【毕业学位论文】（Word原稿）甘蓝型与白菜型油菜无花瓣性状的遗传研究-作物遗传育种硕士论文

1 密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 甘蓝型与白菜型油菜无花瓣性状的遗传研究 on 2 on I 摘要 油菜是全世界广泛种植的重要油料作物。长期以来，提高油菜的产量和增强油菜的抗病性一直都是油菜科学家研究的主要课题。无花瓣油菜特异种质在增强油菜的抗病性和提高油菜产量方面具有潜在的重要利用价值。研究阐明油菜花瓣缺失的遗传规律和分子机理，获得具有较高实用价值的与无花瓣性状相关的分子标记，对育种中有效利用无花瓣特异种质资源具有重要的指导和促进作用；同时对油菜花瓣缺失遗传机制的研究还对深入理解植物花器官发育过程具有重要意 义。 本研究以已发现的两种不同类型油菜无花瓣特异种质资源（白菜型无花瓣突变体 蓝型无花瓣突变体 实验材料，开展了两种突变体花器官形态解剖特征比较、无花瓣性状的遗传分析、花瓣缺失基因等位性和互作、无花瓣性状的分子标记研究。主要研究结果如下： 1. 两种突变体材料形态解剖特征比较分析发现，两种材料的突变类型存在本质差异。甘蓝型油菜无花瓣突变体 要表现第二轮花瓣缺失；新型白菜型油菜无花瓣突变体 现花瓣转变为雄蕊和叶片卷曲。 2. 对甘蓝型无花瓣油菜 三种正常花瓣甘蓝型油菜 杂交后代的遗传分析结果表明：无花瓣性状受两对主效隐性基因和一对隐性修饰基因控制，不存在母体细胞质效应。 3. 对白菜型无花瓣油菜 两种正常花瓣白菜型油菜杂交后代的遗传分析结果表明：无花瓣性状受一对隐性基因控制，不存在母体细胞质效应。 4. 通过两种突变体杂交，对两种突变体的花瓣缺失机制进行了基因等位性和互作研究。在 瓣雄蕊化双突变类型的植株。两种突变体材料的花瓣缺失基因呈现出复杂的遗传互作关系。 5. 两种突变体材料杂交，在后代分离群体中首次发现了雄性不育 植株。群体 （ （ 、 （ 、 ( 中出现育性分离 , 而群体 (、(中却未出现育性分离。 6. 利用 中双 4 号杂交构建的 体，对甘蓝型油菜的无花瓣性状进行了分子标记。在 中双 4 号两亲本间筛选 20 对 物和 170 对 物，进一步通过 得了与 花瓣性状连锁的 1 个 记 600 1 个 记 150标记与完全花瓣性状之间的遗传距离分别为 5.0 7. 利用含 93 个 株的分离群体 （中双 4 号 （中双 4 号 ，构建了一张含 213 个 记、 56 个 记和 1 个形态标记的甘蓝型油菜遗传图谱，这些标记被分配到 17 个连锁群、两个三联体和 4 个连锁对中，遗传图距总长 标记间平均距离为 于花瓣度的完全花瓣性状（ 为形态标记定位在第 4 连锁群 (。 关键词：甘蓝型油菜，白菜型油菜，无花瓣突变体，无花瓣性状，遗传分析，分子标记，遗传图谱 is an in In of of of on of to of of of NA of in on a of of in In an an as to of of of of as 1. of of 2. on by a t in 3. on by t in 4. By of 1 of 5. in It of in （ （ , （ (. it t of in ( 6. 2 to 20 70 to 6003247_15（ 150to be to 7. A a 3 F2 It 13 6 a 7 a on 录 摘 要 2 一章 文献综述 1 菜无花瓣突变体的来源及其利用价值 1 菜无花瓣突变体的来源 1 菜无花瓣突变体的利用价值 2 菜无花瓣性状的遗传 3 对隐性基因 3 对隐性基因 3 对隐性基因 3 对隐性基因 3 胞质十 2 对核内隐性基因 4 对主基因十 4 对修饰基因 4 对显性基因 4 子标记在油菜遗传改良中的应用 4 见的分子标记 4 菜分子标记遗传图谱的构建和重要基因的定位 5 菜无花瓣性状的分子标记和基因定位 8 在的问题 8 研究的目的意义 9 第二章 两种无花瓣突变体花器官形态解剖特征 10 言 10 