【毕业学位论文】（Word原稿）单胚甜菜细胞质雄性不育遗传机制及其利用研究作物遗传育种博士论文

密级 ： 论文编号： 中国农业科学院 博士学位论文 单胚甜菜 细胞质 雄性不育 遗传 机制及其利用研究 on of a on of a 摘 要 甜菜（ .）是我国重要的糖料作物。欧美诸国早已不用产量偏低的甜菜多胚品种，利用单胚雄性不育的高产型品种是当今世 界甜菜育种的主流，也是我国甜菜育种的主攻目标。利用单胚雄性不育系配制杂交种的优点是，制种省力，杂交率高，原种可控，杂种高产，单胚种子便于机械化精量点播和纸筒育苗移栽。但我国甜菜单胚雄性不育的研究和利用差距较大。某些甜菜 细胞质雄性不育（ 的研究结果，与其他作物间以及不同研究者间比较，还存在一些差异和空白。因此， 基于上述情况，本研究 主要 以 2对单胚甜菜 细胞质 雄性不育系（ 和保持系（甜菜特称 为试验 材料，比较系统地进行细胞形态、超微结构、生理生化、分子标记、系统选育等研究，以 探明甜菜雄性不育的花 粉败育 特征与 时期 ，明确 甜菜雄性不育的 生理生化反应与表现， 探索分子标记对甜菜的分类和遗传基础分析技术 ,为 种质资源引进和亲本选配，分子标记辅助选择育种奠定技术基础，为阐明雄性不育机制及其利用提供 理论依据 。 主要研究内容和结论如下： 1、单胚甜菜 不育系 及其 保持系 的形态学与细胞学以及超微结构研究。 采用田间调查、光学显微镜和电子显微镜观察， 对 不育系 及其 保持系的 花药、花粉、 雌蕊的 生物学特性及发育过程 分别进行比较观察。 结果表明， 不育系 花药和花粉的形态与细胞明显异常 。本研究的新发现是，甜菜形成四分体的胼胝质壁间存在胞间连丝 结构，不育系绒毡层虽产生乌氏体颗粒，但 2菜不育系 花药和花粉败育过程大体划分为 4 个阶段，本研究将 败育初期确定 在四分体时期的绒毡层 与中层脱离开始，与以往认为 败育初期在 四分体时期以后的看法 有所不同。 对甜菜雌蕊进行解剖学和超微结构等系统观察在国内尚属首例，表明不育系 及其保持系的柱头、子房、胚珠、胚囊形态结构基本相似，但发现了雌蕊子房壁的小型细胞中含有结晶，蜜腺的分泌细胞有大量淀粉颗粒，单胚种存在极少的双胚珠现象。 2、 单胚 甜菜 内源激素含量关系的研究。 采用间接酶联免疫 (测技术，分析营养生长期和生殖生长期的功能叶片和花蕾中的生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素 4 大类内源激素含量和比值变化。结果表明，在营养生长的糖分积累期 为保持系高于不育系达显著差异，而 营养生长期间均差异不显著；在开花初期的叶片，除 ， 为保持系高 于不育系；饱满花蕾的 为保持系高 于不育系。甜菜激素变化较有规律的时期和器官依次为 开花盛期的饱满 花蕾、开花初期的叶片和和营养生长阶段 糖分积累期 的叶 片。在上述 3 个时期， 甜菜不育系与保持系 比较，不育系的 值分别为保持系的 、 ； 、 、 ； 、 、 。 从内源激素含量变化与甜菜 关密切程度来看则为 内源激素的比值或平衡与甜菜关影响程度而言， 在营养生长期 平均为 开花初期的叶片为 饱满 花蕾是 研究表明在甜菜营养生长和生殖生长阶段激素含量与 存在相关影响，甜菜 内源激素含量降低及其激素间的比例平衡有关。 与以前的研究结果有所差异。 3、单胚甜菜 几种酶活性关系的研究。 在生殖生长期，取 单胚甜菜 不育系 及其 保持系 的 花和叶为试样，测定抗坏血酸氧化酶（ 超氧化物歧化酶 （ S 过氧化物酶（ 过氧化氢酶（ 种酶的活性。结果表明，甜菜 发生和 活性降低有关，从保持系高于 不育系 的酶活性倍数看，开花期叶片 性平均为 ， 花蕾 性 平均为 花蕾 性 平均为 。 而 性在整个生殖生长阶段无明显差异。 4、单胚甜菜不育系 及其 保持系的 子标记分析。 采用 种分子标记方法相结合，对甜菜单胚不育系 及其 保持系等 49 份材料进行遗传多样性分析。利用 4个表型差异显著的甜菜品系对 64 对引物组合及 11 对引物组合进 行扩增，分别筛选出有效引物组合 11 对和 9 对。 11 对引物组合共产生 199 条扩增带，其中有 86 条多态性带，多态性带的比率平均为 。 9 对引物共产生 35 条扩增带，多态性比率为 100 %。在遗传距离 ，将 49 个甜菜材料划分为 A、 B、 C、 D 4 个类群，而 D 类群又分为 4 个亚类，较好地显示了甜菜材料丰富的遗传多样性。 5 个不同群体间的遗传相似系数比较， 多胚四倍体品系 胚杂交组合 外品种 胚二倍体品系 单胚品系 表明不同甜菜品 种具有相当高的异质性，国外与国内材料的遗传基础存在一定差异，但生产应用的甜菜品种间存在亲缘关系较近、遗传基础较窄的倾向。