此有必要自主开展我国矮牵牛的育种工作。 实验以野生型和嵌合体矮牵牛为材料，结合其形态学实验以野生型和嵌合体矮牵牛为材料，结合其形态学特征（叶色、叶厚以及花瓣、花柱）的变化以及遗传分析、特征（叶色、叶厚以及花瓣、花柱）的变化以及遗传分析、细胞学鉴定等方法进行初步的研究，筛选出突变体的优良细胞学鉴定等方法进行初步的研究，筛选出突变体的优良性状；在室外条件，给植株以干旱处理，采集野生型矮牵性状；在室外条件，给植株以干旱处理，采集野生型矮牵牛和嵌合体新鲜叶片分别测叶绿素含量，超氧化物歧化酶牛和嵌合体新鲜

4、叶片分别测叶绿素含量，超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)等抗氧化酶活性，可溶性蛋白（等抗氧化酶活性，可溶性蛋白（prpr）和游离脯氨酸）和游离脯氨酸(Pro)(Pro)含量，超氧阴离子和过氧化氢含量，超氧阴离子和过氧化氢(H(H2 2O O2 2) )含量，丙二醛含量，丙二醛(MDA)(MDA)和质膜透性，以此来研究野生型与嵌合体矮牵牛抗和质膜透性，以此来研究野生型与嵌合体矮牵牛抗旱性的差异，进而筛选出抗旱性强和环境适应能力较强的旱性的差异，进而筛选出抗旱性强和环境适应能力较强的矮牵牛株型。矮牵牛株型。1 材料与方法材料与方法1.11.1材料材料以陇东学院生农科技园花圃里生长良好无病虫害的野生

5、型和以陇东学院生农科技园花圃里生长良好无病虫害的野生型和嵌合体矮牵牛为实验材料。一周不浇水即干旱处理，采集植嵌合体矮牵牛为实验材料。一周不浇水即干旱处理，采集植株叶片，每次实验设置株叶片，每次实验设置3 3个重复。个重复。野生型野生型嵌合体嵌合体1.2 1.2 方法方法1.2.11.2.1形态学鉴定形态学鉴定 游标卡尺测游标卡尺测野生型和嵌合体矮牵牛的叶长野生型和嵌合体矮牵牛的叶长、叶宽、叶宽、叶厚叶厚及花开及花开度、花柱的长和直径度、花柱的长和直径、花丝的长和直径。花丝的长和直径。1.2.21.2.2气孔鉴定气孔鉴定制片制片用用OLYMOLYMP PUSUS显微镜上的测微系统测量气孔长度显微

6、镜上的测微系统测量气孔长度、宽度宽度并观察气孔密度并观察气孔密度。1.2.31.2.3细胞学鉴定细胞学鉴定核型分析核型分析制片，制片，用光学显微镜观察染色体，并用用光学显微镜观察染色体，并用OLYMPUS显微显微镜上的照相系统拍照。镜上的照相系统拍照。1.2.1.2.5 5 生理指标测定生理指标测定叶绿素含量测定参照叶绿素含量测定参照王韶唐等王韶唐等的方法的方法, ,超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)活性活性测定参照测定参照BeyerBeyer和和FridivichFridivich的方法的方法, ,过氧化物酶过氧化物酶(POD)(POD)和过氧化氢酶和过氧化氢酶(CAT)(CA

7、T)活性测定参照活性测定参照AebiAebi的方法的方法, ,抗坏血酸过氧化物酶抗坏血酸过氧化物酶(APX)(APX)活性测定活性测定参照参照BeyerBeyer和和FridivichFridivich的方法的方法, ,可溶性蛋白可溶性蛋白(Pr)(Pr)含量测定参照含量测定参照BradfordBradford的方法的方法, ,游离脯氨酸游离脯氨酸(Pro)(Pro)含量测定参照含量测定参照B Bradfordradford的方法，的方法，超氧阴离子自由基含量测定参照超氧阴离子自由基含量测定参照SergievSergiev的方法的方法, ,过氧化氢（过氧化氢（H H2 2O O2 2）含）含量

8、的测定参照量的测定参照SergievSergiev的方法。丙二醛的方法。丙二醛(MDA)(MDA)含量测定参照含量测定参照SergievSergiev的的方法方法, , ,质膜透性变化参照质膜透性变化参照李合生李合生的方法。的方法。1.31.3数据统计及分析数据统计及分析 实验中每个处理均设实验中每个处理均设3 3个重复，测得的实验数据均采用个重复，测得的实验数据均采用SPSS16.0SPSS16.0软件进行测验，做差异显著性分析并作图。软件进行测验，做差异显著性分析并作图。2 结果与分析2.12.1矮牵牛形态特征比较矮牵牛形态特征比较叶长叶长(cm)叶宽叶宽(cm)叶厚叶厚(m)茎粗茎粗(c

