葡萄四倍体诱导及其生物学研究

【摘要】： 本文以二倍体青岛早红、鞍山早红、力扎马特和诱变获得的同源四倍体玫瑰香葡萄为试材,系统研究了提高秋水仙素诱变葡萄茎尖成功率的方法、不同世代的变异规律、同源四倍体玫瑰香嫩枝扦插生根特性变异、光合特性变异以及部分多倍体鉴别指标的评价方法。主要结果如下: 1、进一步完善了秋水仙素茎尖诱变技术 在系统研究的基础上,秋水仙素诱变葡萄茎尖的成活率较对照提高了3.9%～13.3%,其中“秋水仙素处理+保湿袋+报纸袋+遮阳网”以及处理后逐渐解除保护的方法,诱变节位的成活率达到了90.6%;系统完善了VM1代的初次选择技术,以及VM1代和VM2代的快速分离技术;提出了秋水仙素诱变获得的葡萄多倍体材料,在无性繁殖过程中存在较大幅度的变异,在后代筛选时应增加VM2代的群体数量。创新了13份鞍山早红和力扎马特葡萄同源多倍体种质资源。 2、系统研究了秋水仙素茎尖诱变不同世代的变异规律 同源四倍体葡萄的叶脉结构发生了显著的变异,其主脉的主导地位被消弱,主脉上分生的侧脉对称性降低,叶片形状变为楔形或肾形比率显著增加,叶脉数量明显减少。利用秋水仙素诱变葡萄茎尖后,其VM1代叶片的宏观结构和微观结构均发生了广泛的变异。其中叶片形状、大小、叶脉、叶缘等13个宏观性状的变异幅度增加,出现了一些新的叶片类型。 3、探明了同源多倍体葡萄生根特性的变异 (1)在形态学方面,同源四倍体葡萄嫩枝扦插生根能力较母株显著下降,扦插不定根发生率、平均每个插条的不定根数量和不定根总长度均显著低于其二倍体母株。 (2)在解剖学方面,同源四倍体玫瑰香嫩枝插条的髓部面积增大、髓射线数量减少;在根原基诱导阶段,其表皮细胞和皮层细胞过早、过量分化,根原基诱导期延长了1d;在根原基发育期,其根原基体积变大、顶部变平。上述形态与解剖性状的变异可能是导致同源四倍体玫瑰香生根能力下降的原因。并提出,将同源四倍体葡萄插条不定根发育可划分为根原基诱导期、根原基发育期和不定根发育期三个阶段。 (3)在生理学方面,同源四倍体玫瑰香嫩枝插条在扦插生根过程中的碳素营养、酚类和黄酮物质、IAAO酶活性、POD酶活性、PPO酶活性和内源激素代谢发生了显著的变异:①同源四倍体玫瑰香在扦插初期的可溶性糖含量、淀粉含量显著低于二倍体玫瑰香。同源四倍体玫瑰香的淀粉含量在根原基诱导期与二倍体玫瑰香品种的变化态势相反,且在扦插第3～12d其淀粉含量始终低于二倍体玫瑰香。②同源四倍体玫瑰香嫩枝插条基部皮层的黄酮含量在根原基诱导初期显著高于二倍体玫瑰香、后期又显著低于二倍体玫瑰香,两个不同倍性品种的变化态势相反。同源四倍体玫瑰香的多酚含量在根原基诱导初期高于二倍体玫瑰香,第3d以后低于二倍体玫瑰香。③在根原基诱导期,同源四倍体玫瑰香的IAAO酶活性显著高于二倍体玫瑰香,POD酶活性显著低于二倍体玫瑰香,PPO酶活性高于二倍体玫瑰香,而在此期以后PPO酶活性又低于二倍体玫瑰香。④玫瑰香葡萄同源加倍以后,不仅改变了不同时期插条生根部位皮层的内源激素水平,也改变了该部位对外施NAA的反应。在不定根诱导期(0～3 d),促进生根的生长素水平下降,抑制生根的脱落酸和赤霉素含量上升,生长素与脱落酸和赤霉素的比值下降;应用NAA处理以后,在根原基诱导期(0～3 d),赤霉素、玉米素和玉米素核苷含量不降反升,改变了内源激素的整体变化态势。 4、探讨了同源多倍体葡萄光合特性的变异 同源四倍体玫瑰香较二倍体玫瑰香单位面积的叶绿素含量增大,栅栏组织细胞长度与宽度增加,单位叶片解剖长度内栅栏组织细胞层数减少。其光合特性发生了显著变异:①同源四倍体玫瑰香最适的光合温度为20℃左右。在温度诱导条件下,同源四倍体玫瑰香2号对温度的敏感性最强,表现具有较强的耐高温能力。同源四倍体玫瑰香1号和二倍体玫瑰香对温度的反应较迟钝。②在自然条件下,同源四倍体玫瑰香与二倍体玫瑰香的光合作用曲线均为双峰曲线。不同倍性玫瑰香葡萄的蒸腾速率、气孔导度和净光合速率为:M4x-1﹥M2x﹥M4x-2。同源四倍体玫瑰香1号和二倍体玫瑰香光合作用曲线相似,第一个峰值均出现在上午9:00时,第二个峰值均出现在14:00时,第一个峰值大于第二个峰值,且9:00～11:00时的净光合速率下降不明显;同源四倍体玫瑰香2号的第一个峰值也出现在上午9:00时,但第二个峰值出现在13:00,第一个峰值与第二个峰值相当,且9:00～11:00净光合速率明显下降。 5、探索改进了部分性状的评价方法 简化了观测气孔的制片方法;该方法简便易行,效果良好,提高了气孔性状观测效率。提出了一种测量花蕾大小的新方法;应用这种方法可以准确测量花蕾的大小,消除由于测量误差而导致的评判失误。探索了叶面平展度量化的评价方法。该方法以充分展开叶片背面在30度入射光角度下垂直拍摄的数码照片为材料,以“100-标准偏差”作为叶片平展度的量化指标,该数值越接近100,叶面越平展;该数值越小,叶面平展度越差。提出以充分展开叶片的亮度标准差与母株该部位叶片的亮度标准差的比值大于1.3作为判别变异发生的临界值,是否合适有待研究。