本文選題：甘藍(lán)型油菜　切入點：化學(xué)雜交劑　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：油菜是我國及世界主要的油料作物之一，其雜種優(yōu)勢顯著�；瘜W(xué)殺雄是油菜雜種優(yōu)勢利用的重要方式之一，新型高效化學(xué)殺雄劑（又稱化學(xué)雜交劑，CHA）的篩選及其誘導(dǎo)雄性不育的機(jī)理是其重要的基礎(chǔ)工作。本文選取三種我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型磺酰脲類除草劑單嘧磺酯鈉、單嘧磺酯、單嘧磺隆作為候選藥物，對其誘導(dǎo)油菜雄性不育的效果進(jìn)行探索；然后選用誘導(dǎo)油菜雄性不育效果最好的單嘧磺酯鈉溶液處理油菜，誘導(dǎo)其雄性不育，研究其誘導(dǎo)的雄性不育花藥的細(xì)胞學(xué)變化、蛋白質(zhì)組學(xué)變化。本研究旨在篩選出新型高效的油菜CHA，并探討其誘導(dǎo)油菜雄性不育的機(jī)理，為新型CHA的研發(fā)以及應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究得到的主要結(jié)果如下： 1、三種新型磺酰脲類化學(xué)藥物誘導(dǎo)油菜雄性不育的效果 經(jīng)過2年多次試驗發(fā)現(xiàn)，在甘藍(lán)型油菜主花序最大花蕾長度為1-2mm時，葉面噴施0.05～0.10μg/mL單嘧磺酯鈉和單嘧磺酯溶液，單株受藥量為10mL時，均可較好地誘導(dǎo)油菜雄性不育。通過對不育株率、株高、單株產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計和考察，發(fā)現(xiàn)適宜濃度的單嘧磺酯鈉（MES）溶液誘導(dǎo)油菜雄性不育的效果優(yōu)于單嘧磺酯溶液。單嘧磺隆溶液誘導(dǎo)油菜雄性不育的效果不佳，不適合作為油菜CHA。 在油菜主花序最大花蕾為1-2mm時，對供試的49個油菜品種葉面噴施0.10μg/mL單嘧磺酯鈉溶液（單株受藥量為10mL），除品種“220”外，其它48個油菜品種均有一定程度的誘導(dǎo)雄性不育的效果；其中18個油菜品種全不育株率高達(dá)90%以上，7個品種一次噴藥后誘導(dǎo)雄性不育的效果能持續(xù)到終花期。通過對49個品種的主要農(nóng)藝性狀考察，發(fā)現(xiàn)葉面噴施0.10μg/mL單嘧磺酯鈉溶液對49個品種的株高、角粒數(shù)有一定的負(fù)面影響，但是對單株產(chǎn)量沒有明顯影響。 2、單嘧磺酯鈉溶液誘導(dǎo)油菜雄性不育株花藥的細(xì)胞學(xué)變化 顯微結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)觀察顯示：0.10μg/mLMES誘導(dǎo)油菜雄性不育，不育花藥的小孢子和絨氈層發(fā)育異�？砂l(fā)生在花粉發(fā)育的各個時期，到成熟期時所有花粉全部失活敗育。敗育特征主要包括：花粉母細(xì)胞時期絨氈層和小孢子細(xì)胞部分解體、四分體時期絨氈層解體或異常膨大、小孢子內(nèi)含物逐漸解體或收縮成一團(tuán)無可辨認(rèn)的細(xì)胞器、單核期小孢子內(nèi)含物完全解體只�；ǚ弁獗诨蛐℃咦影l(fā)育畸形內(nèi)含物收縮、絨氈層細(xì)胞部分提前解體或形狀異常、成熟期的花藥中絨氈層提前解體或是延遲解體個別絨氈層凝結(jié)成塊，花粉囊中只剩一些空的或是只有一些細(xì)胞殘余的敗育花粉。 3、單嘧磺酯鈉溶液誘導(dǎo)油菜雄性不育花藥的蛋白質(zhì)組學(xué)變化 通過對IPG線性膠條的pH范圍、蛋白質(zhì)上樣量以及凝膠染色方法的優(yōu)化發(fā)現(xiàn)：以pH4-7的線性IPG膠條進(jìn)行等電聚焦，11%的SDS-PAGE進(jìn)行第二向電泳，蛋白質(zhì)上樣量為800μg，用膠體考馬斯亮藍(lán)染色（CCB）可獲得重復(fù)性好、分辨率高的油菜花藥蛋白質(zhì)組的雙向電泳（2-DE）圖譜；同時，該體系也適合于油菜葉片和油菜花蕾蛋白組的分離。 在此基礎(chǔ)上，通過2-DE技術(shù)分析比較了甘藍(lán)型油菜對照株（可育株）和0.10μg/mL的MES誘導(dǎo)的雄性不育株的葉片、小花蕾、中花蕾的花藥和大花蕾的花藥的蛋白質(zhì)組變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，在MES誘導(dǎo)的雄性不育株的葉片、小花蕾、中花蕾的花藥和大花蕾的花藥中分別鑒定出9、8、24和100個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點。