甘蓝耐寒材料叶片结构、生理特征及其BoCBF基因标记的研究

论文摘要

结球甘蓝（Brassica oleracea L. var. capitata L.）简称甘蓝，是一种重要的十字花科蔬菜作物。随着市场需求的变化，近年来甘蓝的生产也发生了一些变化，如长江中下游地区的露地越冬甘蓝栽培面积不断扩大，仅湖北嘉鱼县及其附近地区的种植面积就达1万hm2左右。露地越冬栽培要求可抗-6℃以下低温的耐寒甘蓝品种，目前耐寒甘蓝育种中主要依赖自然低温条件进行耐寒性筛选，存在筛选周期长、环境干扰大等问题。为加速耐寒甘蓝育种进程，提高育种效率，迫切需要研究可辅助甘蓝耐寒性筛选的形态生理指标或分子标记。本试验以具有不同耐寒性的甘蓝为材料，研究了耐寒性遗传规律及经过或未经过零下低温胁迫条件下叶片结构以及游离氨基酸组分、叶绿素荧光等生理指标与耐寒性的相关性，CBF基因变异及其与耐寒性的相关性，以期为甘蓝耐寒育种提供理论指导。研究结果如下：1.甘蓝耐寒性遗传分析以耐寒甘蓝自交系10-352和不耐寒甘蓝自交系07Q214配制的6个联合世代群体为试材，采用主基因＋多基因混合遗传模型对甘蓝耐寒性状进行了遗传分析，结果表明：甘蓝耐寒性的最适遗传模型为E10模型；控制结球甘蓝耐寒性的两对主基因加性效应相同，且均表现为负向效应；甘蓝耐寒性主要受加性效应控制，因此应在早期世代进行耐寒性选择。2.甘蓝叶片结构以及游离氨基酸组分、叶绿素荧光参数与耐寒性的相关性在零下低温胁迫条件下，天冬氨酸族、谷氨酸族和丙氨酸族的含量与未胁迫条件下相比显著或极显著升高，而芳香族含量没有显著性差异；甘蓝叶片中脯氨酸、丙氨酸的含量与未胁迫条件下相比均极显著升高，磷乙醇胺、尿素的含量均极显著下降；零下低温胁迫条件下甘氨酸含量与寒害指数（CI）显著负相关，因此甘氨酸含量可作为衡量甘蓝耐寒性的指标之一。相比未胁迫条件，零下低温胁迫条件下所有甘蓝材料叶片的初始荧光（Fo）值均上升，最大荧光产量（Fm）值、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）值、光性能综合指数（PI）值均下降；且在零下低温胁迫条件下Fv/Fm值、PI值与CI均显著负相关，因此胁迫后Fv/Fm值和PI值也可作为衡量甘蓝耐寒性的指标。未胁迫条件下甘蓝叶片的栅海比、紧密度（CTR）和疏松度（SR）与CI均达到显著或极显著相关水平，因此未胁迫时甘蓝叶片的栅海比、CTR值、SR值也可作为评价其耐寒能力的指标。比较分析这些评价甘蓝耐寒性的指标发现，栅海比优于其它5个指标。3.辅助甘蓝骨干系21-3耐寒性筛选的BoCBF基因标记以甘蓝骨干亲本21-3（不耐寒）和耐寒自交系341为试材，根据已有拟南芥CBF1基因序列及甘蓝基因组测序拼接出的Scaffold信息，获得了甘蓝BoCBF1和BoCBF2基因编码区的全长序列。基于两个自交系间BoCBF1和BoCBF2基因序列的变异，开发了两个CAPs标记。利用开发的CAPs标记对F2群体的177个单株进行分析，发现这两个基因的变异与耐寒性极显著相关，说明这两个标记可用于骨干系21-3耐寒性的分子标记辅助选择。对不同耐寒性材料的BoCBF1和BoCBF2基因进行荧光定量PCR分析，发现其mRNA的表达量在0-24h内均呈现单峰曲线，且耐寒性较强的材料出现最高峰的时间均早于耐寒性较弱的材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 植物耐寒性研究进展
• 1.1.1 低温胁迫对植物叶片结构及生理特征的影响
• 1.1.2 CBF 基因与耐寒性的相关性
• 1.2 甘蓝耐寒性研究进展
• 1.2.1 低温胁迫对甘蓝叶片超微结构的影响
• 1.2.2 低温胁迫对甘蓝叶片生理特征的影响
• 1.3 研究目的和意义
• 第二章 甘蓝耐寒性遗传分析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 耐寒性调查
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 甘蓝群体Ⅰ六世代耐寒级别次数分布
• 2.2.2 甘蓝群体Ⅰ六世代耐寒性分离分析模型
• 2.2.3 甘蓝群体Ⅰ六世代联合分离分析最适模型遗传参数估计
• 2.2.4 甘蓝群体Ⅱ六世代群体的遗传规律
• 2.3 讨论
• 第三章 耐寒性不同的甘蓝材料叶片结构和相关生理特征的差异
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 统计分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 甘蓝叶片结构与耐寒性的相关性
• 3.2.2 甘蓝叶片游离氨基酸组分与耐寒性的相关性
• 3.2.3 甘蓝叶片叶绿素荧光参数与耐寒性的相关性
• 3.2.4 综合比较辅助耐寒性筛选的六项指标
• 3.3 讨论
• 3.3.1 未胁迫条件下叶片结构与耐寒性的相关性
• 3.3.2 零下低温胁迫对游离氨基酸组分的影响
• 3.3.3 零下低温胁迫条件下叶绿素荧光参数与耐寒性的相关性
• 第四章 辅助骨干系 21-3 耐寒性筛选的 BoCBF 基因标记
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 试验材料的耐寒性表现
• 4.2.2 BoCBF1 和 BoCBF2 基因编码区的扩增及 SNP 位点分析
• 4.2.3 BoCBF1 和 BoCBF2 基因 CAPs 标记的转化
• 4.2.4 BoCBF1 和 BoCBF2 基因 CAPs 标记类型与耐寒性的相关性
• 4.2.5 甘蓝 BoCBF1 和 BoCBF2 基因的低温诱导表达
• 4.3 讨论
• 4.3.1 CBF 氨基酸的结构分析
• 4.3.2 CBF 基因在甘蓝类作物进化分析中的作用
• 4.3.3 CBF 基因对作物耐寒性的改良
• 4.3.4 CBF 基因的低温诱导表达
• 第五章 全文结论
• 5.1 甘蓝耐寒性遗传分析
• 5.2 耐寒性不同的甘蓝材料叶片结构和相关生理特征的差异
• 5.3 辅助骨干系 21-3 耐寒性筛选的 BoCBF 基因标记
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介