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[硕士论文] 刘畅
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:甜瓜是具有重要商业价值且被全世界广泛栽培的园艺作物之一,甜瓜现已成为在阐明肉质果实成熟分子机理方面的一种重要的模式植物。研究果实成熟的分子机理,将为培育优质新品种提供理论依据,同时也为植物果实成熟网络调控提供新的认识。
  本研究以甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L.cvHetao)为材料,通过对果实发育成熟4个时期转录组测序数据的分析,选择两个差异表达基因CmHsp83和CmNAC34并完成其cDNA的克隆,应用生物信息学方法首次从甜瓜全基因组中鉴定得到CmHsp90基因家族5个成员,明确其家族各成员基因结构、系统进化关系及功能蛋白的基序种类和分布,结果显示该家族基因在结构和进化上是相对保守的。实时荧光定量PCR分析结果显示,CmHsp83和CmNAC34均在果实中表达,其中CmHsp83在授粉后第40天表达量最高,CmNAC34在授粉后第30天表达量最高。通过构建超表达载体和基因编辑载体,应用瞬时表达技术研究其在甜瓜果实成熟中的作用,结果显示CmHsp83和CmNAC34可能促进果实成熟。在甜瓜稳定转化的研究中,T1代转化种子的阳性率检测结果显示,检测了导入CmNAC34和CmHsp83超表达载体的种子各72粒,阳性种子分别有8和6颗,阳性率分别为11%和8.3%;检测了导入CmNAC34和CmHsp83基因编辑载体的植株各72个,阳性植株分别有10和12个,阳性率分别为13.8%和16.7%,而测序10个CmNAC34基因编辑阳性植株中有1个发生了基因编辑,CmNAC34基因编辑突变率为10%。
[硕士论文] 陈倩云
园艺 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:瓜类作物在生产栽培过程中,温度是主要环境因子之一,温度过高或过低都会影响瓜类作物的产量和品质。秋茬厚皮甜瓜一般在6~7月份育苗,此时夏季温度较高,高温会使甜瓜幼苗生长发育不良,抗逆性减弱,对后期的产量和品质造成严重影响。近年来,大棚秋茬甜瓜栽培效益较高,栽培面积逐年扩大,但是夏秋季的高温对甜瓜幼苗和果实生长时常造成不利影响,严重制约着甜瓜产业的发展。因此,甜瓜高温胁迫下耐热性研究具有重要意义。
  本试验以厚皮甜瓜‘迎春’杂交种为试材,采用苗期叶面喷施不同浓度(0(CK)、50、100、150和200μmol·L-1)褪黑素(MT),通过测定其对高温胁迫下厚皮甜瓜幼苗的生长指标、光合特性、活性氧代谢和抗氧化酶活性等生理指标,研究了外源MT处理对厚皮甜瓜幼苗耐热性的影响,并在开花结果期叶面喷施不同浓度(0(CK)、50、100、150和200μmol·L-1)MT,从而进一步研究了外源MT对果实产量和品质的影响。主要研究结果如下:
  (1)高温胁迫下,叶面喷施不同浓度MT处理能显著提高厚皮甜瓜幼苗的株高、茎粗和叶宽的增加。而低浓度(≤100μmol·L-1)的MT处理较对照可以显著促进幼苗叶面积、鲜重、干重、根长和根系活力的增长,当浓度为100μmol·L-1MT时,促进效果最好,但随着外源MT浓度的增加,效果逐渐减弱,而高浓度(≥150μmol·L-1)的外源MT甚至会起到负作用。
  (2)高温胁迫下,叶面喷施100μmol·L-1MT处理能够显著提高高温胁迫下幼苗叶绿素含量以及Fv/Fm、Fv/F0、ΦPSⅡ、ETR、qP、qN的值,降低Ci水平,从而提高光合效率。表明叶面喷施适宜浓度的MT处理可显著缓解高温胁迫对厚皮甜瓜幼苗光合器官的伤害,提高幼苗的光合能力,增强抗逆性。
  (3)高温胁迫下,叶面喷施100μmol·L-1MT处理可以显著提高高温胁迫下幼苗叶片的POD、SOD和CAT等抗氧化酶的活性,降低超氧阴离子(O2·-)产生速率以及过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)的含量,同时电解质渗透率也显著低于对照。表明叶面喷施适宜浓度的MT处理可以抑制厚皮甜瓜幼苗体内活性氧的产生,降低膜脂过氧化水平,保护膜的完整性,减少电解质外渗,从而减轻高温胁迫对幼苗造成的伤害,提高幼苗耐热性。
  (4)在厚皮甜瓜果实生长过程中,不同外源MT处理可以不同程度地提高高温胁迫下厚皮甜瓜坐果节位叶片中SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性,增加叶绿素和可溶性蛋白质的含量,降低MDA含量及O2·-产生速率,增强坐果节位叶片的耐热性,其中,以150μmol·L-1MT处理效果显著优于对照。
  (5)叶面喷施不同浓度MT处理对厚皮甜瓜果实产量和品质的影响不同,叶面喷施100~150μmol·L-1MT可以显著提高高温胁迫下厚皮甜瓜小区产量和单果重,增强果实硬度,提高果实的可溶性蛋白、可溶性糖和Vc含量,降低果实的可滴定酸含量。而200μmol·L-1MT处理对厚皮甜瓜单果重、果实硬度、可溶性固形物、Vc和可溶性蛋白质含量均无显著影响。
[硕士论文] 左彬彬
园艺 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:设施厚皮甜瓜早春育苗及定植时常常会遭受低温冷害侵袭,影响其生长发育。采收季节温度较高,采后果实呼吸代谢旺盛,品质迅速下降。如何提高甜瓜幼苗耐冷性和果实贮藏品质是设施厚皮甜瓜栽培的研究的重点课题。
  本试验以0、0.2、2、20、200、2000μmol/L的茉莉酸甲酯(MeJA)处理厚皮甜瓜品种‘迎春’幼苗,通过测定低温胁迫后幼苗叶片的膜透性和膜脂过氧化、渗透调节物质、抗氧化系统和叶绿素及荧光等指标,筛选出叶面喷施MeJA提高厚皮甜瓜幼苗耐冷性的最佳浓度,并进一步分析了适宜浓度的MeJA提高厚皮甜瓜幼苗耐冷性的生理机制。又以0、2、20、200、2000μmol/L的MeJA处理厚皮甜瓜采后果实,通过对贮藏期间果实的失重率、硬度、可溶性固形物、Vc含量和呼吸强度的测定,研究了MeJA对厚皮甜瓜果实贮藏品质的影响。主要研究结果如下:
  1.不同浓度的MeJA处理对厚皮甜瓜幼苗耐冷性生理指标影响不同,表现为低浓度的MeJA处理提高厚皮甜瓜幼苗的耐冷性,而高浓度的MeJA处理降低厚皮甜瓜幼苗的耐冷性。其中2μmol/L的MeJA处理可显著提高POD、CAT活性和可溶性蛋白质、脯氨酸含量,降低冷害指数、电解质渗透率,增强了幼苗的耐冷性,而2000μmol/L的MeJA处理则加剧了低温对幼苗的伤害。
  2.在整个低温胁迫过程中,厚皮甜瓜幼苗的电解质渗透率和膜脂过氧化产物直线上升,2μmol/L的MeJA处理显著提高了幼苗的可溶性蛋白和脯氨酸含量,降低了叶片的电解质渗透率和膜脂过氧化产物,表明,适宜浓度的MeJA可通过调节细胞内的渗透调节物质来维持细胞膜的稳定性,减轻膜脂过氧化程度,提高幼苗的耐冷性。低温胁迫条件下,厚皮甜瓜幼苗的活性氧产生速率逐渐增加,2μmol/L的MeJA处理显著降低了活性氧产生速率,且SOD、POD和CAT活性始终高于对照,表明,适宜浓度的MeJA可通过保持抗氧化酶活性而减少活性氧代谢产物积累。2μmol/L的MeJA处理还可以提高低温胁迫条件下厚皮甜瓜幼苗的叶绿素含量、优化Fm、Fv/Fm和Fo等荧光参数,这从叶绿素荧光动力学方面验证了MeJA可以缓解低温对叶绿体的伤害,提高光合效率。
  3.不同浓度MeJA处理对采后厚皮甜瓜果实贮藏生理指标影响不同。在贮藏过程中,果实的呼吸速率呈先升高后下降的趋势,在贮藏至28d时,200μmol/L的MeJA处理的果实呼吸强度显著低于对照;在贮藏过程中,果实硬度、可溶性固形物含量和Vc含量呈下降趋势,200μmol/L的MeJA处理的厚皮甜瓜果实硬度、可溶性固形物含量和Vc含量下降幅度均显著小于对照。表明,200μmol/L的MeJA处理可以改善厚皮甜瓜果实的贮藏品质。
