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籼、粳亚种间杂种F_1代不育机理的细胞学研究

徐玉梅  
【摘要】: 籼、粳亚种间杂交杂种的低育性是亚种间强大杂种优势利用的主要障碍,目前关于低育性的原因报道较多,不同的研究者对败育的原因及细胞学特征看法不一致。应用不同的籼粳杂交组合从细胞学水平对雌雄配子体发生至传粉受精的整个过程进行系统的研究,并结合结实率进行相关分析,对探明亚种杂种不育的机制具有重要的现实意义。 本研究利用籼稻品种(南京11、IR36)、粳稻品种(巴利拉、日本晴)和广亲和品种(Dular、02428)配制以下7个组合:南京11/巴利拉和巴利拉/南京11、日本晴/IR36和IR36/日本晴、巴利拉/Dular和南京11/02428及南京11/IR36(CK)。用石蜡切片法对以上7个杂交组合F_1代的雌、雄配子体及受精过程进行系统观察,并用扫描电镜观察了花粉附着及萌发的情况,进一步探讨籼粳亚种间F1代杂种不育各因素的相关性,主要研究结果如下: 1.亚种间杂交组合F_1代的雌配子体在功能大孢子时期至胚囊成熟均发生不同程度的异常。成熟胚囊的败育情况的调查结果显示:南京11/IR36组合仅在八核胚囊细胞分化过程中出现5.32%的异常,带有广亲和基因的两个组合(南京11/02428、巴利拉/Dular)有极少数成熟胚囊早期发生败育,其它均表现为正常,可育率分别为99.15%和99.00%;南京11与巴利拉正反交组合胚囊败育率分别为51.49%、55.88%;IR36与日本晴的正反交组合的胚囊败育率分别为32.86%、29.17%。 2.石蜡切片法观察了雄配子体发育过程,现象表明南京11与巴利拉的正反交组合从小孢子中后期至花粉成熟期均有明显败育现像,成熟期时花粉败育率分别为77.29%和66.85%。其它5个组合雄配子体发育过程中仅少量花粉发育异常,无明显败育特征。I_2—KI染色和FDA荧光染色检测花粉育性及酶活力,结果表明:南京11与巴利拉正反交的花粉可育率较低,分别为10.53%、19.96%,花粉酶活力相应较弱,其中Ⅰ类有活性的花粉所占比例分别为10.01%、23.49%,而其它5个组合的花粉可育率及有活性的花粉所占比例均达70%以上。 3.扫描电镜观察花粉在柱头上的附着及萌发情况,数据显示:南京11/IR36和两带有广亲和基因的杂交组合(南京11/02428、巴利拉/Dular)的柱头上花粉附着量较多,平均每个柱头附着量分别为25.02粒、37.84粒、70.5粒,且花粉管萌发伸长正常。而亚种间南京11与巴利拉正反交两组合的柱头上花粉的平均附着量较低,分别为9.02粒/柱头、12.46粒/柱头,其中分别有36.00%、19.23%的柱头无花粉附着。少量附着的花粉在萌发过程中出现各种异常,可见花粉与柱头的不亲和反应现象。亚种间杂交日本晴/IR36正反交组合中花粉在柱头上的花粉附着量较高,平均每个柱头上的花粉达20粒以上,但仍有部分柱头无花粉附着,所占比例分别为5.56%、11.76%。 4.对开花8-9h的受精子房切片观察发现:对照组合(南京11/IR36)和带有广亲和基因的杂交组合(南京11/02428和巴利拉/Dular)的双受精大多数已经完成已基本完成,合子已经形成或正在进行第一次分裂、且初生胚乳核已多次分裂,平均受精率达90%以上。南京11与巴利拉正反交组合正常受精子房所占比率分别为17.82%、21.57%;IR36与日本晴的正反交组合正常受精子房所占比率分别为55.10%、59.38%。 5.结实率考察的结果表明:亚种间杂交组合结实率较低,南京11/E利拉正反交两组合的结实率分别为15.27%、17.82%,秕粒率也相对较底,分别为1.55%、1.81%。虽然日本晴/IR36正反交两组合结实率相对较高,分别为50.91%和54.35%,但其秕粒率较高,分别为10.6%、13.4%,与对照组合无明显差异。 6.对生殖发育过程中影响结实率的各因素进行相关性分析,结果表明:结实率与雌配子体育性相关系数为0.9765,与雄配子体育性相关系数为0.8822,与有花粉附着的柱头率相关系数为0.9238,与正常受精率的相关系数为0.9902。虽然均呈极显著正相关,分析各因素间的相互作用,表明雌、雄配子体败育是导致结实率低的主要原因,但雌配子体败育对结实率的影响更大。


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