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《西北农林科技大学》 2010年
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百合(Lilium)远缘杂交与抗立枯病育种技术研究

谢松林  
【摘要】:百合(Lilium,2n=2x=24)不仅是一种重要的切花、盆栽和园林花卉,还广泛用于食用和药用。我国虽然是百合属植物的分布中心,但是百合育种起步较晚。因此,吸收引进并优化国外先进的百合育种技术和经验,培育我国具有自主知识产权的百合品种越发必要。 镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp. lilii)引起的立枯病是百合在切花及种球生产中危害最为严重的一种真菌性病害,关于其抗性育种仅在亚洲百合杂种系(Asiatic,A)中有零星报道。鉴于目前百合产业的迅速发展使得亚洲百合栽培品种已经不能满足人们对百合的需求,而采用亚洲百合作为亲本进行立枯病抗性育种已成为百合育种研究的重要方向。另外,远缘杂交已经成为百合新品种培育的主要途径。因此,结合远缘杂交进行立枯病抗性育种是百合育种的一个崭新方向。本研究旨在探索总结出一套包括远缘杂种获得、杂种立枯病抗性鉴定、育性分析和无性加倍在内的百合育种技术流程,以期指导实践。 本研究以麝香百合(Longiflorum,L),亚洲百合(Asiatic,A)东方百合(Oriental,O)及喇叭百合(Trumpet,T)的代表品种‘White Fox’(LL),‘Conneticut King’(AA),‘Sorbonne’(OO)和‘Royal Golden’(TT)为亲本,采用切割柱头法进行了6组杂交,离体培养技术对杂种幼胚进行抢救后,运用基因组原位杂交技术对获得的LA和OT杂种F1代进行了鉴定;同时采用无性系温室人工接种技术对99个LA杂种F1代群体镰刀菌抗性进行了鉴定;对LA群体的育性进行了分析并对13个具部分育性的LA杂种F1代减数分裂过程进行了观察;对回交后代的基因组组成进行了分析,同时和无性加倍来源的百合多倍体群体进行了对比。所得结果如下: 1.在所选取的LL×AA,OO×AA,LL×TT,LL×OO,OO×TT和OO×LL 6个杂交组合中,切割柱头授粉能不同程度上克服除LL×TT之外的5个组合的受精前障碍,其中以LL×AA效果最明显,坐果率可达65%;在三种幼胚培养方法中,胚培养、胚乳培养及胚珠培养的成功率分别为100%、22%和1%;基因组原位杂交分析显示所检测的LA及OT植株均为真杂种。结果证明,百合远源杂交的成败取决于杂交组合的选取,而胚培养、胚乳培养及胚珠培养是从幼胚获得百合杂种植株的高效手段,并且能有效防止伪杂种混杂;虽然胚乳培养成功率低于胚培养,但依然是获得百合杂种一代的主要方式。 2.运用常规细胞遗传学方法对百合LA杂种进行了育性鉴定,并用基因组原位杂交技术对13个具有部分育性的LA百合的减数分裂过程观察进行了分析。结果显示,13个LA百合杂种基因型呈现出不同的雌雄育性;在这些具部分育性的基因型中,虽然L基因组和A基因组之间的不联会及联会后的非正常分离是导致杂种育性丧失的主要原因,但不同基因型间在第一次分裂中期所形成的二价体数目差异显著,一些基因型内的部分花粉母细胞能产生12个二价体并产生可育的n配子;在第一次减数分裂后期,不同形式的基因组间交换如单交换、双线双交换,三线双交换等不同的交换类型发生;在减数分裂末期,不同类型如2n、n以及非整倍体的小孢子产生;同时L和A基因组间存在倒位杂合现象。结果表明百合远缘杂种n配子仅产生于联会过程中的二价体形成数目高的基因型之中,且其几率远小于未减数配子,利用这些远缘杂种和其亲本进行回交能分别产生三倍体、非整倍体和二倍体后代。 3.利用基因组原位杂交技术对有性和无性加倍来源的百合多倍体杂种群体进行了细胞学分析。群体一是一个百合异源三倍体LLO和一个异源四倍体LLTT的杂交后代,两个杂交亲本都来自于体细胞染色体加倍;另一个异源多倍体群体是LA和OA经过产生未减数配子和亚洲百合杂交而有性加倍的回交后代。基因组原位杂交试验结果显示:无性加倍后的多倍体后代中不同基因组L、O、T被清楚地区分开来。在所分析的26个基因型中并未发现任何染色体重排现象。与之相反的是在有性加倍后的多倍体群体中,“染色体重排”的发生具有很高的几率。这些“染色体重排”来源于近同源染色体之间的重组而并非染色体变异中的易位,GISH试验对LA杂种一代的花粉母细胞分析证实了所谓的“染色体重排”不是由于减数分裂过程中的染色体畸变(如易位、重复和缺失),而是来源于减数分裂中的自然现象如交叉和交换的发生。 4. 99个百合LA(Longiflorum×Asiatic)杂种的镰刀菌抗性鉴定结果显示,百合无性系温室人工接种技术成功应用于该远缘杂种,其母本麝香百合品种‘White Fox’对镰刀菌表现出高感,而杂交父本亚洲百合品种‘Connecticut King’具有较强抗性,并成功遗传给杂种后代,在后代基因型中实现一系列分离;在杂种群体中,大部分基因型对镰刀菌表现出不同程度的抗性,且F1代镰刀菌抗性基因表达率为70.1%。结果表明虽然镰刀菌抗性由数量性状位点控制,杂种后代中一些基因型依然对镰刀菌表现出和其父本相似的抗性。因此,通过杂种系间杂交进行百合镰刀菌抗性育种取得初步成功。 总之,本研究表明利用切割柱头和胚乳培养等方法进行百合远缘杂交可以顺利获得杂种后代,细胞学分析显示一些杂种后代可以成功进行有性加倍,且在有性加倍来源的回交后代中存在大量基因组间重组,百合无性系温室人工接种试验显示亲本的抗性在杂种后代中实现了分离,进而为立枯病抗性基因的重组提供可能。因此,百合远缘杂交抗立枯病育种切实可行。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S682.29

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