棉花雄性不育材料亚棉A的小孢子败育研究

【目的】从细胞学和生理生化两方面研究棉花雄性不育系亚棉A小孢子的败育机理。【方法】亚棉A是从亚比棉×陆地棉3种杂种中选育出来的新的细胞质雄性不育材料。运用光学、电子显微技术及生化指标测定法,对棉花不育系亚棉A及其保持系亚棉B小孢子的不同发育时期进行细胞形态学观察及生理生化特性分析。【结果】不育材料亚棉A的败育时期主要在造孢细胞期至减数分裂细线期前;在显微结构上,败育迹象起始于造孢细胞期,造孢细胞粘连,无核仁,部分已解体,未解体造孢细胞发育成的小孢子母细胞中核仁消失,在减数分裂细线期前完全解体,而绒毡层细胞延迟发育,且与中层细胞在整个花药发育过程中不降解,这些异常现象导致最终形成无花粉粒的花粉囊;在亚显微结构上,造孢细胞和小孢子母细胞中出现线粒体内嵴消失、内质网断裂等降解迹象的同时,相应绒毡层细胞中也出现了线粒体退化的异常现象。生化研究表明,不育系败育后花蕾中的过氧化物酶活性显著高于保持系,而其琥珀酸脱氢酶活性却明显低于保持系;不育系的叶片和不同发育时期花蕾中超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶活性均低于保持系。【结论】绒毡层细胞延迟发育可能是引起亚棉A小孢子败育的主要原因,过氧化物酶、超氧化物歧化酶、细胞色素氧化酶和琥珀酸脱氢酶活性的变化与其雄性不育相关。     

细胞质雄性不育海岛棉恢复系恢复基因的遗传分析

 【目的】在陆地棉细胞质雄性不育系与海岛棉种质材料进行测恢筛选时,选得一个对不育有恢复力的海岛棉材料“海R”,本研究的目的是了解其育性恢复的遗传方式。【方法】构建23种不同的F2群体和回交群体,分析和明确恢复基因的遗传。【结果】“海R”恢复基因属孢子体遗传,由一个主效显性基因（RfB）控制。在恢复基因呈隐性时不育胞质不但对雄配子的传递有影响,而且对雌配子的传递也有影响。【结论】推测此海岛棉恢复系的育性恢复基因来源于哈克尼西棉基因组,在陆地棉与海岛棉的种间杂种优势利用中具有应用价值。     

棉花胞质雄性不育细胞形态学观察及生理生化特性的研究

【目的】细胞质雄性不育是一个优越的杂交优势育种系统。因此,棉花细胞质雄性不育的研究对提高棉花高产有重要的意义。【方法】本试验以细胞质雄性不育系C2P5A为试验材料,保持系C2P5B为对照,利用石蜡切片观察花药不同时期的发育情况,并测定叶、花朵及不同时期花药的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛的含量,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的酶活性及叶片的关合速率。石蜡切片观察不育系的败育时期和败育特点,并分析引起不育系败育的原因。【结果】石蜡切片观察到不育系败育发生在小孢子减数分裂期的四分体时期,不育系内绒毡层没有发育,四分体没有形成;不育系可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量及光合速率比保持系低,不育系丙二醛(MDA)含量高于保持系,而过氧化氢酶(CAT)在败育前较低于保持系,过氧化物酶活性在不育系败育时较高。【结论】引起不育系败育的原因可能是绒毡层没有进一步发育,不能给小孢子母细胞提供营养物质。不育系可溶性糖、可溶性蛋白含量及光合速率较低,造成营养不足,使小孢子母细胞分化受阻;脯氨酸的含量低,花药抗逆性差,花药容易褐化。不育系丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD)酶活性的异常,造成细胞内不能及时清除自由基,导致活性氧对细胞膜造成伤害,不利于花药的正常减数分裂。     

甘蓝型油菜细胞质雄性不育系1193A的选育及分析

【目的】细胞质雄性不育系统是当前利用油菜杂种优势的主要途径,也是最重要的授粉控制系统之一,而利用远源杂交引入近源种胞质来获得异源细胞质雄性不育是发掘新型胞质雄性不育系和提高雄性不育育性稳定性的有效手段。【方法】本研究以新疆野生油菜与甘蓝型油菜湘油15号属间杂种后代为基础,通过多代回交育成了不育性稳定的油菜细胞质雄性不育系1993A。【结果】研究表明不育系1193A自交不结实,异交结实正常,具有典型的不育性状,恢保关系比较表明其与pol CMS具有不同的恢保关系,败育的时期主要发生在单核花粉期,在花药败育过程中绒毡层出现径向肥大和液泡化,挤压小孢子,最终导致花药败育。【结论】该油菜细胞质雄性不育系1993A不育性稳定彻底,与pol CMS是不同的细胞质雄性不育系。     

