二十一世纪水稻育种新战略Ⅱ．利用远缘杂交和多倍体双重优势进行超级稻育种

本文论述了远缘杂交和多倍体化结合利用基因组间和多倍本杂种优势，开创水稻育种新途径的策略。纵观水稻育种的历史，无论是常规杂交育种，还是杂交稻育种，其研究战略都是建立在有性生殖和二倍体基础上的，归根结底，都是利用栽培稻同一基因组（A基因组）内优良基因的重组以及从野生稻向栽培稻引入少数优良基因。从作物进化趋势看，水稻是二倍体，基因组小、DNA含量低、染色体小，增加基因组数，提高倍性水平，利用异源多倍体杂种优势将是水稻育种新途径。针对同源四倍体水稻结实率低的关键问题，可采取拉大亲缘关系距离、减少多价体形成，应用广亲和、无融合生殖基因等措施，从遗传机理上提高多倍体水稻结实率。按三步实施战略：一、选用极端类型籼粳稻、爪哇稻，诱导亚种间杂种多倍体；二、诱导亚洲栽培稻和非洲栽培稻以及非洲野生稻种间杂种多倍体；三、诱导AA基因组的栽培稻与其它不同基因组野生稻（BB、CC、BBCC、CCDD、DD、EE、FF、GG、HHJJ）的种间多倍体。在实施过程中发挥一特殊基因材料的特殊作用，如广亲和基因对于克服籼粳杂种一代不育性、特别是雌败育的作用，无融合生殖缺乏减数分裂发生和受精过程对于克服染色体配对分离而导致的杂种败育的作用，以及类似于小麦中存在的抑制部分同源染色体配对的Ph基因对于防止水稻异源多倍体的基因组间部分同源性配对形成多价体、染色体桥、落后染色体等现象的作用，为选育异源多倍体水稻、无融合生殖水稻提供可靠保证。近三年的实践已经初获良好的结果，利用无融合生殖水稻品系籼粳交，亚洲稻与美洲稻杂交已获得杂种优势明显、结实率高达85％的优良多倍体株系，为实现这一育种新战略打下了良好基础。     

Bph15在非洲栽培稻、药用野生稻和宽叶野生稻中的BAC-FISH比较物理定位

用覆盖抗褐飞虱基因Bph15的两个BAC克隆,即20M14 (27 kb)和64O9 (36 kb)作为探针,对非洲栽培稻、药用野生稻和宽叶野生稻体细胞染色体进行荧光原位杂交(FISH)。两个BAC克隆均被定位于非洲栽培稻和药用野生稻第4染色体的短臂上,杂交信号的百分距离分别为37.03±4.11和81.22±3.62,相应的信号检出率为41.18%和38.22%。在宽叶野生稻中,有两对同源染色体同时检出信号,分别定位于染色体的短臂和着丝粒区,信号距着丝粒平均百分距离分别为87.78±5.23和0,信号检出率为52.58%。由此推知,这两个BAC克隆在非洲栽培稻和药用野生稻的第4染色体分布同线且同区,并且在宽叶野生稻的DD基因组也存在Bph15基因的同源序列。在未封阻的情况下,BAC克隆在非洲栽培稻的多条染色体上有杂交信号,表明它和栽培稻C_0t-1 DNA在一定程度上具有同源性。上述结果初步显示Bph15在3个稻种染色体中的相对位置。文章讨论了Bph15在3个种间的关系,为有效分离和利用Bph15基因提供了有益的依据,对不同基因组及二倍体和四倍体中功能基因可能进化机制的分析提供了线索。     

亚洲棉、比克氏棉和陆地棉异源四倍体的合成

为了将野生比克氏棉的种子无腺体,而植株上有腺体的珍贵特性转育到栽培棉种上,先用二倍体亚洲棉(A_2A_2)与比克氏棉(G_1G_1)杂交成异源二倍体A_2G_1,将杂种染色体加倍,合成异源四倍体 A_2A_2G_1G_1,再与栽培四倍体陆地棉杂交,组成三交种合成异源四倍体。并对三种杂种的性状遗传学及细胞学进行了分析研究。为培育棉、油、蛋白质三位一体的抗虫新棉种提供了种质。     

