苜蓿根蘖性状发生及其调节机制研究

论文摘要

苜蓿的根蘖性状是指在水平侧根的不定位置有根蘖芽发生从而形成远离母株的独立枝条,使植株水平发展的特性。本文系统研究了苜蓿根蘖性状发生、表现的规律及其生理和遗传机制,在对根蘖型苜蓿在不同生态条件下生长发育的展开多年定点调查基础上,系统地分析了苜蓿根蘖性状与土壤类型、生长年限等因子的关系,进一步明确了根蘖型苜蓿的干旱适应性。在对根蘖性状的形态发生和表现过程做出形态划分的基础上,从内源激素和等位酶角度对根蘖性状发生和表达的生理、遗传机制进行了系统研究,主要研究结论如下:1.对内蒙古镶黄旗三年生苜蓿材料根系类型进行调查,筛选出Travois、Ladak、Teton、新疆大叶苜蓿分别作为根蘖型、侧根型、根茎型及轴根型苜蓿的典型试验材料;比较根蘖类型与其他根系类型苜蓿在遗传特性、产量及营养特性方面的差异,表明根蘖型苜蓿是进行抗逆、优质、高产聚合育种的优异遗传资源;通过层次分析法（AHP）确立不同根系类型苜蓿品种苗期的抗旱性排序依次为:Travois（根蘖型）>新疆大叶（轴根型）>Ladak（侧根型）>Teton（根茎型）,表明根蘖型苜蓿有较强的干旱适应性。2.苜蓿整个生长周期内对根蘖苜蓿根系的调查表明,根蘖性状发生及表现可划分为五个时期:根蘖节时期,根蘖芽时期,根蘖枝条时期,根蘖株丛时期和二级根蘖时期。前两个时期为根蘖发生时期,后三个时期为根蘖表现时期。对根蘖性状发生的解剖学研究表明根蘖芽起源于根部木栓形成层分生组织;秋季刈割后根蘖植株根部可溶性糖含量减少,根蘖芽萌发前后,可溶性蛋白含量呈现显著变化,表明营养物质的动态变化影响根蘖性状的发生及表现。3.对内蒙和北京两地不同生境下同一份根蘖品种根蘖性状发生和表现做多年定点调查,结果表明两地根蘖发生率无明显差异,但内蒙地区平均根蘖幅度较北京地区更高;边际效应影响根蘖表现,但不影响根蘖发生;播种后第1年便有根蘖性状发生,第3年是根蘖发生的高峰期,第5年后趋于稳定。4.根蘖植株中根颈直径、根颈入土深度及根颈分枝数变异较大,与根蘖地上部分表现性状无显著相关性,且在根蘖性状发生程度较高的植株中,根颈直径有减小的趋势;根蘖性状的发生与10～20cm土层中三级根的数量有关,其性状的表现则与0～10cm土层中根系总量相关,表明根蘖苜蓿不同土层中不同根系的功能有所差异。土壤水分含量与一级根数量呈正相关,与根蘖性状的表现呈负相关,土壤容重与10-20cm土层中三级根数量呈显著负相关。5.内源激素的测定和与根蘖性状表现的相关分析表明:根蘖苜蓿根部膨大无芽处的GA和ABA含量显著高于膨大有芽处（P≤0.01）,表明GA和ABA抑制了根蘖芽的发生;GA、IAA、ABA含量与根蘖性状表现有关,具体体现在GA含量高的苜蓿根蘖丛数多,根蘖幅度小,IAA含量高的苜蓿根蘖丛数少,根蘖幅度大,而ABA含量则与根蘖幅度和根蘖株丛数均呈负相关。ABA与0-20cm土层中的一级根数量呈显著正相关,且ABA在镶黄旗地区苜蓿根系组织中的含量明显高于北京地区相应材料,干旱诱导了根蘖苜蓿根部ABA的产生,而根蘖苜蓿由于其根蘖特性,根部ABA的积累量小于其它两种材料,表明其受到的干旱胁迫较小。6.对根蘖、非根蘖及黄花苜蓿种群等位基因频率的分析表明,根蘖型与非根蘖型苜蓿群体等位基因频率的差异主要是在LAP-298.0和LAP-296.0上。其中LAP-298.0在根蘖苜蓿群体中的频率为6%,而在非根蘖型苜蓿中则为0,在黄花苜蓿种群中LAP-298.0的频率为10%,该基因可看着与根蘖性状相关的标记基因。基因频率的研究首次验证了黄花苜蓿的基因渗入对根蘖性状的发生起到重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 苜蓿根系类型的划分及根蘖性状的起源
• 1.2.2 苜蓿根蘖性状的发生机制
• 1.2.2.1 根蘖性状形态发生
• 1.2.2.2 根蘖发生的生态可塑性
• 1.2.2.3 苜蓿根蘖性状的遗传规律
• 1.2.2.4 根蘖性状生态可塑性的内源激素调节机制
• 1.2.3 苜蓿根蘖性状与抗逆性的关系
• 1.2.3.1 根蘖性状与抗寒性的关系
• 1.2.3.2 根蘖性状与耐牧性的关系
• 1.2.3.3 根蘖性状与抗旱性的关系
• 1.2.4 根蘖型苜蓿育种研究进展
