小麦光温敏雄性不育遗传研究进展

小麦光温敏雄性不育系的发现,开辟了两系法利用小麦杂种优势的新途径。由于小麦光温敏雄性不育性是一种典型的生态敏感型遗传现象,其遗传行为既受内部基因控制,又受外部光、温等环境因子的调节,遗传机制非常复杂。因此,加强小麦光温敏不育系遗传机制的研究,明确光温敏雄性不育基因控制的方式,将为光温敏不育系的选育、鉴定,以及充分利用两系杂交小麦的杂种优势提供重要的理论依据。本文对小麦光温敏雄性不育类型与理论、不育性遗传机制和分子生物学的研究及不育系的选育进行了综述,并探讨了该领域的研究前景。     

小麦杂种优势利用的现状与展望

本文综述了小麦杂种优势的利用现状,从细胞质雄性不育、化学杂交剂、光温敏雄性不育系等方面阐述不同模式杂交小麦的利弊,以及杂交小麦理论研究和制种技术等问题,并对小麦杂种优势利用进行了展望。     

普通小麦中一种雌性不育现象的观察

杂种优势已在许多异花和自花授粉作物中广泛运用, 大大促进了主要农作物的生产. 水稻野败型雄性不育系及光温敏雄性不育系的发现使杂交水稻三系及两系配套及其应用成为现实 , 为杂优利用在理论和实践上提供了许多启示. 小麦提型雄性不育系的引进, 揭开了我国小麦杂优利用研究的序幕. 到目前为止, 相继引进、发现并成功选育了     

基因枪转化光温敏雄性不育小麦受体的选择与培养条件优化

为了选择适宜的基因枪转化光温敏雄性不育小麦的受体,并对幼胚组织培养条件进行优化,以小麦光温敏雄性不育系BS210、BS366以及常规品种京411的幼胚为材料,分别对碳源、除草剂浓度和基因型进行筛选.结果表明,在以蔗糖和麦芽糖为碳源的诱导培养基上,幼胚的出愈率差异不显著;在以蔗糖和麦芽糖为碳源的分化培养基上,愈伤组织的分...     

YM型小麦温敏雄性不育系不育基因的QTL定位

YM型小麦温敏雄性不育系的不育基因被定位在1Bs染色体片段上, 但已发现的相邻分子标记与该基因的遗传距离较大, 达10 cM以上。为寻找与该基因连锁更紧密的分子标记, 以YM型温敏雄性不育系ATM3314与恢复系中国春杂交的F₂代200株为作图群体, 从1Bs的22个SSR引物中筛选出5个在亲本和F₂代中分离的SSR引物, 构建了1个包含5个标记的1Bs局部遗传连锁图谱。结合F₂代个体的育性调查, 采用复合区间作图法在YM型温敏雄性不育系的1Bs染色体上检测到不育基因的1个主效QTLrfv1-1和1个微效QTLrfv1-2。rfv1-1位于SSR标记Xgwm18和Xwmc406之间, 与两标记的遗传距离分别为6.0 cM和4.6 cM, LOD值为8.80, 加性效应23.87, 显性效应10.44, 可解释表型变异的23.91%; rfv1-2位于Xwmc406和Xbarc8之间, 与两标记的遗传距离分别为4.0 cM和3.4 cM, LOD值为3.10, 加性效应17.59, 显性效应5.99, 可解释表型变异的7.78%。本研究初步定位了YM型小麦温敏雄性不育系1Bs染色体片段上不育基因的QTL, 为进一步准确定位该基因奠定了基础。     

一种普通小麦光温敏不育系的发现及初步研究

291S是笔者在普通小麦新品系西农291中发现的自然突变的雄性不育材料。本研究对291S的育性转换特性、雄性败育特点及不育性的遗传规律进行了初步分析。分期播种试验表明,291S是一种光温敏雄性不育系,秋播短日低温条件下表现为部分可育,春播长日高温条件下表现为高度不育,其可繁性和不育性经选择可以得到有效改良。291S在一定的光温条件诱导下会出现雄蕊心皮化现象。花粉粒I2-KI染色发现,291S在不育阶段花粉败育类型以圆败为主。遗传分析表明,291S可能为隐性核不育类型,其不育性由一对主效基因控制,还受到微效基因的修饰作用。291S类型的光温敏不育材料在两系法杂交小麦育种上具有良好的应用前景。     

