摘要
小麦（Triticum aestivum L.）是世界上重要的三大粮食作物之一，为人类提供主要的粮食来源。随着人口数量的增加和可耕地面积的减少，增加小麦等作物的产量能够有效的缓解这一矛盾。小麦杂种优势利用可大幅度提高小麦产量，其中小麦核质互作雄性不育是实现小麦杂种优势利用的重要途径之一。然而，在不同山羊草细胞质背景下，小麦核质互作雄性不育系及杂交种籽粒具有不同程度的皱缩现象。揭示小麦核质互作雄性不育系及杂交种籽粒皱缩的机理，有助于解决核质互作雄性不育系在生产上的应用的限制。本研究以不同细胞质类型的同核异质、同质异核不育系及其相应的保持系为材料，以不育系种子异常发育引起皱缩的籽粒胚乳发育为切入点，对皱缩籽粒的表型、干物质积累、淀粉特性以及籽粒发育后期α-淀粉酶活性的变化趋势进行了系统的研究，同源克隆了调控胚乳淀粉合成的Ta-FLO16B基因，并通过相应的分子生物学手段来探索Ta-FLO16B与不育系雄性不育系过程中淀粉合成以及种子皱缩的关系，旨在为进一步揭示异源细胞质小麦核质互作雄性不育系籽粒皱缩的分子机理奠定基础。获得的主要结果如下： 1.通过体视显微镜观察籽粒发育过程中的外观、横切与纵切，结果表明，与保持系相比，异源细胞质小麦雄性不育系的皱缩籽粒在发育初期出现轻微皱缩现象且胚乳中淀粉排列疏松、内容物不饱满，到成熟时期籽粒失水后出现明显的皱缩现象，对籽粒干物质积累和千粒重进行测定结果显示，皱缩籽粒的干物质积累在发育后期出现明显下降趋势，其千粒重低于亲本；同核异质不育系及异质同核不育系种子的皱缩程度、干物质含量及千粒重均表现明显差异，P型细胞质背景下种子皱缩程度较轻，尤其是不育系（P）1236。 2.对异源细胞质小麦雄性不育系及其保持系籽粒的淀粉特性的研究表明，皱缩籽粒总淀粉含量低于保持系正常籽粒，其淀粉粒外形大多为透镜状体，扁平且粗糙，表面存在微孔或者凹槽；皱缩籽粒的淀粉粒数目无明显差异，但在体积上与保持系存在明显差异。 3.测定籽粒胚乳发育时期α-淀粉酶的活性，发现保持系材料α-淀粉酶活性最高出现在开花后22d左右，且只有一个最高峰，而皱缩籽粒的α－淀粉酶活性出现了两次增强现象（花后22d和32d）或只有一个最高峰（32d），说明皱缩籽粒在成熟时期α－淀粉酶活性增强，使得部分淀粉被降解，导致籽粒在后期失水时出现皱缩现象。 4.根据水稻基因序列在小麦中同源克隆了调控胚乳淀粉合成的FLO16基因，该基因开放阅读框1,065bp，编码333aa，预测分子量为35.48549KDa，等电点pI为5.75，具有PLN00135的保守结构域结构域；系统进化关系表明，Ta-FLO16B蛋白与圆锥小麦（T.turgidum）、二粒小麦（T.dicoccoides）、节节麦（Ae.tauschii）同源性最高；定量表达分析表明，Ta-FLO16B基因主要在籽粒表达，在同核异质、同质异核不育系中表达量存在明显差异；亚细胞定位发现该基因编码一个胞质蛋白。
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