Bph15在非洲栽培稻、药用野生稻和宽叶野生稻中的BAC-FISH比较物理定位

用覆盖抗褐飞虱基因Bph15的两个BAC克隆，即20M14 (27 kb)和64O9 (36 kb)作为探针，对非洲栽培稻、药用野生稻和宽叶野生稻体细胞染色体进行荧光原位杂交(FISH)。两个BAC克隆均被定位于非洲栽培稻和药用野生稻第4染色体的短臂上，杂交信号的百分距离分别为37.03±4.11和81.22±3.62，相应的信号检出率为41.18%和38.22%。在宽叶野生稻中，有两对同源染色体同时检出信号，分别定位于染色体的短臂和着丝粒区，信号距着丝粒平均百分距离分别为87.78±5.23和0，信号检出率为52.58%。由此推知，这两个BAC克隆在非洲栽培稻和药用野生稻的第4染色体分布同线且同区，并且在宽叶野生稻的DD基因组也存在Bph15基因的同源序列。在未封阻的情况下，BAC克隆在非洲栽培稻的多条染色体上有杂交信号，表明它和栽培稻C_0t-1 DNA在一定程度上具有同源性。上述结果初步显示Bph15在3个稻种染色体中的相对位置。文章讨论了Bph15在3个种间的关系，为有效分离和利用Bph15基因提供了有益的依据，对不同基因组及二倍体和四倍体中功能基因可能进化机制的分析提供了线索。     

四种栽培棉合成的四元杂种F1细胞遗传学研究

用(亚洲棉×草棉)F1进行染色体加倍,再与(陆地棉×海岛棉)F1进行杂交,产生亚洲棉、草棉、陆地棉和海岛棉四元杂种.对四种栽培棉的四元杂种F1花粉母细胞减数分裂各时期染色体行为观察结果表明,四元杂种F1的减数分裂异常,染色体丢失现象普遍,部分染色体不能联会配对,以单价体的形式存在,并出现三价体、四价体、五价体等多价体,在减数分裂的末期形成大量的不正常多分孢子,导致四元杂种F1高度不育.然而,四元杂种F1减数分裂中大多染色体仍能配对,形成环状或棒状二价体,并有较多的三价体、四价体、五价体等多价体,表明四种栽培棉种之间的亲缘关系相对较近,可以通过遗传重组产生综合四个栽培棉种性状的新种质.     

野生棉与陆地棉异源四倍体的合成与性状鉴定

棉属具有丰富的种质资源,将抗病性从野生棉转移到陆地棉中,以此提高陆地棉抗病性是一条理想的育种途经。本研究通过陆地棉和C组野生澳洲棉远缘杂交获得杂种F1,对其进行染色体加倍,将加倍的异源六倍体再与B组野生绿顶棉杂交,产生陆地棉、澳洲棉、绿顶棉的异源四倍体杂种。异源四倍体杂种继承了亲本的部分性状,同时也产生了如蔓生等特异性状;该杂种减数分裂后期染色体不能均等分离,四分体时期有多分体和微核出现;SSR结果发现,该杂种不仅具有三个亲本的特征条带,并且产生了新的重组成分。本研究不仅为该异源四倍体杂种不育提供了直接原因,也为进一步探讨有效的育性恢复方法及棉花新种质创制提供了依据,同时为利用野生棉资源控制棉花黄萎病育种探索培育了中间材料。     

异源三倍体水稻原生质体培养植株再生

本试验利用二倍体栽培稻（Oryza stativa L.）品种8204,染色体组型为AA,2n=24作为母本,四倍体小粒野生稻（Oryza minuta）染色体组型为BBCC,2n=4x=48作父本杂交,获得异源三倍体杂交种,染色体组型为ABC。F1根尖检查,染色体数目为2n=3x=36。用该异源三倍体杂交种的幼穗诱导愈伤组织,经长期细代培养进行原生质体游离,获     