[硕士论文] SABA HAMEED
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜[Citrullus lanatus(Thunb.)Matsum.&Nakai]是一种重要的经济作物。果实是西瓜的产品器官,决定着西瓜的经济价值。揭示西瓜果实发育过程中调控机制可以为西瓜遗传改良提供有价值的信息。热激转录因子(Hsfs)在植物发育过程中发挥着重要的调控作用。Hsfs是否参与西瓜果实发育的调控尚不清楚。针对这一问题,本课题在对西瓜Hsf家族基因进行全基因组鉴定的基础上,进一步分析了基因结构、系统发育关系、进化历史,以及在果实发育过程中的表达谱,获得了如下结果:
  1.在西瓜基因组中鉴定出24个ClHsfs基因,编码蛋白序列长度为192到782个氨基酸,其DNA结合结构域在西瓜、黄瓜和拟南芥等物种中具有高度的保守性。在寡聚化结构域中,Hsfs存在可变的连接子和HR-A/B区域。基于DNA结合结构域和寡聚化结构域之间的接头长度和插入HR-A/B区域的氨基酸残基数目不同,将ClHsfs分为3类,即A类(54.17%),B类(37.50%)和C类(8.33%)。
  2.ClHsfs基因在11个西瓜染色体上分布不均匀。4个ClHsf位于chr5和chr1上,3个位于chr10上,2个位于chr3、chr8、chr7、chr9和chr11上,1个分别位于chr2、chr4和chr6上。在西瓜中,有58.33%的Hsfs经历过复制事件。复制模型分析显示ClHsfs包含9个片段复制基因对和3转座复制基因对。ClHsfs中小规模的片断和转座复制在这个基因家族的适度扩张中发挥了关键的作用。选择压力分析表明,所有重复的ClHsfs基因主要受纯化选择的影响。ClHsfs基因复制的时间可以追溯到179-312百万年前。推测B类Hsfs是古代群体,发展为陆地植物后扩展到A类和C类群成员。
  3.利用转录组数据分析了ClHsf基因在西瓜果皮、果肉和种子中的表达。在果皮中,ClHsf-17(A2)在授粉后10天表达量最高。在白色-粉红色及红色肉果期,ClHsf-02(B1)和ClHsf-23(C1)在果肉中具有中丰度表达。ClHsf-24(A9)在种子成熟阶段表达量高。在ClHsf启动子序列中,Skn-1基序,GCN4基序和CAT-box出现的频率相对较高。
[硕士论文] 高菲
环境科学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:硒是人体的必需营养元素,农产品硒含量的增加对于人体健康水平的提高以及特定疾病的预防具有重要意义。本项目采用大田区组试验,分别研究外源硒肥对西瓜、罗汉果和砂糖桔果实硒和镉含量以及其它品质指标的影响,旨在为开展优质高效富硒降镉瓜果的生产提供参考和理论依据。主要研究结果如下:
  1.研究了基施不同剂量硒肥(0.26、0.51、1.03kg/hm2)和不同时期(花期、坐果期)叶面喷施硒肥处理对西瓜硒含量和品质及抗氧化系统的影响,以探讨适宜的西瓜硒肥施用方式。结果表明,所有处理西瓜果肉硒含量为0.014~0.106mg/kg,均达到了湖北省果蔬富硒标准(硒含量>0.01mg/kg)。基施和花期喷施硒肥均提高了果肉中硒的含量,其中基施硒肥处理较对照组提高了63%~282%、花期喷施提高了9%,所有处理中基施0.26kg/hm2硒肥处理果肉硒含量最高。施用硒肥还显著提高了西瓜果肉可溶性糖的含量(P<0.05),且坐果期喷施显著高于基施和花期喷施处理。基施低剂量(0.26kg/hm2、0.51kg/hm2)的硒肥、以及叶面喷施硒肥均可以提高西瓜抗氧化的能力,显著降低叶片丙二醛含量。综合考虑,西瓜硒肥适用方式为基施亚硒酸钠0.26kg/hm2。
  2.研究了基施(G)、基施与叶面喷施混施(G+Y20)以及不同浓度叶面喷施(Y40+40、Y20+20、Y40)硒肥处理对罗汉果果实中硒、镉及其它营养元素的含量和分布,以及果肉维生素C含量的影响。结果表明,罗汉果中的硒主要分布在果肉和籽粒中,在果皮中分布较少。施用硒肥显著提高了罗汉果中硒的含量(P<0.05)、其含量是对照组的1.6~21.6倍,其中G、G+Y20、Y40三个处理罗汉果硒含量满足湖北省干果类富硒标准(硒含量在0.1~0.5mg/kg范围内)。所有处理罗汉果中的镉含量均满足湖北省水果及其制品的镉污染限量要求(镉含量<0.05mg/kg),且G、G+Y20、Y40处理进一步降低了罗汉果中镉的含量(P<0.05)。但是,外源硒肥的施加也显著降低了罗汉果中铁的含量、以及果肉中维生素C和可溶性糖的含量。
  3.研究了基施(G)和叶面喷施一次(Y40)和两次(Y20+20)砂糖桔果肉硒、镉、铁、锌含量及营养品质的影响。结果表明,施用硒肥有增加砂糖桔果肉中硒含量的趋势,但与对照组相比差异未达到显著水平(P>0.05)。施用硒肥降低了果肉中镉的含量,较对照组降低了29.6%~50.3%。施用硒肥对果肉中可溶性糖和可溶性固形物的含量无显著影响(P>0.05),但基施处理显著提高了果肉中铁、维生素C及可滴定酸度的含量(P<0.05)。
[硕士论文] 张祺恺
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜(Citrullus lanatus)是世界范围内重要的园艺作物,枯萎病和根腐病等土传病害是限制西瓜产业发展的瓶颈,采用嫁接可提高西瓜对土传病害的抗性。南瓜是适合西瓜嫁接的砧木材料,但目前对砧用南瓜的资源评价和利用研究尚不够深入。本课题对南瓜资源的耐旱性和根腐病抗性进行鉴定,以期筛选出优异的种质资源,为进一步砧木选育奠定基础。针对部分南瓜作为砧木嫁接后导致西瓜果实品质下降的问题,本课题选用对嫁接西瓜果实品质影响较小和较大的南瓜砧木材料,以西瓜自交系97103为接穗,以自嫁为对照,通过对果实膨大停止期和商品成熟期的果肉样品的转录组和代谢组进行分析,来研究不同砧木对嫁接西瓜果实品质形成的影响,获得的主要结果如下:
  1.对不同南瓜种质一叶一心时期的性状进行评价。以126份南瓜种质为材料,包括33份中国南瓜(C.moschata),93份印度南瓜(C.maxima)。以2份商业砧木‘青研1号’和‘京欣砧4号’作为对照,进行南瓜种质资源嫁接适宜时期(一叶一心时期)的性状调查与评价,发现27份材料下胚轴长度较商业砧木等同或更短;大部分南瓜种质资源材料都具有与商业砧木同等茎粗或大于商业砧木,仅有13份材料下胚轴茎粗较细;31份材料具有比对照商业砧木更大的子叶展开角度;9份材料具有与商业砧木相似的子叶叶绿素相对含量;18份材料具有与商业砧木类似大小的子叶长宽积。
  2.对不同南瓜种质资源的耐旱性进行评价。选用94份南瓜种质为材料,包括29份中国南瓜(C.moschata),63份印度南瓜(C.maxima),以及2份商业砧木‘青研1号’和‘京欣砧4号’,对材料进行耐旱性鉴定。幼苗3叶1心期时进行干旱处理,计算干旱胁迫指数、株高胁迫指数、茎粗胁迫指数和干物质胁迫指数,使用UPMGA法(非加权算数平均法)对所得结果进行聚类分析,将南瓜种质资源按耐旱等级分为6类。18份材料属于最耐旱材料;14份材料为次耐旱类材料;13份材料为较耐旱类材料;7份材料为最不耐旱材料;24份材料为次不耐旱类材料;18份材料为较不耐旱材料。
  3.对不同南瓜种质资源的根腐病抗性进行评价。选用45份南瓜种质资源为材料,包括25份中国南瓜(C.moschata),18份印度南瓜(C.maxima)和2份商业砧木‘青研1号’(C.maxima×C.moschata)和‘京欣砧4号’(C.maxima×C.moschata)。使用孢子悬浮液蘸根法对南瓜种质材料进行根腐病抗性鉴定,经过对病害的分级统计及病情指数计算,筛选出R7S11-4、R7S20、R7S82等19份高抗根腐病材料和R7S21-1、R7S28-2、R7S06等26份中抗根腐病材料。
