重慶溫光敏核雄不育小麥育性轉(zhuǎn)換規(guī)律及不育機理研究.pdf

1、本論文從育性轉(zhuǎn)換規(guī)律、花粉敗育的細胞學基礎、植物生長物質(zhì)與育性轉(zhuǎn)換之間的關系、APRT基因的表達等方面對重慶溫光敏細胞核雄性不育小麥進行了研究，旨在揭示重慶溫光敏細胞核雄性不育小麥的育性表達規(guī)律和育性轉(zhuǎn)換機理，為溫光型兩系法小麥雜種優(yōu)勢利用提供理論根據(jù)和技術支持。主要結(jié)果如下： 1.溫光敏核不育小麥的育性轉(zhuǎn)換規(guī)律。連續(xù)多年的分期播種試驗表明，重慶溫光敏核不育小麥C49S、C050S、C010S、C338S、C412S和C404S

2、等，通過調(diào)整播種期改變雄性器官在形成和發(fā)育過程中的溫光條件，均表現(xiàn)出“完全不育-半不育-高度可育”的育性轉(zhuǎn)換特性，且在不同年份間育性轉(zhuǎn)換特性穩(wěn)定。在重慶，10月30日是不育臨界播種期，在此之前播種表現(xiàn)完全不育或高度不育，自交結(jié)實率在5﹪以下；12月10日是其正常可育的臨界播種期，在此之后播種表現(xiàn)正?？捎?，自交結(jié)實率在50﹪以上；11月10日至11月30日之間播種，處于半不育狀態(tài)，自交結(jié)實率在5﹪～50﹪。 溫光敏核不育小麥的主莖

3、穗與分蘗之間、不同部位的小穗之間以及不同位次的小花之間育性存在差異。發(fā)育較晚的后生分蘗的結(jié)實率要稍高于主莖穗和早生分蘗；下部小穗＞中部小穗＞上部小穗；早播不育植株發(fā)育較晚的3、4位小花的結(jié)實性較好，而晚播可育植株發(fā)育較早的1、2位小花的結(jié)實率較高。這種差異主要取決于它們在育性敏感期感受的溫光條件和它們在生長上的競爭能力。 通過不同發(fā)育時段的溫度與自交結(jié)實率的相關性分析和人工氣候箱溫度控制試驗表明，重慶溫光敏核不育小麥的育性敏感期

4、較長，從花粉母細胞形成期到花粉粒形成期，對低溫或高溫都有一定的敏感性，且前后時段的溫度效應之間有累加或抵消效應；其育性對溫度最敏感的時期是花粉母細胞減數(shù)分裂期。 建立了自交結(jié)實率與不同發(fā)育時段的溫度指標的多元二次最優(yōu)回歸方程，統(tǒng)計了實現(xiàn)完全不育和高度可育的各時段溫度的頻數(shù)分布，計算了育性轉(zhuǎn)換的臨界溫度。結(jié)果表明，完全不育的臨界溫度是減數(shù)分裂期平均最低溫度低于8.5℃，小孢子中期平均溫度和平均最低溫度分別低于13.5℃和10.5℃

5、；高度可育的臨界溫度是減數(shù)分裂期平均最低溫度高于11.5℃，小孢子中期平均溫度和平均最低溫度分別高于15.0℃和12.5℃。減數(shù)分裂期和小孢子中期兩個時段的不同溫度組合，就會出現(xiàn)不同的育性表現(xiàn)。用上述溫度指標可以對溫光敏核不育小麥田間分期播種和人工氣候箱溫度處理的育性變化進行合理解釋，根據(jù)溫度指標對自交結(jié)實率進行準確預報。 人工氣候箱光照長度和強度試驗結(jié)果表明，光照對溫光敏核不育小麥的育性表達有重要影響，長日和強光照促進花粉發(fā)育

6、，提高結(jié)實率，而短日和弱光照促進不育性表達，提高不育度。 2.溫光敏核不育小麥花粉敗育的細胞學。細胞學研究結(jié)果表明，溫光敏核不育小麥在低溫短日照的不育條件下，花粉母細胞減數(shù)分裂行為有頻率極低的異?，F(xiàn)象，如染色體落后、細胞核和細胞質(zhì)分裂不均勻等，但基本上仍能順利完成減數(shù)分裂，形成基本正常的四分體。四分體釋放出小孢子后，雖有少部分小孢子出現(xiàn)外形皺縮的異?，F(xiàn)象，但大部分小孢子的細胞核能定向移動到萌發(fā)孔對側(cè)，發(fā)育到單核靠邊期，而此后，小

