清水紫花苜蓿育性变异材料鉴定分析与生理研究

doi:10.11686/cyxb2021390

摘要/Abstract

摘要：

对清水紫花苜蓿育性变异材料进行育性鉴定分析和生理变化研究，为培育不育系材料奠定基础。选取6株育性变异材料的无性繁殖株系GN-A₁、GN-A₂、GN-A₃、GN-A₄、GN-A₅和GN-A₆及育性正常植株（CK）在盛花期采集花粉粒进行I₂-KI育性染色鉴定及对不同发育时期花蕾的营养物质代谢指标［可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、淀粉（Sta）、游离脯氨酸（Pro）］、膜脂过氧化指标［过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）］进行测定分析。结果表明：可育株（CK）染色率高达98.37%，花粉粒饱满且呈规则圆球状；GN-A₁、GN-A₂、GN-A₃、GN-A₆花粉染色率均低于5%，花粉粒干瘪且呈椭圆状或不规则状，初步鉴定属于不育株；GN-A₄、GN-A₅花粉染色率分别为54.80%、63.60%，干瘪花粉粒相对较少，多呈椭圆状，分别属于典型半不育株和半不育株。不育株（GN-A₁、GN-A₂、GN-A₃、GN-A₆）花蕾随着发育时间的变化其SS、SP、Sta、Pro含量供应均在不同程度上出现了不足；不育株 POD、SOD活性在整个发育时期均高于可育株，CAT活性在第Ⅰ、Ⅱ时期高于可育株而后逐渐降低，可育株的MDA含量在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ时期均显著高于不育株（P<0.05）。由变异系数分析可知，CAT、POD、SOD活性、SS、SP含量在不育株花蕾中变异幅度较大，而在可育株发育过程中较稳定，说明生理指标变化与育性的改变密切相关。

关键词: 清水紫花苜蓿, 育性鉴定, 生理, 变异系数

Abstract:

A fertility analysis and identification and physiological characteristics of sterile material was undertaken in Medicagosativa cultivar ‘Qingshui’ to provide support for breeding sterile lines. Six clonal propagation lines （GN-A₁， GN-A₂， GN-A₃， GN-A₄， GN-A₅ and GN-A₆） with fertility variations were studied together with plants of normal fertility （CK）. At the full flowering growth stage， pollen grains were collected for I₂-KI staining to determine fertility and flower buds were analyzed for nutrient metabolism indexes （soluble sugar， SS； soluble protein， SP； starch， Sta and proline， Pro） and for indicators of membrane lipid peroxidation （catalase， CAT； peroxidase， POD； superoxide dismutase， SOD and malondialdehyde， MDA） at different development stages. It was found that the pollen vital staining rate of fertile CK plants was up to 98.37%， and pollen grains were full and spherical. The pollen staining rates of GN-A₁， GN-A₂， GN-A₃ and GN-A₆ plants were all lower than 5%， and the pollen grains were dried up and mostly had elliptical or irregular shapes， and these were preliminarily identified as sterile plants. The pollen staining rate of GN-A₄ and GN-A₅ plants were 54.80% and 63.60%， respectively with the majority of pollen grains elliptical， and relatively few dried grains. These were classified as typical semi-sterile plants. The supply of SS， SP， Sta and Pro of sterile plants （GN-A₁， GN-A₂， GN-A₃ and GN-A₆） was insufficient as the floral development period progressed. Indicators of membrane lipid peroxidation， POD and SOD activities in sterile plants were higher than those in the fertile plants for the whole floral development period， while CAT activity of sterile plants was higher than that of fertile plants at floral development stage Ⅰ and Ⅱ， and then decreased gradually. The content of MDA in the fertile plants was significantly higher （P<0.05） than that in the sterile plants at floral development stages Ⅰ， Ⅱ and Ⅳ. CAT， POD and SOD activities， and SS and SP levels showed variation in the flower buds of sterile plants， but were comparatively stable during the development of fertile plants， indicating that the changes of the measured physiological indexes were closely linked to reproductive fertility.