• 1.2.4.1 根蘖型苜蓿品种培育进展
• 1.2.4.2 根蘖型苜蓿选育方法应用进展
• 1.2.5 根蘖苜蓿研究展望
• 1.3 研究目标、主要内容和技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要内容
• 1.3.3 技术路线
• 2 不同根系类型苜蓿干旱适应性研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料来源
• 2.1.2 试验地概况
• 2.1.3 试验方法
• 2.1.4 测定项目
• 2.1.4.1 遗传性状测定项目
• 2.1.4.2 农艺性状测定项目
• 2.1.4.3 抗旱性测定项目
• 2.1.5 分析方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 不同苜蓿品种根系类型调查
• 2.2.2 根蘖类型与其他根系类型苜蓿材料遗传性状比较
• 2.2.3 根蘖类型与其他根系类型苜蓿材料农艺性状比较
• 2.2.4 根蘖型苜蓿材料抗旱性鉴定评价
• 2.2.4.1 综合评价层次结构设计
• 2.2.4.2 判断矩阵的构造及一致性检验
• 2.2.4.3 层次分析模型的应用
• 2.3 小结与讨论
• 3 苜蓿根蘖性状发生表现的形态生理过程研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.2.1 苜蓿水平根显微切片制作法
• 3.1.2.2 根部营养物质测定方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 根蘖植株个体发育模式
• 3.2.2 根蘖性状发生不同时期显微结构研究
• 3.2.3 根蘖性状发生及表现期间根部营养物质动态变化
• 3.2.3.1 根蘖植株根部可溶性糖变化
• 3.2.3.2 根蘖植株根部淀粉变化
• 3.2.3.3 根蘖植株根部蛋白质变化
• 3.3 小结与讨论
• 4 不同生态环境对苜蓿根蘖性状发生及表现的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 调查指标
• 4.1.3.1 根蘖发生率统计
• 4.1.3.2 根蘖幅度测定
• 4.1.3.3 根蘖株丛数统计
• 4.1.3.4 根蘖枝条数统计
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同生态环境对苜蓿根蘖性状发生和表现的影响
• 4.2.1.1 不同生态环境对苜蓿根蘖发生率的影响
• 4.2.1.2 不同生态环境对苜蓿性状表现的影响
• 4.2.2 生长年限对根蘖性状发生及表现的影响
• 4.2.3 边际效应对根蘖性状发生和表现的影响
• 4.3 结论与讨论
• 5. 根蘖性状发生及表现的内源激素调节机制研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.1.2.1 根蘖型苜蓿根系调查法
• 5.1.2.2 土壤物理性质测定方法
• 5.1.2.3 高效液相色谱法测定内源激素含量
• 5.2 结果与分析
• 5.3 结论与讨论
• 6. 苜蓿根蘖性状发生的的等位基因酶研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验材料
• 6.1.2 试验方法
• 6.1.2.1 复合淀粉浓度及配方筛选
• 6.1.2.2 缓冲液及染色液的配制
• 6.1.2.3 制样及电泳
• 6.1.2.4 酶谱的统计分析
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 水平淀粉凝胶电泳技术系统的建立
• 6.2.1.1 提取液的筛选
• 6.2.1.2 混和淀粉配比的筛选
• 6.2.1.3 电泳凝胶缓冲液系统与酶系统的选择
• 6.2.2 根蘖与非根蘖苜蓿基因型频率比较
• 6.2.3 根蘖苜蓿与非根蘖苜蓿等位基因频率比较
• 6.3 小结与讨论
• 7 结论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