  4.研究不同南瓜砧木对嫁接西瓜果实的影响。以10份南瓜材料为砧木与97103嫁接,筛选出2份对西瓜果实品质影响具有差异的材料。发现L12为砧木嫁接后对西瓜果实品质无显著影响,L9嫁接后显著降低西瓜果实可溶性固形物含量,嫁接组合L12/97103的西瓜果实中的果糖含量和葡萄糖含量显著高于嫁接组合L9/97103的西瓜果实,而苹果酸含量显著低于后者。
  5.研究L9和L12砧木在转录水平对西瓜果实品质的影响。南瓜砧木L9在转录水平影响了嫁接西瓜果实的柠檬酸代谢、果糖与甘露糖代谢和蔗糖与淀粉代谢途径,导致西瓜果实品质变差,而L12并未在以上途径对西瓜果实产生影响,所以对西瓜果实品质无影响。
  6.研究L9和L12砧木在代谢水平对西瓜果实品质的影响。南瓜砧木L9影响了西瓜果实果糖与甘露糖代谢与柠檬酸循环,导致西瓜果实品质变差,而L12在代谢水平仅在柠檬酸代谢上对西瓜果实产生影响,所以对西瓜果实品质无显著影响。
[硕士论文] 刘越
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜(Citrullus lanatus)是世界范围内广泛种植的重要园艺作物,在早春露地栽培以及反季节设施栽培中常常遭遇低温胁迫。研究西瓜在低温胁迫下的基因表达模式,鉴定差异表达基因的功能,有助于进一步了解西瓜低温响应及调控机制,为西瓜耐低温遗传改良提供理论支撑和基因资源。WRKY转录因子家族成员数量多且具有重要功能,不仅影响植物生长发育过程,还能够对植物面临的各种胁迫产生响应并发挥调控作用。低温胁迫下的西瓜转录组数据分析结果显示,多个WRKY家族基因的表达模式发生了显著改变,表明WRKY能够响应低温胁迫,但这些基因是否具有调控西瓜耐低温的功能,目前尚不清楚。针对这一问题,本研究在分析西瓜WRKY基因家族特征的基础上,鉴定了2个受低温胁迫诱导显著上调表达的WRKY基因Cla018059和Cla021170的功能,获得了以下研究结果:
  1.西瓜WRKY转录因子家族鉴定和特征分析。利用隐马尔可夫模型,在西瓜基因组上鉴定出57个WRKY转录因子家族成员,根据家族成员在染色体上的位置,依次命名为ClWRKY1~ClWRKY57。蛋白序列比对及系统发生分析表明,57个ClWRKY转录因子中,55个具有保守的7肽WRKYGQK DNA结合结构域,另外2个的WRKY结构域分别为WRKYGKK和KSRKRQV;所有ClWRKY转录因子的锌指结构为C2H2或C2HC类型。根据结构域的数量和锌指结构的类型,ClWRKY家族被分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ族,各有11、39和7个成员。根据蛋白序列的保守性和进化关系,Ⅱ族可进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe族。基因结构分析表明,ClWRKY基因序列长度在0.7kb~7kb之间,主要集中在1kb~3kb。ClWRKY家族成员的外显子含量为2~6个。共线性分析表明,ClWRKY转录因子家族基因中发生了18组复制事件,其中3组是转座复制,15组是片段复制,片段复制是ClWRKY家族基因扩增的主要模式。复制基因的Ka/Ks值均小于1,发生复制的ClWRKY家族基因在进化过程中受到纯化选择。
  2.西瓜ClWRKY转录因子家族基因的表达谱分析。西瓜果实发育转录组数据分析表明,除ClWRKY1外,其余56个ClWRKY基因在果实中均有表达,其中50个在果肉中表达,52个在果皮中表达,54个在种子中表达。低温胁迫处理的西瓜转录组数据分析表明,19个ClWRKY基因受低温胁迫诱导呈现显著差异表达,其中7个下调表达,12个上调表达。显著上调表达的基因中,Cla018059(ClWRKY55)和Cla021170(ClWRKY20)的log2FC值最大,表明其对低温胁迫更敏感。因此本课题对这2个基因进行了进一步的研究。
  3.低温相关西瓜ClWRKY基因的功能鉴定。构建了亚细胞定位表达载体pH7LIC5.0-N-eGFP-ClWRKY20和pH7LIC5.0-N-eGFP-ClWRKY55并注射到烟草表皮细胞,通过激光共聚焦显微镜发现ClWRKY20和ClWRKY55均定位于细胞核。构建了ClWRKY20和ClWRKY55的T1代超表达烟草植株OE20和OE55。对转基因植株进行4℃低温处理,通过对表型、冷害指数、相对电导率及丙二醛含量等指标的分析发现,超表达ClWRKY20基因提高了烟草植株的低温耐受性,而超表达ClWRKY55基因增强了烟草植株对低温的敏感性。抗氧化酶系统活性的检测表明,低温胁迫处理后的OE20植株具有更高的SOD、POD和CAT活性,表明ClWRKY20可能是通过提高植株的抗氧化能力来提高低温耐受性。OE55植株的SOD、POD和CAT活性均低于野生型植株,表明ClWRKY55可能通过削弱抗氧化能力来降低植株的低温耐受性。
[硕士论文] 陈晨
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:以钾低效基因型西瓜早佳(ZJ),钾高效基因型西瓜勇士(YS)为材料,通过构建不同嫁接组合以及外源施用生长素类似物(NAA)、生长素极性运输抑制剂(NPA和TIBA),以正常钾(3mM)为对照,对低钾(0.01mM)条件下三方面进行了研究:(a)ZJ和YS根系构型差异及生长素相关转运基因的表达特点;(b)不同西瓜接穗对砧木根系钾吸收和生长素含量的影响;(c)外源生长素及抑制剂对ZJ和YS钾吸收的影响。研究结果如下:
  1.研究了低钾对西瓜根系构型特点、以及钾吸收和生长素转运基因的影响,结果表明,在受到低钾处理12d后,ZJ和YS幼苗均受到抑制,但YS受到的抑制程度相对较轻。ZJ和YS在低钾下根系和叶片的钾含量比对照均下降,ZJ根系及叶片的钾含量下降幅度大于YS,高亲和钾吸收基因Cla012760(HAK5)在YS中的表达量相对于对照上调幅度更大,生长素转运基因Cla017975(AUX1)、Cla018455(PIN1)等在YS植株根系内的相对表达量更高,暗示了生长素可能在西瓜钾吸收中发挥作用。
  2.研究了不同接穗对西瓜幼苗生长、钾吸收和生长素含量及转运基因表达量的影响,结果表明,耐低钾西瓜YS作为接穗提高了低钾敏感西瓜ZJ在低钾下的适应能力,与Z/Z自嫁相比,Y/Z西瓜幼苗的根系总长、根系体积、根系表面积以及根尖数量均有所增加,叶片和根系的组织钾含量也显著提高,低钾下根系和叶片生长素的含量均显著增加,相关基因Cla012760(HAK5),Cla017975(AUX1),Cla018455(PIN1),Cla01887(PIN2)的相对表达量显著提高,表明植株对低钾的耐受型与其地上部分通过生长素调控钾的吸收存在联系。
  3.研究了外源生长素类似物NAA、生长素运输抑制剂NPA和TIBA对ZJ、YS根系生长及钾吸收能力的影响,结果表明,正常钾条件下,NAA能够提高ZJ和YS根系及叶片钾含量,但在低钾条件下对ZJ和YS的影响存在差异,从根系构型和基因表达的结果看,YS对外源NAA更为敏感,可能与本身内部已经具有较高的生长素含量有关。抑制剂NPA、TIBA对正常和低钾下ZJ和YS生长存在抑制作用,NPA和TIBA处理同时提高了低钾下ZJ和YS的根系钾含量,降低了叶片钾含量。
  本研究结果表明,嫁接西瓜接穗能通过生长素调控砧木根系生长和钾吸收,但是详细的作用机制还需要进一步研究。
[博士论文] 豆峻岭