9、m)野生型野生型3.922.92288.170.53嵌合体嵌合体 5.41* * 3.59* * 356.08* * 0.66* *花开度花开度(cm)花柱长花柱长(cm)花柱直花柱直径径(cm)花丝长花丝长(cm)花丝直花丝直径径(cm)野生型野生型平均值平均值6.412.260.051.560.06嵌合体嵌合体平均值平均值 8.19* * 1.95* * 0.14* * 1.35* * 0.08* *表表1 野生型和嵌合体矮牵牛野生型和嵌合体矮牵牛叶叶形指数及茎粗指数及茎粗比较比较注：注：* * * *表示野生型和嵌合体矮牵牛在表示野生型和嵌合体矮牵牛在0.010.01水平有显著差异，下同

10、。水平有显著差异，下同。表表2 野生型和嵌合体矮牵牛野生型和嵌合体矮牵牛花形指数花形指数比较比较38%22.95%23.57%24.53%27.77%27.77%18%33.33%15.9%15.56%12图图1，2分别为野生型和嵌合体矮牵牛叶厚比较分别为野生型和嵌合体矮牵牛叶厚比较288.17m356.08m34图图3，4分别为野生型和嵌合体矮牵牛花及花丝比较分别为野生型和嵌合体矮牵牛花及花丝比较在相同条件下（温度、水分以及在相同条件下（温度、水分以及PHPH等）嵌合体在叶长、叶宽、叶厚、茎粗等）嵌合体在叶长、叶宽、叶厚、茎粗及花开度、花柱直径、花丝直径等方面及花开度、花柱直径、花丝直径等方

11、面比野生型矮牵牛更具优越性，但在花柱比野生型矮牵牛更具优越性，但在花柱长及花丝长方面野生型比嵌合体矮牵牛长及花丝长方面野生型比嵌合体矮牵牛具有优越性，总体来说嵌合体矮牵牛要具有优越性，总体来说嵌合体矮牵牛要比野生型矮牵牛长的茁壮。比野生型矮牵牛长的茁壮。2.22.2野生型和嵌合体矮牵牛气孔特征比较野生型和嵌合体矮牵牛气孔特征比较类别类别平均气孔长度平均气孔长度(mm)平均气孔宽度平均气孔宽度（mm）平均气孔密度平均气孔密度（个（个/ mm2）野生型野生型1.000.121.000.1130.24.1嵌合体嵌合体1.640.111.210.1760.35.5野生型矮牵牛的平均气孔开度野生型矮牵牛

12、的平均气孔开度、气孔密度均比嵌合体气孔密度均比嵌合体的小，说明野生型植株进行光合作用的能力较嵌合体的的小，说明野生型植株进行光合作用的能力较嵌合体的弱，即野生型植株吸收的弱，即野生型植株吸收的COCO2 2和释放出的和释放出的O O2 2少，说明在干少，说明在干旱胁迫条件下，嵌合体矮牵牛比野生型矮牵牛更耐旱。旱胁迫条件下，嵌合体矮牵牛比野生型矮牵牛更耐旱。表表3 野生型和嵌合体矮牵牛气孔密度及气孔张开度比较野生型和嵌合体矮牵牛气孔密度及气孔张开度比较2.3野生型和嵌合体矮牵牛核型分析野生型和嵌合体矮牵牛核型分析图图5,6分别为嵌合体矮牵牛染分别为嵌合体矮牵牛染色体及其配对图示色体及其配对图示

13、图图7,8分别为野生型矮牵牛分别为野生型矮牵牛染色体及其配对图示染色体及其配对图示5678图图9 嵌合体矮牵牛染色体相对长度模式嵌合体矮牵牛染色体相对长度模式图图10 野生型矮牵牛染色体相对长度模式野生型矮牵牛染色体相对长度模式2.782.38结果表明结果表明(1)(1)野生型和嵌合体野生型和嵌合体矮牵牛染色体数均为矮牵牛染色体数均为2n=142n=14条，二倍体，条，二倍体，染色体基数染色体基数x=7x=7，核型公式：，核型公式：2n=14=10m+4sm2n=14=10m+4sm(2)(2)最长与最短染色体之比：嵌合体为最长与最短染色体之比：嵌合体为2.782.78，野生，野生型为型为2.

