AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

四季花金花茶(Camellia perpetua)为山茶属中唯一几乎全年开花的珍稀濒危植物.为探究其花芽分化进程及不同花发育时期和年生长周期叶片内源激素变化,该研究通过石蜡切片,观察四季花金花茶花芽分化进程,采用酶联免疫吸附法测定不同花发育时期叶片及年生长周期内有花芽和无花芽叶片的脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)和玉米素核苷(ZR)含量的变化规律.结果表明:(1)四季花金花茶花芽分化顺序由外向内进行,分为6个时期,共历时35 d,从花芽分化至开花约2个月.(2)花芽形态分化期叶片ABA、GA3的含量及GA3/ABA、(IAA+GA3)/ZR的比值较高,IAA、ZR的含量及IAA/ABA、ZR/ABA的比值较低.(3)年生长周期内有花芽叶片ABA、IAA、ZR的含量整体上高于无花芽叶片;IAA/ZR及(IAA+GA3)/ZR的比值整体上低于无花芽叶片.综上表明,四季花金花茶花芽分化至开花时间较短;高水平的ABA、GA3及低水平的IAA、ZR有利于花芽分化;较高水平的ABA、IAA及ZR有利于花芽发育.该研究为该物种持续开花机理的阐明提供了参考依据.

为明确楸树(Catalpa bungei)远缘杂交种花器官性状的表型变异程度和变异规律,以12株楸树远缘杂交种为材料,采用方差分析、相关分析、聚类分析等统计分析方法,对楸树远缘杂交种的花期物候特征、花序性状、花朵性状和花色性状指标进行研究.结果表明:楸树远缘杂交种的花期物候特征差异明显,楸梓杂交种为假三叉分枝,花芽分化能力强,嫁接当年持续多轮开花,花期长达100 d以上,表现出母本性状.楸梓杂交种的花器官特征差异显著,花序轴共7～9轮侧枝,主轴为无限花序,侧枝为二歧聚伞花序,从底层到顶层过度为聚伞花序,处于楸树有限花序到梓树无限花序的过渡性状.花总长度、花筒直径、花筒长度、花冠宽度、花梗长度、雌蕊长度、花药长度、雄蕊长度、不育雄蕊长度的变幅分别为35.42～50.36,10.84～16.13,16.57～24.68,31.58～44.87,9.07～31.99,19.44～27.52,4.85～5.89,13.93～21.10,3.66～6.79 mm,变异系数为10.88%～31.02%,多样性指数(H')为1.36～1.93,并以9个性状指标将12株杂交种聚为大花型、中花型、小花型3类.楸树杂交种间花色差异显著,以L*、a*、b*值将12株杂交种的唇瓣花斑颜色聚为3类,分别是粉紫色型、紫红色型和紫色型.

观察小叶丁香花芽分化过程,明确花芽外部形态与内部解剖结构的对应关系,解析内源激素的动态变化,为小叶丁香开花调控和栽培管理提供科学依据.本研究以小叶丁香花芽为试验材料,外部形态观察和石蜡切片技术观测花芽分化过程及开花特性,酶联免疫法(ELISA)测定内源激素含量.解剖结构观察发现,小叶丁香春季开花的花芽分化始于5月下旬,至10月上旬结束,过程分为未分化期、总苞原基分化期、花序原基和小花原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期7个时期,分化各时期存在重叠现象;吲哚乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)、玉米素核苷(ZR)含量波动较大,分别呈现"降低-升高-降低"、"升高-降低-升高-降低"、"升高-降低"的变化趋势,赤霉素(GA3)含量维持在低水平且变化幅度不大;ABA/GA3峰值出现在总苞原基、萼片原基及花瓣原基分化期;IAA/GA3峰值出现在未分化期、花序原基和小花原基分化期、花瓣原基分化期;ABA/IAA在萼片原基分化期最高;ZR/GA3与ZR/IAA峰值出现在萼片原基与花瓣原基分化期;小叶丁香花芽分化各时期内部解剖结构与外部形态密切相关,高水平IAA、ABA、ABA/GA3和IAA/GA3有利于小叶丁香花芽分化的启动及早期花器官原基的分化,萼片原基与花瓣原基分化需要ZR、IAA、ABA的积累;花芽分化的起始、萼片原基与花瓣原基分化可能是小叶丁香花芽分化的关键时期,期间内源激素含量及激素间平衡均发挥重要的作用.