单胚不育系 及其 保持系被分为 A、 B 两类，这可能是由于回交改良过程中，导入了不同的基因背景所致。 5、利用 同步改良、 轮回选择、基因型与环境互作选择法 提高 单胚甜菜 不育系的 丰产性和抗病性研究。 以国外引进的单胚雄性不育材料为不育源，利用国产优良纯合型多胚保持系的高糖抗病基因对 单胚 不育系 及其 保持系进行同步核置换，使含糖率比原亲本提高 2 度以上，抗病性提高 。以此为基础群体，在病地和非病地同步鉴定， 采用轮回选择以及基因型与环境互作选择法筛选，结果表明，群体丰产性与抗病性得到同步提高，与基础群体比较，测交改良群体和全姊妹改良群体的 单胚 不育系的根产量在非病地分别提高 14%和 7%，在病地分别提高35%和 3%。表明该方法是甜菜育种和种质改良的有效途径。 关键词 ：单胚 甜菜 ， 细胞质雄性不育 ， 生理生化 ， 机制研究 ， 子标记 .) is of in of to be in of of is on in of in in of on in in In we of MS of a of of as of We of in is of of . on of MS e of MS on of of MS on of in at as in of MS In of MS be a on of 2. to of to of BA of of A3 in MS to of MS in ZR A3 MS of in in at of in ZR A3 BA MS of MS in we MS in to A3 of 3. of MS We of in of MS SO OD OD of in SO in of S OD in OD in AT no MS 4. of SR to 9 A 99 of SR 5 of as 00%. 9 , B, C a of in V 5. on of MS of on We MS to MS It of % of .5 on to of 4% % of in 35% % in It an to of 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 落酸 增片段长度多态性 坏血酸氧化酶 氧化氢酶 胞质雄性不育 氧核糖核酸 氢玉米素核苷 氧核糖核苷三磷酸 接酶联免疫法 霉酸 细胞核雄性不育 哚乙酸 戊烯基腺苷 合酶链式反应 氧化物酶 氧化物歧化酶 关序列扩增多态性 单序列重复 米素核苷 录 摘要 . I . 文缩略表 . 一章 绪论 . 1 0 引言 . 1 1 植物雄性不育性的研究进展 . 1 物雄性不育的研究简史 . 1 物雄性不育的类型 . 2 物雄性不育的遗传机制 . 3 物雄性不育的生理生化因素 . 8 2 甜菜作物的雄性不育性研究概况 . 11 甜菜育种目前唯一的不育源 . 11 菜 遗传机制研究 . 12 菜雄性不育株的形态表现 . 14 菜线粒体基因组的研究 . 15 菜新型雄性不育性发掘和利用 . 16 3 我国单胚甜菜雄性不育的研究利用现状与展望 . 18 国加速推广甜菜单胚品种的必要性 . 18 国甜菜单胚雄性不育品种选育与利用进展 . 18 国甜菜单胚品种推广存在问题与攻关目标 . 19 4 本研究的目的和意义 . 19 第二章 单胚甜菜 及其 O 型系形态学与细胞学研究 . 21 0 引言 . 21 1 材料与方法 . 22 验材料 . 22 验方法 . 22 2 结果与分析 . 24 菜单胚 及其 O 型系生殖期诸性状形态学观察 . 24 及其 O 型系花药及花粉发育的细胞学同步比较 . 25 3 讨论 . 31 菜 生物学和细胞形态学研究有待完善 . 31 菜单胚 遗传机制研究尚需深入 . 31 4 小结 . 32 第三章 单胚甜菜 及其 O 型系花的超微结构观察 . 33 0 引言 . 33 1 甜菜 及其 O 型系 小孢子发育的超微结构观察 . 33 料与方法 . 33 察结果 . 34 论 . 44 结 . 44 2 单胚甜菜 的雌蕊解剖学与超微结构观察 . 45 料与方法 . 45 察结果 . 45 论 . 54 结 . 55 第四章 单胚甜菜 某些生理生化特性研究 . 56 0 引言 . 56 1 甜菜 内源激素的关系 . 56 料与方法 . 56 果与分析 . 58 论 . 66 结 . 69 2 甜菜 酶活性 的关系 . 69 料和方法 . 69 果与讨论 . 72 论 . 76 结 . 77 第五章 利用 记分析单胚甜菜 及 O 型系的遗传基础 . 78 0 引言 . 78 甜菜 应体系的优化 . 78 料与方法 . 79 果与分析 . 81 结 . 84 2 利用 子标记分析 及 O