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TDZ还对小桐子雄蕊的发育发生潜濡默化,课题组

来源:http://www.ricardocortezcruz.com 作者:nba投注 时间:2019-09-23 15:27

中国科学院西双版纳热带植物园热带植物可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组付乾堂、徐增富等人完成的“一种诱导提高星油藤果实产量的方法”近日获得国家发明专利授权(专利号:ZL201310472646.5)。

小桐子(Jatropha cucas)是大戟科、多年生的木本植物,是一种具有潜在开发价值的生物燃油植物。小桐子雌雄同株异花,雌花数量是影响小桐子种子产量的主要原因之一。因此,通过激素处理调控小桐子花的性别,从而增加雌花的数量对小桐子种子产量的提高具有重要意义。

近日,技术生物所吴丽芳研究员课题组在乌桕花性别调控研究方面取得进展。该研究发现外施植物内源激素-细胞分裂素可将雄花转变为雌花,通过提高雌花数量来提高果实产量。该研究不仅在提高乌桕油果产量方面具有应用前景(预计成本约3元/亩,生产应用后产量增幅100%以上),同时,有助于了解植物激素在调控植物花性别上的决定机制。相关结果发表于BMC Plant Biology (doi:10.1186/s12870-018-1314-5)。

该专利发明针对现有技术的不足,提供了一种诱导提高星油藤(也称美藤果、南美油藤,Plukenetia volubilis)果实产量的方法。运用植物生长调节剂诱导星油藤花序上的雄花转变为雌花或两性花,获得多雌花的花序,进而提高星油藤结果数量,为星油藤高产栽培创造条件。该发明以细胞分裂素类物质为主要原料,配制生长调节剂,此生长调节剂对星油藤的雄花向雌花或两性花转变具有显著的诱导效果。用此含细胞分裂素的生长调节剂处理星油藤植株,可使星油藤每个枝条产生10~15个雌花的花序,每个花序的雌花数目由未处理的1~2个增加到3~30个,其中10%~60%的雌花可进一步发育成果实;单个果序上的果实数目也由未处理的1~2个增加到3~12个;此外,该生长调节剂还能使星油藤提早坐果时间,约一周以上。

中国科学院西双版纳热带植物园能源植物分子育种研究组徐增富研究团队的潘帮珍与植物进化生态学研究组的罗艳等人合作,采用具有细胞分裂素活性的植物生长调节剂噻苯隆(thidiazuron,TDZ)处理四个不同发育时期的小桐子花序分生组织,研究TDZ对小桐子花性别决定的影响。结果发现,中、高浓度的TDZ处理可促进雌蕊的发育,且这一效应随着花序分生组织的发育程度愈加明显。用高浓度的TDZ处理第III和第IV发育阶段的花序分生组织可以诱导产生高达40朵雌花(对照花序只有4~6朵雌花)。而且,TDZ还对小桐子雄蕊的发育产生影响,TDZ处理可逆转由第II~IV发育阶段的花序分生组织形成的雌花中雄蕊的败育,从而产生两性花;其中第IV发育阶段的花序分生组织产生的两性花数量最多。此外,在电子扫描电镜下观察,TDZ处理可促进小桐子花序的次级分枝形成,但由于大量小花败育导致单个花序的小花数量大幅度降低。虽然TDZ处理后会产生部分不能成熟的果实,但单个果序中的成熟果实的数量还是显著高于对照果序。该研究结果表明,TDZ在调控小桐子花性别决定方面具有双重作用,即促进雌蕊发育和逆转雌花中雄蕊的败育。这些结果为进一步研究小桐子及其他非模式植物的性别决定机制提供了又一重要线索。

乌桕和山核桃、油茶、油桐被称作是我国四大木本油料作物。乌桕的果皮和果实中榨取的油脂作为工业和食品用油被广泛应用,近年来作为生物能源原料油脂树种,具有很好的发展前景。木本油料作物产量是限制产业发展的关键瓶颈问题,而乌桕雌花比例低是限制其产量提高的最主要的因素。针对该问题,课题组研究发现外施植物内源激素-细胞分裂素可将雄花变雌花,使雌花比例大幅提高,从而增加油果产量。进一步研究发现,细胞分裂素在乌桕花性别决定上和其他植物激素存在相互作用,细胞分裂素可通过特异性地调控花性别关键基因来决定乌桕花性别分化。

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