【摘 要】
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绿豆(Vigna radiata)有着悠久的栽培历史,在中国种植已逾两千年,是我国传统的经济作物,总产量和出口量均居世界首位。绿豆作为药食兼用的小杂粮之一,营养价值丰富,有较高利用价值。但目前我国绿豆育种水平与其他作物相比仍处于较低水平,杂种选育进展缓慢,目前绿豆大粒品种少,绿豆百粒重低,因此育种发展过程中的主要方向就是筛选大粒等性状的绿豆品种,分析其农艺性状,为未来绿豆良种选育做准备。作为作物生
【基金项目】
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国家食用豆产业技术体系(CARS-08-G15); 江苏特粮特经产业技术体系集成创新中心基金(JATS(2018)255);
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绿豆(Vigna radiata)有着悠久的栽培历史,在中国种植已逾两千年,是我国传统的经济作物,总产量和出口量均居世界首位。绿豆作为药食兼用的小杂粮之一,营养价值丰富,有较高利用价值。但目前我国绿豆育种水平与其他作物相比仍处于较低水平,杂种选育进展缓慢,目前绿豆大粒品种少,绿豆百粒重低,因此育种发展过程中的主要方向就是筛选大粒等性状的绿豆品种,分析其农艺性状,为未来绿豆良种选育做准备。作为作物生殖发育研究的热门内容,雄性不育系的应用在杂交育种选育过程中有着重要作用,目前,绿豆雄性不育的种质创新及利用还未有报道,由江苏省农业科学院经济作物研究所培育的绿豆雄性不育系则为不育种质的发掘和创新提供了材料。绿豆是严格自花授粉植物,在绿豆杂交的生产实践过程中花柄易损伤脱落,花柱去雄授粉时易折断,因此人工杂交难度大。研究探索利用绿豆雄性不育系进行杂交育种,可为今后生产新型优质绿豆杂交种奠定基础。首先,本研究为了发掘优质绿豆资源,选用了近年来由江苏省农业科学院经济作物研究所从各地区征集的共115份绿豆资源作为供试材料,初步鉴定并比较分析了其主要农艺性状,为以后大粒型优良品种选择做出准备。其次,研究绿豆雄性不育材料还需大量的不育植株,在扩繁基础上,通过对新获得的绿豆雄性不育系进行育性分析鉴定,初步了解绿豆不育系的育性特点和遗传特性。最后,通过比较绿豆雄性不育系进行人工杂交和蜜蜂辅助授粉两种不同杂交方式下的育性和异交结实性,为将来利用绿豆不育系杂交育种提供参考。获得的主要结果如下:(1)通过对1 15份来自不同地区的绿豆品种在江苏南京进行了种植,并对“株高”、“主茎分枝数”、“主茎节数”、“主茎粗”、“第一花梗节位”、“第一分枝节位”、“叶片长”、“叶片宽”、“百粒重”等9个农艺性状的鉴定和数据采集,结果表明绿豆种质资源品种间具有丰富的遗传多样性,9个数量性状中变异系数最大的是“第一分枝节位”,为48.19%;“株高”的变异系数是最小的,为19.24%。通过关联度分析发现“株高”和“主茎节数”这两个性状是影响百粒重的主要因素,相关性分析也表明产量重要农艺性状“百粒重”与“株高”的相关性最大。通过主成分分析将9个数量性状转化为3个主成分,特征值累计贡献率达到62.059%,较大程度反映出115份绿豆种质资源的表型特征;在影响绿豆百粒重的农艺性状中,首先应考虑绿豆的“株高”,其次是“主茎粗”、“主茎节数”,依据这些性状可以对绿豆种质资源进行早期评价选择。未来育种生产中可以利用这些性状之间的关系,通过植株的各外观性状反映出的主要农艺性状指标,指导绿豆优良新品种的选育。(2)绿豆雄性不育材料特征分析:通过对江苏省农科院经济作物所提供的绿豆雄性不育材料进行遗传类型调查,结果表明绿豆可育株和雄性不育株在营养生长期上差别不大,均能在播种期正常完成生长发育。在形态特点上,绿豆可育株盛花期花药饱满开裂,成熟期叶片发黄脱落且有大量结实荚;绿豆不育株盛花期花药发白不散粉,成熟期生长势依旧旺盛,叶片仍肥厚呈绿色不脱落,不能正常结荚或只有不结实荚。绿豆不育株自交不结实,育性不受周围环境因素影响,败育彻底,不育率为100%。第一批绿豆雄性不育材料中可育和不可育植株的分离比为139:15,第二批材料中的分离比例为615:56,两批材料育性分离比例接近15:1,推测绿豆不育系的不育性是由两对隐性基因控制,具体的基因位点有待后续进一步分析。(3)人工杂交和蜜蜂辅助授粉试验:将绿豆雄性不育株与农艺性状分析中生长势良好、百粒重较大的绿豆品种‘中绿5号’进行杂交试验,通过蜜蜂辅助授粉杂交方式来探索在不破坏绿豆花器官的微环境下进行杂交授粉的可行性。试验结果显示无遮阳网遮挡的棚中蜜蜂出勤率更高,植株结荚数量高于有遮阳网遮挡的棚。通过对不育株与可育株访花的蜜蜂数量进行调查,两个棚可育株一分钟内的访花蜜蜂的平均数量分别为3.9只和4.7只,不育株一分钟内的访花蜜蜂的平均数量为11.2只和13.6只,表明访不育株的蜜蜂数量高于访可育株的蜜蜂数量。同时,蜜蜂访不育花的平均时间为20.38 s,而访可育花的平均时间仅为14.93 s。说明了对于蜜蜂而言,不育株更能吸引蜜蜂进行采集活动。人工授粉每个棚杂交花费是298元,蜜蜂辅助授粉每个棚杂交花费是120元。人工授粉平均每个棚结荚14个,杂交成功率为7.00%;蜜蜂授粉平均每个棚结荚8.75个。探索蜜蜂辅助授粉对于绿豆雄性不育株杂交的潜力,对未来绿豆雄性不育系在优质绿豆品种杂交育种的利用具有一定的指导意义。本文一方面对115份绿豆品种的主要农艺性状进行了调查分析,为绿豆育种工作中筛选亲本提供了依据。另一方面,本研究对绿豆雄性不育材料的遗传规律进行了分析鉴定,并比较了两种杂交授粉方式对绿豆雄性不育材料进行杂交试验特性,可为后续深入研究,创新人工杂交与蜜蜂辅助授粉杂交的技术,挖掘更加高效的授粉育种途径,以及利用杂交技术培育绿豆优良新品种提供依据。
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