14、382.38。(3)(3)臂比值大于臂比值大于2 2的染色体比例：嵌合体为的染色体比例：嵌合体为0.720.72，野，野生型为生型为0.640.64。(4)(4)根据根据StebbingsStebbings的划分标准可得嵌合体与野生型的划分标准可得嵌合体与野生型的核型类型相同，为系统发育过程中进化程度相的核型类型相同，为系统发育过程中进化程度相近的近的2B2B类型。类型。2.4野生型和嵌合体矮牵牛抗旱性比较野生型和嵌合体矮牵牛抗旱性比较2.4.1干旱对野生型和嵌合体矮牵牛叶绿素含量的影响干旱对野生型和嵌合体矮牵牛叶绿素含量的影响在干旱条件下，嵌合体矮牵牛中叶绿素较稳定，不在干旱条件下，嵌合体矮

15、牵牛中叶绿素较稳定，不易被破坏和分解，叶绿素含量下降速度慢，光合能易被破坏和分解，叶绿素含量下降速度慢，光合能力强，有较强的抗旱性。力强，有较强的抗旱性。图图11 野生型和嵌合体矮牵牛叶绿素含量比较野生型和嵌合体矮牵牛叶绿素含量比较51%43%50%2.4.22.4.2干旱对野生型和嵌合体矮牵干旱对野生型和嵌合体矮牵牛四种抗氧化酶活性的影响牛四种抗氧化酶活性的影响图图12 12 干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体SODSOD、CATCAT、PODPOD和和APXAPX四种酶的活性的影响四种酶的活性的影响18.29%43.35%42.06%32.01%嵌合体植株体内保护

16、酶嵌合体植株体内保护酶SODSOD、PODPOD、C CATAT、APXAPX能更好的催化清除能更好的催化清除O O2 2- -、H H2 2O O2 2，减少其对植株的氧化损伤。减少其对植株的氧化损伤。2.3 2.3 干旱胁迫对野生型矮牵牛和干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体嵌合体PrPr、ProPro含量的影响含量的影响 图图13 13 干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体可溶性蛋白（干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体可溶性蛋白（Pr)Pr)、游离脯氨酸游离脯氨酸(Pro)(Pro)含量含量的影响含量含量的影响嵌合体在干旱胁迫下表现出比野生型矮牵牛更强嵌合体在干旱胁迫下表现出比野生型矮牵牛更强的适应性调

17、控和抵抗能力。的适应性调控和抵抗能力。55.57%27.79%2.4 2.4 干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体超氧阴离子体超氧阴离子(O(O2 2- - ) )含量、过氧化氢含量、过氧化氢（H H2 2O O2 2) )含量的影响含量的影响图图14 14 干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体超氧阴离子干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体超氧阴离子(O(O2 2 - -) )自由基自由基含量和过氧化氢（含量和过氧化氢（H H2 2O O2 2) )含量的影响含量的影响经经CAT、APX等酶催化后，嵌合体植株体内的等酶催化后，嵌合体植株体内的H2O2、O2 - -积累量明显少于野生型

18、矮牵牛。积累量明显少于野生型矮牵牛。42.46%43.28%2.5 2.5 干旱胁迫对野生型矮牵牛和干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体丙二醛（嵌合体丙二醛（MDA)MDA)含量、质膜含量、质膜透性的影响透性的影响图图15 干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体丙二醛（干旱胁迫对野生型矮牵牛和嵌合体丙二醛（MDA)含量、质膜透性的影响含量、质膜透性的影响在干旱胁迫下，野生型质膜透性较大，相对外渗率大，细胞内在干旱胁迫下，野生型质膜透性较大，相对外渗率大，细胞内可溶性物质外渗量多，细胞脱水严重。超氧物自由基积累过多，可溶性物质外渗量多，细胞脱水严重。超氧物自由基积累过多，导致膜脂过氧化，生成较多的导致膜脂过氧

19、化，生成较多的 MDA MDA，使膜的组分发生聚合和交，使膜的组分发生聚合和交联。说明野生型受胁迫环境伤害程度较大，嵌合体表现出较的联。说明野生型受胁迫环境伤害程度较大，嵌合体表现出较的抗旱性。抗旱性。72.74%11.07%3 结论结论实验通过野生型和嵌合体矮牵牛的对比研究发现实验通过野生型和嵌合体矮牵牛的对比研究发现(1)观察发现嵌合体矮牵牛的植株健壮、长势良好、花器观察发现嵌合体矮牵牛的植株健壮、长势良好、花器官明显增大、叶片变厚变大且颜色深绿。官明显增大、叶片变厚变大且颜色深绿。(2)野生型植株气孔密度及开度均小于嵌合体，其进行光野生型植株气孔密度及开度均小于嵌合体，其进行光合作用的能力较嵌合体的弱。合作用的能力较嵌合体的弱。(3)经核型分析发现野生型和嵌合体矮牵牛染色体虽有些经核型分析发现野生型和嵌合体矮牵牛染色体虽有些微差异但均为二倍体，染色体基数是微差异但均为二倍体，染色体基数是7，为