澳洲棉(Gossypium australe Mueller,2n=2x=26,G2G2),具有抗短期低温,抗旱,抗枯、黄萎病,抗棉蚜、红蜘蛛,延迟种子腺体发育,种子无腺体植株有腺体,可提高陆地棉的衣分等优良性状,是棉花遗传改良重要的基因资源。但由于澳洲棉是棉花的三级基因库,与栽培种陆地棉亲缘关系远,一般情况下很难发生染色体交换和遗传重组,致使澳洲棉的优异基因难以为育种所利用。为了将澳洲棉的优异基因有效地向栽培种陆地棉中转育,本研究以陆地棉-澳洲棉的倍半二倍体为材料,开展了采用辐射技术诱导并创制陆地棉-澳洲棉异染色体系,以实现澳洲棉基因向陆地棉的转育。主要研究成果如下:1.辐照对杂交成铃率和杂交种子活力的影响为了解辐照剂量对杂交成铃率和种子成活力的影响,2011年采用10、12和20Gy三种剂量,60Co-γ-射线处理陆地棉-澳洲棉倍半二倍体花粉,授予去雄的陆地棉,结铃率均大于80%,并获得了大量的辐照杂交种,说明10、12和20 Gy的剂量对杂交结实影响不大,同时发现,随着辐照剂量的增加,种子的萌发率和成苗率逐渐下降,但20 Gy剂量的种子的萌发率和成苗率仍分别达44.85%和14.71%。2012年将剂量提高到20、30和40 Gy,结铃率急剧下降,降至对照(花粉未辐照)的一半以下,种子发芽率和成苗率也急剧下降(22.86-31.69%和2.86-5.19%)。表明30和40 Gy的剂量对于花粉诱变剂量太高。2013年我们将剂量降至15、20和25 Gy,结铃率高于80%,但由于后期低温影响种子发育,种子收获很少且不成熟,种子发芽率和成苗率均很低(23.73-35.20%和 16.95-27.20%)。2.辐照产生的陆地棉-澳洲棉异染色体系类型鉴定辐照陆地棉-澳洲棉倍半二倍体花粉并授予去雄的陆地棉CL-2,共得到632粒辐照杂交种子,利用基因组原位杂交,鉴定出170株含有澳洲棉染色体或染色体片段的阳性单株,根据其染色体组成,将其分为3大类:第一类是染色体数目变异,分别含有1-4条澳洲棉染色体(142/170);第二类是染色体结构变异,即只含有陆地棉与澳洲棉染色体之间染色体易位(10/170);第三类是复杂变异,即既含有整条澳洲棉染色体附加又含有陆地棉与澳洲棉染色体之间染色体易位(18/170)。对照(未辐照)仅鉴定出一种类型,即只附加一条澳洲棉外源染色体(13/120)。辐照诱导频率最高的是单体异附加系(106/170),易位染色体的诱导频率是18.82%(32/170)。2011年10、12和20 Gy剂量辐照诱变的种类数分别为6、7和7,2012年20、30和40 Gy剂量辐照诱变的种类数分别为10、6和4,2013年15、20和25 Gy剂量辐照诱变的种类数较少分别为2、1和0,对照染色体变异种类只有1种。20 Gy的剂量诱变染色体变异种类数最多,并结合辐照的结铃率和种子成活率结果,推测20 Gy是比较适合棉花花粉辐照诱致染色体结构变异的剂量。根据外源染色体片段的大小和插入位置,前人将易位分为五类:整臂易位(WAT)、末端易位(TT)、大片段易位(LAST)、小片段易位(SAST)、中间插入易位(IT)。本研究共获得28个易位单株中共包含32次易位事件,易位类型包含WAT(22/32)、LAST(7/32)、SAST(3/32)三类。3.利用分子标记进行澳洲棉染色体部分同源群的确定对获得的70株含有澳洲棉染色体或易位染色体的成活单株进一步进行了分子标记鉴定,确定澳洲棉染色体和染色体片段的部分同源群。59株只含有染色体附加,3株只含有染色体易位,8株既含有染色体附加又含有染色体易位。在含有染色体附加的67株单株中,5G和6G染色体各占7.81%,其次是12G(6.25%),9G(5.73),2G和 11G(2.60%),7G(2.08%),3G、4G 和 10G(1.56%)和 1G(1.04%)。获得了涉及澳洲棉12条染色体(13G除外)的单体异附加系。1 1条易位染色体中3G、7G、8G和13G染色体各有两次易位事件发生,2G、6G、9G和10G染色体各有一次易位事件发生,共涉及澳洲棉的8条染色体。4.与澳洲棉发生易位的陆地棉染色体亚组的确定对17个易位系以澳洲棉和草棉基因组DNA为探针、雷蒙德氏棉DNA为封阻进行了多色GISH鉴定。结果表明所有的易位事件均是发生在澳洲棉与陆地棉的At染色体之间。5.澳洲棉染色体小片段渐渗到陆地棉遗传背景的鉴定对192株单株进行了 SSR标记鉴定。共有107个单株含有澳洲棉染色体片段,渐渗涉及的澳洲棉染色体数目为1～5条,最多的是渐渗1条染色体的片段(71/192),依次是渐渗两条染色体的片段(18/192),三条(14/192),四条(3/192)和五条(1/192),其余的85株未发现渐渗澳洲棉的染色体片段,渐渗率为55.73%。对照组只有12株鉴定出渐渗澳洲棉染色体片段,渐渗率为11.76%,其中9株渐渗2条澳洲棉染色体的片段,其次是渐渗1条的2株和渐渗3条的1株。辐照杂交后代中,这些渐渗材料共涉及到澳洲棉的12条染色体(7G除外),其中涉及到5G染色体的占20.83%,其他染色体依次为1G(9.90%),8G(8.85%),6G 和 10G(7.81%),2G(7.29%),9G 和 4G(5.73%),11G 和 13G(4.69%)和 3G(0.52%),7G染色体未检测到渐渗片段。对照中只检测到四条澳洲棉染色体涉及到渐渗,5G和13G染色体的渐渗频率均为9.80%,2G染色体渐渗频率为1.96%,9G为0.98%,其他染色体未检测到渐渗片段。6.澳洲棉45S rDNA与5S rDNA的定位基于一套陆地棉-澳洲棉异附加系进行了澳洲棉45S rDNA与5S rDNA的染色体定位。结果表明,澳洲棉基因组有两个45S rDNA位点,分别在7G和9G的短臂上,5S rDNA位于澳洲棉9G染色体上,位于45S rDNA的内侧。7.澳洲棉黄萎病抗性的染色体鉴定利用黄萎病落叶型生理小种V991和非落叶型生理小种BP2对亲本、一套陆地棉-澳洲棉单体异附加系、两个陆地棉-澳洲棉易位系(ATL-7G和ATL-8G)及感病和抗病对照进行黄萎病V991和BP2的抗性鉴定。结果表明,对V991生理小种,MAAL-4G与MAAL-7G表现免疫,相对病指均为0.00;ATL-7G表现高抗,相对病指为1.42;MAAL-1G、MAAL-6G与ATL-8G表现耐病,相对病指分别是33.33、32.41和33.46;对BP2生理小种,MAAL-4G、MAAL-7G与ATL-7G均表现免疫,相对病指均为0.00;MAAL-6G 表现抗病,相对病指为 14.06;MAAL-2G、MAAL-3G、MAAL-6G、Not-AC与ATL-8G表现耐病,相对病指分别是20.28、24.96、14.06、32.21和32.50。这一研究将为棉花抗黄萎病育种提供新的抗源。