1. 研究目的与意义
楸树(catalpabungei)是紫葳科梓树属的高大落叶乔木,遍及暖温带及亚热带,在我国分布较广,是我国较为古老的乡土树种之一,北京、河北、山东、山西、河南、陕西、江苏、安徽、甘肃均有分布,栽培历史悠久,至今已有二千六百多年。楸树可营造用材林、楸农间作林、防护林及庭院观赏、道路绿化等,是我国特有的珍贵优质用材树种和著名园林观赏树种。。在我国博大的树木园中,唯其材貌双全,自古素有木王之美称[1]。我国楸树种质资源非常丰富,基因类型较为复杂,在长期的系统发育过程中,由于地理隔离、遗传变异、天然杂交和人工选择的结果,形成了一些在形态特征、生态环境、分布范围、生长速度等方面都具有明显差异的类型。楸树是长寿树种,树龄可达千年以上,目前全国许多地方还保留有百年以上古楸树[2]。北京的故宫、北海、颐和园、大觉寺等游览胜地和名寺古刹到处可见百年以上的古楸树。
但楸树自花不育,往往开花不结实,而营养繁殖也存在很多困难,目前楸树生产仍多采用埋根繁殖进行育苗,但受繁殖材料的限制,埋根繁殖的繁殖系数较低,苗木病虫害现象较为严重,而且过多的采用无性繁殖使得大面积的林分都是同一无性系,更加剧了楸树自交不亲合性,使其处于濒危植物的边缘。所以,我们应该积极开展楸树的种质资源创新工作,包括引种、杂交育种、良种繁育等多个方面相结合的良种选育工作。
本研究将针对楸树自花、异花授粉后,在不同时期采集花柱,研究其蛋白质含量变化,再利用单向、双向电泳研究其蛋白质分子量及其等为分布,从而确定制约花粉管生长的特异蛋白,为解决楸树自花不育奠定基础,从而解决楸树在生产上缺乏种子繁殖的困境,对于楸树的大力推广具有重要的意义。
2. 国内外研究现状分析
目前国内外对梓树属(catalpa)的相关植物的研究报道较少,多数研究集中在无性繁殖技术[3-4]、优良无性系选育[5]、造林技术以及病害防治[6]等实际应用方面。也有少数研究了楸树的抗旱、抗寒性[7],以及梓树属植物的药用价值[8]。但关于植物生殖生物学方面的报道却是少之又少。叶培忠等研究了梓树属植物的种间杂交实验,发现种间杂交可以提高楸树的结实率[9-10]。樊汝汶等对滇楸的胚胎发育过程进行系统的研究,并猜测了楸树花而不实的胚胎学原因[11],在此基础上又进一步对楸树和滇楸的花柱进行了对比研究,得出楸树的花柱组织比滇楸的发育相对较弱,这可能是楸树花而不实的原因[12]。另外,韦仲新[13]等人曾对梓属植物的花粉形态进行过总结性的描述。
相关研究报道为我们更系统的对楸树研究提供了宝贵的经验和资料,但同时也暴露出了目前楸树研究中存在的问题:首先,相关的研究都避开了困难的有性生殖途径,仅着眼于无性繁殖技术的推广。其次,虽然以自花结实的滇楸推断楸树自花不育的原因,但没有对楸树整个胚胎发育过程进行观察。第三,由于实验条件和研究背景的缘故,并没有对楸树的自交不亲合性进行深入地探讨。楸树花而不实,初步的研究认为它有明显的自交不亲合性。
因此,这些问题将成为本研究的重点。值得一提的是,一些科研院所也不约而同地认识到需要通过有性繁殖这条途径进行种质资源的创新,并积极开展了一系列的探索性试验研究[14-15]。本次研究的关键在于深度挖掘楸树有性生殖过程中的阻碍因素,探寻其自交不亲和的特点和原理,并试图改变这些不利因素,以期攻克楸树自交不亲和、自然结实率低,种子发芽率低等难题。
3. 研究的基本内容与计划
本实验主要涉及三方面的研究内容:(一)不同楸树花柱采集及蛋白研究;(二)楸树自交、异交授粉后花柱采集的最佳时间;(三)楸树自交、异交后花柱蛋白含量的测定及电泳分析。
本实验的研究工作从三月开始,前期主要是对楸树相关资料的收集、整理,了解楸树生产上的研究状况。之后进行预实验,学习电泳方法和考马斯亮蓝染色法,了解实验的难点、重点,配置相关的试剂。四月中旬五月上旬进行实验。
4. 研究创新点
本研究通过对花柱S蛋白的提取、分离,结合蛋白质含量测定及其电泳凝胶对其测定,试图从分子生物学方面对楸树的自交不亲和性作全面分析,阐明楸树自交不亲和机理及S蛋白作用规律,为楸树自交不育研究填补空白,是最大的特色.
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