角果壳降低甘蓝型油菜收获前种子萌发的生理机制

【作者】 陈天花； 刘念； 闫贵欣； 蔡光勤； 朱宗河； 余燕； 伍晓明； 周可金； 张付贵；

【机构】 安徽农业大学； 中国农业科学院油料作物研究所农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室；

【摘要】 【研究背景】长江流域是我国冬油菜的主要种植区,收获季节经常遇到阴雨和潮湿的气候,易发生成熟种子在收获前萌发(Pre-Harvest Sprouting, PHS)的现象,导致油菜籽的产量和品质受到严重的影响。PHS是一种可遗传的特性,受多种因素共同调控,筛选油菜PHS的优异种质资源,解析其抗性机制,对于降低油菜收获期的损失具有重要的意义。【材料与方法】本研究以750份全球甘蓝型油菜种质资源为材料,开展角果发芽试验进行PHS抗性鉴定,分析油菜PHS抗性与角果结构之间的关系,并对筛选到的PHS抗性和敏感材料开展系统的生理生化分析,旨在揭示油菜PHS抗性形成的机制。【结果与分析】对750份种质资源PHS抗性鉴定结果显示,群体内PHS抗性变异丰富,发芽率变异范围0～99.91%,筛选到抗性材料(发芽率<5%)28份。比较两年稳定抗性和敏感材料的角果壳、种子的吸胀动态,发现材料之间的种子吸胀速率和萌发速度没有显著差异,而PHS抗性材料的角果壳吸水速率较敏感材料慢。生理生化研究结果表明,不同发育时期抗性品种角果壳比敏感品种厚、单位细胞厚度也更大,PHS抗性材料的纤维素和木质素含量显著高于PHS敏感材料,说明角果壳细胞厚度和化学组分差异,会通过影响角果壳的透水性,形成PHS抗性差异。系统分析材料花后50天角果壳中的代谢物差异,发现与敏感材料相比,抗性材料分别有113个和67个差异代谢物显著上调和下调积累,差异代谢物显著富集在苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成以及苯丙烷生物合成几条通路中。【结论】本研究从750份甘蓝型油菜种质资源中筛选到28份PHS抗性材料,明确了角果壳可在一定程度上保护成熟角果中种子吸水发芽,增加油菜PHS抗性,初步探究了油菜角果壳的厚度、纤维素与木质素结合形成的防水渗透的疏水屏障是PHS抗性形成的关键生理基础。相关结果为培育PHS抗性品种提供了重要的基因资源,也为降低油菜收获损失的提供了有效的依据。更多还原