苧麻雄性不育的遺傳機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、苧麻(Boehmeriamvea)，又稱“中國草”，是我國特有的纖維作物。苧麻雄性不育從上世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)至今，已引起了苧麻育種工作者和相關(guān)研究者的高度重視。由于對苧麻雄性不育的遺傳機(jī)制尚不清楚，限制了在育種上利用。因此，確有必要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，從而促進(jìn)苧麻雜交優(yōu)勢的研究和應(yīng)用。本文采用經(jīng)典數(shù)量遺傳、細(xì)胞遺傳研究方法和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)手段，通過對苧麻雄性不育的遺傳特點(diǎn)、生理生化基礎(chǔ)及細(xì)胞學(xué)特征、雄性不育相關(guān)基因的克隆、雄性不育分子

2、標(biāo)記的建立和雜種優(yōu)勢的利用等方面的研究，對苧麻雄性不育的遺傳機(jī)理有了較為全面的認(rèn)識，為利用苧麻雄性不育進(jìn)行雜交育種奠定了理論基礎(chǔ)，指明了合理的應(yīng)用途徑。獲得的主要研究結(jié)果如下： 1.苧麻雄性不育表型鑒定 通過對苧麻雄性不育及恢復(fù)系表型的比較觀察，結(jié)果表明，相對于正?？捎仓辏坌圆挥饕憩F(xiàn)為雌花發(fā)育正常，而雄蕾瘦小，不開裂，花藥干癟，內(nèi)容物很少，無花粉散出；I2-KI染色無顏色變化，雌花開放時雄蕾逐漸枯萎脫落。

3、 2.苧麻雄性不育的遺傳分析 對雄性不育系C26為母本、恢復(fù)系B8為父本組配的六個雜交組合的后代植株不育性狀分離情況進(jìn)行調(diào)查和分析，表明苧麻雄性不育系C26的育性受一對隱性核基因和細(xì)胞質(zhì)基因共同控制，屬于細(xì)胞質(zhì)—核基因互作不育類型，基因型為T(rr)?；謴?fù)系B8的育性受一對雜合基因控制，且細(xì)胞質(zhì)與C26不同，基因型為F(Rr)。 3.苧麻雄性不育物質(zhì)代謝 通過對苧麻雄性不育系和恢復(fù)系代謝產(chǎn)物分析后發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含

4、量在相同的發(fā)育階段，不育系均高于其恢復(fù)系，這種差異在大蕾時期最大，不育系C26、C4分別是其恢復(fù)系的1.91和2.59倍。淀粉含量隨著花蕾發(fā)育，不育系無明顯變化，而恢復(fù)系則不斷積累，中蕾時期恢復(fù)系B16含量比不育系C4高72.8％，大蕾時期恢復(fù)系B8比不育系C26高79.6％?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量隨著花蕾發(fā)育，不育系和恢復(fù)系均逐漸下降，但在材料間表現(xiàn)不一致，不育系C26低于其恢復(fù)系B8，而不育系C4則高于其恢復(fù)系B16。游離脯氨酸含量的變化

5、，在不育系與恢復(fù)系F1花蕾中可育株含量遠(yuǎn)高于不育株。 4.苧麻雄性不育同工酶譜分析 通過對苧麻雄性不育系過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)同工酶分析，POD電泳分析未發(fā)現(xiàn)雄性不育的特征譜帶，但同工酶譜恢復(fù)系強(qiáng)于不育系，尤其是遷移率為0.59的條帶在各時期均表現(xiàn)如此。SOD電泳分析僅在功能葉中檢測到雄性不育系與恢復(fù)系在帶的強(qiáng)弱上的差異，同樣表現(xiàn)恢復(fù)系強(qiáng)于不育系，但在雄蕾發(fā)育的各時期均無酶帶顯示。在功能葉、幼蕾、

6、中蕾和大蕾時期，SOD和POD活性均表現(xiàn)恢復(fù)系均強(qiáng)于不育系。 5.苧麻雄性不育發(fā)生時期分析 通過對苧麻雄性不育系和恢復(fù)系的石蠟切片分析，結(jié)果顯示，雄性不育發(fā)生在從造孢細(xì)胞到四分體形成的各個階段，不同的雄性不育系發(fā)生不育的時期和敗育的原因有所不同。不育系C4主要敗育原因?yàn)闊o孢原細(xì)胞分化，在發(fā)育早期即徹底敗育。不育系C26主要敗育時期為減數(shù)分裂期，敗育形式主要為絨氈層巨大化，向內(nèi)擠壓小孢子母細(xì)胞，使其不能正常生長發(fā)育進(jìn)入減數(shù)

7、分裂，或到后期絨氈層逐漸解體，小孢子母細(xì)胞沒有進(jìn)入減數(shù)分裂，最終解體。此外還觀察到維管束急劇退化現(xiàn)象。 6.苧麻NAD7基因片段的克隆與分析 通過NAD7保守序列設(shè)計的引物，應(yīng)用RT-PCR方法從苧麻雄性不育系C4中克隆了NAD7的cDNA片段，其長度為969bp，編碼322個氨基酸。序列比對表明該cDNA序列及推測的氨基酸序列與擬南芥、油菜有98％的同源性。聚類分析顯示，苧麻NAD7基因的進(jìn)化在植物中處于很古老的地位。

8、 7.苧麻品種(系)與親本間的遺傳關(guān)系 從100條ISSR引物中篩選出21條引物，對8份四川苧麻品種(系)及其親本的遺傳關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，21條引物在8份材料中共擴(kuò)增出86條帶，平均每條引物擴(kuò)增4.1條帶，其中多態(tài)性位點(diǎn)71個，各引物擴(kuò)增出的位點(diǎn)數(shù)3～8個，平均可以檢測到3.4個多態(tài)性位點(diǎn)。聚類分析結(jié)果表明，供試品種與其母本遺傳距離較遠(yuǎn)表現(xiàn)特有的偏父本遺傳現(xiàn)象。 8.苧麻雄性不育特有分子標(biāo)記的建立

9、 用ISSR引物U835篩選到1個雄性不育特有的分子標(biāo)記，對該標(biāo)記進(jìn)行克隆測序表明其長度為658bp，并將此標(biāo)記轉(zhuǎn)化成了穩(wěn)定的SCAR標(biāo)記。利用此標(biāo)記，對強(qiáng)優(yōu)勢組合川苧8號自交群體進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示該標(biāo)記與雄性不育基因的重組率為3.3％，可用于苧麻雄性不育分子標(biāo)記輔助育種。 9.苧麻雄性不育系雜種優(yōu)勢利用 研究利用雄性不育材料，進(jìn)行了雜交組合的測配，對雜交組合的雜種優(yōu)勢、分離變異進(jìn)行了分析，結(jié)果表明苧麻的雜種優(yōu)勢十分顯著