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植物生理学报 2022年第4期58卷 723-732页

作者：陈艳妮徐鸿儒赵云燕朱康李靖徐崟海危文亮长江大学农学院湖北荆州434025

很多作物的“非叶绿色器官”具有光合作用,并对增加作物产量有重要贡献。本文为探索芝麻蒴果皮的光合能力及其与籽粒充实的关系,在芝麻授粉后不同时间测定了蒴果皮的叶绿素荧光参数、叶绿素含量和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubis... 详细信息

很多作物的“非叶绿色器官”具有光合作用,并对增加作物产量有重要贡献。本文为探索芝麻蒴果皮的光合能力及其与籽粒充实的关系,在芝麻授粉后不同时间测定了蒴果皮的叶绿素荧光参数、叶绿素含量和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性变化等光合作用相关指标,以及蒴果皮和籽粒中可溶性糖、淀粉、蛋白质和脂肪含量等籽粒充实相关指标。结果表明:芝麻蒴果皮叶绿素含量在5~35 DAP期间保持较高值;且Rubisco活性在5~25 DAP期间显著上升,25 DAP时达到峰值之后显著下降。对蒴果皮实际光合效率(ΦPSII)和快速光曲线初始斜率(α)的分析结果也进一步揭示芝麻蒴果具有较高的光合能力,是光合作用的重要源器官之一。芝麻蒴果皮的可溶性糖含量在5~20 DAP期间一直维持高水平合成,但在25 DAP时急剧减少;与此同时,籽粒中可溶性糖含量在5~15 DAP迅速增加,并于15 DAP达到峰值后迅速下降。在蒴果发育和籽粒充实过程中,蒴果皮中的淀粉、蛋白和脂肪含量较低,但籽粒中的脂肪、淀粉和可溶性蛋白含量则分别在10 DAP(脂肪)或20 DAP(淀粉和蛋白)开始急剧增加,且分别在25 DAP(脂肪)、35 DAP(淀粉和蛋白)达峰值。表明芝麻蒴果皮中光合作用产生的可溶性糖转运到籽粒后可能优先转化形成脂肪,且15~25 DAP是芝麻籽粒脂肪合成的重要时期。蒴果皮ΦPSII与籽粒干重和脂肪含量均呈显著正相关,表明芝麻蒴果皮的光合作用可能对粒重形成和油脂合成有重要贡献。

关键词：芝麻蒴果皮光合作用籽粒充实

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芝麻蒴果光合能力对粒重的贡献及粒重母体效应初步研究

芝麻蒴果光合能力对粒重的贡献及粒重母体效应初步研究

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作者：陈艳妮长江大学

学位级别：硕士

粒重对芝麻(Sesamum indicum)单株产量的形成具有至关重要的作用。作物产量90%～95%来自光合同化产物。光合器官产生光合同化产物后,向发育的籽粒转运,并在籽粒发育过程中转化形成油脂、蛋白等物质,最终决定粒重大小。前人研究发现,在... 详细信息

