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题目:华中五味子性别分化的生理及分子标记研究

关键词:华中五味子,性别,内源激素,RAPD,SCAR

  摘要


华中五味子(Schisandra sphenanthera Rehd. et Wils.)是五味子科(Schisandraceae)五味子属(Schisandra Michx.)多年生落叶木质藤本,为常用中药,其主要活性成分为木脂素。华中五味子是解决原始被子植物起源与演化问题的重要类群之一,对其性别分化机制的探讨对植物性别多样性的进化研究具有非常重要的意义;华中五味子雌株的经济价值比雄株更大,从不同层面对其性别进行研究,在其引种栽培及育种过程中,寻求早期鉴定性别的方法,也具有重要的现实意义。
目前关于华中五味子性别差异的研究较少。形态学和同工酶研究都受到了发育时间、外部环境或组织特异性的影响,不能提供准确可靠的鉴定信息,只能作为华中五味子性别鉴定的参考依据。本研究以华中五味子雌、雄株为材料,首次采用生理和分子标记共同对其性别差异进行了研究,寻求其早期性别鉴定方法,初步探讨其性别分化过程,得到主要结论如下:
1. 从营养生长期到花期结束,华中五味子雌雄株的激素变化趋势均较为一致,其中,ABA含量在花形成阶段都呈明显的上升趋势,IAA、GA3和ZR含量则均呈明显的下降趋势,且在盛花期直到花期结束时变化趋于平稳。
2. ABA含量在雌花初蕾期的雌雄差异达到最显著,雌株中ABA含量显著高于雄株,可能在华中五味子性别分化过程中起着主导的作用;雄株中IAA、GA3和ZR含量则显著高于雌株,在雄花初蕾期雌雄差异达到最高,其中,ZR在雌雄株中差异相对较小,变化幅度相对不明显。ABA/IAA、ABA/GA3和ABA/ZR比值的变化趋势较为相似,总体逐渐升高,呈现较高比值,而雌株始终大于雄株,且在花形成阶段上升趋势明显,雌雄株差异显著或极显著,在盛花期直至花期结束,比值基本保持稳定,雌雄差异相对减小。
3. 初蕾期是华中五味子内源激素水平变化的一个重要临界点,在这一时期,合成较高水平的ABA有利于雌株的发育,而维持较高水平的IAA、GA3和ZR则有利于雄株的发育,这为华中五味子野生抚育中雌雄株的早期鉴定提供了实验依据。
4. 华中五味子RAPD反应的最优体系,即25 µL总体积:Mg2+浓度2.5 mmol·L-1,dNTPs浓度0.08 mmol·L-1,引物浓度0.6 µmol·L-1,Taq酶1.5 U,DNA模板60 ng,退火温度41.3 ℃,循环次数35个。该体系稳定性高,重复性好。
5. 在400个随机引物中,仅有S353在华中五味子雌、雄DNA池和所有DNA个体中,雄株上均扩增出一条500 bp左右的条带,而雌株均未出现此条带。这一条带属于雄性性别连锁的特异条带,其序列两端包含引物S353的结合位点,大小为541 bp,AT含量为64.3 %,经Blast检索,未发现其高度同源序列。这一RAPD标记可用于华中五味子的早期性别鉴定。
6. 分别设计的3对引物在不同的退火温度下对华中五味子进行SCAR扩增,雌、雄DNA中同时扩增出了目的片段,在RAPD标记转化为SCAR标记时失去了特异性,转化失败。