料和方法 10 验材料 10 验方法 10 果与分析 10 种油菜无花瓣突变体植株表现 10 种油菜花瓣缺失突变体的花器官形态比较 11 种油菜花瓣缺失突变体的花瓣类型 比例比较 11 论 12 第三章 两种不同无花瓣油菜无花瓣性状的遗传分析 13 言 13 料和方法 13 验材料 13 验方法 13 果与分析 16 蓝型油菜无花瓣性状的遗传分析 16 菜型油菜无花瓣性状的遗传分析 21 种不同无花瓣油菜杂交后代遗传分析 23 论 25 V 瓣度 （ 25 蓝型油菜无花瓣性状的遗传 25 菜型油菜无花瓣性状的遗传 25 种无花瓣油菜杂交后代的遗传 26 第四章 甘蓝型油菜无花瓣性状分子标记与图谱定位 27 言 27 料和方法 27 料 27 体的构建 27 因组 取及样品集团的构建 27 析 28 析 30 子标记数据、形态性状及基因型记载 31 锁图构建 31 果与分析 32 果与分析 32 果与分析 32 完全花瓣性状连锁的分子标记 35 子标记连锁图的构建 35 论 38 第五章 白菜型油菜无花瓣性状分子标记 39 言 39 料和方法 40 料 40 因组 取及样品集团的构建 40 析 40 析 40 果与分析 41 物筛选 41 果与分析 41 论 42 第六章 甘蓝型无花瓣油菜的应用 43 言 43 料和方法 43 料 43 验方法 43 果与分析 44 论 44 彩图版 45 参考文献 47 致谢 55 作者简历 56 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 油菜是我国乃至全世界广泛种植的重要油料作物。据统计，目前全世界油菜（包括甘蓝型、白菜型、芥菜型油菜 等，其中以甘蓝型油菜分布最广，面积最大）种植面积为 万公顷，总产 万吨，我国种植面积为 万公顷，总产 万吨，两项各约占 1/3（资料来源： 004） 。 由核盘菌 (致的菌核病是世界范围内的一种重要病害，在我国尤为严重，列为油菜第一大病害。菌核病在我国每年的发病面积在 7000 万亩以上，直接经济损失在30 亿元以上（刘胜毅， 1999）。菌核病的严重发生对我国油料的可持续发展构成了 威胁 (陈碧云等， 2001)。由于核盘菌寄主范围极广，至今仍未发现对这一病原菌免疫的抗源材料。对这一病害的防治主要依赖化学防治，这种方式不仅成本高，而且污染环境（傅寿仲等， 1995）。因此，各国都在积极寻找防御菌核病的新途径。 花瓣是传播油菜病害 (如菌核病等 )的重要媒介，它不仅是病原菌的初次侵染源，为病原菌的生长提供重要的能源，而且随着花瓣飘落在叶片上，形成再次侵染，为病害的扩展和蔓延提供条件（ 1958； 李强生 等， 2000）。无花瓣油菜的形态避病作用十分明显。 （ 1981）报 道，油菜花期花瓣能反射和吸收光合有效辐射的 60。 1984）认为，在初花期和盛花期仅有 24和 7的光合有效辐射能到达距地 50植株基部。无花瓣油菜因无需发育形成花瓣，从而可以节省大量能量，如果这些节省的能量全部流向籽粒，则理论上可增产 吕忠进， 1989）。无花瓣油菜可以提高光能利用率，从而具有增加油菜产量的潜力。 提高油菜的产量和增强油菜的抗病性是保障油菜可持续发展的重要途径，提高油菜的产量和增强油菜的抗病性一直都是油菜科学家研究的主要课题。提高油菜的产量和增强油菜的抗病性 有各种不同的途径 ,利用无花瓣性状有可能提高油菜的产量和增强油菜的抗病性。 菜无花瓣突变体的来源及其利用价值 菜无花瓣突变体的来源 无花瓣油菜一般是从自然突变和人工杂交或诱变后代中获得，其产生途径主要有 4 种：自然突变。 1940）、 1977）、伍晓明等（ 2001）在白菜型油菜中， 1985）在埃塞俄比亚芥中，赵云等（ 2000）在甘蓝型油菜中均发现了无花瓣自然突变体。种间杂交。刘厚利（ 1985）、傅寿仲等（ 1995）在甘蓝型油菜白菜型油菜杂交后 代中 ,戚存扣等（ 1989）在甘蓝型油菜埃塞俄比亚芥杂交后代中，蔡明等（ 1991）、 （ 1996）在埃塞俄比亚芥甘蓝型油菜杂交及回交后代中均发现了甘蓝型无花瓣油菜突变体； （ 1999）在 1989）在人工合成甘蓝型油菜后代中发现了无花瓣材料。