EMS诱导蒙农红豆草优良突变体筛选及花色变异机理研究
发布时间：2024-03-26 20:56
蒙农红豆草是一种多功能性牧草,除作饲料外,还可美化环境,同时也是重要的蜜源植物。但由于其育成和使用年限已有20余年,其丰产性和抗寒性逐渐退化,因此亟需对其进行提纯复壮及品种的更新换代研究。本研究利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变蒙农红豆草吸胀种子确定半致死剂量,并以此剂量构建M1代突变群体,一方面以低温(2℃)发芽方法筛选抗寒性较强的突变植株;另一方面混合收种构建M2、M3代突变群体,对突变群体主要进行以下3方面的研究:①通过SSR分子标记对不同突变群体进行遗传多样性分析,目的从分子层面确定不同突变群体DNA多态性;②以M1、M2代突变群体为试验材料,通过SPAD值和株高对突变群体进行初步鉴定分类,比较不同类型中突变植株的叶绿素含量和光合特性,目的筛选红豆草高产育种亲本材料;③在M1代突变群体中获得浅色花突变体,通过对不同花色表型、结构、成分以及转录组的研究,为红豆草的进一步开发利用提供理论基础。主要研究结果如下:(1)EMS诱变强度的增加导致蒙农红豆草种子发芽力和活力的降低,其中0.9%的EMS处理18 h吸胀种子达到其半致死剂量,也是建立蒙农红豆草突变群体的适宜剂量。在蒙农红豆草的突变...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
1.1 红豆草概述
1.1.1 红豆草来源与研究进展
1.1.2 蒙农红豆草来源与研究进展
1.2 EMS化学诱变育种原理及应用
1.2.1 EMS化学诱变育种原理
1.2.2 EMS诱变育种特点
1.2.3 EMS突变体的筛选与分析
1.2.4 EMS化学诱变育种在牧草中的应用
1.2.5 SSR标记原理以及在育种上的应用
1.3 植物花色及其合成机理
1.3.1 花色对红豆草的重要性
1.3.2 花色表型的测量
1.3.3 花色素的种类和结构
1.3.4 花青素的生物合成途径
1.3.5 花青素合成途径中的主要酶
1.3.6 花瓣的组织结构对花色的影响
1.4 转录组测序技术简介
1.4.1 转录组测序技术及其发展
1.4.2 转录组测序技术的研究方法
1.4.3 转录组测序技术在非模式植物中的应用
1.5 研究目的与意义
1.6 研究内容
1.7 技术路线
2 EMS诱变蒙农红豆草突变群体的构建和高产突变体的筛选
2.1 试验材料
2.1.1 试验材料来源
2.1.2 试剂配制
2.2 试验方法
2.2.1 EMS处理方法
2.2.2 EMS诱变对蒙农红豆草种子萌发的影响
2.2.3 EMS突变群体的构建
2.2.4 突变性状的田间调查
2.2.5 M1、M2植株表型突变频率的计算
2.2.6 M1、M2表型变异植株光合特性与叶绿素含量的测定
2.2.7 数据分析
2.3 结果与分析
2.3.1 EMS诱变对蒙农红豆草种子发芽力的影响
2.3.2 蒙农红豆草M1、M2代突变体的性状表现
2.3.3 蒙农红豆草M1、M2代突变群体光合特性比较
2.4 讨论
2.4.1 EMS浓度对蒙农红豆草种子萌发的影响
2.4.2 EMS诱导对蒙农红豆草变异植株特征特性的诱变效应
2.4.3 诱变后代株高和SPAD值对诱变剂的响应
2.4.4 诱变后代净光合速率与叶绿素含量的关系
2.4.5 诱变后代光合作用的限制因素
2.4.6 诱变后代光合速率与水分利用效率的关系
