栽培棉种间二、三、四元杂种的研究 Ⅰ.杂种F_1的产生及其形态特性

本研究以棉属(Gossypium)的栽培种草棉(C.herbaceum L.)、亚洲棉(G.arboFeumL.)、陆地棉(G.hirsutum L.)和海岛棉(G.barbodense L.)为材料,通过种间杂交产生二元、三元和四元杂种F_1,首先进行同染色体组内的种间杂交,然后用0.2％秋水仙碱溶液处理(亚洲棉×草棉)F_1获得双二倍体,并进一步以该双二倍体与陆地棉或(陆地棉×海岛棉)F_1进行正反交,产生三元杂种F_1和四元杂种F_1。形态学研究表明,各二元、三元和四元杂种的F_1均生长旺盛,两个二元杂种F_1的叶片和花器或表现为明确的显隐性关系或超过双亲的平均值(如叶片的长度和宽度)。三元和四元杂种F_1在叶形和花器形态上表现了三个和四个棉种的一些性状。这表明把几个栽培棉种的某些性状组合于同一杂种是可能的。     

4个栽培棉种间四元杂种的SSR分子标记鉴定

    将(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、陆地棉和海岛棉的四元杂种.四元杂种形态特征综合有亚洲棉、草棉、陆地棉和海岛棉的一些性状,总体植株形态似陆地棉.SSR分子标记分析结果表明,45对SSR引物中,具多态性的引物共30对,共检测到99条清晰的多态性带,平均每个SSR座位可检测到3.3个.四元杂种具有4个亲本的特征谱带,从分子水平上证明四元杂种具有4个亲本的遗传物质,其中亚洲棉特征带占20.8%,草棉特征带占22.2%,陆地棉特征带占15.3%,海岛棉特征带占13.9%,而四元杂种特有带占27.8%.四元杂种与4个亲本(亚洲棉、草棉、海岛棉和陆地棉)之间的遗传相似系数分别为0.500、0.444、0.389和0.444.研究结果表明SSR分子标记适用于棉花遗传亲缘关系和远缘杂种的鉴定,结果准确可靠;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有4个栽培棉种性状的棉花新种质.     

棉属异源四倍体杂种性状研究

采用人工合成亚比棉(A2G1)的双二倍体为母本,以[AD]复合染色体组的[陆地棉(AD)1×黄褐棉(AD)4]为父本.杂交后获得棉属A、D、G三染色体组的1个四元杂交种A2G1×[(AD)1×(AD)4],并对其F1植株形态特征、花粉粒生活力及色素腺体的分布进行观察研究,其F1植株具有两亲本的一些形态特征,如叶片、花器等;也有超亲本性状出现如腺体、叶片6裂等。但该四元杂种花粉高度不育,目前正在进行染色体加倍技术及回交,以便克服四元杂交种不育的困难。     

亚洲棉、比克氏棉与陆地棉种间杂种后代的胚胎学观察

以三元杂种〔(亚洲棉×比克氏棉 )×陆地棉〕和〔陆地棉× (亚洲棉×比克氏棉 )〕为母本 ,以陆地棉为轮回亲本进行回交 ,陆地棉花粉在三元杂种柱头上能顺利萌发 ,花粉管在花柱组织中生长并进入了胚珠到达胚囊 ,只是比陆地棉自交生长缓慢 ,受精百分率低 ,精核能进入卵核 ,但胚乳游离核分裂不正常 ,导致胚及胚乳解体 ,最后发生败育     

栽培棉种间多棉种杂种的形态学和细胞遗传学研究

以四个栽培棉种为材料，通过种间杂交，产生了栽培棉种间二元、三元和四元杂种。对各材料叶片横切面结构研究表明，草棉与亚洲棉为等面叶，陆地棉与海岛棉为背腹叶，而各多元杂种均表现为等面叶，这一结果可用于多元杂种的早期鉴定。对各材料减数分裂的研究表明，二倍体的二元杂种（亚洲棉×草棉）Ｆ１联会成１１个二价体和１个四体环，四倍体的二元杂种主要联会成２６个二价体，而各多元杂种联会成大量的单价体和多价体。从而引起后期Ⅰ染色体分离混乱，并产生大量的异常四分体，造成多元余种的高度不育。     