7、孢子發(fā)育就呈現(xiàn)停滯狀態(tài)，細胞質(zhì)和核物質(zhì)逐漸解體，不能被蘇木精或碘液染色，表現(xiàn)為敗育。發(fā)生敗育的高峰期主要在小孢子單核晚期，敗育花粉的主要類型是圓敗型。 對植株形態(tài)指標、生育期和內(nèi)部發(fā)育進程的對應關系的綜合分析表明，溫光敏核不育小麥在葉枕距-5cm左右、幼穗長度5cm左右、孕穗前10天到前5天的一段時間處于花粉母細胞形成期；葉枕距-2cm到+1cm左右、幼穗長度8cm左右、孕穗期之前的4、5天到孕穗當天的一段時間，主要處于減數(shù)分裂

8、期；葉枕距+5cm左右、穗長9cm左右、孕穗后到抽穗前的一段時間，基本上處于單核期。 3.溫光敏核不育小麥育性轉(zhuǎn)換與激素之間的關系。對溫光敏核不育小麥的不育花藥與可育花藥以及育性正常的常規(guī)品系的吲哚乙酸(IAA)含量的動態(tài)變化的研究結(jié)果表明，在育性敏感的減數(shù)分裂期，溫光敏核不育小麥的不育花藥組織中內(nèi)源IAA含量遠遠低于其可育花藥，僅有可育花藥的28.6﹪～42.5﹪，而常規(guī)品系在兩種溫光條件下差異不顯著。在育性敏感期用不同濃度的

9、IAA處理，結(jié)果表明，補充外源IAA可以部分逆轉(zhuǎn)溫光敏核不育小麥的不育性，提高其可育花粉率和自交結(jié)實率。 溫光敏核不育小麥的不育花藥中IAA-氧化酶活性在減數(shù)分裂期、四分體時期和單核居中期比可育花藥異常升高，不育花藥分別是可育花藥的2.5倍、3.7倍和2.7倍；IAA-過氧化物酶活性在減數(shù)分裂期和四分體時期出現(xiàn)異常，不育花藥分別是可育花藥的1.7倍和1.9倍；過氧化物酶活性在減數(shù)分裂期出現(xiàn)異常，其活性高出了正常水平的50﹪；醛氧

10、化酶活性在減數(shù)分裂期和四分體時期都是正常的，僅在單核期低于可育花藥。因此認為，不育花藥在減數(shù)分裂期IAA含量降低的主要原因可能主要是IAA受IAA-氧化酶、IAA-過氧化物酶和過氧化物酶等氧化酶過量氧化分解造成的，而與其合成酶醛氧化酶關系不大。 不育花藥中赤霉素(GA3)含量在減數(shù)分裂期和四分體時期極顯著低于其可育花藥，特別是在減數(shù)分裂期，可育花藥中GA3含量是不育花藥的1.7～4.3倍，而對照品系在兩種溫光條件下差異不顯著。在

11、溫光敏核不育小麥的育性敏感期用不同濃度的GA3處理，可以提高雄性育性，降低不育性。不育花藥中脫落酸(ABA)含量在減數(shù)分裂期和四分體時期極顯著低于可育花藥，減數(shù)分裂期可育花藥中ABA含量是不育花藥的3.6～6.6倍。補充外源ABA后，不育性得到部分修復，可育花粉率和自交結(jié)實率有所提高。不育花藥中茉莉酸(JA)含量在四分體時期和單核居中期低于可育花藥，其中四分體時期不育花藥僅為可育花藥的61﹪，單核居中期不育花藥僅為可育花藥的49﹪。不育

12、花藥中玉米素核苷(ZR)含量在花粉母細胞減數(shù)分裂期極顯著高于可育花藥，不育花藥中ZR含量是可育花藥的1.5～3.5倍。外源乙烯調(diào)控試驗表明，用乙烯釋放劑乙烯利(CEPA)處理，可以使溫光敏核不育小麥的不育性提高；用乙烯生物合成抑制劑氨基乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)處理，可以降低不育性。 因此認為，溫光敏核不育小麥的育性轉(zhuǎn)換與植物生長物質(zhì)之間有密切關系，內(nèi)源激素水平的變化是引起溫光敏核不育小麥發(fā)生育性轉(zhuǎn)換的重要原因。花藥中IAA，

13、ABA和GA3含量增加，乙烯含量降低，可以提高可育性；IAA，ABA和GA3含量降低，乙烯含量增加，可以提高不育性。 4.溫光敏核不育小麥腺嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶基因APRT的RT-PCR表達分析。對溫光敏核不育小麥的不育植株和可育植株處于花粉母細胞時期、減數(shù)分裂期和單核期的幼穗中APRT1和APRT2基因的RT-PCR分析表明，在早播低溫短日照的不育條件下，幼穗中APRT1和APRT2基因的轉(zhuǎn)錄水平要比高溫長日照的可育條件下下調(diào)