论文部分内容阅读
甜菜（Beta vulgaris L．）是我国重要的糖料作物。欧美诸国早已不用产量偏低的甜菜多胚品种，利用单胚雄性不育的高产型品种是当今世界甜菜育种的主流，也是我国甜菜育种的主攻目标。利用单胚雄性不育系配制杂交种的优点是，制种省力，杂交率高，原种可控，杂种高产，单胚种子便于机械化精量点播和纸筒育苗移栽。但我国甜菜单胚雄性不育的研究和利用差距较大。某些甜菜细胞质雄性不育（CMS）的研究结果，与其他作物间以及不同研究者间比较，还存在一些差异和空白。因此，基于上述情况，本研究主要以2对单胚甜菜细胞质雄性不育系（CMS系）和保持系（甜菜特称O型系）为试验材料，比较系统地进行细胞形态、超微结构、生理生化、分子标记、系统选育等研究，以探明甜菜雄性不育的花粉败育特征与时期，明确甜菜雄性不育的生理生化反应与表现，探索分子标记对甜菜的分类和遗传基础分析技术，为种质资源引进和亲本选配，分子标记辅助选择育种奠定技术基础，为阐明雄性不育机制及其利用提供理论依据。主要研究内容和结论如下：1、单胚甜菜不育系及其保持系的形态学与细胞学以及超微结构研究。采用田间调查、光学显微镜和电子显微镜观察，对不育系及其保持系的花药、花粉、雌蕊的生物学特性及发育过程分别进行比较观察。结果表明，不育系花药和花粉的形态与细胞明显异常。本研究的新发现是，甜菜形成四分体的胼胝质壁间存在胞间连丝结构，不育系绒毡层虽产生乌氏体颗粒，但2-3个相互粘连而停止发育。甜菜不育系花药和花粉败育过程大体划分为4个阶段，本研究将败育初期确定在四分体时期的绒毡层与中层脱离开始，与以往认为败育初期在四分体时期以后的看法有所不同。对甜菜雌蕊进行解剖学和超微结构等系统观察在国内尚属首例，表明不育系及其保持系的柱头、子房、胚珠、胚囊形态结构基本相似，但发现了雌蕊子房壁的小型细胞中含有结晶，蜜腺的分泌细胞有大量淀粉颗粒，单胚种存在极少的双胚珠现象。2、单胚甜菜CMS与内源激素含量关系的研究。采用间接酶联免疫（ELISA）检测技术，分析营养生长期和生殖生长期的功能叶片和花蕾中的生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素4大类内源激素含量和比值变化。结果表明，在营养生长的糖分积累期ABA、IAA、GA3均为保持系高于不育系达显著差异，而DHZR、IPA、ZR在营养生长期间均差异不显著；在开花初期的叶片，除IPA外，IAA、ABA、DHZR、ZR、GA3均为保持系高于不育系；饱满花蕾的IAA、ABA、ZR、GA3均为保持系高于不育系。甜菜激素变化较有规律的时期和器官依次为开花盛期的饱满花蕾、开花初期的叶片和和营养生长阶段糖分积累期的叶片。在上述3个时期，甜菜不育系与保持系比较，不育系的IAA／ABA、ZR／ABA和GA3／ABA比值分别为保持系的0.55倍、1.43倍、1.64倍；2.66倍、1.55倍、1.49倍；1.14倍、1.60倍、1.53倍。从内源激素含量变化与甜菜CMS相关密切程度来看则为ABA＞IAA＞GA3＞ZR；从内源激素的比值或平衡与甜菜CMS相关影响程度而言，在营养生长期平均为ZR／ABA＞GA3／ABA＞IAA／ABA，开花初期的叶片为IAA／ABA＞ZR／ABA＞GA3／ABA，饱满花蕾是GA3／ABA＞ZR／ABA＞IAA／ABA。研究表明在甜菜营养生长和生殖生长阶段激素含量与CMS均存在相关影响，甜菜CMS和内源激素ABA、IAA、GA3的含量降低及其激素间的比例平衡有关。与以前的研究结果有所差异。3、单胚甜菜CMS与几种酶活性关系的研究。在生殖生长期，取单胚甜菜不育系及其保持系的花和叶为试样，测定抗坏血酸氧化酶（Ascorbate oxidase，ASO）、超氧化物歧化酶（S uperoxidedismutase，SOD）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）及过氧化氢酶（Catalase，CAT）4种酶的活性。结果表明，甜菜CMS的发生和ASO、POD及SOD的活性降低有关，从保持系高于不育系的酶活性倍数看，开花期叶片ASO活性平均为3.62倍，花蕾POD活性平均为2.19倍，花蕾SOD活性平均为1.10倍。而CAT活性在整个生殖生长阶段无明显差异。4、单胚甜菜不育系及其保持系的SRAP与SSR分子标记分析。采用SRAP和SSR两种分子标记方法相结合，对甜菜单胚不育系及其保持系等49份材料进行遗传多样性分析。利用4个表型差异显著的甜菜品系对SRAP的64对引物组合及SSR的11对引物组合进行扩增，分别筛选出有效引物组合11对和9对。SRAP的11对引物组合共产生199条扩增带，其中有86条多态性带，多态性带的比率平均为43.7％。SSR的9对引物共产生35条扩增带，多态性比率为100％。在遗传距离0.20处，将49个甜菜材料划分为A、B、C、D 4个类群，而D类群又分为4个亚类，较好地显示了甜菜材料丰富的遗传多样性。5个不同群体间的遗传相似系数比较，多胚四倍体品系0.7264＞单胚杂交组合0.7243＞国外品种0.7060＞多胚二倍体品系0.6908＞单胚品系0.6837。表明不同甜菜品种具有相当高的异质性，国外与国内材料的遗传基础存在一定差异，但生产应用的甜菜品种间存在亲缘关系较近、遗传基础较窄的倾向。单胚不育系及其保持系被分为A、B两类，这可能是由于回交改良过程中，导入了不同的基因背景所致。5、利用同步改良、轮回选择、基因型与环境互作选择法提高单胚甜菜不育系的丰产性和抗病性研究。以国外引进的单胚雄性不育材料为不育源，利用国产优良纯合型多胚保持系的高糖抗病基因对单胚不育系及其保持系进行同步核置换，使含糖率比原亲本提高2度以上，抗病性提高1.5级。以此为基础群体，在病地和非病地同步鉴定，采用轮回选择以及基因型与环境互作选择法筛选，结果表明，群体丰产性与抗病性得到同步提高，与基础群体比较，测交改良群体和全姊妹改良群体的单胚不育系的根产量在非病地分别提高14％和7％，在病地分别提高35％和3％。表明该方法是甜菜育种和种质改良的有效途径。