亚比棉及其三种杂种的同工酶分析

对亚比棉及其三种杂种进行了同工酶分析,结果表明:亚洲棉×比克氏棉杂种F1共有9条酶带,为双亲的不完全互补型酶谱模式,其中与双亲同源的占44%,与亚洲棉单一同源的占44%,与比克氏棉单一同源的占11%;陆地棉×(亚洲棉×比克氏棉)杂种F1有9条酶带,为杂合型酶谱模式,其中与双亲同源的酶带占56%,与陆地棉单一同源的酶带占11%,与亚比棉单一同源的占11%,新生酶带占11%;(亚洲棉×比克氏棉)×陆地棉杂种F1有11条酶带,其中与双亲同源的占64%,与亚比棉单一同源的占9%,与陆地棉单一同源的占18%,新生酶带占9%;(亚洲棉×比克氏棉)×海岛棉杂种F1有11条酶带,为双亲的不完全互补型酶谱模式,其中与双亲同源的酶带占64%,与亚比棉单一同源的酶带无,与海岛棉单一同源的酶带占36%。     

[AG]与[AD]三染色体组三元杂种的核型分析

试验用核型分析方法对由亚比棉与陆地棉、海岛棉合成的三元杂种进行了研究,旨在为验证三种杂种的真实性提供一定的理论依据。结果表明:三元杂种的染色体数目均为52条,但其染色体类型有异于亲本。三元杂种(亚洲棉×比克氏棉)×陆地棉的核型公式为:2n=4x=52=2M+44m(2SAT)+6sm(2SAT),相对长度变异范围在6.12%~2.56%之间。臂比值变化于1.02~1.82之间,平均臂比为1.35。核型类别为1B。三种杂种(亚洲棉×比克氏棉)×海岛棉的核型公式为:2n=4x=52=44m(2SAT)+8sm(2SAT),相对长度变异范围在6.91%~1.99%之间,臂比值变化于1.01~2.31之间,平均臂比为1.37。核型类型为2B。并且从染色体参数上初步断定了三元杂种某些染色体的来源。     

棉花四元杂种F_1的形态性状遗传及不育性研究

棉花四元杂种[(亚洲棉×比克氏棉)×(陆地棉×夏威夷棉)]F1是山西农业大学棉花育种组合成的具有棉属三个染色体组(A、D、G)的新种质材料。本文对其形态性状及花粉母细胞减数分裂染色体行为进行了研究。结果表明:F1变异最大的是花。在花朵大小、花冠和花药颜色、花瓣宽度以及基部有无红心上表现出典型的超亲性状。在减数分裂过程中,花粉母细胞大多数染色体不能联会配对,主要以单价体的形式存在,并且在后期Ⅰ向两极分离的时候形成了染色体"桥"。染色体的结构式为:2n=52=35 62Ⅰ+6 13Ⅱ+0 38Ⅲ+0 12Ⅳ。末期Ⅱ形成的异型孢子占绝大多数(80 43%),而其正常的4分孢子仅占6 29%,导致了四元杂种F1高度不育。     