棉花核不育保持系的选育

 在具有早熟遗传背景的棉花“洞A”隐性雄性不育后代中，看到部分不育株表现不同程度的可育和散粉现象。通过对散粉不育株及杂交后代散粉指数的鉴定，选育成自身有很高可育水平，其散粉指数达76%，杂交后代不育株率和不育度均达100%的核雄性不育保持系M#-B-159。利用这种保持系繁殖的新不育系M#-A，仍具备隐性核不育的特点，所有陆地棉和海岛棉品种均是其恢复系。     

甘蓝胞质雄性不育系CMS158小孢子发生的细胞学研究

利用石蜡切片法,对Ogura胞质甘蓝雄性不育系CMS158及其保持系B158的花药发育过程进行解剖学观察比较。结果表明,甘蓝胞质雄性不育系和保持系小孢子发育有明显差异,不育系CMS158小孢子败育时期发生在四分体时期至单核花粉期,与可育花药相比,不育系的绒毡层细胞高度液泡化,挤压小孢子,导致小孢子相互粘连,不能形成正常花粉粒而导致败育。     

石竹雄性不育系小孢子形成过程的细胞学观察

 【目的】研究石竹不育系与可育系小孢子形成过程的异同。【方法】利用压片及石蜡切片等方法观察石竹雄性不育系与可育系小孢子发育过程。该不育系（H-37B）是通过在石竹自交6代的自交系中发现的1株雄性不育株与可育株经过连续杂交和2代回交获得的不育系（H-37B）。【结果】可育系小孢子发育经历了造孢细胞、小孢子母细胞、四分体等时期,最后发育成花粉。不育系败育现象在造孢细胞增殖期、小孢子母细胞减数分裂期以及四分体至单核期都有发生。石竹可育花粉外形饱满,圆形,生活力强;而不育花粉外形空瘪,不规则,无生活力。【结论】绒毡层的异常发育是导致小孢子败育的主要原因。     

小麦雄性不育系绒毡层异常代谢与小孢子败育的关系

【目的】研究小麦遗传型雄性不育系花药绒毡层降解及营养物质代谢,并揭示其与花粉败育的关系。【方法】以小麦S型1376不育系[(S)-1376(A)]及其保持系[(A)-1376(B)]为试材,在三核期分别用DAPI和KI-I2对花粉粒内淀粉积累进行染色观察;采用半薄切片技术对不育系(S)-1376和保持系1376绒毡层发育过程及多糖、脂类和蛋白等物质积累进行观察和比较;采用软件cellSens Entry和IPP 6.0分别计算图片中小孢子和绒毡层细胞的面积及分析各发育时期图像中的平均光密度值。【结果】与保持系1376比较,(S)-1376花粉粒被KI-I2染成浅黄色,表明三核期其花粉中无淀粉积累,花粉败育彻底;不育系(S)-1376绒毡层较保持系1376绒毡层细胞提前至四分体时期启动细胞程序化死亡（PCD）过程;不育系(S)-1376花粉核发育迟缓,大多发育至单核晚期停止分裂,仅少数可发育至二核期;(S)-1376小孢子在四分体时期和单核早期显著增大;绒毡层细胞在四分体时期也显著大于保持系1376绒毡层细胞。在(S)-1376花粉的发育过程中,除四分体时期外,其余各时期多糖含量（呈红色）均低于保持系对应的各发育时期,不育系(S)-1376绒毡层中多糖在四分体时期多于保持系,在单核早期显著降低。在花粉整个发育过程中,不育系(S)-1376花粉中被染成黑色脂类的含量明显低于保持系,不育系绒毡层中的脂类含量在各个时期也低于保持系。不育系(S)-1376小孢子母细胞四分体时期被染成蓝色的蛋白含量很高,但单核晚期显著降低;在绒毡层细胞中单核早期蛋白含量显著低于保持系,这可能暗示该时期保持系绒毡层开始启动降解。在花粉发育整个过程中保持系1376小孢子母细胞中四分体时期多糖和蛋白的含量都低于不育系(S)-1376,这可能与该时期不育系绒毡层提前降解需要大量的多糖和蛋白有关;单核晚期小孢子中的多糖、脂类和蛋白含量高于不育系,该时期是正常小孢子发育的关键时期,不育系中各种物质供应不足可能是导致花粉败育的主要原因。在二核期和三核期,不育系(S)-1376花粉营养细胞中大液泡不消失,细胞质内含物也不持续增加,淀粉粒、脂类等物质积累终止,最终导致小孢子内没有内含物的积累,呈空壳晶体状。【结论】小麦S型1376A不育系花药绒毡层提前降解所诱发的物质异常代谢,使小孢子在由单核晚期向二核期发育的过程中物质供应不足导致细胞核分裂异常,最终引起花粉败育。     