花粉不育基因互作的同源四倍体水稻杂种染色体行为和生殖特性

利用同源四倍体水稻台中65-4x及其携带花粉不育基因的四倍体近等基因系组配的花粉不育基因座位互作的四倍体杂种,对其花粉母细胞减数分裂期间染色体行为及生殖特性进行研究。结果表明,四倍体亲本及杂种多数细胞在终变期都是四价体与二价体共存,台中65-4x染色体配对方式为9.20Ⅳ+5.60Ⅱ,杂种平均为9.52Ⅳ+4.90Ⅱ,亲本与杂     

稻属间杂种花粉植株的细胞遗传学研究

以栽培稻０２４２８与紧穗野生稻间不育Ｆ１杂种（２ｎ＝２４，ＡＣ）为材料进行花约培养，共接种花约３２６８８个，获得再生绿苗１３株及白化苗两株，愈伤诱导率与分化率分别为０．１４％和３４．７８％。有９朱花粉绿苗长至成熟，均表现长芒、紫柱头、强感光及易落粒等野生亲本的特性。细胞学结果进一步表明，其中４株为二倍体（２ｎ＝２４），形态上琚的Ｆ１杂种相似，花粉母细胞中期Ⅰ亦只能见到少数二价体；另５株则为四倍体（     

二倍体野生棉与四倍体栽培棉基于GISH的遗传关系分析

[目的]研究二倍体野生棉与四倍体栽培棉间的遗传亲缘关系,进一步探索各棉种间的起源与进化.[方法]以5个二倍体基因组的代表种B1(异常棉)、C1(斯特提棉)、E2(索马里棉)、F1(长萼棉)以及G1(比克氏棉)的基因组DNA(gDNA)为探针,以2个四倍体栽培种(陆地棉中棉所16、海岛棉新海7号)有丝分裂中期染色体为靶DNA,进行了基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)分析.[结果]以B1、E2和F1gDNA为探针时,杂交信号主要分布在2个栽培种较长的13对A亚组染色体上;各产生3对较强的GISH-NOR信号,其中1对分布在较长的A亚组上,2对分布在较短的D亚组上,其GISH-NOR信号强度与分布情况与以D基因组棉种为探针时相似.说明二倍体B、E、F基因组与四倍体棉A亚基因组具有较高的同源性,亲缘关系更近.这一点与它们的地理分布情况相符;而它们基因组中的45S rDNA重复序列与二倍体D基因组的45SrDNA重复序列同源性较高.C1和G1中以gDNA为探针时,杂交信号分布在2个栽培种全部26对染色体上,无法区分开A或D亚组染色体,都有3对较强的GISH-NOR信号.这一现象与D基因组拟似棉(D6) gDNA为探针的GISH相似,表明二倍体C和G基因组与四倍体棉的A和D亚基因组均具有较高的同源性,或者C和G基因组同时含有A基因组(或其他非洲棉基因组)和D基因组成分,进一步证实了其基因组成分的杂合性;而它们基因组中的45S rDNA重复序列同属D基因组类型.[结论]这些发现可为棉花杂交育种和棉属起源与演化研究提供有用信息.     