2.5 小结
3 EMS诱变蒙农红豆草变异群体M1、M2和M3代SSR遗传变异分析
3.1 试验材料
3.1.1 试验材料来源
3.1.2 试剂配制
3.2 试验方法
3.2.1 各世代群体DNA提取
3.2.2 DNA质量与纯度检测
3.2.3 SSR引物筛选与稀释
3.2.4 SSR-PCR反应体系及扩增程序
3.2.5 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
3.2.6 数据分析
3.3 结果与分析
3.3.1 蒙农红豆草SSR标记引物及最佳退火温度
3.3.2 EMS诱变对蒙农红豆草M1代遗传多态性的影响
3.3.3 EMS诱变对蒙农红豆草M2代遗传多态性的影响
3.3.4 EMS诱变对蒙农红豆草M3代遗传多态性的影响
3.3.5 蒙农红豆草不同群体遗传相似性分析
3.3.6 蒙农红豆草不同突变群体的聚类分析
3.4 讨论
3.4.1 EMS诱变对蒙农红豆草不同群体的SSR标记位点多态性的影响
3.4.2 EMS诱变对蒙农红豆草不同群体遗传变异的影响
3.5 小结
4 EMS诱变蒙农红豆草抗寒突变体的筛选
4.1 试验材料
4.2 试验方法
4.2.1 不同温度下的种子萌发
4.2.2 低温处理下幼苗及生理指标的测定
4.2.3 越冬期生理指标的测定
4.2.4 石蜡切片法观测蒙农红豆草越冬期根形态结构
4.2.5 返青期越冬率的测定
4.2.6 数据分析
4.3 结果与分析
4.3.1 EMS处理下的蒙农红豆草种子在不同温度下萌发情况
4.3.2 EMS处理后低温下发芽的幼苗生长速率的变化
4.3.3 低温胁迫对EMS诱变的幼苗生理生化的影响
4.3.4 越冬期气温变化和越冬率
4.3.5 越冬期低温胁迫对EMS诱变的植株生理生化的影响
4.3.6 蒙农红豆草抗寒性综合评价
4.3.7 EMS处理对越冬期蒙农红豆草根解剖结构的影响
4.4 讨论
4.4.1 EMS处理后低温发芽与抗寒性鉴定
4.4.2 越冬期根解剖结构特征与抗寒性
4.4.3 幼苗与成株越冬期生理生化变化与抗寒性
4.5 小结
5 蒙农红豆草花色突变体表型及色素成分特征分析
5.1 试验材料
5.1.1 试验材料来源
5.2 试验方法
5.2.1 突变体表型观察和生理指标测定
5.2.2 突变体花色显微结构观察
5.2.3 总花青素和总类黄酮的测定
5.2.4 花青素和类黄酮的定性和定量测定
5.2.5 数据分析
5.3 结果与分析
5.3.1 不同花色蒙农红豆草表型观察
5.3.2 不同花色蒙农红豆草表型指标比较
5.3.3 不同花色蒙农红豆草的花粉育性与结实率的比较
5.3.4 不同花色蒙农红豆草相关花色指标比较
5.3.5 不同花色各指标间的相关性分析
5.3.6 蒙农红豆草不同花色的花瓣结构比较
5.3.7 蒙农红豆草不同花色的总类黄酮和总花青素含量比较
5.3.8 蒙农红豆草不同花色类黄酮含量比较
5.3.9 蒙农红豆草不同花色的花青素含量比较
5.3.10 不同花色表型值和色素含量的逐步回归分析
5.4 讨论
5.4.1 花色与异花授粉植物结实的关系
5.4.2 花瓣表型对其颜色的影响
5.4.3 花瓣超显微结构对其颜色的影响
5.4.4 花瓣色素含量对其颜色的影响
5.5 小结
6 基于转录组测序的蒙农红豆草花色变异机理及关键基因的挖掘
6.1 试验材料
6.1.1 试验材料来源
6.2 试验方法
6.2.1 文库构建与测序
6.2.2 质量评估与拼接