粒重对芝麻(Sesamum indicum)单株产量的形成具有至关重要的作用。作物产量90%～95%来自光合同化产物。光合器官产生光合同化产物后,向发育的籽粒转运,并在籽粒发育过程中转化形成油脂、蛋白等物质,最终决定粒重大小。前人研究发现,在很多作物中,除绿色叶片外其他含有叶绿素的所谓非叶绿色器官也具有光合作用并对粒重形成有较大贡献,还发现粒重性状存在母体效应。然而,在芝麻中尚未见关于蒴果的光合能力及其对粒重贡献的相关研究,在芝麻粒重母体效应方面的研究也尚属空白。本文首先研究芝麻蒴果皮的光合性能及其光合产物的转运、转化规律,揭示芝麻蒴果皮的光合能力及其对粒重的贡献;然后通过比较不同粒重亲本杂交后的F1与亲本粒重表型、并结合籽粒发育转录组数据,初步研究芝麻粒重的母体效应。研究结果将丰富对芝麻库源流关系的理解,为深入解析粒重形成机理提供科学信息,为芝麻高产育种提供理论支撑。取得的主要研究结果与结论如下:1.不同发育时期芝麻蒴果光合特性的动态变化特征结果表明,不同粒重芝麻材料的蒴果皮中叶绿素含量、Rubisco活性及光系统Ⅱ(PSⅡ)荧光参数的变化趋势基本一致。两个材料蒴果皮中叶绿素含量、Rubisco活性均在5～25 DAP期间显著上升,25 DAP时达到峰值之后显著下降;且L1(大粒)蒴果皮的叶绿素含量、Rubisco活性均高于S1(小粒)。两个材料蒴果皮的Φ在5～35 DAP期间几乎保持不变;在35 DAP之后显著下降;且S1比L1下降更迅速。两个材料蒴果皮的r ETRmax均在15 DAP时达到最大值,之后逐渐下降并在40 DAP时降到最低值;且在整个芝麻蒴果发育过程中,L1蒴果皮的r ETRmax普遍高于S1。两个材料蒴果皮的α值在5～20 DAP期间逐渐上升,在20 DAP时达到最大值;之后逐渐降低,且S1比L1下降的更迅速。两个材料蒴果皮的Ik在5～15 DAP期间保持在较高水平,之后逐渐降低;在40 DAP时降到最低值。表明芝麻蒴果具有光合能力,且影响粒重的形成。2.不同发育时期芝麻蒴果皮和籽粒可溶性糖、淀粉、蛋白、脂肪含量及干鲜重的动态变化特征结果表明,在芝麻蒴果发育和籽粒充实过程(5～40 DAP)中,L1与S1蒴果皮和籽粒中上述指标的变化趋势基本一致。蒴果皮中的可溶性糖含量在5～20 DAP期间一直维持高水平合成,但在25 DAP时急剧减少;与此同时,籽粒中可溶性糖含量在5～15 DAP迅速增加,并于15 DAP达到峰值后迅速下降。蒴果皮中的淀粉、蛋白和脂肪含量较低,但籽粒中的脂肪、淀粉和可溶性蛋白含量则分别在10 DAP(脂肪)或20 DAP(淀粉和蛋白)开始急剧增加,且分别在25 DAP(脂肪)、35 DAP(淀粉和蛋白)达峰值。蒴果皮干重在5～40 DAP期间呈双峰曲线变化特征,即先上升、并于20 DAP达到峰值,之后显著下降,至30DAP回升至第2个峰值,随后呈降低趋势并趋于稳定;但L1与S1籽粒干重在5～35 DAP期间急剧增加,并在35 DAP时达到峰值,之后略有下降;至40 DAP时L1籽粒干重显著高于S1(P蒴果发育和籽粒充实过程中,15 DAP以前积累的干物质主要供应给蒴果皮,以光合器官蒴果皮的扩增为主;15 DAP时蒴果皮干物质积累量出现“拐点”,籽粒逐渐取代蒴果皮成为同化产物转运和充实的重要目标器官;15 DAP可能是芝麻蒴果皮同化产物向籽粒大量输送并在籽粒中转化形成淀粉、脂肪、蛋白等物质的重要转折时期。3.蒴果皮光合指标与蒴果皮、籽粒的生理指标及干重的相关性分析相关性分析发现,蒴果皮的Φ与其叶绿素含量呈显著正相关,表明芝麻蒴果皮叶绿素含量的变化对实际光合效率具有显著影响。此外,蒴果皮Φ与籽粒干重、淀粉、蛋白质和脂肪呈显著正相关,r ETRmax与蒴果皮可溶性糖和籽粒可溶性糖均为显著正相关,表明芝麻蒴果皮光合作用对籽粒充实和粒重形成具有重要作用。而蒴果皮的叶绿素含量与籽粒脂肪含量呈极显著正相关,意味着通过改良提高蒴果皮的叶绿素含量有利于提高籽粒脂肪含量。4.芝麻蒴果光合作用对粒重的贡献为了进一步明确芝麻蒴果光合作用对蒴果发育和籽粒发育的影响,对不同粒重材料进行蒴果果柄环割和蒴果遮荫处理。结果表明,芝麻蒴果光合作用对蒴果干重的贡献率介于13.81%～43.21%;对每蒴果皮干重的贡献率介于24.26%～49.94%;对粒重的贡献率介于3.63%～16.03%。进一步证明芝麻蒴果光合作用对蒴果发育及粒重形成具有重要影响。5.基于粒重表型分析芝麻粒重母体效应用粒重差异显著不同的亲本配制杂交组合,通过比较亲本及F1的千粒重,进行了母体效应分析。综合来看,不同杂交组合的F1粒重均偏向母本,且F1粒重均与父本差异显著(P<0.05)。在不同杂交组合中,测得粒重的母体效应值介于0.69-1.05。证明了芝麻粒重存在母体效应。6.基于转录组数据分析母体效应用粒重差异显

关键词：芝麻蒴果皮光合作用粒重母体效应

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