水稻光温敏核雄性不育系选育研究

作者通过总结从事水稻光温敏核雄性不育系选育实践，就光温敏核性不育基因来源，育性转换监界温度，世代选择方法以及实用型光温敏核雄性不育系应具备的几个重要农艺性状选择指标等方面阐述了自己的研究体会。     

基于RAPD的SCAR标记初步定位油菜温敏雄性不育系K121S的育性转换基因

温敏雄性不育系具有育种程序简单、组配自由、育种周期短等优点,已成为杂种优势利用的重要材料。本研究以芥菜型(Brassica juncea L.)油菜温敏雄性不育系K121S与核不育系1161A获得的BCF1为作图群体,利用混合分组分析法(bulked-segregant analysis BSA)对温敏雄性不育系K121S的育性转换基因(Fc)进行定位。结果表明获得2个基于RAPD的SCAR标记与育性转换基因(Fc)连锁,即是SS503-250和SBA485-482,与育性转换基因的遗传距离分别为3.94 c M和7.09 c M。本研究结果为今后育性转换基因的克隆、测序及生物信息学研究并解析K121S育性转换的分子机制机制提供了条件。     

水稻的感光性、感温性与光温诱导雄性不育性之间的相关研究

以农垦58S等10个光温敏不育系为材料,研究了感光性、感温性与光温诱导雄性不育的相关关系。试验表明：光温敏核不育系同时存在光敏不育性与温敏不育性,它们之间呈显著的负相关;感光性与光敏不育性表现极显著正相关,与温敏不育性表现显著负相关;感温性与光敏不育性及与温敏不育性均无相关关系;不育期内同穗颖花间花粉育     

油菜温敏雄性不育系K121S育性转换基因的分子定位

本研究以芥菜型油菜(Brassica juncea L.)核不育系1161A和温敏雄性不育系K121S的BCF1为作图群体,采用混合群体分组分析法(bulked segregant analysis,BSA)定位油菜温敏雄性不育系K121S的育性转换基因(Fc)。研究结果表明,从86对多态性SSR引物中获得了5个连锁标记:Ol11-G11a、Na10-F06、Na14-G10、CN48和Br GMS961,其中Ol11-G11a、Na14-G10和Na10-F06等3个SSR标记与K121S育性转换基因的遗传距离较近,分别为1.6 c M、11.0 c M和19.7 c M。本研究结果可为油菜温敏雄性不育系K121S的育性转换基因的图位克隆及其利用提供依据。     

Fertility alteration in the photo-thermo-sensitive male sterile line BS20 of wheat (Triticum aestivum L.)

The photo-thermo-sensitive male sterile (PTMS) wheat line BS20 showed male sterility under short-day photoperiod and low temperature conditions. Photo-thermo-controlled growth chambers were used to study the fertility alteration characteristics of PTMS wheat line BS20. The period of photo-sensitivity and thermo-sensitivity was coincident with the pollen development stages from pollen mother cell (PMC) formation to mono-nucleate. Fertility alteration of BS20 was induced mainly by temperature, and the critical point of temperature was 10–12^∘C. Below the critical temperature, BS20 remained sterile and was not affected by photoperiod. However, above the critical temperature, the fertility of BS20 improved as the temperature rose. In the temperature range of 12–14^∘C the fertility of BS20 improved significantly as the photoperiod extended.     

温光敏核不育小麦C412S的育性转换及其APRT基因的表达

以选育的小麦(Triticum aestivum L.)温光敏核不育系C412S为试材,以C412S回交转育时的受体亲本C412为常规品系对照,通过分期播种试验研究了其育性转换特性。用涂抹压片法观察减数分裂和小孢子发育进程,用半定量RT-PCR技术分析不育与可育条件下不同发育时期的幼穗中腺嘌呤磷酸核糖基转移酶基因(APRT)的表达水平。结果表明,通过调整播种期改变雄性发育的温光条件,C412S表现出完全不育—高不育—半不育—正常可育的育性转换特性。C412S花粉败育的高峰在单核小孢子晚期,主要表现圆败型不育。C412S的育性敏感期是从花粉母细胞形成期到成熟花粉期,其中最敏感的时段是花粉母细胞形成期到减数分裂期。与对照相比,C412S的APRT1基因序列有个别碱基变异,但编码氨基酸序列没有变化。在花粉母细胞形成期至单核期,与晚播可育条件相比,早播不育的C412S幼穗中APRT基因转录水平下调,因此认为,其育性转换与幼穗中APRT基因转录水平有一定关系。     