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:作为一种重要的葫芦科作物,西瓜(Citrullus lanatus)果实的品质特性以及植株的栽培特性一直是育种家们关注的目标。目前对于西瓜果实及株型相关性状的认识还不够深入,遗传及分子机理方面的研究相对较少,因此该领域研究薄弱的现状急需改善。本论文主要研究西瓜果实长圆、果皮黄色以及植株无权3个性状,通过遗传方法克隆出控制这些性状的关键基因,进一步解析它们的分子作用机制,为后续的高品质易于简约化栽培品种的选育提供科学依据。本论文主要做了以下3方面工作:
  1.以长果自交系品种‘短125’和圆果自交系品种'郑州籽瓜’做亲本配制F2、BC1群体,通过分离比的统计,发现西瓜果实长圆受单基因控制,且表现出不完全显性的遗传,即:该基因纯合显性时为长果,杂合时为椭圆果,纯合隐性时为圆果;通过F2群体的BSA-seq结合GWAS分析将控制西瓜果实长圆的候选区间定位到了3号染色体。之后开发大量的CAPS标记对768株F2植株进行重组单株筛选,最终将候选基因进行精细定位到3号染色体一个46Kb的区域内。该区域只有4个功能基因,通过在两亲本中的序列比对我们发现Cla011257的CDS在长瓜中有159bp的碱基缺失,该缺失造成了53个氨基酸的缺失;根据该缺失片段我们开发出了一个Indel标记,将该标记在F2群体以及105份自然群体中进行验证,结果发现该标记和西瓜果实长圆紧密连锁,进一步证明了该基因为控制西瓜果实长圆的候选基因;通过对该基因的蛋白序列预测发现该基因属于工QD蛋白家族,亚细胞定位也证明了该基因主要存在于细胞质与细胞膜上,基因表达分析表明该基因在子房形成时表达量最高。该研究为后续西瓜果实形状形成分子机理的研究奠定了基础,同时也为其它作物果实形状的研究提供了借鉴。
  2.以黄皮品种'94E1’和绿皮品种'青峰’做亲本配制F2、BC1群体,通过分离比的统计,发现西瓜果皮黄色受单基因控制,黄皮对绿皮为显性,并且凡是果皮呈现黄色,叶柄和叶脉必定呈现黄色;通过F2群体的BSA-seq结合GWAS分析将控制西瓜果皮黄色的候选区间定位到了4号染色体,之后开发大量的CAPS标记对候选基因进行精细定位,最终将候选基因定位到4号染色体一个59.8Kb的区域内,该区域内存在很多gaps,只存在一个功能基因,通过对该基因的序列比对以及表达差异分析发现该基因在两亲本中不存在序列及表达的差异,因此该基因不是控制西瓜果皮黄色的候选基因;对候选区间的进一步分析开发出了一个和西瓜果皮黄色紧密连锁的SNP标记,并且在20个自然群体中进行了验证。该标记可用于果皮黄色的苗期鉴定以及分子标记辅助育种。
  3.以有权自交系品种‘790010’和无杈自交系品种'无杈早’做亲本配制F2、BC1群体,通过分离比的统计,发现西瓜植株无杈受单基因控制,且有权对无权为显性;通过F2群体的BSA-seq结果将候选区间定位到了4号染色体,之后开发大量的CAPS标记对候选基因进行精细定位,将候选基因定位到4号染色体一个约270Kb的区域内,该区间含有32个功能基因,通过对该区间内SNPs的进一步分析,最终发现只有2个SNPs发生在基因外显子区域,对这两个SNPs所在的基因进行氨基酸序列分析,表明只有Cla018413基因外显子内的SNP差异造成了氨基酸的改变,初步推测该基因为控制西瓜植株无杈的候选基因,但后续还需进一步研究。
[硕士论文] 郭禄芹
园艺学 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜是全球重要的水果之一,也是我国重要的瓜类作物。西瓜属于葫芦科西瓜属是一年生草本植物,中国西瓜产量占世界总产量的60%以上。本研究选用173份西瓜种质材料,其中158份有美国农业部提供,15份由课题组收集,利用246个SSR标记对这些种质资源进行了分子指纹图谱分析,在对26个表型性状(分布于子叶、蔓、花、果实、种子)进行两年调查分析的基础上,利用混合线性模型(MLM)对表型性状和基因型数据进行关联分析,鉴定出与目标性状呈显著关联的SSR标记,研究结果将为进一步挖掘西瓜重要农艺性状的优异基因,加速西瓜分子育种进程奠定基础。具体结果如下:
  1.采用Popgen32对246个SSR标记所得到多样性条带进行分析,计算出每个位点的观测等位基因数变化范围为2-11,平均4.32;有效等位基因数变化范围为1.05-5.99,平均2.08;观测杂合度变化范围为0.01-1.00,平均0.88,Shannon信息指数变化范围0.11-1.98,平均0.86;多态性信息指数变化范围为0.04-0.81,平均0.42。
  2.采用246对SSR标记对173份西瓜种质材料进行遗传多样性和群体结构分析,MEGA结果表明,173份西瓜种质材料可分为两大类群,类群Ⅰ(PopⅠ)包括PI432337和PI537300两个材料,类群Ⅱ包括171份西瓜种质材料;PCA结果表明,主成分累积贡献率为14.40%,将173份西瓜种质材料分为2组,第一组包括10份西瓜种质材料,第二组包括163份材西瓜种质材料;运用STRUCTURE软件对173份西瓜种质材料进行群体划分,在ΔK随K值变化图中可知,在K=4时,ΔK有一个最大值,即173份西瓜种质材料可分为4个类群。
  3.利用SPSS等软件对173份西瓜种质材料的26个西瓜表型性状的统计描述和方差分析结果可以看出:这26个表型性状的频率分布都符合正态分布;相关性分析结果表明26个数量性状两两之间都存在极显著的正相关和负相关,其中与果柄长度存在极显著正相关的性状最多,为17个,存在极显著负相关的性状有2个。主成分分析结果表明,26个表型性状可转化为8个主成分,累积贡献率达71.97%。变异分析结果表明,26个表型性状中近皮果肉可溶性固形物含量的变异系数最大,为70%,种形指数的变异系数最小,为0.08%;香浓-维纳指数变化范围为1.32-1.67。广义遗传力分析结果表明,种子长度和种子宽度的广义遗传力最大,受环境影响较小。
  4.通过全基因组关联分析共检测到与西瓜26个表型性状的SSR标记262个,2016年与2017年全基因组关联分析分别检测到与西瓜表型性状相关联的SSR标记111个和151个。其中有11个标记在2016、2017两个环境中均能检测到,这11个标记中,检测到与果实长度、果实宽度、果肉厚度、近皮果肉可溶性固形物含量、种子宽度、坐瓜节位、第一雄花开放节位各1个,检测到与种子长度相关联的标记4个。
[硕士论文] 钟娟
作物栽培学与耕作学 广西大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国劳动力成本的增加以及省时省力的需求,蜜蜂授粉已经代替人工授粉成为多种设施作物在生产上首选的栽培方式。本试验选用“北甜一号”厚皮甜瓜作为材料,分析不同坐果方式(人工授粉、蜜蜂授粉、CPPU处理)在不同天气传粉受精情况与果实前期发育差异,以及不同坐果方式对甜瓜膨大和品质方面的影响。
  研究结果如下:
  1.在传粉受精方面,坐果天气影响柱头花粉数和萌发率。同时处理0.5h,晴天蜜蜂授粉柱头花粉数最多。随着坐果时间变长,雨天蜜蜂授粉柱头上的花粉数增多,晴天蜜蜂授粉花粉数增量减少且花粉萌发率最高,雨天处理花粉萌发率低于晴天。天气影响花粉管延伸速度和双受精时间,晴天坐果2h,花粉管已达到柱头底部,坐果24h已完成双受精,雨天相应延时。坐果48h晴天蜜蜂授粉于胚囊观察到合子的概率最大。
  2.在果实膨大方面,坐果天气对果实前期膨大有影响。晴天CPPU处理果实膨大最快。相同天气人工授粉与蜜蜂授粉处理没有显著差异。坐果8d,天气对果实横径、纵径、单果重膨大的影响已经不显著。在果实发育期间,纵径膨大先于横径完成。CPPU处理在果实发育前期和中期膨大较快,先达到膨大稳定。坐果0-15d,果型指数下降,且CPPU处理果型指数较低。在细胞膨大方面,果实发育前期(0-8d)细胞小,排列紧密,CPPU处理横切面细胞显著小于人工授粉。细胞大小在8-19d迅速增加,之后后细胞大小变化不大。