品种间杂交。 （ 1999）在甘蓝型油菜品种 (3/018 5中获得了无花瓣突变体，但杂交亲本之一 “018”来源于 ( B 国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 2 B 间杂交后代；谭小力等（ 1998； 1999）则在 2 个甘蓝型油菜杂交后代中获得了无花瓣材料。理化诱变。 1990）、 （ 1994）利用 基磺酸乙酯 )诱变，分别在甘蓝型油菜和埃塞俄比亚芥中获得了无花瓣突变体（ 蒋立希 等， 1999； 罗 鹏 ， 1995）。 从无花瓣突变体的来源看，白菜型油菜比较单一，主要是自然突变，这也表明白菜型油菜中普遍存在着花瓣性状的变异。但是白菜型无花瓣材料大多不够稳定，一般开花早期为无花瓣，中后期产生花瓣，并逐渐恢复正 常。甘蓝型油菜主要通过种间杂交获得无花瓣材料，且研究较多的是甘蓝型油菜埃塞俄比亚芥以及甘蓝型油菜白菜型油菜。从获得无花瓣突变体的数量看，以甘蓝型油菜中无花瓣突变体较多，且部分已用于育种中，芥菜型油菜和埃塞俄比亚芥中无花瓣突变体相对较少。 菜无花瓣突变体的利用价值 首先，无花瓣油菜的形态避病作用十分明显。 1995）利用扫描电镜观察证明，油菜菌核病菌子囊孢子只有落在花瓣上才能萌发形成菌丝，并侵染叶片和茎秆，如果子囊孢子直接落在叶片上则无法萌发生长。陈玉卿等（ 1991）观察油菜花 器带菌率发现，其它花器官如花萼和雄蕊的带菌率也在 90以上，无花瓣油菜因缺少花瓣，花器官的总带菌率比常规品种平均下降 从而大大降低了病害的发生机率。傅寿仲等（ 1996）报道，无花瓣品种发病率明显低于有花瓣品种，田间发病率下降 1999）调查表明，无花瓣品种菌核病发病率和严重度分别为 而对照品种 “ 其次，无花瓣油菜可以提高光能利用率，具有增加油菜产量的潜力。油菜花瓣的形 成、伸展和呼吸都需要消耗大量的光合产物。吕忠进分析有、无花瓣油菜花器官各组分的差异，发现有花瓣品种每朵单花花瓣发育所需的干物质为 花器官总重的 无花瓣品种因去除了花瓣，从而节省了花瓣发育所需的能量，这些能量主要用于雌蕊与花萼的发育，使雌蕊占花器官总重的比例从有花瓣品种的 高到 花萼所占比例也从 加到 而雄蕊及花柄所占比例则略有下降（吕忠进， 1989）。谭小力等（ 1998； 1999）亦报道，有、无花瓣近等基因系间的花蕾重量变化不大，但无花瓣系长度增加 花萼、雌蕊和雄蕊重量均显著增加，有利于传粉和角果发育，为获得高产打下基础。花期正是油菜生长最旺盛的时期，无花瓣油菜因无需发育形成花瓣，从而可以节省大量能量，如果这些节省的能量全部流向籽粒，则理论上可增产 吕忠进， 1989）。 1981）报道，油菜花期花瓣能反射和吸收光合有效辐射的 60； 1984）认为，在初花期和盛花期仅有 24和 7的光合有效辐射能到达距地 50此，选育小花瓣或无花瓣品种，能使光分布更为有效，并实现油菜高产（ 1987）。 1991）比较有、无花瓣油菜在受光态势上的差异，发现盛花期花器官对入射光的反射，无花瓣品种仅为有花瓣品种的 50，而到达植株基部光合层的光合有效辐射量，无花瓣油菜比有花瓣品种提高 30。 1995； 1996）发现在盛花期，能穿透花冠层的光合有效辐射，无花瓣油菜要比有花瓣材料高 70，因而能够延长基部叶片的功能期，使无花瓣品种在花期积累的干物质比有花瓣品种多 41，从而增加每角粒数和千粒重；而有花瓣品种因同化产物的不足，导致 60的角果难以正常成熟。傅寿 仲等（ 1996）比较有、无花瓣近等基因系差中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 3 异，认为无花瓣性状有利于延长基部叶片功能期，减少基部分枝的退化，形成分枝点低、分枝数多、角果数多的较大株型，从而为获得高产打下基础。 菜无花瓣性状的遗传 研究者对各自获得的无花瓣油菜的遗传研究结果存在很大差异。