三个棉花种间杂种F_1的细胞学研究

本研究分析了亚洲棉(Gossypium arboreum L.,2n=26,A2)×司笃克氏棉(G.stocksii Mast.in Hook..2n=26,E_1)、陆地棉(G.hirsutum L.,2n=52,(AD)1)×异常棉(G.anomalum Wawra.& Peyer.,2n;=26,B1)和陆地棉×雷蒙德氏棉(G.raimondii Ulbr.,2n=26,Ds)3个种间杂种F_1花粉母细胞减数分裂时的染色体行为;并观测了杂种F_1的花粉粒大小和生活力。结果表明,在种间杂种F_1花粉母细胞减数分裂的四分体形成时期,常出现一些多分孢子和微核.杂种F_1的花粉生活力和发芽率都显著地低于双亲。3个种间杂种F_1减数分裂中期Ⅰ所表现的染色体构型各不相同,亚洲棉×司笃克氏棉F_1为12.40 Ⅰ+5.50 Ⅱ+0.45 Ⅲ+0.32 Ⅳ,陆地棉×异常棉F_1为25.59Ⅰ+5.81Ⅱ+0.2 Ⅲ+0.27Ⅳ,陆地棉×雷蒙德氏棉F_1为12.44Ⅰ+12.17Ⅱ+0.37Ⅲ+0.27Ⅳ。根据各杂交组合染色体配对的表现,讨论了这些棉种间的亲缘关系和棉花种间杂种的利用问题。     

棉花三元杂种的细胞遗传学研究

棉属有丰富的种质资源,在野生棉种中有许多优异的农艺性状和丰富的基因资源,将野生澳洲棉和黄褐棉的优良性状导入陆地棉,以期改良栽培种陆地棉。采用栽培种陆地棉和野生澳洲棉杂交获得杂种F1,然后对其进行染色体加倍,加倍后的异源六倍体再与野生黄褐棉杂交,产生陆地棉、澳洲棉和黄褐棉的三元杂种,并对三元杂种F1花粉母细胞减数分裂行为进行观察。结果表明:三元杂种F1的减数分裂异常,主要表现在减数分裂后期染色体不能均等分离,在四分体形成时期,常出现一些多分体和微核。统计结果表明,末期Ⅱ形成的异常型孢子占绝大多数,而其正常的四分孢子数仅占8.4%,导致最后不能形成正常的花粉粒,这是三元杂种不育的主要原因。研究结果为三元杂种不育提供了细胞遗传学证据,也为棉花新种质的创制提供了中间材料。     

草棉、瑟伯氏棉花粉在陆地棉柱头上的萌发及其花粉管的生长

以陆地棉作母本,分别与草棉、瑟伯氏棉杂交,陆地棉自交作对照,采用扫描电镜、荧光显微技术观察花粉萌发与花粉管的生长。结果是:自交对照的花粉在授粉后30分钟开始萌发,而两个异种的花粉与陆地棉柱头接触后1小时才开始萌发。异种花粉管在陆地棉花柱中生长时,出现膨大、分叉、扭曲折叠和花粉管尖而细长等异常现象。这些异常现象出现的时间是,陆地棉×草棉是在授粉后12-21小时,而陆地×瑟伯氏棉则是在授粉后6-12小时。进入子房的异种花粉管大多数先后停滞下来,不能进入胚珠,异常生长的主要表现是尖端膨大。     

棉花[(亚×比)×(陆×褐)]种间杂种的研究

对 [(亚洲棉×比克氏棉 )× (陆地棉×黄褐棉 ) ]种间杂种的形态性状和细胞学进行了研究。结果表明 ,四元杂种F1的叶片性状主要受父本的影响 ,苞叶与萼片属中间类型 ,花部变异最大 ,既受父本的影响 ,也受母本的影响。四元杂种F1在减数分裂时 ,染色体配对极不正常 ,大多以单价体的形式存在 ,且分裂不同步 ,最终导致形成的四分孢子不正常或形成多分孢子 ,这是四元杂种F1不育的主要原因。     

棉属三元杂种的合成及细胞遗传学鉴定

棉属有丰富的种质资源,野生棉具有栽培棉种所缺乏的许多优良性状,为了将野生澳洲棉和达尔文棉的优良性状导入陆地棉,以期改良栽培种陆地棉。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,并对其进行染色体加倍,将加倍成的异源六倍体与野生四倍体达尔文棉杂交,获得陆地棉、澳洲棉、达尔文棉的三元杂种,并对该杂种进行形态学和细胞遗传学鉴定。形态学观察结果表明:三元杂种有三个亲本的遗传特性。花粉母细胞减数分裂结果表明后期存在异常行为,主要表现在65%的花粉母细胞减数分裂后期染色体不能均等分离,使得末期形成大量的多分体,这些多分体会进一步发育为败育花粉粒,统计结果表明正常花粉粒只占18.3%,导致该杂种高度不育。本研究不仅合成了综合三个亲本特性的三元杂种,也为该杂种不育提供了细胞遗传学证据,并为棉花新种质的创制提供了理论依据和中间材料。     