为了解穗花牡荆花芽分化特性,为花期调控技术和栽培管理提供理论依据,以穗花牡荆为研究材料,采用物候期观察和石蜡切片方法,对花芽分化过程中形态发育变化及相关生理指标进行了测定,研究花发育过程中的形态和生理变化.结果表明,(1)穗花牡荆花芽分化为当年多次分化型,其进程可划分为七个时期:未分化期、总轴花序原基分化期、初级分轴花序原基分化期、次级分轴花序原基分化期、小花原基分化期、花器官分化前期和花器官分化后期.同一植株不同位置的花芽及同一花序中不同单花的分化进程不同,第一季花期后各阶段的花芽分化形态常存在重叠;(2)叶片和花芽中可溶性糖和可溶性蛋白质含量在花芽分化过程中均有上升下降的变化,总体上叶片中营养物质含量高于花芽来保证营养供应;(3)花芽分化过程中,IAA、ABA、CTK和GA3整体水平上先升后降有利于花芽分化进行.研究认为,花芽中大量的可溶性糖和蛋白质积累及较高的碳氮比,有利于穗花牡荆花芽形态分化顺利完成.低水平的GA3/ABA和IAA/CTK有利于花序的形成,ABA/CTK和ABA/IAA升高促进小花原基和小花萼片原基的分化,GA3/CTK、GA3/ABA和GA3/IAA升高促进花瓣原基、雄雌蕊原基发育.

以云南省瑞丽市勐秀林场扦插种植的薇甘菊为试材,采用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术对花芽未分化期和花序原基分化期花芽中的生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、反式玉米素(tZ)、异戊烯腺嘌呤(IP)、1-氨基环丙烷羧酸(ACC)、茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)含量进行定量分析,同时基于转录组基因功能注释数据对内源激素合成、代谢及信号转导途径相关基因进行表达分析,以探讨不同内源激素对薇甘菊花芽形成的调控作用,以及内源激素合成和信号转导途径相关基因调控薇甘菊花芽分化的机制,为后期通过外源激素调控薇甘菊内源激素水平的方式来控制薇甘菊的有性繁殖提供理论和技术支持.结果表明:(1)薇甘菊未分化期花芽中GA、GA19、GA20、GA24、IAA、ABA和ETH含量低于花序原基分化期,而未分化期花芽中两种细胞分裂素tZ和IP含量显著高于花序原基分化期.(2)基于RNA-seq测序结果,在薇甘菊两个花芽分化时期共获得7 116个差异表达基因(DEGs),其中上调3 907个,下调3 209个.(3)在内源激素合成方面,参与GA15、GA19、GA20、GA24、IAA、ABA和ACC合成的大量DEGs在花序原基分化期上调表达,这与它们在薇甘菊花序原基分化期的高含量趋势相一致;参与IAA合成的Y UCCA基因家族和ACC合成的ACS基因在花序原基分化期的高表达也可能参与促进薇甘菊花芽分化.(4)在植物激素转导途径中,在花序原基分化期,生长素信号转导途径通过AUX/IAA(gene-E3N88_07743)的下调表达和ARF(gene-E3N88_41119)的上调表达,乙烯信号转导途径通过ERF(gene-E3N88_41547)的上调表达,赤霉素信号转导途径通过GID1(gene-E3N88_19448)基因的上调表达,细胞分裂素信号转导途径通过B-ARR(gene-E3N88_28086)和A-RRR(gene-E3N88_40764)基因的下调表达,脱落酸途径通过AREB(gene-E3N88_18558)基因的上调表达,茉莉酸信号转导途径通过J AZ(gene-E3N88_05628)的上调表达和MYC2(gene-E3N88_32405)的下调表达来调控薇甘菊花芽分化.研究发现,高水平的GA15、GA19、GA20、GA42、IAA、ABA和ACC有利于薇甘菊的花芽分化;薇甘菊在花芽分化过程中通过改变不同种类内源激素合成、代谢基因的表达来调控激素浓度,而激素又通过信号转导途径引起下游基因的表达,进而调控薇甘菊的花芽分化.