6.2.3 差异表达基因筛选
6.2.4 差异表达基因的qRT-PCR验证
6.2.5 SSR的筛选和统计分析
6.2.6 数据分析
6.3 结果与分析
6.3.1 蒙农红豆草转录组测序与分析
6.3.2 不同花色蒙农红豆草转录组微卫星SSR特征分析
6.4 讨论
6.4.1 不同花色蒙农红豆草转录组测序的分析
6.4.2 不同花色蒙农红豆草类黄酮合成途径结构基因表达分析
6.4.3 不同花色蒙农红豆草转录组微卫星SSR特征
6.5 小结
7 结论
8 本研究创新
9 进一步研究设想
致谢
参考文献
附录
作者简介
本文编号：3939671
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
1.1 红豆草概述
1.1.1 红豆草来源与研究进展
1.1.2 蒙农红豆草来源与研究进展
1.2 EMS化学诱变育种原理及应用
1.2.1 EMS化学诱变育种原理
1.2.2 EMS诱变育种特点
1.2.3 EMS突变体的筛选与分析
1.2.4 EMS化学诱变育种在牧草中的应用
1.2.5 SSR标记原理以及在育种上的应用
1.3 植物花色及其合成机理
1.3.1 花色对红豆草的重要性
1.3.2 花色表型的测量
1.3.3 花色素的种类和结构
1.3.4 花青素的生物合成途径
1.3.5 花青素合成途径中的主要酶
1.3.6 花瓣的组织结构对花色的影响
1.4 转录组测序技术简介
1.4.1 转录组测序技术及其发展
1.4.2 转录组测序技术的研究方法
1.4.3 转录组测序技术在非模式植物中的应用
1.5 研究目的与意义
1.6 研究内容
1.7 技术路线
2 EMS诱变蒙农红豆草突变群体的构建和高产突变体的筛选
2.1 试验材料
2.1.1 试验材料来源
2.1.2 试剂配制
2.2 试验方法
2.2.1 EMS处理方法
2.2.2 EMS诱变对蒙农红豆草种子萌发的影响
2.2.3 EMS突变群体的构建
2.2.4 突变性状的田间调查
2.2.5 M1、M2植株表型突变频率的计算
2.2.6 M1、M2表型变异植株光合特性与叶绿素含量的测定
2.2.7 数据分析
2.3 结果与分析
2.3.1 EMS诱变对蒙农红豆草种子发芽力的影响
2.3.2 蒙农红豆草M1、M2代突变体的性状表现
2.3.3 蒙农红豆草M1、M2代突变群体光合特性比较
2.4 讨论
2.4.1 EMS浓度对蒙农红豆草种子萌发的影响
2.4.2 EMS诱导对蒙农红豆草变异植株特征特性的诱变效应
2.4.3 诱变后代株高和SPAD值对诱变剂的响应
2.4.4 诱变后代净光合速率与叶绿素含量的关系
2.4.5 诱变后代光合作用的限制因素
2.4.6 诱变后代光合速率与水分利用效率的关系
2.5 小结
3 EMS诱变蒙农红豆草变异群体M1、M2和M3代SSR遗传变异分析
3.1 试验材料
3.1.1 试验材料来源
3.1.2 试剂配制
3.2 试验方法
3.2.1 各世代群体DNA提取
3.2.2 DNA质量与纯度检测
3.2.3 SSR引物筛选与稀释
3.2.4 SSR-PCR反应体系及扩增程序
3.2.5 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
3.2.6 数据分析
3.3 结果与分析
3.3.1 蒙农红豆草SSR标记引物及最佳退火温度
3.3.2 EMS诱变对蒙农红豆草M1代遗传多态性的影响
3.3.3 EMS诱变对蒙农红豆草M2代遗传多态性的影响