亚比棉×单节显性系Ⅱ杂种F_1的遗传分析

为了把来自澳洲的野生种比克氏棉(G.bickii)的优良性状导入栽培种,提高植棉的经济效益,山西农业大学棉花育种组将亚洲棉(C.arboreum)与比克氏棉杂交,得到双二倍体,然后用该双二倍体与栽培种陆地棉(C.hirsutum)的单显Ⅱ杂交,获得三种杂种。对杂种F1及其亲本进行了形态学和RAPD分析。形态学观察表明,(亚洲棉×比克氏棉)×单显Ⅱ杂种F1分别具有亚洲棉、比克氏棉和单显Ⅱ的形态特征,其中,趋向于比克氏棉的性状占22.22%,如叶片的色泽等;5.6%的性状趋向于亚洲棉,如花药颜色;16.7%的性状表现为超亲性状,如花瓣的颜色。RAPD结果表明,15个引物对参试材料共扩增出117条DNA带,其中,有85条多态性带,占72.6%;在杂种中均检测到了亲本带与杂种的特异带;利用SAS软件中的类平均法对试验材料进行聚类分析表明,所有的参试材料聚为2大类。形态学观察、RAPD分析结果一致,比克氏棉的性状已被导入到单显Ⅱ中,(亚洲棉×比克氏棉)×单显Ⅱ为真正的三种杂种。     

棉花四元杂种F1不育性的研究

对四元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )× (陆地棉×夏威夷棉 ) ]F1的形态性状、花粉母细胞减数分裂情况进行研究 ,结果表明 ,F1变异最大的是花 ,遗传了比克氏棉的红花基部有紫红大斑的性状。花粉母细胞在减数分裂时 ,大多染色体不能联会配对 ,而以单价体的形式存在 ,并且染色体在后期 向两极分开的时候 ,形成了染色体“桥”。末期 形成的 4分孢子数占 1 9.58%,其中 4个基本一样大的仅占 6.2 9%,因而形成的花粉粒大多没有生活力 ,这是四元杂种不育的主要原因     

(亚洲棉×比克氏棉)F_1双二倍体与海岛棉的种间杂种F_1的形态学和细胞学研究

用人工合成的（亚洲棉×比克氏棉）Ｆ１双二倍体（２ｎ＝４ｘ＝５２,Ａ２Ａ２Ｇ２Ｇ２染色体组）和海岛棉（２ｎ＝４ｘ＝５２,ＡＡＤＤ染色体组）杂交,获得［（亚洲棉×比克氏棉）Ｆ１双二倍体×海岛棉］Ｆ１种间三元杂种,并对其进行形态特征和细胞学的观察研究．结果表明：①双二倍体与海岛棉无色素腺体品种杂交产生的Ｆ１种子,其种仁无色素腺体,但植株有少量色素腺体;而与海岛棉有色素腺体品种杂交产生的Ｆ１种子,其种仁和植株均有色素腺体;②Ｆ１植株的株型、叶形等性状趋于海岛棉亲本,花器性状如花色却偏向于野生比克氏棉,而花朵大小等为超亲遗传性状;③种间三元杂种Ｆ１花粉母细胞在减数分裂中期Ｉ形成大量单价体,其染色体构型为２ｎ＝４ｘ＝５２＝４２．８Ⅰ＋４．６Ⅱ,减数分裂后期Ⅰ染色体向两极分离不均,产生多种类型的不育小孢子,致使杂种高度不育．     