洋葱细胞质雄性不育系及保持系小孢子发生的细胞学观察

为揭示洋葱细胞质雄性不育系小孢子的败育时期,利用石蜡切片技术对洋葱细胞质雄性不育系8A及其保持系8B的小孢子发育过程进行观察和比较。结果表明：石蜡切片洋葱细胞质雄性不育系8A和保持系8B造孢组织时期小孢子的生长发育没有明显的差异;洋葱不育系8A花药绒毡层在花粉母细胞时期就与中层完全分离,并逐渐膨大挤压花粉母细胞,最后逐渐降解。其降解后的残余物侵入药室,与小孢子混合粘连在一起,占据药室的一部分空间,并且不能供给小孢子生长发育所需要的营养物质,最终小孢子降解,花药败育。试验明确了洋葱细胞质雄性不育系8A的小孢子败育时期为花粉母细胞时期。因此,在洋葱雄性不育系8A的不育机理研究中,应重点在花粉母细胞时期进行深入研究。     

甘蓝型油菜光、温敏雄性不育系Huiyou50S花粉败育的细胞学观察

Huiyou50S是从甘蓝型油菜品种汇油50中发现的半不育株选育而成的光、温敏雄性不育系,育性受隐性核基因控制,在高温、长光周期下不育而在低温、短光周期条件下可育。本文通过半薄树脂切片、扫描电镜、花粉压片染色、花药整体透明方法对Huiyou50S及其近等基因系Huiyou50F的花药发育过程及花粉形态观察比较。结果表明, Huiyou50S的花药造孢细胞、花粉母细胞、减数分裂、四分体阶段均正常,在单核期出现明显异常,虽然能形成花粉壁,但小孢子细胞质收缩、解体,最终只剩余空瘪的花粉壳; Huiyou50S的花药绒毡层在单核后期提前降解,绒毡层解体速度快于可育株Huiyou50F。Huiyou50S的小孢子的完全败育主要发生在单核时期,绒毡层发育与小孢子异常有某种关联,该结论为油菜光、温敏雄性不育类型划分及育种应用提供了依据。     

甘蓝型油菜温敏细胞核雄性不育系160S花药败育的形态学特征和细胞学研究

明确甘蓝型油菜温敏核雄性不育系160S花器形态变化、花药败育的时期和细胞学特征,初步探究败育的原因,为深入研究不育系160S的内在分子调控机制提供理论基础,也对其在油菜两系杂交育种中的实际应用具有指导意义。本研究在15℃和28℃条件下培养试验材料160S,利用体式显微镜分别观察花发育形态特征;采用醋酸洋红染色方法观察各时期小孢子发育形态;通过石蜡切片和苏木精-伊红染色对可育植株(MaleFertile/160S-MF)和不育植株(MaleSterile/160S-MS)花药细胞学特征进行显微观察;TUNEL染色法检测花药发育各时期绒毡层细胞凋亡情况。160S-MF在15℃表现为可育,雄蕊正常发育,成熟的花药呈黄色,形态饱满,正常开裂,表面一层有活性的花粉附着在上面;28℃条件下, 160S-MS花朵的雌蕊、萼片与160S-MF花朵无差异,但花瓣变小,花丝变短,雄蕊明显退化,花药干瘪呈黄褐色,无花粉粒附着在花药上,表现出雄性完全不育。160S-MF的小孢子能正常发育为成熟有活力的花粉。而160S-MS由于雄蕊完全败育,未观察到小孢子和花粉粒。160S-MS花药在造孢时期和花粉母细胞时期与160S-MF无明显差异,但在减数分裂期,160S-MS花药绒毡层形态和结构出现异常,绒毡层细胞排列不整齐,细胞空泡化,伴随提前解体。同时花粉母细胞发育受阻,无四分体结构形成,最终在减数分裂期完成前形成空的花粉囊。TUNEL检测发现, 160S-MS花药绒毡层细胞在减数分裂期开始凋亡。本研究结果表明, 160S属花粉母细胞败育型不育系,败育时期发生在减数分裂期,绒毡层异常降解,绒毡层未向腺质型转化,不能提供花粉母细胞发育所需要的营养物质,致使花粉母细胞发育受阻无法形成四分体结构,从而导致小孢子无法形成,花药形成空的花粉囊,产生雄性不育。     