經(jīng)肽質(zhì)量指紋圖譜（PMF）分析，在葉片、小花蕾、中花蕾的花藥和大花蕾的花藥中分別成功鑒定了9、8、24和90個差異蛋白質(zhì)點；這些差異蛋白主要涉及細(xì)胞營救、防衛(wèi)、解毒（13.8%）、蛋白合成、折疊和修飾（12.5%）、碳代謝（10.0%）、細(xì)胞運輸（9.4%）、能量代謝（7.5%）、細(xì)胞骨架（6.9%）、核苷酸代謝（5.0%）、氨基酸代謝（5.0%）、次生代謝（5.0%）、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（4.4%）、發(fā)育分化（4.4%）、細(xì)胞壁重塑和代謝（3.9%）、DNA加工（3.8%）、脂類代謝（3.1%）等多個代謝過程。通過對這些差異蛋白質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，在MES誘導(dǎo)的油菜雄性不育植株葉片中有6個蛋白點上調(diào)，3個蛋白質(zhì)點下調(diào)；上調(diào)蛋白質(zhì)點主要參與脅迫應(yīng)答和自身修復(fù)，下調(diào)蛋白質(zhì)點主要參與能量代謝；MES處理并沒有對葉片組織生長狀態(tài)及生化代謝產(chǎn)生明顯影響。在MES誘導(dǎo)的油菜雄性不育植株的小花蕾中有3個蛋白質(zhì)點上調(diào)，5個蛋白質(zhì)點下調(diào)；下調(diào)蛋白質(zhì)點主要是參與植物生長發(fā)育和細(xì)胞靜態(tài)骨架，其下調(diào)表達(dá)導(dǎo)致花粉母細(xì)胞期間少數(shù)絨氈層細(xì)胞和小孢子異常發(fā)育。在MES誘導(dǎo)的油菜雄性不育植株的中花蕾的花藥中有4個蛋白質(zhì)點上調(diào)，20個蛋白質(zhì)點下調(diào)；上調(diào)蛋白質(zhì)點主要涉及脅迫應(yīng)答；下調(diào)蛋白質(zhì)點主要參與植物生長發(fā)育，細(xì)胞壁重塑代謝，細(xì)胞靜態(tài)骨架，細(xì)胞內(nèi)運輸，以及脂類、碳水化合物、能量代謝等；許多參與基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞壁重塑代謝、細(xì)胞內(nèi)運輸?shù)牡鞍妆磉_(dá)下調(diào)，從而導(dǎo)致四分體時期到單核靠邊期的小孢子細(xì)胞和絨氈層細(xì)胞異常發(fā)育或是缺失。在MES誘導(dǎo)的油菜雄性不育植株的大花蕾的花藥中有23個蛋白質(zhì)點上調(diào)，，77個蛋白質(zhì)點下調(diào)；上調(diào)蛋白質(zhì)點主要涉及碳水化合物、脂類和DNA降解代謝；下調(diào)蛋白質(zhì)點主要參與細(xì)胞營救、防衛(wèi)、解毒，細(xì)胞壁重塑，細(xì)胞骨架，細(xì)胞運輸，和蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類以及DNA生物合成代謝；其中大量參與碳水化合物，脂類以及DNA降解的蛋白上調(diào)表達(dá)，以及大量參與大分子合成蛋白的下調(diào)表達(dá)，造成發(fā)育花藥代謝紊亂，導(dǎo)致成熟期花粉發(fā)育異常，花粉敗育。根據(jù)MES誘導(dǎo)油菜雄性不育的細(xì)胞學(xué)變化和蛋白質(zhì)組學(xué)變化的研究結(jié)果，本研究提出了一個生理變化和生化代謝網(wǎng)絡(luò)變化模型可以初步解釋MES誘導(dǎo)油菜雄性不育的機(jī)制。 總之，本研究首次報道了0.05～0.10μg/mL的單嘧磺酯鈉、單嘧磺酯溶液可以作為油菜化學(xué)雜交劑誘導(dǎo)油菜雄性不育；研究揭示了適宜濃度的MES誘導(dǎo)油菜花藥敗育的細(xì)胞學(xué)特征；利用比較蛋白質(zhì)組學(xué)方法分析了對照可育株和MES處理誘導(dǎo)的雄性不育株的葉片和不同發(fā)育時期的雄配子體（小花蕾、中花蕾花藥和大花蕾花藥）的蛋白質(zhì)組變化。在此基礎(chǔ)上，本研究首次初步提出了MES誘導(dǎo)油菜雄性不育的生理生化代謝變化及誘導(dǎo)雄性不育的機(jī)制。這些研究結(jié)果為新型油菜化學(xué)雜交劑單嘧磺酯鈉的開發(fā)和推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)；為揭示化學(xué)雜交劑單嘧磺酯鈉誘導(dǎo)油菜雄性不育的分子機(jī)制提供了重要信息。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S565.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1668705