Key words: Medicago sativa cultivar ‘Qingshui’, fertility identification, physiology, coefficient of variation

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图/表 8

表1 育性划分标准

Table 1 Criteria for fertility division

育性分类 Fertility classification	花粉败育率 Staining rate of pollen grains （%）
不育Sterility	>95.1
半不育Semi-sterility	10.1~95.1
典型半不育Typical semi-sterility	40.1~60.0
可育 Fertility	0~10.0

图1 育性变异株系和正常花粉粒染色黑色或蓝黑色：花粉活力强；黄褐色：花粉活力较低；黄色：花粉无活力；CK代表可育植株；GN-A1、GN-A2、GN-A3、GN-A4、GN-A5、GN-A6代表6株育性变异植株，植株编号后的序号 1、2、3代表显微观察视野重复。Black or bluish-black： Pollen viability is strong；Yellowish-brown： Pollen viability is low；Yellow： Pollen vitality is inactive；CK represent fertile strain； GN-A1、GN-A2、GN-A3、GN-A4、GN-A5、GN-A6 represent 6 fertility variation strains， and the serial numbers 1， 2 and 3 after the plant numbers represent the repetition of microscopic observation field.

Fig. 1 Staining of sterile and fertile pollen grains

表2 供试材料花粉粒染色率和败育率

Table 2 Pollen grain staining rate and sterility rate of fertile and sterile plants

编号 Serial number	黑色花粉粒数 Number of black pollen grains	黄色或黄褐色花粉粒数 Number of yellow or yellowish-brown pollen grains	花粉粒总数 Number of pollen grains	染色率 Staining rate （%）	败育率 Sterility rate （%）
CK	1328	22	1350	98.37	1.63
GN-A₁	2	196	198	1.01	98.99
GN-A₂	3	142	145	2.07	97.93
GN-A₃	2	166	168	1.19	98.81
GN-A₄	257	212	469	54.80	45.20
GN-A₅	276	158	434	63.60	36.40
GN-A₆	3	145	148	2.03	97.97

图2 不同发育时期清水苜蓿花蕾SS和SP物质含量的变化*表示在0.05水平差异显著，**表示在0.01水平差异极显著；不育株为GN-A1、GN-A2、GN-A3、GN-A6；可育株为CK。下同。* indicates significant differences at 0.05 level，** indicates extremely significant differences at 0.01 level； Sterile plants GN-A1， GN-A2， GN-A3 and GN-A6. The fertile strains were CK. The same below.

Fig. 2 Changes of SS and SP contents in flower buds of alfalfa at different development stages

图3 不同发育时期清水苜蓿花蕾淀粉和游离脯氨酸含量的变化

Fig. 3 Changes of starch and free proline contents in flower buds of alfalfa at different development stages

图4 不同发育时期清水苜蓿花蕾CAT和POD活性的变化

Fig. 4 Changes of CAT and POD activities in flower buds of alfalfa at different developmental stages

图5 不同发育时期清水苜蓿花蕾SOD活性和MDA含量的变化

Fig. 5 Changes of SOD activity and MDA content in alfalfa flower buds at different developmental stages

表3 不育株与可育株变异系数分析

Table 3 Analysis of variation coefficient of sterile and fertile plants （%）

指标 Index	Ⅰ		Ⅱ		Ⅲ		Ⅳ		Ⅴ
指标 Index	可育株 Fertile plant	不育株 Sterile plant	可育株 Fertile plant	不育株 Sterile plant	可育株 Fertile plant	不育株 Sterile plant	可育株 Fertile plant	不育株 Sterile plant	可育株 Fertile plant	不育株 Sterile plant
可溶性糖SS	7.30	7.42	12.08	6.17	5.48	8.26	3.21	13.32	8.76	11.92
游离脯氨酸Pro	8.03	5.11	2.66	7.88	4.56	6.79	6.00	5.16	5.17	4.90
可溶性蛋白SP	5.78	1.21	11.83	5.38	13.69	11.37	6.37	3.33	8.05	6.72
淀粉Sta	2.61	3.34	7.51	1.27	0.83	3.92	1.53	2.97	4.24	2.92
超氧化物歧化酶SOD	1.56	2.04	0.60	4.33	2.58	2.88	3.49	3.43	1.96	6.16
过氧化氢酶CAT	0.86	6.02	2.00	1.30	2.67	6.84	2.18	8.70	1.40	4.68
过氧化物酶POD	3.35	2.04	1.22	2.02	1.86	6.04	0.93	3.60	1.73	3.43
丙二醛MDA	7.66	4.53	2.30	3.03	5.46	3.61	3.62	1.42	2.20	4.48

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