二倍体野生棉与四倍体栽培棉基于GISH的遗传关系分析（英文）

【目的】研究二倍体野生棉与四倍体栽培棉间的遗传亲缘关系,进一步探索各棉种间的起源与进化。【方法】以5个二倍体基因组的代表种B1(异常棉)、C1(斯特提棉)、E2(索马里棉)、F1(长萼棉)以及G1(比克氏棉)的基因组DNA(gDNA)为探针,以2个四倍体栽培种(陆地棉中棉所16、海岛棉新海7号)有丝分裂中期染色体为靶DNA,进行了基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)分析。【结果】以B1、E2和F1gDNA为探针时,杂交信号主要分布在2个栽培种较长的13对A亚组染色体上;各产生3对较强的GISH-NOR信号,其中1对分布在较长的A亚组上,2对分布在较短的D亚组上,其GISH-NOR信号强度与分布情况与以D基因组棉种为探针时相似。说明二倍体B、E、F基因组与四倍体棉A亚基因组具有较高的同源性,亲缘关系更近。这一点与它们的地理分布情况相符;而它们基因组中的45S rDNA重复序列与二倍体D基因组的45S rDNA重复序列同源性较高。C1和G1中以gDNA为探针时,杂交信号分布在2个栽培种全部26对染色体上,无法区分开A或D亚组染色体,都有3对较强的GISH-NOR信号。这一现象与D基因组拟似棉(D6)gDNA为探针的GISH相似,表明二倍体C和G基因组与四倍体棉的A和D亚基因组均具有较高的同源性,或者C和G基因组同时含有A基因组(或其他非洲棉基因组)和D基因组成分,进一步证实了其基因组成分的杂合性;而它们基因组中的45S rDNA重复序列同属D基因组类型。【结论】这些发现可为棉花杂交育种和棉属起源与演化研究提供有用信息。     

野生稻种质利用技术的研究——Ⅰ.稻属种间杂种(AA×CC染色体组)的获

本文报道了以AA型染色体组的稻种(栽培稻和普通野生稻的半野类型)为母本,以CC型染色体组的稻种(广西药用野生稻)为父本,通过有性杂交,将获得的胚乳发育不完全的F_0种子进行离体培养,成动地获得了栽培稻与药用野生稻以及普通野生稻与药用野生稻的杂种植株,并用栽培稻回交成功,获得了大批的B_1F_1植株。实验结果表明:采用有性杂交与离体培养相结合的方法是克服稻属种间远缘杂种不孕性,取得种间杂种的一种有效途径。     

利用荧光原位杂交技术分析新合成异源四倍体拟南芥

在植物异源倍化育种中或者通过异源多倍化导入有利基因时,初级杂交后代异源多倍体减数分裂期间,避免部分同源染色体干扰,使同源染色体正常联会和配对以及正确分离是产生功能性雌雄配子的细胞学基础。本研究通过种间杂交技术,获得初级杂交后代异源四倍体拟南芥A. suecica,并重点分析其花粉母细胞减数分裂期同源染色体联会和配对情况。利用DAPI技术染色证明了花粉母细胞减数分裂期间核内染色体数目的正确性和均等分裂;而用荧光原位杂交技术进一步证明了核内染色体组的来源的正确性和同源染色体联会和配对的精准性。该结果证实新合成异源多倍体能进行正常的减数分裂和产生功能性雌雄配子,为种属间杂交和异源多倍体育种以及植物杂种优势利用提供了有利的细胞遗传学证据。     

无子西瓜的制种与栽培技术

一、无子西瓜的育成无子西瓜是由四倍体西瓜与普通二倍体西瓜杂交成的一代杂种(即三倍体无子西瓜)。三倍体西瓜由于染色体配对紊乱,不能产生正常的生殖细胞,是不育的,因此,三倍体西瓜不能结子,人们称之为无子西瓜。     

木薯有性四倍体遗传稳定性分析

木薯作为中国重要的经济作物,其优良品种的选育一直是木薯科研工作的重点,而多倍体的巨型性特点为其育种提供了新的思路,目前多倍体研究大多是体细胞加倍,有性多倍化研究起步较晚,而本课题组通过2n配子有性活体杂交,成功获得了首例木薯有性四倍体植株。为了研究木薯有性四倍体的遗传稳定性,本研究分别采用:田间的农艺性状观测(生长稳定期)、流式细胞术、叶片染色体计数、蛋白质含量测定/蛋白质聚丙烯酰胺凝胶电泳以及淀粉含量测定等方法进行鉴定。结果显示:木薯有性四倍体各株系农艺性状均保持了母株器官巨型性的多倍体特征;流式细胞仪分析显示,木薯有性四倍体各株系叶片DNA含量均为二倍体亲本(SC5)的两倍,相对应的叶片染色体数目也为二倍体亲本(SC5)的两倍,且视野中四倍体细胞所占比例均在90%以上;各株系蛋白质含量均小于二倍体对照组,且有性多倍体株系电泳谱带基本相似;在淀粉含量测定中,其各株系淀粉含量均小于对照组,且各株系之间含量波动较小。本研究结果表明木薯有性四倍体植株具有较好的遗传稳定性,对木薯多倍体品种的选育具有重要意义。     