  3.在果实品质方面,可溶性糖含量逐渐增加,坐果45d,蜜蜂授粉显著大于其他两种处理;19-30d中心可溶性固形提高幅度大,边缘可溶性固形物增加缓慢;坐果45d,CPPU处理可滴定酸含量显著大于其他两种处理,蜜蜂授粉VC含量显著高于CPPU处理,可溶性蛋白含量显著大于其他两种处理。蔗糖的积累与SPS活性正相关,坐果0-19d,SPS活性与蔗糖含量皆低,而后快速上升。
  4.在果实商品性状方面,CPPU处理果肉厚显著大于蜜蜂授粉,瓜腔显著小于其他两种处理,商品率最低。人工授粉的瓜皮厚度显著小于蜜蜂授粉与CPPU坐果。三种处理中,蜜蜂授粉种子数最多,最饱满,瘪粒率最低。
  综上所述,蜜蜂完全可以对设施甜瓜进行授粉,且果实品质更高。
[硕士论文] 赖艳
蔬菜学 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melo L.)作为葫芦科甜瓜属作物,有多种变异类型,其叶片颜色主要分为黄绿、浅绿、绿、深绿。为揭示甜瓜叶片颜色性状的遗传机理,本研究以叶色突变体(MT)、非突变体亲本(WT)为试验材料,构建分离群体对叶色的遗传规律进行分析,并对叶色突变体材料进行主要农艺性状调查、生理特性以及叶片超微结构分析,以从生理层面及叶绿体结构上初步探讨叶色突变的发生规律及特征。采用二代测序的方法,确定与叶色基因相关的候选区域,为基因初步定位奠定基础。主要研究结果如下:
  1、MT主要农艺性状的调查结果表明,MT在苗期开始出现黄化性状。随着植株的生长发育,叶片颜色逐渐转变为绿色,其植株长势较弱,生育期滞后,且在生长后期出现早衰现象,但能正常开花结实,是非致死性黄化突变体。在结果期,与WT相比,MT的株高、茎粗、叶面积、SPAD值分别降低9.45%、3.03%、7.75%、6.44%。
  2、MT果实外观特性分析结果表明,从授粉当天到果实成熟,WT、MT的果实纵径和横径均呈现增大的趋势;与果实授粉当天相比,其果实成熟时的果形指数分别降低了33.70%、35.42%。
  3、MT不同时期光合色素含量测定结果表明,从子叶期到结果期,WT、MT的光合色素含量均呈现升高的趋势,但MT的光合色素含量显著低于WT。在结果期,与WT相比,MT的叶绿素和类胡萝卜素含量分别降低25.69%、21.26%。
  4、对MT叶绿体超微结构分析的结果表明,MT叶绿体结构发育异常,与WT存在显著差异。MT的叶绿体中基粒片层堆叠不规律,间距大,排列疏松,双层膜结构不清晰。而WT叶绿体中基粒片层有规律的紧密排列,结构发育正常,淀粉粒较多,膜结构清晰可见。
  5、MT成株期光合效率测定结果表明,与WT相比,MT的净光合速率无显著差异,但气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度均达到显著差异水平,分别提高了47.95%、31.87%、12.80%。
  6、MT抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量测定结果表明,从幼苗期到结果期,超氧化物歧化酶(SOD)活性出现先升高后下降的趋势,过氧化物酶(POD)活性出现升高的趋势,过氧化氢酶(CAT)活性则是一直下降的趋势,MDA出现升高的趋势。在结果期,MT的SOD、POD酶活性及MDA含量显著高于WT,而CAT酶活性与WT无显著差异。
  7、对MT遗传规律分析的结果表明,MT自交后代的表型能稳定遗传,表现为黄色,与WT配置的正反交F1代表现为绿色,其F2及BC群体经卡方检验后的分离比符合3∶1与1∶1,表明该叶色突变体是细胞核遗传,由隐性单基因控制,暂时命名为ypl。
  8、将BC1F2作为ypl基因的定位群体,以DHL92为甜瓜参考基因组,利用生物信息学分析及BSA混池测序将目标基因的候选区域初步确定于chr9(11.27Mb-14.83Mb)。在候选区域内,有注释的功能基因共206个,其中非同义突变的基因共20个,SNP位点所在的基因共30个。通过在候选区域附近开发InDel、SSR引物,筛选到31对多态性引物,经过F2代单株验证,获得了与基因连锁的上游标记。
[博士论文] 高磊
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:果肉硬度和果实有机酸含量是决定西瓜果肉质地和果实风味等感官品质的重要因素,是由多基因控制的复杂数量性状。传统的生理与遗传学研究方法对复杂性状的遗传本质和分子调控机制研究存在一定的局限性,进一步明确西瓜果肉硬度和果实有机酸积累的关键调控因子,可以为西瓜品质育种提供理论与技术支持。本文以野生西瓜PI271769为供体亲本,栽培种西瓜203Z为轮回亲本,分子标记结合成熟果实的表型鉴定,通过连续回交和自交创制了果肉硬度和果实酸味的近等基因系材料。通过对西瓜果实发育期的RNA样品进行比较转录组分析,BSA-Seq结合构建的分离群体对西瓜果肉硬度和酸味性状的主效基因进行精细定位研究,获得的主要结果如下:
  1.创制西瓜果肉硬度和酸味性状的近等基因系。通过连续7代回交和4代自交,创制了有关西瓜果肉硬度的近等基因系HWF和果实酸味的近等基因系SW。与轮回亲本203Z相比,HWF果实有较高的果肉硬度,SW果实有较高的有机酸含量,除目标性状有明显差异外,其它生物学性状基本一致。
  2.西瓜果肉不同发育时期细胞壁物质成分含量的测定与比较转录组分析。测定软果肉的203Z和硬果肉的HWF果实发育4个关键时期的果实中的细胞壁物质成分含量,发现原果胶、纤维素、半纤维素和共价结合果胶的含量变化与果肉硬度变化趋势一致,随着果肉硬度的增大而增加,而水溶性果胶和离子型果胶的含量伴随着果肉硬度下降而持续增加。比较转录组分析发现果胶酯酶、糖基转移酶、纤维素合成酶、多聚半乳糖醛酸酶和木葡聚糖内糖基转移酶基因在不同果肉硬度的材料中差异表达,可能通过对果肉细胞壁物质成分含量的影响来调节西瓜果肉硬度大小的变化。
  3.西瓜果肉硬度主效基因的精细定位。在全基因组水平上筛选与西瓜果肉硬度紧密连锁的分子标记,结合BSA-Seq对西瓜果肉硬度的主效基因进行初步定位,在此基础上,通过构建BC7F3分离群体和衍生的F2次级分离群体,将该基因定位在西瓜6号染色体12780793-17658672的物理区间内,包含166个候选基因,其中木葡聚糖内糖基转移酶基因Cla004119和乙烯响应元件Cla004120在不同果肉硬度的材料中基因表达量差异显著,可能是控制西瓜果肉硬度的关键基因。
  4.西瓜果实不同发育期可溶性糖和有机酸含量的测定及比较转录组分析。测定203Z和SW果实发育过程中可溶性糖和有机酸的含量,发现果实中可溶性糖的含量前者稍高于后者,差异不明显;而有机酸的含量前者低于后者,差异显著。比较转录组分析发现蔗糖合成酶、蔗糖磷酸化酶及不溶性酸转化酶基因对西瓜果实中可溶性糖的积累与代谢具有重要作用,NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)依赖的苹果酸脱氢酶和铝诱导的苹果酸转运酶基因调控果实中苹果酸的积累,而柠檬酸合成酶基因决定了果实中柠檬酸的含量。
  5.西瓜果实酸味性状主效基因的精细定位。在BSA-Seq对西瓜果实酸味初步定位的基础上,通过构建BC7F2分离群体和衍生的F2次级分离群体,最终将该基因定位在西瓜6号染色体318Kb(4529126-4855093)的物理区间内,含有28个候选基因,结合转录组数据分析,发现仅有Cla009218和Cla009226两个基因在不同果实酸味的材料中差异表达,可能对西瓜果实中有机酸的积累起决定作用。
[硕士论文] 张肖静
园艺 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melo L.)为葫芦科一年生草本植物,具有广泛的遗传多样性和表型多样性。我国是世界上最早栽培甜瓜的国家之一,也是甜瓜栽培面积最大、产量最高的国家。与目前市场上长蔓品种不同,短蔓甜瓜具有株型紧凑、无须整枝、通风透光的优点,适用于简易覆盖设施栽培和机械化采收,可以达到在各类栽培条件下提高种植密度、节省人力物力和轻简化栽培的目的,因此短蔓性状在育种中常被作为理想株型的关键性状,越来越受到育种家的关注。本研究以短蔓甜瓜M406和长蔓甜瓜M323为研究对象,明确了M406短蔓性状的遗传规律,并对其短蔓基因(short-internode,si)进行了精细定位和候选基因筛选,为阐明甜瓜短蔓性状形成的分子机理、解析短蔓基因的调控网络提供了坚实的基础,主要研究结果如下:
  1、甜瓜短蔓性状的遗传规律分析
  于定植45天后,测定M406、M323、F1和F2群体单株株高,数据分析结果表明,F2群体中长蔓和短蔓的分离比例符合3∶1(x2=0.8588<x20.05=3.84),说明短蔓性状由一对隐性基因控制,将其命名为short-internode(si)。
  2、甜瓜遗传图谱的构建与短蔓基因si的初步定位
  以双亲M323和M406对本课题组的1205个SSR引物进行多态性筛选,获得在双亲间具备多态性的SSR引物共411个,多态性比率34.11%。利用353个多态性引物对92个F2单株进行分析,构建遗传图谱。该图谱包含353个SSR标记和1个短蔓性状表型标记,12个连锁群,覆盖基因组长度为1565.49cM,连锁群长度在86.98cM-186.68cM,标记间的平均距离为4.42cM。通过对353个SSR分子标记基因型的x2检验,发现有34个分子标记在0.05水平上表现偏分离,占总标记位点的9.63%。在34个偏分离标记中,16个达到极显著水平,分别位于LGⅡ、LGⅢ、LGⅣ、LGⅤ、LGⅥ、LGⅦ连锁群上,占偏分离标记的47.06%。通过甜瓜短节间基因的连锁分析发现,si定位在第7染色体上,位于标记CmSSR17144和CmSSR17293之间,与si基因的遗传距离分别为21.7cM和5.21cM。
  3、甜瓜短蔓基因si的精细定位
  在初步定位的基础上,对候选区段选用了65对SSR引物进一步利用BSA筛选新的差异引物;此外,本研究对亲本M323和M406进行了基因组重测序,根据测序和序列比对结果,开发了14对Indel引物,最终获得了差异显著且条带清晰的4对SSR标记和7对Indel标记。在扩大作图群体的基础上,进一步将si基因定位在Indel14和Indel3之间,遗传距离分别为1.4cM和0.3cM。在此候选区段根据两个亲本间的SNP差异,开发了4对dCAPS标记,最终将si基因定位在标记dCAPS1和dCAPS4之间,物理距离为110kb。经甜瓜基因组注释,发现其12个ORF,根据两个亲本重测序的比对结果显示,在候选区段共有2个SNP,其中一个位于基因间隔区,另一个位于MELO3C016916的外显子上。本研究根据该SNP位点设计的dCAPS2标记,对重组单株的基因型分析结果显示dCAPS2与si基因表现为共分离,说明该基因为控制短蔓性状的候选基因。经BLAST比对显示该基因编码LRR receptor-like serine/threonine-protein kinase ERECTA isoform X1,即ERECTA基因。
[硕士论文] 姬万丽
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:西瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌西瓜专化型引起的一种世界性土传真菌病害。近年来由于西瓜重茬种植面积的不断扩增,导致西瓜连作障碍普遍发生,枯萎病已经成为限制西瓜生产的主要因素之一。田间观察发现四倍体(4x)西瓜较其二倍体(2x)抗枯萎病。为了揭示四倍体西瓜抗枯萎病的优势机理,本试验以同基因型的郑州3号2x和4x西瓜幼苗为材料,通过苗期接种鉴定,比较2x和4x西瓜幼苗的病菌侵染过程差异、与抗病有关代谢物的含量变化、DNA甲基化变化及基因表达差异,通过不同层面关联分析,揭示4x西瓜抗枯萎病的优势机理,为西瓜多倍体育种和抗病育种提供可靠的理论依据。本实验的主要研究成果如下:
  在西瓜幼苗—叶—心时期接种枯萎病生理小种1后,与枯萎病抗性鉴定对照品种surgarlee相比,虽然郑州3号2x和4x均感病,但是4x比2x延迟3d感病,明显延缓了枯萎病的发病时间,4x相对同源2x抗枯萎病。
  用带绿色荧光蛋白标记(GFP)的枯萎病菌生理小种1侵染郑州3号西瓜2x及其同源4x幼苗,并通过激光共聚焦显微镜观察病菌的侵染过程,结果显示:病原菌主要是从断根伤口、主根侧根间的自然缝隙、根毛等部位侵染植物根系,并在其中迅速扩散;在4x西瓜幼苗中的枯萎病菌定殖率比同源2x低,在接种后4d和7d的幼苗根部差异显著,在叶柄部差异极显著。4x幼苗明显延缓了枯萎病菌的侵染时间。
  接种枯萎病菌后分别对不同时期西瓜根系丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、总酚和类黄酮的含量进行测定,结果显示4x根系POD、PAL、总酚及类黄酮的含量整体高于其同源2x,MDA含量比2x低。枯萎病菌侵染后,4x比2x西瓜幼苗根系细胞膜损伤程度小,抗病有关酶及次生代谢物质的含量增加,更有利于抵抗枯萎病菌的侵染。
  未接种枯萎病菌前不同倍性西瓜幼苗间DNA甲基化水平差异不大。但枯萎病菌侵染后,根系总甲基化水平和全甲基化水平都随之降低,去甲基化和过甲基化模式增加,不同倍性西瓜相比,2x比4x有更多的位点发生了去甲基化和过甲基化变化,4x总甲基化率高于2x。
  接种枯萎病菌后4x西瓜幼苗根系MYB、MPK7、PAL、Chitinase等抗病基因的最大表达量分别是2x同时期的80倍、3倍、6倍、10倍。4x西瓜幼苗中这些基因的上调表达,在基因表达水平上说明了4x西瓜的抗枯萎病优势。
[硕士论文] 高芳
农业硕士 广西大学 2018(学位年度)
摘要:通常认为土壤中有效硅的含量低于100mg/Kg时,植物就会表现为缺硅现象。为解决生产上植物硅素营养归还及由于肥水管理不当而导致厚皮甜瓜品质低劣的问题,而硅是植物生长的必须营养元素,具有重要的生理生化作用。因此,本课题重点采集广西壮族自治区14个地级市蔬菜产区具有代表性的土壤,调查了土壤中有效硅含量丰缺情况。利用厚皮甜瓜栽培品种“好运11号”为试材,通过在栽培基质中分别施用5Kg/667m2、20Kg/667m2、35Kg/667m2、50Kg/667m2、65Kg/667m2、80Kg/667m2的硅肥,以未施硅肥的厚皮甜瓜为参照,研究了不同用量硅肥对厚皮甜瓜光合生理特性和果实品质的影响,探索了不同用量硅肥对厚皮甜瓜植株其他矿质元素吸收和利用及厚皮甜瓜栽培基质中其他矿质元素的影响。主要研究结果如下:
  从160份蔬菜土样的调查结果显示:平均有效硅含量为100.25mg/kg,整体含量变化范围为16.07~343.57mg/kg。其中属于极缺硅土壤有21份(<50mg/kg),缺硅土壤有82份(50~100mg/kg),富硅土壤(>100mg/kg)有57份,综上表明调查的主要蔬菜产区土壤具有明显的缺硅现象。在栽培基质中增施一定量的硅肥(<65Kg/667m2)能有效增加厚皮甜瓜的产量,且会随着增施含量提高产量也随之增加;但增施硅肥含量过高(>65Kg/667m2)时,厚皮甜瓜的产量又开始出现下降趋势。硅肥用量在65Kg/667m2时可以显著提高甜瓜果实品质性状的改善,而当硅肥用量低于65Kg/667m2或高于65Kg/667m2时,厚皮甜瓜果实中营养品质指标含量均有一定程度下降的变化趋势。说明过高或过低硅肥用量均不利于甜瓜营养品质的形成。则说明适当增施硅肥(65Kg/667m2)可增加产量、提高品质,增施硅肥过多(>80Kg/667m2),其产量和品质反而有所下降。在65Kg/667m2硅肥处理时,厚皮甜瓜叶片的净光合速率和蒸腾速率与对照相比显著增加,显然,有效提高了植株的光合能力和根系的吸水能力。在65Kg/667m2硅肥处理时栽培基质中有效氮、磷、钾、钙、硅的含量均显著低于对照,而厚皮甜瓜不同器官中的氮、磷、钾、钙、硅的含量均显著高于对照,表明有效促进了栽培基质中有效氮、磷、钾、钙、硅的吸收与利用,并使厚皮甜瓜不同器官中的矿质元素含量得到有效提高。综上说明适宜的硅肥用量(65Kg/667m2)对厚皮甜瓜光合生理特性和果实品质发挥着重要的作用。
