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《湖南农业大学》 2007年
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陆地棉无蜜腺性状突变体的遗传特性及生理学研究

朱四元  
【摘要】: 棉花无蜜腺性状表现为棉株叶片和花无蜜源分泌组织结构,缺少蜜腺和蜜汁。棉花无蜜腺性状对减少或避免嗜蜜害虫的危害具有重要作用,无蜜腺棉花品种或材料是棉花形态和生态抗虫的重要遗传资源,多年来一直受到育种工作者的重视。1997年,湖南农业大学棉花研究所从墨西哥引进的材料中发现一株陆地棉无蜜腺性状突变体材料,经多代自交,性状稳定,编号为“97014”。为了研究棉花无蜜腺性状的遗传特性及其生理学特点,本研究以棉花无蜜腺性状品种97014和棉花遗传标准系TM-1及其杂交组合等为试验材料,分别从细胞学、遗传学、生理生化及分子标记等方面进行了研究,并用SSR和RAPD两种分子标记方法对14个有无蜜腺性状特征材料进行了遗传多样性研究。主要研究结果如下: (1)以棉花无蜜腺品种97014与有蜜腺棉花遗传标准系TM-1为材料,进行形态学比较研究,结果表明棉花无蜜腺品种97014叶片中脉、花萼和苞叶上都缺少蜜腺,成熟叶片叶脉、花萼和苞叶上均无蜂窝状凹陷;组织与细胞切片观察发现,97014缺少蜜腺组织结构,在蜜腺着生处为排列整齐的薄壁细胞,且在下表皮看不到凹陷的组织结构和褐色的蜜腺分泌物。 (2)试验研究表明,棉花无蜜腺品种97014的叶绿素含量、气孔导度等生理指标与棉花遗传标准系TM-1以及两品种间的正反交组合之间无显著差异,但与两者杂交组合的光合速率存在显著差异,杂交组合的净光合速率分别比两亲本的平均值高3.09%和2.1%,说明棉花蜜腺性状的有无不影响杂交组合的光合优势;棉花无蜜腺品种97014及其杂交组合的可溶性糖和淀粉含量变化规律类似,在整个生长发育期波动起伏,初蕾期最低,盛蕾期达到最高峰,花铃期急剧减少。 (3)从花铃期开始,97014的丙二醛含量显著低于TM-1及其正反交组合,但保持较高的SOD与POD活性,这可能与97014生长后期的抗衰老能力较强有关。两亲本及其杂交组合的单宁含量在蕾期变化不大,在花铃期显著增加,吐絮期含量最高,杂交组合与两亲本之间差异不明显;棉酚含量和PAL活性在它们之间也无显著差异。 (4)利用RAPD和SSR分子标记方法对14个有、无蜜腺性状特征品种进行了遗传多样性分析,结果表明:SSR标记获得的多态性条带多于RAPD的;采用分子标记的多态性条带进行聚类分析,发现对SSR、RAPD多态性条带分别单独聚类以及两者联合的多态性条带综合聚类,均可将14个品种聚为2个类群,其中3个无蜜腺棉花品种97014、ISA4ne和BR-S-10分在同一类,亲缘关系较近;无蜜腺棉花品种作为形态抗虫或避虫品种与转基因抗虫品种之间类间距离较远,表明它们之间的遗传亲缘关系较远。研究还发现采用SSR标记条带单独聚类和采用SSR、RAPD标记条带联合聚类的品种分类结果基本相同,而RAPD标记条带聚类与其它两种聚类的结果有稍许差异。 (5)以无蜜腺品种97014和棉花遗传标准系TM-1正反交组合的F_1、F_2为材料,鉴定棉株蜜腺的有无,结果表明:正反交F_1均表现为有蜜腺的显性性状;正、反交的F_2群体经过卡方测验和遗传分析,蜜腺性状的有、无符合15:1分离的遗传规律,表明97014无蜜腺性状是受双隐性基因控制的质量性状。 (6)用SSR引物对无蜜腺品种97014和有蜜腺品种TM-1进行筛选,共筛选出在两品种间扩增差异的引物10对。采用BSA法在F_2群体中选用10株有蜜腺的单株和10株无蜜腺的单株DNA组成有、无蜜腺基因池,从有差异的10对引物中筛选出在有蜜腺亲本、有蜜腺基因池和无蜜腺亲本、无蜜腺基因池之间表现多态性的1对SSR引物为BNL1673,用该多态性引物对组合TM-1×97014的283株F_2单株进行检验,通过Mapmaker 3.0软件的遗传连锁分析,用Kosambi函数将重组率转换成遗传距离(centimorgan,cM),发现标记BNL1673_(193,170)与无蜜腺性状基因的遗传距离为1.3296cM。 (7)将标记BNL1673_(193,170)的特征带回收,克隆在PMD18-T Vector中,并进行序列分析,结果表明,BNL1673_(200)和BNL1673_(170)的实际长度分别为193bp和170bp,同源性为88.08%,主要差别是在BNL1673_(193)49bp处有23个碱基的插入。根据克隆片段的序列设计合成的一对SCAR引物SCB1673,该引物在TM-1中扩增出与BNL1673_(193)大小相同的片段,在97014中扩增出与BNL1673_(170)大小相同的片段,在F_1中同时扩增出SCB1673_(193,170),用SCB1673对97014×TM-1的F_2群体扩增,获得的结果与SSR扩增的结果基本吻合,进一步证明SCB1673_(193,170)能够明显区分蜜腺的有无。
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