赤霉素作为5大植物激素之一,在果树的花芽分化、花序发育、开花坐果、果实的生长发育及植株的形态建成等方面扮演着重要的角色,但对果树赤霉素的分子生物学研究与其他大田作物相比差距较大.为了在果树生产中能更加合理有效地利用赤霉素调控果树花果发育,研究果树赤霉素的合成及其信号转导途径的分子调控机制十分必要.研究发现GA合成的关键酶KO、GA2ox及GA20ox的表达均与果树矮化呈负相关,而KS的含量则与植株高矮呈正相关,板栗雄性不育现象也与KO、KAO的表达量密切相关.GAMYB基因及LFY基因则在果树的成花诱导和雄蕊发育等生殖生长过程中发挥重要作用.DELLA蛋白在果树的GA信号途径中作为负调控因子可致使矮化植抹形成,在果树的细胞周期循环过程、转录调控、花的形成、细胞的信号转导及许多生理过程中,DELLA蛋白泛素化降解均扮演着至关重要的角色.主要从果树赤霉素的合成及赤霉素的信号途径两大方面,着重对果树赤霉素合成过程中的关键酶基因及其定位、果树赤霉素信号途径的重要元件如赤霉素受体GID1、DELLA蛋白等进行了综述,以期为高效利用赤霉素调控果树生长发育提供重要的理论参考.

为了揭示寒兰的成花机理,利用石蜡切片和花芽实体解剖记录了濒危植物寒兰花芽分化和发育的过程,并着重观察唇瓣和合蕊柱早期及中期的发育(在合蕊柱伸长之前).结果表明:寒兰花芽分化沿着花序轴从下往上可分为4个阶段:花序原基分化,花原基分化,花被片分化和合蕊柱形成.唇瓣分化分为3个阶段:褶片分化,侧裂片分化和色块形成.唇瓣侧裂片和褶片产生较晚,与退化雄蕊可能没有关系.在合蕊柱形成过程中,首先分化出花药,随后分化产生中心皮顶部,侧心皮顶部,并形成花柱道,最终分化出蕊喙和黏盘.

为探究淹水胁迫对杭菊黄酮合成途径中的关键基因类黄酮3'-羟化酶基因(F3'H)的表达和活性成分的影响,该实验克隆了杭菊F3'H基因(暂命名CmF3'H),并进行生物信息学分析;同时在杭菊花芽分化期进行淹水胁迫,以β-actin为内参基因,使用Real-time PCR检测CmF3'H的相对表达量;然后使用HPLC测定杭菊CmF3'H下游产物及其他指标成分含量.通过研究得到1条总长1 562 bp的CmF3'H基因,其中开放阅读框长1 527 bp,编码508个氨基酸,构建进化树发现CmF3'H与菊科其他种植物同源性很高;Real-time PCR结果表明CmF3'H对淹水胁迫有明显响应,在淹水24 h后表达量最高,约为对照组的9倍,解除胁迫12 d后恢复正常水平;HPLC结果显示淹水处理后的杭菊F3'H所催化形成的下游产物木犀草素和木犀草苷含量均显著高于对照组,同时发现其他2种指标成分绿原酸和3,5-O-二咖啡酰基奎宁酸含量也显著高于对照组.因此,杭菊在淹水胁迫下可以通过调节CmF3'H的表达来调控下游产物的合成,从而对淹水胁迫做出应答,而且花芽分化期进行淹水胁迫可以显著增强杭菊活性成分的积累.

以马铃薯2个开花品种YS205和 HZ88以及未开花品种YS304为材料,采用石蜡切片法观察花芽分化的解剖学特征,并用酶联免疫吸附法(ELISA)测定开花与未开花品种不同时期叶内4种内源激素———生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米核苷素(ZR)、脱落酸(ABA)含量的动态变化,探讨成花过程中叶片内源激素含量和比值的变化与成花的关系,为马铃薯花期调控、栽培和杂交育种提供理论依据.结果显示:(1)马铃薯花芽内部发育与外部形态之间有相对稳定的时序性对应关系,从花芽分化初期生长锥逐渐向上凸起,到雌雄蕊原基形成,完成整个花芽分化仅用了1周左右的时间,此阶段YS205和HZ88的花芽分化过程无明显差异,而YS304未成花.(2)随着花器官的不断发育,HZ88子房形成2室,每室多个胚珠,而YS205的子房在发育过程中发生了变异,形成完整的3室;YS205和 HZ88都先后经历了授粉受精过程,HZ88具有一定的自交结实率,YS205无坐果率.(3)马铃薯3个品种的IAA、GA3、ZR和ABA含量在花芽分化前期均较低,且无明显差异性;随后,3个品种的IAA和GA3含量均呈先升后降的单峰变化曲线,但YS304上升和下降的速度较2个开花品种快,而且YS205和 HZ88的ZR和ABA含量则始终高于YS304.(4)开花品种YS205和 HZ88的ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/IAA、ZR/GA3比值均高于未开花品种YS304,且随生育期变化趋势不同.研究表明,较低水平的IAA、GA3和高水平的 ABA、ZR均有利于促进马铃薯花芽分化,反之则抑制花原基形态的建成.