亚比棉×陆地棉杂种F_1遗传分析

为了验证亚比棉×陆地棉杂种F1的真实性,从细胞学和RAPD技术方面对亚比棉×陆地棉杂种F1及其亲本进行了研究。细胞学研究表明,三种杂种(亚洲棉×比克氏棉)×陆地棉的核型公式为2n=4x=52=2M+44m(2SAT)+6sm(2SAT),相对长度变异范围为6.12%～2.56%,最长染色体与最短染色体之比为2.39∶1,臂比值在1.00～1.82之间,平均臂比为1.35,核型类别为1B。RAPD分析表明,亚比棉×陆地棉杂种F1共扩增出61条DNA带,其中具亚洲棉特异带的占总带数的3.3%,来自比克氏棉的带占9.8%,具陆地棉特异带的占13.1%,来自亚比棉的特异带占9.8%,杂种的特异带占14.8%。细胞学研究和RAPD分析的结果吻合,从而断定亚比棉×陆地棉杂种F1为真正的杂交种。     

亚洲棉与索马里棉种间杂种F_1胚胎发育和植株形态研究

以亚洲棉(Gossypium arboreum)7个品种和索马里棉(G.somalense)为材料进行种间杂交,并以亚洲棉品种平湖大种×索马里棉为代表,研究了种间杂种的胚胎发育。结果表明:亚洲棉母本的不同品种和杂交时期的气温条件,对种间杂交的结铃率、结籽数和正常胚数均有很大影响。种间杂种的胚乳发育较迟缓,其主要的障碍表现在胚胎分化的异常。亚洲棉×索马里棉杂种F_1苗期生长停滞,不能成株。以亚洲棉或陆地棉(G.hirsutum)为砧木进行多次嫁接,能有效地促进杂种的正常生长,并已现蕾开花。试验还对亚洲棉×索马里棉杂种F_1进行了形态观察。     

棉花二倍体合成异源四倍体新种的研究

各国棉花育种工作都在开展野生二倍体棉种的利用问题。试验用二倍体亚洲棉G。arboreum 2n(2x)=26,染色体组A_2,与野生比克氏棉G. bickii, 2n(2x)=26,染色体组G杂交,获得异源二倍体杂种。因二者亲缘关系最远,杂种高度不育。对A_2×GF_1PMC减数分裂观察,M_2染色体大都不配对,二价体变幅1—6对,并出现三价体,染色体构型为1.64Ⅰ+4.0Ⅱ+0.4Ⅲ。平均交叉频率为1.07个。由于四分体发育不正常,形成畸形败育花粉,导致杂种F_1高度不育。对A_2×G F_1进行染色体加倍,合成异源四倍体,观察F_2PMC减数分裂时,染色体数为52条。MI,大都配对,交叉频率为1.83,大多数为环状二价体。染色体构型为:2.75Ⅰ+24.5Ⅱ+0.25Ⅲ。其中完全配对成26个二价体的细胞数占30％。后期Ⅰ,染色体平均分配,两级各有26条,形成正常的四分体,花粉生活力达89％杂种植株育性恢复,每株结铃平均为33个,每铃种子平均9.1粒,为人工合成异源四倍体新种质     

(亚洲棉×司笃克氏棉)不同倍性杂种一代的育性和花粉母细胞减数分裂行为的研究

亚洲棉与司笃克氏棉杂交,获得了125粒杂种种子,用0.05%秋水仙素水溶液处理,获得7株加倍的四倍体F_1植株。1984-1987年的研究结果表明,二倍体F_1花粉母细胞减数分裂不正常,中期Ⅰ染色体构型是20.53Ⅰ+2.45Ⅱ+0.19Ⅲ,二价体交叉频率为1.07;后期Ⅰ和后期Ⅱ染色体分向两级不均衡,产生各种类型的异常四分孢子,由此发育的花粉无生活力,用亚洲棉回交或自然授粉均未结铃。四倍体F_1减数分裂较正常,中期Ⅰ染色体构型为0.1Ⅰ+25.9Ⅱ,二价体交叉频率为1.96,后期Ⅰ和后期Ⅱ染色体走向两极较均衡,产生的花粉部分可育,授陆地棉花粉或自然授粉能结少数种子。