大白菜细胞质雄性不育系选育及其细胞学观察

本研究以08S024为不育源,以自交系08S058为待转育品系,采用饱和回交法连续回交6代获得胞质不育系13A61。该不育系植株长势和雌蕊正常,雄蕊败育,育性稳定,不育株率和不育度均为100%。对不育系13A61及其保持系08S058的花药结构进行观察。结果显示:不育系13A61的败育始于四分体时期,主要败育特点为绒毡层细胞异常膨大或原位爆发性降解。四分体能够释放单核小孢子,但无法进一步发育而最终败育。不育系的选育将为不育资源的利用提供技术支持,该不育系的育成及其细胞学的研究结果也为进一步揭示其败育机制提供材料和理论基础。     

细胞质雄性不育棉花小孢子发生的细胞学观察和线粒体DNA的RAPD分析

以美国的哈克尼西棉细胞质雄性不育系DES-HAMS277的花药和一个陆地棉品种可育花药作为对照,对我国6个细胞质雄性不育棉花品系进行了小孢子发生的细胞学特征的研究和线粒体DNA的RAPD分析。研究结果表明,不同不育系不但在雄性败育时期上而且在线粒体基因型上存在着明显的分化。中棉所12A和NM-1A的败育时期与对照不育系DES-HAMS277的败育时期基本相同,是在造孢细胞增殖或小孢子母细胞形成时期;104-7A、湘远4-A、NM-2A和NM-3A的败育时期比DES-HAMS277迟,是在减数分裂时期。这一细胞形态学的划分与线粒体DNA的RAPD标记归类基本一致。造孢细胞和小孢子母细胞退化导致雄性不育的主要细胞形态学特征是：染色体行为异常,胞内常含有2～4个微核,核仁穿壁很普遍,细胞质液泡化,认为绒毡层的退化与小孢子母细胞的败育密切相关。线粒体DNA的RAPD的分析还表明恢保关系相同的不育系之间可以存在着细胞质基因型的分化。     

Breeding for Male-Sterility Line with G. barbadense Nuclear Background and Cytological Observation of Its Microsporogenesis

To study the feasibility of utilizing the heterosis of interspecific （Gossypium barbadense x G. hirsutum） hybrid cotton based on cytoplasmic male-sterility system, a G. barbadense male-sterility line HaiA with G. harknessii cytoplasm and its maintainer HaiB were developed by replacing nuclear genome from G. hirsuturn to G. barbadense in a backcross breeding program. Its male cell abortion was observed using a light microscope through a paraffin slice for H.E staining technique. The results showed that the abortion characteristics in HaiA were not significantly changed at the cytological level, although G. hirsuturn nuclear genome of sterile line was replaced by G. barbadense nuclear genome, and its abortion mainly took place at the stage of the microspore mother cell meiosis. HaiA sterility was very stable because of its early abortion and no-pollens in anthers. Hybrids between HaiA and G. hirsuturn restorers were high in pollen viability, boll setting rate, boll weight and lint percentage which contributed to high yield heterosis. It is suggested that HaiA is of great value in the application of cotton interspecific hybrid seed production.     

海岛棉染色体片段代换系BC_4F_4产量及纤维品质主成分分析

利用生产上大面积推广种植的陆地棉中221和品质优良的海岛棉栽培品系海1杂交,并与陆地棉中221回交再连续自交,结合SSR分子标记技术建立一套具有陆地棉背景并渐渗有海岛棉基因的染色体片段代换系。试验对BC4F4株行的产量及纤维品质相关性状进行表型主成分分析,结果表明:其产量性状间、纤维品质性状间存在难以调和的矛盾,产量性状与品质相关性状之间的遗传相关通过铃重与棉纤维长度的关系体现出来。     

Inheritance of Fertility Restoration for Cytoplasmic Male Sterility in a New Gossypium barbadense Restorer

In order to clarify inheritance mechanism of fertility restoration for cytoplasmic male sterility （CMS） in a new Gossypium barbadense restorer line Hai R which was found in the fertility test crossing of G. hirsutum CMS lines with G. barbadense germplasms. 23 fertility segregation populations of F2 and backcross were used to analyze the inheritance of fertility restoring gene（s） of Hai R. The result showed that Hai R had one major dominant gene （RfB） to control the CMS fertility restoration and this fertility restoration gene functioned at the sporophytic level. The sterile cytoplasm background might not only influence the transmission rate of male gamete but also that of female gamete when the restorer gene was recessive. It could be deduced that this fertility restoration gene might come from G. harknessii cotton, Hai R is of value in the application of cotton interspecific hybrid breeding.     