棉花雄性不育研究和应用进展

综述了棉花雄性不育类型、不育机理和雄性不育系杂种优势利用状况,着重讨论了棉花雄性不育的细胞学、生理生化和分子生物学研究进展。并对本领域研究和应用中存在的问题及发展前景提出了看法。     

红麻GMS与CMS小孢子败育过程的细胞学及组织化学比较

以红麻细胞质雄性不育系(GMS)L23A、保持系L23B及从该保持系中发现的细胞核雄性不育系(CMS)L23BS为材料,采用石蜡显微制片技术,在光学显微镜下比较观察了三者花药发育过程中小孢子的发育过程及组织化学变化。结果表明,L23A的花药发育过程中,小孢子发育的不同阶段均出现败育现象,最早的败育表现为花粉母细胞在减数分裂之前的退化解体,最终形成空的花粉囊; 有的因花粉母细胞减数分裂过程异常而导致不能形成小孢子四分体;有的因小孢子在四分体中不能正常释放而败育,同时绒毡层细胞过度液泡化,并提早解体死亡; 花药发育早期含有少量蛋白质和淀粉,随着花药的发育逐渐变少。而L23BS小孢子败育的时期集中于四分体至单核花粉期间,表现为小孢子发育异常,有些小孢子不能从四分体里释放出来而影响其正常发育。在四分体以前与可育系类似,花药含丰富的蛋白质和淀粉。在败育的过程中,花药中的蛋白质和淀粉含量渐渐减少,但药隔组织中的在颗粒淀粉含量几乎不变。     

BS系列杂交小麦在陕西渭南地区制种可行性分析

高效制种技术是杂交小麦推广和产业化的重要影响因素,适宜制种区域的探索是制种技术研究的关键内容。以往基于光温敏不育的BS系列杂交小麦制种区域较为单一,多集中在安徽阜阳地区。为扩充杂交小麦的制种区域,本研究将陕西渭南地区与传统制种区域——安徽阜阳种子生产区进行了生态气候条件比较分析。渭南地区小麦生长期平均温度较阜阳低1.3℃,育性转化重要时期平均温度相差小于1℃;日可照时数与原阜阳制种区相近,从光温等生态气候条件上为BS系列杂交小麦制种提供了可能。同时,渭南地区在小麦种子生产关键时期降水量较阜阳低41.7%,种子质量更有保障。在此基础上,在陕西渭南地区开展了BS系列光温敏不育系育性鉴定和中试制种试验。结果表明,大部分BS系列骨干不育系自交结实为0.5粒/穗左右,不育度可达98%以上;各杂交种平均异交结实数可达14.4~20.7粒/穗,制种产量超过3 000kg/hm ²,并且种子纯度达到95%以上,符合杂交小麦制种生产要求。渭南地区可作为BS系列杂交小麦制种的备选区域。     

甘蓝型油菜细胞质雄性不育系105A花药败育的细胞学观察

旨在了解并揭示不育系105A的花粉败育时期和细胞学特征,为进一步正确认识细胞质雄性不育系分子机制提供必要参考依据。采用石蜡制片法,对甘蓝型油菜杂交种‘青杂5号’的雄性不育系105A及其恢复系1831R的小孢子发生和花药发育过程进行观察,以确定其花粉败育的时期和细胞学特点。研究结果表明,在不育系105A花药败育过程中,一部分发生于造孢细胞时期,属于无花粉囊败育型;另一部分发生于单核晚期,属于单核败育型,其特点为单核晚期绒毡层细胞膨大向小孢子靠近,并逐步降解,其破裂胞质退化残余物侵入药室,与小孢子混合粘连在一起,甚至有些绒毡层细胞整块脱落,成为染色很深的团块状物质,占据药室一部分空间,最终小孢子降解,花药败育。