野生棉種漸滲創(chuàng)新的優(yōu)質(zhì)棉種質(zhì)及其遺傳研究.pdf

1、棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，是紡織工業(yè)的重要原料。棉屬除陸地棉、海島棉、亞洲棉、草棉四個(gè)栽培種外，還有46個(gè)野生種，分屬于A、B、C、D、E，F(xiàn)、G、K和AD基因組，是改良栽培棉花的重要基因資源。但由于種間存在生物學(xué)隔離，陸地棉與野生二倍體種雜交轉(zhuǎn)育，存在雜交不親和性、雜種F1的不育性以及雜種后代不易穩(wěn)定等障礙，給野生棉的育種利用帶來了很大困難。 為了進(jìn)一步拓寬陸地棉的遺傳基因庫(kù)，豐富品質(zhì)育種的基因資源，本研究利用棉屬野生種廣泛開展了

2、棉花種間雜交研究，包括種間雜交不可交配性和雜種F1不育性等種間雜交育種障礙的克服，將野生棉的優(yōu)良基因廣泛轉(zhuǎn)入栽培品種，改良栽培棉花品種的纖維品質(zhì)，為育種利用野生棉架起橋梁。此外，利用細(xì)胞遺傳學(xué)手段對(duì)棉花種間關(guān)系進(jìn)行研究.對(duì)種間雜交后代進(jìn)行分子細(xì)胞遺傳鑒定、外源DNA/染色體的檢測(cè)鑒定、漸滲系纖維品質(zhì)性狀QTL的分子標(biāo)記篩選及雜交后代的輔助選擇、纖維品質(zhì)性狀的遺傳和偏相關(guān)分析，為棉花育種利用提供理論依據(jù)。 主要研究結(jié)果如下：

3、 1.只要針對(duì)棉花不同的生長(zhǎng)環(huán)境，采取適宜的雜交手段，都可以克服種間雜交的不可交配性，成功獲得種間雜種。如在南京，則必須進(jìn)行栽培環(huán)境的控制(主要是溫度)并與激素保鈴相結(jié)合；在海南三亞冬季，棉花開花時(shí)適逢旱季，空氣濕度較低，天氣較涼爽，有利于棉花的種間雜交工作，無需附加其它輔助條件。共獲得了細(xì)胞學(xué)和形態(tài)學(xué)證實(shí)的種間雜種F1植株組合60個(gè)，涉及B、c、D、E、G、K等8個(gè)染色體組中的6個(gè)，這些種間雜種的獲得為棉花種間雜交育種研究奠定了基礎(chǔ)

4、。 2.采用以海島棉7124為橋梁親本法，與瑟伯氏棉、松散棉、擬似棉雜交，然后與陸地棉直接雜交，成功地獲得了[(栽培四倍體海島棉×野生二倍體棉)F1×陸地棉]F1的可育三元雜種；采用直接回交法，成功克服了栽培四倍體陸地棉與野生二倍體棉斯特提棉種聞三倍體雜種F1的不育性。共使4個(gè)野生二倍體棉成功進(jìn)入育種程度，為育種利用提供了非常寶貴的中間材料。橋梁親本法和直接回交法的優(yōu)點(diǎn)是無需經(jīng)過染色體加倍、無需經(jīng)歷六倍體和五倍體階段，可以縮短育

5、種年限，也為今后野生棉的育種應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 3.對(duì)棉屬的22個(gè)種問雜種F1花粉母細(xì)胞(PMC)減數(shù)分裂中期I(M I)的染色體行為進(jìn)行了細(xì)胞遺傳學(xué)研究，涉及到A、B、C、D、E、G、AD等七個(gè)染色體組棉種，從細(xì)胞學(xué)上證實(shí)了所獲得的雜種為真雜種，獲得了它們的染色體構(gòu)型。這22個(gè)種間雜種F1的PMC M I的染色體行為研究表明，①G.herbaceum與G.anomalum、G.barbosanum間的親緣關(guān)系非常近，染色體間

6、的同源性非常高，但由于出現(xiàn)較高頻率的四價(jià)體，表明其存在染色體的易位等結(jié)構(gòu)變異。②A與E、G染色體組棉種間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，染色體間的同源性不高。③異源四倍體棉的A、D染色體亞組與C或G染色體的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，染色體間的同源程度很低。④異源四倍體棉(擬似棉除外)的D染色體亞組與D染色體組棉種的染色體同源性較好，其中與雷蒙德氏棉的親緣關(guān)系最近，它最接近于四倍體D亞組的供體；但擬似棉的D染色體與AD四倍體的D亞組染色體配對(duì)頻率明顯低于其它D染色體

7、組棉種，與四倍體中的D亞組染色體同源性較低。 4.采用陸地棉(G.hirsutum L)標(biāo)準(zhǔn)系TM-1體細(xì)胞有絲分裂中期染色體為靶標(biāo)，以野生種斯特提棉(G.sturtianum Willis)為探針，通過提高封阻DNA與探針濃度比例、洗脫液中甲酰胺濃度、洗脫溫度、延長(zhǎng)洗脫時(shí)間等，以增強(qiáng)DNA雜交反應(yīng)的嚴(yán)謹(jǐn)性，使靶標(biāo)中剛剛沒有雜交信號(hào)為止.結(jié)果，封阻DNA與探針之比為100:1、洗脫液中甲酰胺濃度為60％、洗脫溫度為43℃、洗脫時(shí)

