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《湖南农业大学》 2008年
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甘蓝型油菜硫苷性状的生理学及遗传特性研究

宋志荣  
【摘要】: 硫苷是油菜籽粒品质的主要指标之一。油菜籽粒饼粕中的硫苷在水解酶的作用下,产生硫氰酸脂、恶唑烷硫酮及腈等有毒物质,可能造成牲畜中毒,降低饼粕的饲用效果及实用价值。但是油菜植株中的硫苷对抵御病虫害、增强植株抗性和保护生态环境等方面具有十分重要的意义。为更好地利用低硫苷性状,本研究以硫苷特性差异大、而农艺性状和其他品质性状相似的油菜品系967H和967L,以及不同硫苷特性的246009—2和04068—4为试验材料,从生理学和遗传学等方面进行系统研究,得到如下结论: (1)油菜全生育期叶片和种子硫苷含量呈现变化动态,高硫苷材料967H、246009-2叶片硫苷含量苗期最高,分别为29.08μmol.g~(-1)和32.50μmol.g~(-1);从苗期到盛花期保持下降,从盛花期到座果期Ⅱ保持增加,从座果期Ⅱ到座果期Ⅴ又保持下降。而低硫苷材料967L、04068-4现蕾期的硫苷含量最高,分别为16.94μmol.g~(-1)和15.77μmol.g~(-1),从苗期到现蕾期升高,从现蕾到抽薹降低,从抽薹到始花有所升高,从始花到盛花又有所降低,而从盛花到座果期Ⅴ保持升高。高硫苷和低硫苷材料种子硫苷含量都是先降低后升高;从座果期Ⅲ到座果期Ⅳ,高硫苷材料硫苷含量平均增加89.40μmol/g,而低硫苷材料仅增加9.17μmol/g。在种子发育时期,叶片和种子硫苷含量呈负相关(r=-0.3963~-0.6881)。 (2)对967H、967L亲本,以及F_1、F_2、BCF_1、F_3等世代种子硫苷含量进行分析,发现母本植株基因型对F_1代种子硫苷含量起决定作用,对F_2和BCF_1代种子的影响减弱,随着世代的增加,父本基因型的影响效应逐步增加,F_3代种子硫苷含量主要由植株基因型决定的;F_3代种子硫苷含量呈连续分布,中间出现一个峰值,经过卡方分析和基因数目的适应性检验,发现硫苷总量是由三对基因控制的数量性状,高硫苷对低硫苷为部分显性。 (3)高硫苷和低硫苷材料抽薹期和开花期都保持较高的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量;成熟期可溶性糖和可溶性蛋白最低,苗期脯氨酸含量最低。这些物质在抽薹期和开花期保持较高的含量,这对满足植株营养生长和生殖生长对养分的需求,抵御冷害等逆境胁迫具有非常重要的作用。在不同生育期,高硫苷材料总体上保持较高的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量,低硫苷材料则相反。从苗期到成熟期,MDA含量、质膜相对透性一直保持增加,而叶绿素含量则是先增加后降低,说明植株细胞内的脂质过氧化作用在逐步增加;高硫苷材料保持着较低MDA含量、质膜相对透性和较高的叶绿素含量。从苗期到成熟期,各品系SOD、POD和CAT活性变化规律都是先升高后降低,高硫苷材料保持着较高的SOD、CAT、POD活性,低硫苷材料则相反。 (4)通过对不同硫苷特性的种子进行辐射处理,结果显示低硫苷品系比高硫苷品系对辐射敏感。800Gy、1000Gy、1200Gy处理967L第3—7天的发芽率极显著低于967H,第3天的发芽率比967H分别低8.6%、8.1%和5.7%。800Gy、1000Gy、1200Gy处理967L的成株率也都极显著低于967H,分别低9.8%、19.8%和20.1%。相同剂量的辐射处理对967L的M_1和M_2植株农艺性状的影响要显著大于967H,对967L主要农艺性状都产生显著影响的辐射剂量为800Gy以上,而对967H主要农艺性状都产生显著影响的辐射剂量为1000Gy以上。 (5)辐射处理对油菜籽粒品质指标的影响效应具有不确定性,与基因型、辐射剂量和指标特性有关;一些品质指标变化以正效应为主,而一些品质指标变化以负效应为主,有些品质指标两者兼有。辐射对967L品质指标的影响大于967H,967L各辐射处理的M_2代植株品质指标变化幅度大于967H,967L品质指标突变株发生的频率要高于967H,967H的1000Gy辐射处理品质指标突变株率比967L低2.63%—7.37%。 (6)通过田间调查和苗期接种鉴定菌核病发现,高硫苷品系抗菌核病的能力显著高于低硫苷品系,硫苷含量与自然条件下和接种条件下的病情指数均成显著负相关(R_自=-0.8867~*;R_接=-0.9657~*)。油菜高硫苷品系在7—8叶期保持较高的SOD、POD、CAT和PAL等防御酶活性,较低的PPO活性和MDA含量。接种菌核病后,各品系处理叶片的MDA含量和SOD、POD、CAT和PAL活性都比对照增加,而PPO酶活性比对照有所下降,但是高硫苷材料处理叶片MDA含量和SOD、POD、CAT、PAL等酶活性比低硫苷材料增加的幅度小,高硫苷材料处理叶片的PPO活性比低硫苷材料降低的幅度大。这表明接种菌核病对高硫苷材料的防御体系的影响比低硫苷品系小,酶活性增加幅度(或减少幅度)与感病性有关,不同酶的不同变化规律表明不同时期有不同的防御酶在发挥主导作用。 (7)以482条随机引物对967H、967L进行筛选,筛选出6条在两个亲本之间有差异的引物,采用BSA法在F_2群体中建立由高硫苷单株组成的基因池和低硫苷单株组成的基因池,从有差异的6条引物中筛选出了1条在高硫苷基因池和低硫苷基因池之间特征带型稳定、清晰,具有多态性的引物S268,用该多态性引物对组合967H×967L的126株F_2单株进行检验,群体单株只表现三种标记带型,经单标记方差分析,与低硫苷性状连锁的标记S268_(600bp)对低硫苷性状的贡献率为29.51%。 (8)以93对SSR引物对967H、967L进行筛选,筛选出8对在两个亲本之间有差异的引物,采用BSA法在F_2群体中建立由高硫苷单株组成的基因池和低硫苷单株组成的基因池,从有差异的8对引物中筛选出了1对在高硫苷基因池和低硫苷基因池之间特征带型稳定、清晰,具有多态性的引物CB10364,用该多态性引物对组合967H×967L的180株F_2单株进行检验,群体单株只表现三种标记带型,经单标记方差分析,与低硫苷性状连锁的标记CB10364_(230bp)对低硫苷性状的贡献率34.36%。
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