[博士论文] 纳瓦泽
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜是重要园艺作物之一,其生长发育易受环境因素的影响。研究表明氮亏缺和重金属钒的存在均会对西瓜生长产生抑制。嫁接作为一种重要的农艺措施能有效提高植物生物和非生物胁迫抗性。褪黑素作为一种抗氧化剂和信号分子也被证实能增强植物的抗逆性。结合以上背景,本试验研究了嫁接和褪黑素对提高西瓜氮素利用效率和钒胁迫耐受性的作用机制,主要研究结果如下:
  1.研究了南瓜砧木嫁接对西瓜氮素利用效率的影响。以西瓜品种“早佳8424”[Citrullus lanatus(Thunb.)Matsum.and Nakai.]为接穗,南瓜砧木“青研一号”(Cucurbita maxima×C.moschata)为砧木进行嫁接,利用西瓜自嫁苗为对照,研究了不同嫁接组合在水培条件下两种氮浓度(9mM和0.2mM)下的氮素利用效率的差异。结果表明,在低氮(0.2mM)处理下,嫁接苗提高了西瓜接穗的氮素利用效率,促进了西瓜对N、P、K、Ca、Mg、B、Mn等元素的吸收。相对自嫁苗,嫁接苗的硝酸还原酶基因(Cla002787,Cla002791和Cla023145)和亚硝酸还原酶基因(Cla013062)的相对表达量均显著增加,有效提高了氮素同化速率。此外,嫁接苗相对叶绿素含量(SPAD)、叶片玉米素核苷(ZR)和异戊烯基腺苷(iPA)含量均显著高于自嫁苗。
  2.利用转录组分析了低氮处理下西瓜叶片和根系的全基因组表达情况。西瓜植株分别在0.2mM、4.5mM、9mM氮素水平下生长14天,之后对其进行生长参数和转录组分析。结果表明,低氮处理的干重和光合能力比高氮分别降低了29%和74%。低氮条件下,最大光化学量子效率(Fv/Fm)由高氮的0.78降低到0.71,叶、茎、根中的氮含量分别降低了41%、51%和27%。转录组分析表明,与高氮(9mM)处理相比,低氮处理诱导叶片中9598个基因差异表达,其中4533个基因(47.22%)表达上调,5065个基因(52.78%)下调;诱导根中3956个基因差异表达,其中1605个基因(40.57%)表达上调,2351个基因(59.43%)下调。低亲和铵转运蛋白和高亲和硝酸盐转运蛋白、氮同化、叶绿素合成、光合作用相关基因受氮水平调控,根系和叶片中硝酸盐转运蛋白基因(Cla010066,Cla009721,Cla012765)受低氮诱导。此外,钾转运体基因(Cla014680)仅在叶中受低浓度硝酸盐诱导。同时存在大量转录因子(1365个)参与了对低氮的响应。主要的转录因子家族包括AP2-EREBP、MYB、bHLH,C2H2和NAC。
  3.研究了不同浓度褪黑素对西瓜根系发育和氮素吸收的影响。在9mM和0.2mM的氮处理下,比较不同浓度褪黑素(0μM,0.1μM,1μM,2.5μM,5μM和10μM)对西瓜幼苗根系生长、根系形态及氮素吸收的影响。结果表明,褪黑素预处理显著降低了主根长度,但总根长、根表面积、根体积、平均根直径、根叉数均相对未处理前增加。在9mM氮素生长条件,5μM以下的褪黑素预处理对氮吸收没有显著影响,而10μM褪黑素可以一定程度的减少氮含量。值得注意的是,在0.2mM氮浓度下,褪黑素预处理显著提高了西瓜叶片和根系中氮含量。
  4.研究了西瓜幼苗对钒胁迫的响应,以及褪黑素提高西瓜钒胁迫耐受性的潜力。结果表明,褪黑素预处理降低了叶片和茎中钒含量,主要通过减少钒从根到茎的转运。褪黑素预处理增强了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低了过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量,该过程主要是通过上调褪黑素的生物合成及抗氧化酶相关基因的表达。结合上述两点,褪黑素处理材料叶片和茎中降低的钒浓度与增强的抗氧化能力提高了其在钒胁迫下的相对叶绿素含量(SPAD指数)和光合速率等指标。
  5.研究了葫芦和南瓜砧木嫁接提高西瓜接穗对钒胁迫耐受性的生理机制。采用葫芦嫁接苗和南瓜嫁接苗为材料,以西瓜自嫁苗作为对照,研究了上述几种嫁接组合在水培条件下对50mg L-1钒处理的响应。结果表明,钒处理显著抑制了各嫁接组合的生长,而采用葫芦和南瓜砧木嫁接能有效缓解钒胁迫对植物的伤害。该过程主要通过降低叶片钒浓度,提高叶绿素相对含量(SPAD指数)、光合作用能力,上调超氧化物歧化酶(Cla008698,Cla0012125,Cla009820和Cla001158)、谷胱甘肽S-转移酶(Cla013224)和谷胱甘肽过氧化物酶(Cla021039)等基因在西瓜叶中的表达而实现。
[硕士论文] 刘昌
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melo L.)为葫芦科一年生蔓生草本植物,是一种营养丰富的水果和重要的园艺作物,也是研究果实成熟的理想材料。在植物细胞壁中,扩展蛋白(Expansins)是其重要组成部分之一,通过催化初生壁纤维素与半纤维素之间的非共价键断裂,促使细胞壁组分位移和细胞壁伸展,导致细胞吸水膨大,并且参与pH梯度依赖的细胞壁软化。本研究对扩展蛋白基因在甜瓜果实发育过程中的生物学功能进行初步分析,为甜瓜品质改良提供理论基础,具有重要的科学意义。
  本研究利用生物信息学方法鉴定甜瓜基因组中35个扩展蛋白基因家族成员。根据MELONMICS数据库中的物理位置信息对扩展蛋白基因家族染色体位置进行分析,结果显示,除了5号染色体上没有该家族基因分布外,该家族基因在各染色体上的分布不均。绘制了甜瓜扩展蛋白基因的外显子-内含子结构图,分析结果表明,除登录号为MELO3C015695T2的基因外,其它家族成员均含有1~4个内含子;对甜瓜、黄瓜和拟南芥的扩展蛋白序列构建系统发育树,可将35个甜瓜扩展蛋白分为四个进化分支:EXPA,EXPB,EXLA,EXLB。
  通过RT-PCR克隆得到CmEXPA8、CmEXPA12基因的cDNA序列,表达分析表明,CmEXPA8基因在果实发育过程中表达量上调,而CmEXPA12基因随果实成熟度增加表达量降低。构建了这两个基因的超表达载体pPZP-EA8和pPZP-EA12及CRISPR/Cas9基因组编辑载体pCRI-EA8和pCRI-EA12,利用瞬时表达技术侵染甜瓜果实,观察发现注射携带CmEXPA8基因CRISPER/Cas9载体的农杆菌菌液的部位呈现保持绿色的表型;而注射携带CmEXPA12基因超表达载体与CRISPR/Cas9基因组编辑载体的农杆菌菌液的部位均未出现明显表型变化。采用子房注射法,将上述载体分别导入甜瓜获得T1代转化种子,PCR检测结果表明,转pPZP-EA8、pCRI-EA8、pPZP-EA12和pCRI-EA12载体的阳性率分别为13.3%,16.7%,15%和23.3%。pPZP-EA8与pCRI-EA8转化得到的T1代甜瓜果实分别呈现提前成熟和推迟成熟的表型,表明CmEXPA8基因在果实成熟过程中具有促进作用,而pCRI-EA12转化得到的T1代甜瓜果实与同时期授粉的野生型果实相比出现果体变小的表型,表明CmEXPA12基因促进甜瓜果实生长期的膨大生长。
[硕士论文] 赵薇
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis meloL.)为一年生匍匐或攀援草本植物,是重要的园艺经济作物,在世界上广泛栽培,它具有独特的生物特性和重要的经济价值。甜瓜是除了番茄之外另一种可选择且非常重要的研究肉质型果实发育的模式植物,乙烯在其果实发育成熟中存在着明显的变化。ACC合成酶(1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶,ACS)是乙烯生物合成过程中催化S-腺苷甲硫氨酸(SAM)合成1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)的关键限速酶。