总体上讲，白菜型油菜无花瓣性状主要受核内 1 对隐性基因控制（ 1961； 1977）；甘蓝型油菜无花瓣性状的遗传则较为复杂，除赵云等所获得的 花瓣材料外，均表现为隐性遗传，一般由 2隐性核基因控制，可能存在细胞质效应，有的 易受环境因素的影响（ 1983； et 995；傅寿仲等， 1990， 1993， 1995；吕忠进等， 1991；蒋立希等， 1999， 1998， 2001；赵云等， 2000）。无花瓣性状的遗传主要分为以下 7 类。 对隐性基因 1961）、 1977）对白菜型油菜无花瓣突变体的遗传研究表明，有、无花瓣杂交符合 1对隐性基因控制的遗传模式。 对隐性基因 1983）报道，无瓣对有瓣为完全隐 性， 0以正常型占多数，在 60以上， 25植株的花瓣率为 10 仅有少量植株为无花瓣； 无花瓣、中间型与正常型的比例为 1： 2： 1，因而该无花瓣性状由 2对隐性基因控制。 1995）所获得的 “花瓣材料 (雄蕊状花瓣突变体 )，受 2个位点的基因 (制，分别位于甘蓝型油菜的 染色体组。 1991）研究芥菜型油菜无花瓣性状的遗传，结果同样符合 2对隐性基因的遗传模式。 对隐性基因 1995）获得了另一个无花瓣突变体 “该材料 90的变异由 3个位点 些位点具有加性和上位性互作效应，其中如 制花的形态，如 制极端表型的表达， 对隐性基因 傅寿仲等（ 1990； 1993； 1995）、吕忠进等（ 1991）研究无花瓣材料 “遗传后认为，无花瓣材料与大花瓣品种杂交 ，有、无花瓣分离比例 55： 1， 5： 1；与小花瓣材料杂交， 1的分离比例分别为 15： 1和 3： 1，因此该无花瓣材料由 4对隐性基因控制。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 4 胞质十 2对核内隐性基因 蒋立希等（ 1999； 1998； 2001）对无花瓣材料 “遗传研究结果表明，该性状由细胞质及核内 2对隐性基因共同控制，只有质核组成为 ，才表现为完全无花瓣。另外，该材料的无花瓣性状一定程度上还受环境条件的影响，主要受植株体内生长素和细胞分裂素的影响。 对主 基因十 4对修饰基因 1995）获得的完全无花瓣材料 “ 6个无花瓣基因位点控制 (其中 性状具有加性效应；其余为修饰基因位点，受 2个主效基因位点的上位性抑制。 对显性基因 赵云等（ 2000）报道， “花瓣材料与有花瓣品种杂交 ： 1， 表现为 1： 1的分离比 例，因此， 对显性基因控制的遗传模式。 子标记在油菜遗传改良中的应用 见的分子标记 从孟德尔的豌豆杂交试验开始，人们就开始有意识地挖掘和利用各种各样的遗传标记进行研究，总的来说遗传标记可以归纳为 4 类，即形态标记、细胞学标记、生化标记和分子标记。分子标记是随着分子生物学的发展而出现的，它直接从分子水平反映出核苷酸序列的任何差异。与其它标记 系统 相比，分子标记具有以下优点： 1）不受发育阶段的影响，可以对个体、组织、器官乃至细胞作检测； 2）不受环境因素以及基因是否 表达的影响； 2）数量非常丰富，几乎无限； 3）有些标记是共显性标记，对选择隐性基因控制的性状十分有利； 4）遗传稳定，表达中性，无表型效应。这些优点使分子标记在物种起源与进化、生物多样性、遗传图谱构建、基因定位 以及 分子标记辅助选择等方面得到了广泛应用。目前已经发展出十几种标记技术，比较常用的有 及 ，这里仅对与本课题研究有密切关系的 记和 记加以综述。 扩增片段长度多态性 ( 1992 年由荷兰科学家 展起来的一种新的检测 态性的方法。其基本原理是 运用 术 对基因组 限制性 酶切片段进行选择性扩增 后加以电泳检测 。扩增片段的数目 主要 取决于 所 采用的 限制性 内切酶种类、选择碱性基数目 和 所研究基因组的复杂程度。通过调整引物选择性碱基的数目 ， 可获得丰富的多态性 (et 1995)。理论上， 析可以采用的限制性内切酶种类和选择性碱基的数目有很多，因此 产生的标记数目 几乎 是无限的。利用中国农