8、間13 min時(shí)，TM-1的靶標(biāo)染色體上無雜交信號(hào)，而以TM-1與斯特提棉雜種F1(基因組組成為AtDtC1)體細(xì)胞有絲分裂中期DNA為靶標(biāo)，則可清晰地將斯特提棉的C1基因組染色體與陸地棉基因組染色體鑒定出來，建立了棉花外源染色體鑒定的基因組原位雜交(GISH)技術(shù)體系。并在此基礎(chǔ)上，以A1基因組的阿非利加草棉(G.herbaceum L var. africanum)和C1基因組的斯特提棉兩個(gè)棉種的DNA同時(shí)為探針，可以清晰地區(qū)分At

9、、Dt和C1基因組染色體，且重復(fù)性好，建立了棉花多色GISH技術(shù)體系，并成功應(yīng)用于種間雜種的鑒定，對(duì)引自澳大利亞CSIRO的陸地棉與澳洲棉(G.australe F. v.M.)(G2基因組)六倍體雜種(基因組組成為AtAtDtDtG2G2)進(jìn)行的多色GISH，可清晰地區(qū)分At、Dt和G2基因組染色體。為漸滲系中的外源DNA片段及其整合方式提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 5.對(duì)比克氏棉(G基因組)、澳洲棉(G基因組)、斯特提棉(C基因組)、雷

10、蒙德氏棉(D基因組)、異帶棉(B基因組)、司篤克氏棉(E基因組)等6個(gè)野生棉漸滲后代的22個(gè)種質(zhì)系利用SSR標(biāo)記進(jìn)行基于高密度分子圖譜的全基因組掃描，發(fā)現(xiàn)中遺紅9種質(zhì)系中存在比克氏棉特異的NAU2628、NAU2186、NAU2627、NAU2620標(biāo)記的DNA片段，位于陸地棉D(zhuǎn)7染色體上，長(zhǎng)度為1.6cM.為野生棉D(zhuǎn)NA片段在栽培棉背景中的遺傳效應(yīng)研究提供了可能。 6.通過對(duì)異常棉、辣根棉、雷蒙德氏棉與陸地棉種間雜交后代連續(xù)定

11、向的纖維品質(zhì)選擇，培育出了一系列的纖維細(xì)、長(zhǎng)，強(qiáng)的高品質(zhì)棉花新種質(zhì)，成為高品質(zhì)育種的種質(zhì)基因庫(kù)和基因組學(xué)研究的重要資源。J415等10個(gè)種質(zhì)系，其纖維長(zhǎng)度都達(dá)到35mm，纖維比強(qiáng)度均在40CN/tex以上，馬克隆值在3.6-4.2之間。在上述三個(gè)野生棉漸滲后代中，以異常棉后代的纖維品質(zhì)最優(yōu)；其次為辣根棉后代種質(zhì)系；再次為雷蒙德氏棉后代種質(zhì)系。纖維品質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于陸地棉常規(guī)品種。 7.以高品質(zhì)的異常棉漸滲系J381和J415為母本，分別

12、與蘇棉12雜交，開展親本P1、P2，雜種F1，回交后代B1、B2等6個(gè)世代纖維品質(zhì)性狀偏相關(guān)分析。結(jié)果表明，有7個(gè)性狀在所有世代均表現(xiàn)出一致的極顯著相關(guān)，即長(zhǎng)度、整齊度、比強(qiáng)度、反射率、黃度等兩兩間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與馬克隆值、紡紗均勻性指數(shù)均為極顯著正相關(guān)；馬克隆值與紡紗均勻性指數(shù)間為極顯著負(fù)相關(guān)。 8.利用野生種異常棉漸滲后代獲得的高品質(zhì)種質(zhì)系J381和J415為材料，分別與推廣品種蘇棉12號(hào)雜交，構(gòu)建了親本P1、P2、F1、

13、B1、B2等六個(gè)世代群體，采用蓋鈞鎰等提出的主基因-多基因遺傳模型進(jìn)行纖維品質(zhì)的遺傳分析。結(jié)果表明：(1)纖維長(zhǎng)度存在1對(duì)主效基因，多基因的遺傳率較高，F(xiàn)2世代多基因的遺傳率分別為34.34％和32.98％；(2)纖維強(qiáng)度存在2對(duì)主效基因，其遺傳率較高，F(xiàn)2的主基因遺傳率分別30.42％和38.77％；(3)馬克隆值存在1對(duì)主效基因，F(xiàn)2的主基因遺傳率僅為0.41％和0.15％。 9.利用BSA法，對(duì)J415×蘇棉12的F2群體

14、及其F2:3群體根據(jù)纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、馬克隆值、整齊度建立了4個(gè)極端值庫(kù)，經(jīng)單標(biāo)記分析，獲得了與纖維強(qiáng)度QTL密切相關(guān)的SSR標(biāo)記4個(gè)，所解釋的表型變異為3.0-9.2％，與纖維長(zhǎng)度QTL密切相關(guān)的ssR標(biāo)記4個(gè)，所解釋的表型變異為4.5-18.3％，與纖維長(zhǎng)度整齊度QTL密切相關(guān)的SSR分子標(biāo)記6個(gè)，所解釋的表型變異為5.2-11.6％。 10.采用從J415中篩選獲得的與強(qiáng)度緊密連鎖的分子標(biāo)記，對(duì)(蘇棉12號(hào)×J415)F2: