大葱(Allium fistulosum L.2n=16)是一种重要的保健蔬菜,广泛栽培于亚洲东部。大葱是异花授粉作物,杂种优势明显,但由于其花器小不便于去雄,因此利用雄性不育系就成为生产大葱杂种的最佳系统。直到1987年张启沛在葱自然群体中发现雄性不育植株后,大葱利用雄性不育系育种才在我国得以发展。众多研究表明植物细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility, CMS)与线粒体基因组有关。目前国内外有关大葱胞质雄性不育机制的研究报道还很少,本研究以四对(共9份)己育成的细胞质雄性不育系及保持系(海阳大葱、元藏、鸿均大葱、稷王一号)为材料,从细胞学和分子学两个水平进行分析,旨在能够为深入理解大葱CMS机制提供理论基础,以及加快大葱育种步伐。具体内容如下：1.保持系和不育系的细胞学研究利用醋酸洋红染色法对大葱花药进行观察,获得花药处于四分体时期时花蕾的平均长度、直径和柄长分别为2.32、1.37和3.30mm。据此在田间采集不育系58A1、58A2及保持系58B不同大小的花蕾进行石蜡切片,结果发现58A1在小孢子母细胞时期绒毡层就开始解体,影响了其正常的减数分裂,最后由于缺乏营养而使细胞解体,表现为雄性不育；58A2的绒毡层在四分体时期正常,但在小孢子时期异常增厚,挤压药室中的小孢子从而使花粉败育。2.保持系和不育系的分子生物学研究将碱处理法稍加改进,仅利用Tris-HCl和NaOH两种试剂优化出一种快速提取葱属植物DNA的方法。改进后的方法方便快捷,适用于田间操作,可加快育种步伐。所提DNA在常温下可保存5天,4℃或-20℃下可至少保存两个月。PCR扩增不育系64A及保持系64B的线粒体基因,结果显示7对引物的扩增产物在二者之间没有显著差异,而用引物SCS13(L/R)只在不育系中扩出一条2561bp条带。测序显示有37bp与atp9基因的编码序列同源,同源性为89%。利用256对AFLP引物对9个大葱品种的线粒体DNA (mtDNA)进行了分析,获得65个多态性条带。利用UPGMA法对多态性条带进行聚类分析,树状图显示来源于日本的64A独属于一个类群,这表明亲缘关系与地理来源相关。多态性条带中有4个可能与CMS相关,对其进行克隆测序后只成功获得k2序列,结果显示k2长302bp,BLAST揭示145bp与洋葱coxl基因同源且同源性97%,剩余157bp为未知序列；同源的145bp中有100bp为cox1编码区序列,40bp为coxl3’非编码区,5bp为插入的短重复序列。利用k2可区分不同胞质类型的大葱,但由于AFLP较复杂,我们试图将其转化为简单的SCAR标记,根据相关序列设计引物,在不育系中获得目的条带1646bp,表明标记转化成功记为SCAR1,本实验又用12个不同株系的大葱对该标记进行验证,结果显示与实际胞质类型一致,说明SCAR1稳定可靠,可用来辅助育种。将4种限制性内切酶与4个线粒体基因探针进行组合,对9个大葱品种的总DNA进行了RFLP分析。用rrn26探针进行杂交的四组均无信号,其他组合杂交结果显示：9个品种的线粒体基因组之间存在多态性,其中nad5的差异最为明显且HindⅢ/nad5这个酶／探针组合可以作为大葱mtDNA的RFLP分类技术体系；4-6不育系及其保持系线粒体基因组中的BamHI酶切位点与其他材料的可能存在着差异,因而用该酶切后的杂交图谱表现出了差异性。