二十一世纪水稻育种新战略

本文论述了远缘杂交和多倍体化结合利用基因组间和多倍体杂种优势,开创水稻育种新途径的策略。纵观水稻育种的历史,无论是常规杂交育种,还是杂交稻育种,其研究战略都是建立在有性生殖和二倍体基础上的,归根结底,都是利用栽培稻同一基因组（A基因组）内优良基因的重组以及从野生稻向栽培稻引入少数优良基因。从作物进化     

栽培稻×药用野生稻种间杂种基因组DNA甲基化的遗传与变异研究

为了探索栽培稻与药用野生稻种间杂种体内异源基因组重组引起的DNA甲基化变异规律,及其生物学效应,利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对辽粳944、药用野生稻及其杂种F_1不同发育时期的叶片和小穗基因组DNA甲基化水平和模式的遗传变异特点进行了分析。结果表明,辽粳944、药用野生稻及其杂种F_1的叶片和小穗DNA的甲基化水平表现出相同的变化趋势,即随着生长发育的进行,DNA甲基化水平呈下降趋势,各组织的全甲基化率均显著高于半甲基化率(P=0.000);杂种在分蘖期、减数分裂期及开花期叶片DNA平均总甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分别为20.19%,16.06%及4.13%,其甲基化水平高于双亲;而杂种在减数分裂期、小孢子发育期及花粉成熟期小穗DNA平均总甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分别为17.38%,13.67%及3.71%,均比辽粳944高,而比药用野生稻低;杂种小穗的半甲基化率显著高于辽粳944(P=0.015)。杂种叶片和小穗DNA的甲基化模式均有5种类型。经过对94个甲基化特异片段的序列分析,有38个片段的序列与已知或假定功能的基因具有同源性。为进一步研究栽培稻与野生稻种间杂种不育机理奠定了基础。     

异源三倍体水稻原生质体培养及植株再生

本试验利用二倍体栽培稻品种８２０４，染色体组型为ＡＡ，２ｎ＝２４作为母本，四倍体小粒野生稻染色体组型为ＢＢＣＣ，２ｎ＝４ｘ＝４８作父本杂交，获得异源三倍体杂交种，染色体组型为ＡＢＣ。Ｆ１根尖检查，染色体数目为２ｎ＝３ｘ＝３６。用该异源三倍体杂交种的纪穗诱导愈伤组织，经长期继代培养进行原生质体游离，获得了再生植株白化苗。试验结果表明，用琼脂糖包埋法保进原性质体再生愈伤组织。分化培养基用玉米素，激动素     

茄子畸形僵果性状及植株结实力的选择

茄子的同源多倍体育种历经20多年，已育成了第一个四倍体品种“新茄1号”。在育种中，由于染色体加倍而引发的有利变异，最明显的是果实营养成分的改善，以及总产量所表现出的潜力，而不利变异则是多方面的，畸形僵果的长期存在即为其中之一。茄子的同源四倍体由原二倍体白花授粉作物变为自交不亲和，这对采用多亲本轮回聚合选择提供了方便。     

四倍体金银花新品种九丰1号的特征特性

九丰1号是山东省平邑县九间棚农业科技园有限公司采用多倍体育种技术,以二倍体金银花传统品种大毛花(2n=18)为亲本经过秋水仙素茎尖处理加倍选育而成的四倍体金银花新品种,经中国科学院植物所鉴定其染色体核型为2n=36,确认为四倍体金银花.该品种已于2004年12月通过了山东省科技厅组织的科技成果鉴定.