  以甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis meloL.cv.Hetao)为实验材料,应用生物信息学的方法从其基因组数据库中鉴定筛选出ACS基因家族的全部成员,共鉴定得到11个甜瓜ACS基因。内含子-外显子结构和系统发生与进化关系分析结果表明,甜瓜ACS基因中,CmACS1和CmACS2属于Ⅰ型,CmACS7、CmACS10、CmACS11和CmACS12属于Ⅱ型,CmACS3和CmACS5属于Ⅲ型。启动子预测结果显示,甜瓜ACS基因启动子序列中,主要含有参与防御和胁迫响应的顺式作用元件和参与响应各种激素的顺式调控元件。
  半定量和实时荧光定量检测结果表明,甜瓜ACS基因表达具有组织特异性,CmACS1和CmACS11在果实跃变期表达量升高,CmACS10和CmACS12在叶中表达量较高,CmACS7和CmACS11在子房中表达量均相对较高。
  应用RT-PCR法克隆了CmACS7和CmACS11基因全长cDNA,并分别构建CmACS7、CmACS11和实验室已克隆基因CmACS1的超表达载体和CRISPR/Cas9基因编辑载体。应用子房注射法转化甜瓜,PCR检测显示转化效率为12.5%-57%。通过测序分析,编辑载体pCRI-CmACS1、pCRI-CmACS7转化的阳性植株没有发生基因编辑,pCRI-CmACS11、pCRI-CmACS1/11和pCRI-CmACS7/11转化的阳性植株共有11株发生了基因编辑。
[硕士论文] 许彦宾
园艺学 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(2n=2X=24)是世界十大水果之一,在我国种植面积广泛。早在《神农本草经》中就有记载“甜瓜蒂为上品药材”,其栽培历史距今已有千余年。世界甜瓜的起源地分布较广,遗传多样性较丰富,但由于不同种质类型之间并无杂交障碍,加之长期的人工驯化和定向选择,使甜瓜育种材料的变异日趋单一,其育种工作进展较为缓慢。为了有效地利用甜瓜种质资源,突破甜瓜育种的资源瓶颈,需持续而深入地对各种甜瓜种质资源进行广泛收集和研究。本课题组一直以来致力于甜瓜种质资源的收集和利用,现已收集包括厚皮、薄皮和野生甜瓜在内的近千份种质资源,但不同类型的种质之间的遗传关系并不完全明确。本研究从现有种质资源中选取了具有代表性的191份种质,包括62厚皮种质,89薄皮种质和40份野生种质,对其多个形态学性状进行了多年统计,并结合SSR标记对这3类种质进行多样性和遗传关系评价,其结果如下:
  1.形态学性状的遗传多样性研究表明,所有种质的香农多样性指数的变幅为0.34~2.47,其平均值为1.38。13个质量性状多样性指数的变幅是0.34~2.47,平均值为1.18,5个数量性状多样性指数变化范围是1.53-2.07,平均值为1.90,数量性状的多样性指数普遍高于质量性状,说明甜瓜种质数量性状多样性更加丰富。
  薄皮甜瓜平均多样性指数为1.31,果面底色、瓜瓤颜色、瓜瓤水分、果实肉质4个性状变异明显;厚皮甜瓜多样性指数中平均为1.38,果实形状、果面网纹、网纹分布、网纹密度、网纹粗度、果肉香味6个性状变异明显;野生甜瓜多样性指数平均为1.39,覆纹颜色和覆纹形状两个性状变异明显。三类甜瓜种质的平均多样性指数差异不大。
  2.主成分分析表明,18个形态性状可综合成5个主成分,其累计贡献率达82.297%,说明这5个主成分可以代表整个甜瓜群体的大部分表型信息。第一主成分与果面网纹、网纹分布、网纹密度、网纹粗度相关,第二主成分与覆纹颜色和覆纹形状相关,第三主成分与中果实形状和瓜瓤颜色相关,第四主成分与中果肉肉色和果肉香味相关,第五主成分与果面底色和果实肉厚在相关。
  3.形态学性状聚类分析把所有甜瓜种质可分为七大组群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ),不同组群的甜瓜种质的形态性状具有一定的差异。组群Ⅰ共有3份种质,全为厚皮种质,该类群中果实长度较大可达100cm,果形为棒性,果面白色,果肉肉质较硬含糖量低。组群Ⅱ共有6份种质,该类群中有明显的网纹分布,果肉肉色为橙色或橙红。组群Ⅲ共有7份种质,包括5份厚皮、1份薄皮和1份野生,白色果肉,白色瓜瓤,无香味,肉质硬。组群Ⅳ共有30份种质,包括24份厚皮种质和6份薄皮种质,该组有明显的网纹分布,有绿色覆纹,果肉肉厚较大,平均为3.12cm。组群Ⅴ共有9份种质,包括4份厚皮种质、3份薄皮种质和2份野生种质该类群果实形状为棒形,绿色或黄色果面,无网纹和覆纹。组群Ⅵ共有61份种质,包括30份薄皮种质和31野生种质,要性状为无网纹分布,覆纹颜色较重,果实单重较小,平均为0.252kg。群组Ⅶ有76份材料,包括56份薄皮种质、24份厚皮种质和两份野生种质,主要性状为多数无网纹,果面底色较浅,多数为白色。
  4.36个SSR标记在所有种质中检测到314个多态性位点,平均每个标记8.72个,平均有效等位基因数(Ne)3.99;各位点的Shannon指数(香农信息指数1)的变化范围是0.95~2.22,平均值为1.58;平均期望杂合度(He)0.74,幅度在0.48和0.87之间。1指数和He值两者的变化趋势基本一致。多态性信息含量(PIC)范围为0.45~0.86,平均值为0.69。
  薄皮种质的等位基因总数(Na)为256个,平均7.11个,Ⅰ值变幅0.51~2.00,平均1.29,PIC值变幅为0.23-0.81,平均值0.57。厚皮种质的等位基因总数(Na)为226个,平均6.28个,Ⅰ值变幅0.45~1.84,平均1.30,PIC值变幅为0.22-0.79,平均值0.60。野生种质的等位基因总数(Na)为250个,平均7.14个,Ⅰ值变幅0.64~2.47,平均1.55,PIC值变幅为0.26-0.88,平均值0.69。薄皮、厚皮和野生种质的特异性分子标记数分别为9、8和10;薄皮、厚皮和野生种质的特异性位点计数分别为13、11、14。
  比较分析表明,三种类型种质中,野生种质的平均Ⅰ值和PIC值最高,Na与薄皮种质相当,但明显高于厚皮种质,说明野生种质多样性更为丰富,包含更多的稀有基因。
  5.基于分子标记的聚类分析表明,所有种质分为4类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),M344和M343单独聚为一类,均为薄皮皮种质;第Ⅱ类群共49份材料,包含15份薄皮材料,33份野生材料和1份厚皮材料;第Ⅲ类有52份材料,其中薄皮种质2份,厚皮材料49份,野生1份;第Ⅳ类群共88份种质,包含薄皮种质70份,厚皮种质12份;野生种质6份。分子标记聚类结果与种质类型基本一致,但与表型聚类差异较大,可能由于不同种质之间的基因交流所致。
  群体结构分析表明,P1群体中59份材料中1份来自Ⅱ组,47份来自Ⅲ组,11份来自Ⅳ组;P2群体65份材料中2份材料来自Ⅰ组,48份材料来自Ⅱ组,4份材料来自Ⅲ组,11份材料来自Ⅳ组;P3群体67份材料中1份来自Ⅲ组,66份来自Ⅳ组。
  6.不同种质的遗传距离和分化系数计算结果表明,薄皮种质和厚皮种质间的Fst最大,为0.102,遗传距离GD达0.380,说明二者之间存在中等程度的遗传分化;薄皮和野生种质间次之,Fst为0.100;厚皮和野生种质分化最小,Fst为0.083。此结果说明,甜瓜种质间的遗传分化主要表现为亚种间的分化,即薄皮类型和厚皮类型间的分化。
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