海岛棉DNA导入陆地棉栽培品种获得变异种质的初步遗传分析

 利用花粉管通道导入技术将海岛棉（Gossypium barbadense L.）品种海7124的基因组总DNA导入陆地棉（G. hirsutum L.）栽培品种石远321中，获得了纤维品质优良的新种质系，并且在导入后代中发现了1个形态性状发生变异的突变体。对突变体进一步的遗传分析表明，突变性状可能受1个纯合致死的显性基因控制，利用SSR对变异材料进行研究发现，外源DNA已经整合在陆地棉的基因组中，并推测某些DNA片段可能是通过同源重组的机制整合到陆地棉染色体上的。     

陆地棉隐性核不育系与海岛棉种间杂种优势及配合力分析

以 4个陆地棉隐性核不育系和 2个海岛棉品种为试材 ,按 NC 设计 ,对陆地棉隐性核不育系在陆海杂种优势中的利用进行了研究。结果表明 ,多数组合皮棉产量具有中亲优势 ,最大达到 1 7.1 %。单株铃数、子指具有明显的中亲优势 ,而衣分、铃重的中亲优势为较大的负值。与陆地棉对照相比 ,全部组合均明显减产。配合力分析表明 ,铃重、衣分、子指、衣指、纤维伸长率和马克隆值主要受基因加性效应控制 ,而皮棉产量、单株铃数、单株果枝数、2 .5%跨距长度和比强度同时受基因加性和非加性效应作用 ,双 56和抗 A1是两个较好的不育系     

利用花粉管通道技术创造棉花变异种质及其SSR标记分析

将海岛棉品种海7124的基因组总DNA通过花粉管通道导入到陆地棉品种石远321中,获得了纤维品质明显改善的优良新种质系,而且在后代材料中还获得了一个形态性状发生明显变异的突变体。利用SSR标记对DNA供体、受体及突变体二代材料进行了多态性分析,结果表明,海岛棉DNA片段已经整合到受体基因组中,这为花粉管通道技术提供了间接的分子生物学证据,同时对外源DNA片段的整合机制进行了探讨。     

应用RAPD-PCR分析棉花A基因组的起源与进化

应用RAPD -PCR技术对 2 1份棉花材料进行了遗传多样性分析。结果表明 :中棉、草棉与海岛棉、陆地棉 4个栽培种间的平均遗传距离分别为 0 .43 17、0 .3 946、0 .4193、0 .43 18;海岛棉与草棉的A染色体组较接近 ,而陆地棉与中棉的A染色体组相近 ,反映了异源四倍体与二倍体A基因组的进化关系。表明利用RAPD标记 ,通过遗传距离和聚类分析可以阐明棉花种质的亲缘关系。     

棉花不同栽培种的光合表现

对海岛棉海7124、亚洲棉金华中棉、非洲棉红心棉和陆地棉苏12这4个棉花栽培种的光合参数和叶片荧光参数进行了研究,结果显示,棉花不同栽培种不同叶位叶的光合和荧光参数变化较大,海7124用倒10叶,金华中棉和红心棉用倒5叶,苏12用倒4叶做光合指标测定,可反映不同栽培种的光合特性。进一步考查光合、光量子效率、Fv/Fm和qp有关指标,都表现为海7124>苏12>金华中棉>红心棉,说明海7124具有高光效的特点,这为棉花的高光效杂交育种及生理指标的选择提供了参考。     

发育中棉纤维硫酸木质素含量的动态变化

[目的]比较发育中棉纤维硫酸木质素含量的动态变化.[方法]采用硫酸法测定发育中棉纤维木质素含量.[结果]单位棉铃硫酸木质素含量随棉纤维次生壁的增厚呈递增趋势,海岛棉硫酸木质素含量总体低于陆地棉.棉纤维硫酸木质素含量的动态变化呈“S”型曲线,棉纤维硫酸木质素含量变化符合Logistic函数,陆地棉硫酸木质素含量快速累积时期持续的时间长于海岛棉,但单位棉铃硫酸木质素含量最大累积速率出现的时间要晚于海岛棉,而陆地棉单位棉铃硫酸木质素最大累积速率(Vmax)与海岛棉间没有显著差异.[结论]海岛棉与陆地棉相同发育时期内的硫酸木质素含量差异显著.