3.3.4 EMS诱变对蒙农红豆草M3代遗传多态性的影响
3.3.5 蒙农红豆草不同群体遗传相似性分析
3.3.6 蒙农红豆草不同突变群体的聚类分析
3.4 讨论
3.4.1 EMS诱变对蒙农红豆草不同群体的SSR标记位点多态性的影响
3.4.2 EMS诱变对蒙农红豆草不同群体遗传变异的影响
3.5 小结
4 EMS诱变蒙农红豆草抗寒突变体的筛选
4.1 试验材料
4.2 试验方法
4.2.1 不同温度下的种子萌发
4.2.2 低温处理下幼苗及生理指标的测定
4.2.3 越冬期生理指标的测定
4.2.4 石蜡切片法观测蒙农红豆草越冬期根形态结构
4.2.5 返青期越冬率的测定
4.2.6 数据分析
4.3 结果与分析
4.3.1 EMS处理下的蒙农红豆草种子在不同温度下萌发情况
4.3.2 EMS处理后低温下发芽的幼苗生长速率的变化
4.3.3 低温胁迫对EMS诱变的幼苗生理生化的影响
4.3.4 越冬期气温变化和越冬率
4.3.5 越冬期低温胁迫对EMS诱变的植株生理生化的影响
4.3.6 蒙农红豆草抗寒性综合评价
4.3.7 EMS处理对越冬期蒙农红豆草根解剖结构的影响
4.4 讨论
4.4.1 EMS处理后低温发芽与抗寒性鉴定
4.4.2 越冬期根解剖结构特征与抗寒性
4.4.3 幼苗与成株越冬期生理生化变化与抗寒性
4.5 小结
5 蒙农红豆草花色突变体表型及色素成分特征分析
5.1 试验材料
5.1.1 试验材料来源
5.2 试验方法
5.2.1 突变体表型观察和生理指标测定
5.2.2 突变体花色显微结构观察
5.2.3 总花青素和总类黄酮的测定
5.2.4 花青素和类黄酮的定性和定量测定
5.2.5 数据分析
5.3 结果与分析
5.3.1 不同花色蒙农红豆草表型观察
5.3.2 不同花色蒙农红豆草表型指标比较
5.3.3 不同花色蒙农红豆草的花粉育性与结实率的比较
5.3.4 不同花色蒙农红豆草相关花色指标比较
5.3.5 不同花色各指标间的相关性分析
5.3.6 蒙农红豆草不同花色的花瓣结构比较
5.3.7 蒙农红豆草不同花色的总类黄酮和总花青素含量比较
5.3.8 蒙农红豆草不同花色类黄酮含量比较
5.3.9 蒙农红豆草不同花色的花青素含量比较
5.3.10 不同花色表型值和色素含量的逐步回归分析
5.4 讨论
5.4.1 花色与异花授粉植物结实的关系
5.4.2 花瓣表型对其颜色的影响
5.4.3 花瓣超显微结构对其颜色的影响
5.4.4 花瓣色素含量对其颜色的影响
5.5 小结
6 基于转录组测序的蒙农红豆草花色变异机理及关键基因的挖掘
6.1 试验材料
6.1.1 试验材料来源
6.2 试验方法
6.2.1 文库构建与测序
6.2.2 质量评估与拼接
6.2.3 差异表达基因筛选
6.2.4 差异表达基因的qRT-PCR验证
6.2.5 SSR的筛选和统计分析
6.2.6 数据分析
6.3 结果与分析
6.3.1 蒙农红豆草转录组测序与分析
6.3.2 不同花色蒙农红豆草转录组微卫星SSR特征分析
6.4 讨论
6.4.1 不同花色蒙农红豆草转录组测序的分析
6.4.2 不同花色蒙农红豆草类黄酮合成途径结构基因表达分析
6.4.3 不同花色蒙农红豆草转录组微卫星SSR特征
6.5 小结
7 结论
8 本研究创新
9 进一步研究设想
致谢
参考文献
附录
作者简介
本文编号：3939671
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