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家蚕荧光茧色判性机理的研究

许乃霞

  家蚕(Bombyx mori)茧层在紫外线照射下呈现多种荧光色,通常可以分为深浅不同的黄白和蓝紫两大类;家蚕雌雄蚕茧茧丝质和力学性能存在明显差异,雄蚕茧丝纤度细,经济性状好,其缫制的生丝高于雌蚕茧1~2个等级。近年苏州大学蚕桑研究所虞晓华等发明了将不具备荧光茧色判性特性的蚕品种转育成荧光茧色判性蚕品种的方法,2006年育成荧光判性品种“雄晓”,2008年又育出孵化齐一、发育快、好养的荧光判性品种苏.雄×荧晓,雄茧为黄荧光,雌茧为紫荧光,判性准确率均可达到100%,并开始在生产上推广,雌、雄蚕茧分开缫丝,生产出了6A级高品质雄蚕丝,而雌蚕茧生丝品质也同时提高。虽然通过一定的方法可以培育出判性品种,但是判性机理目前的研究并不深入,许多方面还不清楚,因此阐明家蚕荧光茧色判性机理,对丰富家蚕生理学、遗传学理论及荧光判性育种实践都有很大意义。 在我们的研究中,以人工饲料控制饲料中的色素种类和含量,观察茧层的荧光色素变化情况;通过荧光照射观察雌雄家蚕体内中肠,血液,丝腺等器官以及茧层中的荧光色素的积累与分布情况;通过薄层色谱分析,荧光色素的荧光光谱分析和荧光色素的紫外吸收光谱等方法,分析雌雄家蚕荧光色素的种类与组成。应用实时荧光定量PCR,分析色素结合蛋白相关基因在中肠的转录水平、色素氧化及代谢酶类基因在中肠和丝腺内的转录水平,来了解荧光茧色判性家蚕中肠色素结合蛋白对荧光色素透过的作用以及色素氧化酶及代谢酶类对荧光色素形成的作用。主要结果如下: 1、从5龄3天开始分别用正常饲料、酒精脱色饲料和酒精脱色后加入槲皮素的饲料饲养荧光判性品种家蚕,测定蚕茧荧光,结果表明,饲以未经处理的桑叶粉配制的人工饲料所营的蚕茧在紫外线下可判别雌雄;而饲以酒精脱色饲料所营蚕茧雌雄均为均匀的紫荧光色而无法分辨雌雄;饲以酒精脱色后加入槲皮素的饲料,所营蚕茧雌性绝大部分表现为紫荧光色,雄茧均表现为黄荧光色,荧光茧色判性率达到80%以上。这表明引起雌雄蚕茧荧光色差异的荧光色素基础物质来源于桑叶醇溶性物质,槲皮素或者是槲皮素的类似物是其中重要的一类物质;也证明了荧光黄色素决定雌雄蚕茧荧光色的差异。 2、通过对冻干的五龄家蚕血液、器官和组织的荧光显微观察发现,家蚕荧光茧品种中,雌蚕中肠后部(约1/3~2/5)积累大量黄色荧光物质,而雄蚕无此现象,正是雌蚕中肠对黄色荧光色素的差异吸收,导致家蚕荧光茧色的判性。实验发现中肠后部大量积累黄色荧光色素的部分是圆筒形细胞部分,推测可能存在荧光色素结合蛋白。 3、对5龄家蚕的雌雄蚕血液和中肠组织的荧光色变化进行逐日观察,结果表明,五龄第4日起,雌雄蚕血液荧光色出现明显的差异,这种差异一直保持到吐丝前。在紫外光照射下,吐丝前1天的雌蚕血液荧光色较暗,而雄蚕血液发出很明亮的黄色荧光;将血液滴在纸上风干后,其斑点中央的荧光色呈明显差异,雌蚕呈深紫色荧光斑,是黄色荧光物质与紫色荧光物质的混合色;而雄蚕血在斑点中央呈很亮的黄荧光和很淡的蓝紫荧光的混合色。说明雌雄蚕血液的荧光色差异是从家蚕5龄盛食期开始。 4、以家蚕荧光茧色判性品种为实验材料,对蚕茧层表面和茧层抽提物的荧光光谱分析表明,雌雄蚕茧都出现黄色和蓝紫色二个荧光发射峰,茧层中不存在荧光色素种类的差异。雌雄茧之间的荧光色差异主要因黄色和蓝紫色相对荧光强度不同而引起的。 5、应用硅胶薄层色谱和荧光光谱分析显示,蓝紫荧光色物质至少由5种蓝紫荧光色素成分组成,而黄色荧光物质至少由3种黄色荧光色素成分组成;从雄蚕茧层中提取到的黄色荧光色素与雌蚕后部中肠积累的色素完全相同。 6、紫外光谱分析和AlCl3显色反应表明,3种黄色荧光色素属于黄酮类或黄酮苷类化合物,其中一种黄色荧光色素(Rf=0.82)为主要成分,其荧光发射光谱最大发射峰为533nm,激发光谱峰值为377nm。 7、通过测定正常饲料、酒精脱色饲料和酒精脱色后加入槲皮素的饲料饲养的家蚕中肠的30Kc19、BmLP-C21、BmLP-C23、类胡萝卜素结合蛋白(CBP)基因的转录水平,表明类胡萝卜素结合蛋白(CBP)是参与荧光色素雌家蚕中肠内的特异性积累的主要基因,30Kc19也是家蚕中肠色素特异积累过程中的重要基因。 8、通过测定正常饲料、酒精脱色饲料和酒精脱色后加入槲皮素的饲料饲养的家蚕BmUGTs、P450s、BmGSTs基因在家蚕中肠和丝腺中的转录水平,结果表明, BmUGT29参与荧光茧色判性家蚕雌性中肠内色素的形成与代谢,BmUGT30参与荧光茧色判性家蚕中肠对槲皮素的代谢。BmUGT59主要参与槲皮素在雌性丝腺内的形成与代谢。BmGSTe1和BmGSTe5参与了荧光茧色判性家蚕雄性丝腺的色素代谢。CYP6au1,CYP6ae8参与家蚕中肠内槲皮素的形成与代谢。 综上所述,引起荧光茧色判性家蚕雌雄蚕茧荧光色差异的荧光色素的基础物质来源于桑叶醇溶性物质,雌雄蚕荧光色差异是从家蚕5龄盛食期开始;家蚕荧光茧色判性主要是由于雌蚕中肠存在荧光色素的结合蛋白对黄色荧光色素产生特异性积累,导致雌雄茧之间的黄色和蓝紫色相对荧光强度不同,最终反映为茧色的不同。……   
[关键词]:家蚕;荧光判性;色素;色素结合蛋白;色素代谢酶
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:苏州大学2011年