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长期以来,许多粮食作物的育种工作者都对杂种优势的利用非常重视。杂种优势是各种生物遗传存在的普遍现象,也是作物品种改良工作中对单产的提高、品种的改进,抗逆性增强的一种重要途径。许多杂交植物如水稻等比其亲本的植株更为健壮高达,种子更大,产量更多。但是,水稻等作物在实验小区攀越1000公斤单产高峰的同时,大面积生产仍就处于一个高产平缓期,上世纪选育的品种与近期选育的品种比较,彼此间难以增产5%。究其原因在于有利基因太少,杂交亲本间多样性太少。历史上水稻的杂交育种主要是利用同一基因组内栽培稻种内优良基因的重组或很少从野生稻中引入一些优良基因到栽培稻中。然而,稻属有20多个野生稻物种,它们存在着丰富的优良基因和多样性,是亟待利用的宝贵资源。在蔡得田等的研究思想——利用远缘杂交和多倍体双重优势进行超级稻育种的引导下,利用远缘杂交植物组织培养等技术培养选育稳产、高产的异源多倍体水稻新品种,已成为水稻育种的新途径。文献报道,高秆野生稻(Oryza Ita)中存在许多优良基因抗性基因,为充分利用这些基因,将高秆野生稻(CCDD)和栽培稻(AA)杂交,经胚挽救得到杂种F1利用组织培养和秋水仙素加倍技术成功创造了它们的六倍体植株(AACCDD),但是异源六倍体植株表现为雄性不育和较强的野生性。为了克服这些不良特性,以六倍体为母本,具有减数分裂稳定(PMeS)基因的二倍体栽培稻品系HN2026-2x(APAP)为父本进行杂交,利用胚挽救成功得到回交杂种同源异源四倍体植株(AACD),已鉴定其根尖染色体数目为48条。本研究实验在此基础上将同源异源四倍体植株取其幼穗,进行组织培养,通过试验各种方法将其染色体加倍得到同源异源八倍体水稻植株(AAAACCDD)。在形态学上对其不同倍性材料及其与亲本之间进行比较研究;在细胞学上鉴定其倍性的真实性,观察减数分裂的稳定性和育性的观察与统计;并且通过分子标记来鉴定其杂种的真实性和A基因组与CD基因组特有的分子标记。研究得到如下结果。1.从形态学上看栽培稻(AA)/高秆野生稻(CCDD)杂种F1(ACD)、异源六倍体(AACCDD),同源异源四倍体(AACD)的植株表现为茎秆粗壮,生长旺盛,分蘖数相对栽培稻亲本增加,剑叶也变大变绿,有比较明显的野生稻(CCDD)的特征,和少许栽培稻特点。而同源异源八倍体(AAAACCDD)植物则表现生长发育迟缓,矮小,叶色更深更绿,而且剑叶很难长出来,分蘖少,存活困难,处于一种“病态”状。2.通过染色体制片,观察到ACD,AACCDD,AACD,AAAACCDD的染色体数目分别为3x=36,6x=72,4x=48,8x=96条,在细胞学上断定AAAACCDD倍性的真实性,确定AACD成功加倍成为同源异源八倍体。3.通过对亲本AA,CCDD,杂种ACD,AACCDD等的花粉母细胞减数分裂的观察比较,发现ACD,ACCDD都只能观察到减数分裂Ⅰ前期的细胞很难找到减数分裂Ⅰ中期及后期的细胞;AACD虽然各时期细胞都能观察到,但是染色体行为存在很大的异常现象,前期Ⅰ细胞会出现单价体、三价体、四倍体和高价体;后期Ⅰ、中期Ⅱ、后期Ⅱ常有落后染色体出现;末期Ⅱ还有三分孢子,且三分孢子里的染色体分配很不均一。4.用筛选得到的SSR引物RM598与RM3513分子标记PCR结果看到杂种ACD,AACD,AAAACCDD既具有A基因组的特征条带,也具CD基因组的特征条带,说明了它们是真实的杂种。本研究是开展异源多倍体水稻育种的前期准备。我们获得的异源三倍体、四倍体、六倍体和八倍体材料及研究结果此前少有报道,它为不同来源的稻属基因组间的进化研究和多倍体育种提供了重要基础。