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大豆炸荚特性形成机理

涂冰洁  
【摘要】:炸荚也称为裂荚,是指作物收获之前,荚果沿着腹缝线和背缝线裂开,使种子散播的现象。抗炸荚性是一个复杂的物理和生理生化反应共同发生的过程,荚皮腹缝线及其解剖结构与炸荚的发生密切相关。菜用大豆在制种时炸荚现象普遍存在,严重制约菜用大豆产业的发展。本研究通过两年的大田试验,对94份普通大豆品种、30份菜用大豆品种和16份小粒大豆品种进行了炸荚表型鉴定和分类,探究了易炸荚大豆品种的表型综合征。并根据田间试验的结果,对筛选出的5份重度炸荚的菜用大豆品种和5份高抗炸荚的普通大豆品种,分别在始粒期(R5)、满粒期(R6)和完熟期(R8)取样,采用微观形态学的观察和测量方法,制备半薄和超薄切片,剖析荚皮腹缝线解剖学特征,比较荚皮营养元素含量、腹缝线中细胞壁水解酶、内源激素以及转录组学的差异,解析大豆炸荚特性形成的机理。研究结果如下:(1)94份普通大豆中,83%为高抗炸荚和抗炸荚的品种;30份菜用大豆中,93%为重度炸荚品种,小粒豆为中间的过度型。(2)重度炸荚的菜用大豆表型综合征表现为株高矮,底荚高度矮,有效分支多,主茎节数少的开放式伞形结构,一粒荚和二粒荚占单株总荚数的比例高,荚长、荚宽、豆荚表面积和百粒重大、叶子为圆形,白花多,非黄色籽粒多。(3)重度炸荚的菜用大豆荚皮始粒期(R5)和满粒期(R6)荚皮中含水量、蔗糖和可溶性糖含量比高抗炸荚的普通大豆高,但是完熟期(R8)却比普通大豆含量低,差异显著。(4)重度炸荚的菜用大豆荚皮中蔗糖从满粒期(R6)到完熟期(R8)的转运速率平均比普通大豆高24.9%,而且荚皮中中性洗涤纤维(NDF)含量高,荚皮保水性能差,导致豆荚失水时产生较大的物理张力。荚皮中氮(N)、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)营养元素很可能会影响菜用大豆炸荚。(5)重度炸荚的菜用大豆荚皮腹缝线横切面中,维管束的面积(VBA)较大,是普通大豆维管束面积的1.3倍。而且,荚皮腹缝线维管束包帽区(BC)面积也较大,且细胞排列整齐,细胞间基质较少,纤维帽细胞顶端到两片瓣膜连接点的距离(RFCV)较短,仅是高抗炸荚的普通大豆RFCV距离的29.4%,且呈直线,是弱化两片大豆瓣膜之间粘结力,引发菜用大豆炸荚的重要因素。(6)重度炸荚的菜用大豆荚皮腹缝线中纤维素酶、果胶酶和多聚半乳糖醛酸酶的活性较高,腹缝线中低含量的生长素(IAA)和赤霉素(GA3)的协同作用提高开裂区水解酶的活性,导致炸荚的发生。(7)在重度炸荚的菜用大豆和高抗炸荚的普通大豆荚皮腹缝线中发现了2520个差异表达的基因,上调的有1641个,下调的有879个,对这些差异表达的基因进行GO注释和KEGG代谢通路的富集分析发现编码黄酮类化合物代谢相关的糖基转移酶和查耳酮合酶基因、与编码苯丙烷代谢相关的消化蛋白基因极显著富集。12个编码生长素(IAA)的基因在菜用大豆种质中均显示下调、2个编码内切葡聚糖酶的基因和2个编码果胶酶的基因在菜用大豆种质中显示上调。


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