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普通烟草中的白肋型烟草叶色性状遗传及其质体色素差异性研究

刘彩云

  本论文选用白肋型烟草品种Burley21和正常绿色型马里兰烟品种Maryland609为供试材料,在分析了白肋型烟草叶色性状遗传特点的基础上,对Burley21和Maryland609生长发育过程中叶片质体色素含量的差异及其可能机理进行了探讨,以期为白肋型烟草叶色性状、香气品质及高等植物叶色突变研究提供参考依据。论文研究的主要内容及所得结果如下: 1、通过大田常规遗传群体的构建,分析了白肋型烟草叶色性状的遗传特点。结果发现, Burley21和Maryland609两类烟草品种的正交与反交F1代植株,全部表现为正常绿色型,而在其BC1代和F2代群体中,既有正常绿色型植株,也有白肋型植株。统计分析表明,杂交F2代群体中正常绿色型和白肋型分离比例为12.5:1,BC1代群体的分离比例为4.9:1。卡平方检验分析表明,两类烟草品种间的F2代和BC1代的分离比例符合双隐性性状遗传规律。从而进一步验证了白肋型烟草叶色的黄绿色性状遗传为两对隐性重叠基因控制的细胞核遗传。 2、生育期的连续调查发现,Burley21植株主茎与叶片主脉呈乳白色的性状表现,从苗床期就明显显现,且在整个生长发育过程中均稳定保持该性状表现;但叶色黄绿的表型性状,则是从旺长期开始明显显现,而在苗期和旺长期之前,与Maryland609之间并无明显差异。 3、采用分光光度法测定比较了Burley21和Maryland609植株生长发育的假植期、团棵期、旺长期、现蕾期和成熟期中部叶片中质体色素的含量。结果表明, Burley21在生长前期,叶脉中的叶绿素含量均显著低于Maryland609,但类胡萝卜素含量差异在上述五个发育阶段均不明显。生长前期,二者叶肉组织中的叶绿素和类胡萝卜素含量在同一发育时期均无明显差异。从旺长期开始,Burley21叶肉组织中的叶绿素含量明显低于Maryland609,二者在同一发育时期的差异性达到极显著水平。成熟期,这种差异达到最大值,Maryland609叶绿素含量为Burley21中的3.35倍。旺长期之后,Burley21叶肉组织中的类胡萝卜素含量也明显低于Maryland609,但差异幅度明显少于叶绿素。 4、测定比较了Burley21和Maryland609旺长期植株叶片中影响叶绿素合成的7种主要前体物含量。结果表明,两种烟草品种旺长期植株叶片中叶绿素合成前体物δ-氨基乙酰丙酸(ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)、粪卟啉Ⅲ(CoprogenⅢ)的含量并没有明显差异,但Burley21叶片中原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)和原叶绿素酸酯(Pchlide)的含量明显低于Maryland609中。这说明Burley21叶片中叶绿素合成在这几步受阻,从而导致叶绿素含量降低,叶片呈现黄绿色。据此推断,白肋型烟草叶色突变的分子机制,可能与叶绿素生物合成途径中的基因突变有关。 5、叶绿素酶是植物体叶绿素降解的关键限速酶。实验采用分光光度法,测定了旺长期Burley21和Maryland609植株叶片叶绿素酶活性,并采用实时定量PCR技术对这两类烟草品种旺长期叶片叶绿素酶基因的表达水平进行了检测比较。酶活性测定结果发现,Burley21和Maryland609叶片中叶绿素酶活性分别为525.17nmol g~(-1h)~-1和257.60nmolg~(-1)h~(-1),前者为后者的2.04倍。实时定量PCR检测结果发现,Burley21叶片中叶绿素酶基因表达量为Maryland609中的3.01倍。这一结果表明,旺长期Burley21叶片的黄绿色性状显现与叶片叶绿素酶活性升高及其基因表达增强有关。由此推断,叶绿素酶基因表达增强及酶活性升高的协同作用,可能加速了叶绿素的降解,进而对白肋型烟草叶片的黄绿色表型性状的显现起到了促进作用。 6、采用Southern杂交技术,对Burley21和Maryland609叶绿素酶基因的拷贝数进行了检测。杂交结果表明,这两类烟草中叶绿素酶基因均以单拷贝形式存在。 7、采用气质联用技术,对Burley21和Maryland609晾制烟叶中叶绿素和类胡萝卜素降解产生的挥发性香气物质进行了检测分析。结果表明,检测到的16种质体色素类降解物中,有5种为叶绿素降解产生,11种为类胡萝卜素降解产生,但是种类上占优势的类胡萝卜素降解物的总含量却远远小于叶绿素降解产物。在这16种香气成分中,新植二烯含量在两种烟叶样品中均最高。由此推测,晾制过程中,白肋型烟草叶片中质体色素类的降解可能比正常绿色型马里兰烟更加充分,进而对白肋型烟草特有的香气品质的形成产生了影响。……   
[关键词]:白肋型烟草;叶色;质体色素;叶绿素酶;基因表达;香气物质
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业科学院2011年