黄瓜矮化突变体鉴定及其激素反应研究开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

黄瓜（Cucumis sativus L.）是葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物。黄瓜清脆爽口、有独特的香气；富含多种维生素，营养价值丰富；茎藤具有药用价值。黄瓜向来是餐桌上不可或缺的蔬菜，深受人们喜爱，几乎在我国各个地区均有种植。在许多地区，黄瓜均有塑料大棚或温室栽培，已基本实现周年生产供应。近几年“水果黄瓜”等黄瓜新品种逐渐占领黄瓜市场的大部分份额，各种黄瓜口味的饮品也成为新的风尚，对于黄瓜各种性状的改良也越来越为人们所重视。

选择高产、高质量的经济作物品种是园艺作物的育种目标。确定合理的株型是达到以上育种目标的重要前提。作物理想型(Ideotype)的概念由澳大利亚学者C.M.Donald于1968年首次提出^[1]，由此开始国内外对各种粮食作物的理想株型进行了探究。对于大部分植株来说，矮化是理想株型的重要方面。大多数的矮化植株抗倒伏能力强，且矮生植株对光能利用率增加，光合作用强，适宜高密度种植和机械化栽培管理，栽植矮化品种有利于提高作物的产量，增加经济效益；同时它还是研究植物株高调控、植物激素的生物合成或信号转导，以及植物茎生长和发育的良好材料^[2-4]。

多年来，国内外学者在作物矮生基因资源的研究与利用方面取得了很大的进展，育成了多种抗倒伏、产量高、品质好的优良杂交种并在生产中发挥着越来越重要的作用。在进行研究时，突变体材料具有多方面优势。首先，突变体材料来源广泛，包括自然突变和诱变育种两类；第二，突变体材料中染色体畸变较少，不需要遗传转化，且育种周期短、进程快、可以短时间内获得大量的变异性状^[5]；除了上述优点外，突变体定位基因更为准确。突变体与野生型植株相比往往在某一个基因位点发生变化，排除了其它位点的干扰，可有效地用于基因功能的准确深入分析^[6]。在突变体材料中，化学诱变产生的突变以点突变为主,并且因试剂不同具有某些相对高频而且较为稳定的突变谱。由于这一技术还具有易操作、对基因组损伤小、突变率高、引起的突变范围广等特点,因而近年来成为运用最为广泛的诱变技术^[7]。

通过对这些矮化植株进行实验分析，发现许多植物矮化多是由某一植物激素无法合成或某一植物激素作用通路受阻所致，还有少数植物矮化突变是某些同源异型盒成员基因的不正常表达所致。对于由同源异型盒基因突变引起的矮化突变体，近年来越来越多的分子遗传研究表明，knox (knotetdl-类同源异型盒)基因是植物发育的重要调节因子^[8]。对于由激素引起的矮化突变体统称为植物激素矮化突变体。大部分植物矮化突变与植物赤霉素(GA)和油菜素类固醇(BR)有关，少数植物矮化突变与生长素(IAA)有关^[9]。赤霉素(GA)是植物生长发育过程中必需的植物激素之一，调控种子萌发、茎秆伸长、成花转变及花和果实的发育等过程。复旦大学明凤课题组^[10]发现，水稻中NAC2抑制KO2的表达。NAC2通过调控赤霉素的合成，调节了水稻的株高以及开花时间。储成才课题组^[11]发现，水稻中HOX12促进EUI的表达。HOX12通过调

节赤霉素的失活过程，调控了水稻花序的伸长。油菜素类固醇(BR)几乎在植物所有的生长发育及对环境适应的过程中都起着十分重要的作用，现已有研究表明BR与植物

矮化有关。薛红卫^[12]课题组在水稻中发现一种特有的类受体蛋白ELT1，这种蛋白表达升高会促进BR信号传导, 进而使水稻叶夹角增大、分蘖增多而株高降低。王永红与李家洋课题组^[13]发现，OsGRAS19参与BR信号途径,OsGRAS19表达降低的材料，株高降低、叶片直立、茎秆粗壮、机械强度增加，产生直立穗表型。生长素(IAA)是

植物激素家族中最早被发现的成员，是一类包括吲哚乙酸(indole acetic acid, IAA)在内具有和吲哚乙酸相似生理作用的化合物总称。IAA通过细胞扩张来刺激生长。植物

激素矮化突变体可分为两类缺陷型和不敏感型。激素缺陷型矮化突变体是活性激素的生物合成途径被抑制或阻断,使得植物体内源活性激素缺乏或痕量存在。矮化表型

的突变体外施相应的活性激素后可恢复野生型表型。植物激素缺陷型矮化突变体包括GA缺陷型矮化突变体、BR缺陷型矮化突变体以及IAA缺陷型矮化突变体。激素不敏感型矮化突变体,其内源活性激素水平变化不大,甚至比野生型的还高,这可能是激素的信号吸收或传递出现障碍。这种矮化表型的突变体在外施相应的活性激素后不能恢复野生型表型。激素不敏感型矮化突变体同样包括GA不敏感型矮化突变体、BR不敏感型矮化突变体以及IAA不敏感型矮化突变体。激素不敏感型突变体可能有三种机制一是激素受体突变,使之不能与激素结合或结合后不能活化;二是在信号传递某个关键步骤上突变而丧失功能;三是外源激素并非是体内活性形式,在将此物质转化为活性形式过程中的酶突变^[8]。通过激素生物合成或信号转导途径中基因的突变、转录因子不正常表达，最终导致植物体内源激素的失调，也可导致植物矮化突变。用不同生长调节物质对矮化突变体进行外源处理，观察材料对生长调节物质的敏感性，可以初步鉴定资源矮生性状的激素的调控机制。

国内外现已有大量实验证实，对植物激素缺陷型矮化突变体植株体外喷施植物激素，会出现矮化植株恢复正常株高的现象；植株内源激素含量在体外喷施激素后也有不同程度的改变；植株的光和指标、叶绿素含量、可溶性糖含量等生理生化指标可能会发生变化。通过体外喷施外源激素这种试验方法，可以大致判断植物激素矮化突变体属于缺陷型突变还是不敏感型突变，并且可以大致总结出有哪种植物激素有关，这对育种工作以及生产工作都有很大的帮助。

本次试验所选取的试验材料是经过EMS处理的长春密刺黄瓜^[6]，该突变体与原材料相比出现明显的矮化性状，且该性状可稳定遗传给后代。对该突变体的性状进行鉴定；测定相关的光合指标；对该突变体进行体外喷施油菜素类固醇(BR)，对外源喷施油菜素类固醇(BR)后的材料进行观察测定。可以通过外源喷施激素后的表型对比分析确定该突变体材料是否与油菜素类固醇(BR)有关，并且可以确定该突变体材料属于激素缺陷型突变还是不敏感型突变。此后可以对该材料进行深入挖掘，可进一步探究其是否可以作为后续育种材料等问题。