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《兰州大学》 2010年
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紫花苜蓿雄性不育突变体的筛选及其细胞学观察

陈丽  
【摘要】: 紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是一种重要的豆科饲料牧草,雌雄同花且一雌多雄,属于典型的异花授粉植物,其雄性不育特征对于雄性不育遗传机理研究和杂种优势利用等具有重要理论意义和应用价值,而雄性不育突变体的筛选可为深入开展以上研究提供材料基础。本文对20个紫花苜蓿品种的花粉量和花粉活力进行了遗传变异分析,研究建立了适合苜蓿属植物的雄性不育筛选方法,即MS-苜蓿法,并采用此方法筛选获得了无花粉雄性不育紫花苜蓿突变体,并对其进行了生殖发育过程的细胞学观察,主要结果如下: 1、研究建立了紫花苜蓿雄性不育突变体筛选体系,命名为MS-苜蓿法。采用花粉量分级法和花粉活力TTC染色法对苜蓿品种花粉量和花粉活力进行遗传变异分析,结果发现:1)苜蓿品种花粉量和花粉活力种间和种内均存在极显著差异(p0.001),且种内变异大于种间变异,表明利用花粉量和花粉活力法筛选紫花苜蓿雄性不育株应采用单株标记法;2)苜蓿不同生殖枝的小花花粉量无显著差异,其中58.54%的小花花粉量是4级,3级花粉量的小花占32.32%,花粉量为2级和1级的小花分别占6.92%和2.22%,利用花粉量分级法筛选获得紫花苜蓿不育突变体的几率约为2%;3)利用花粉活力TTC染色法测定紫花苜蓿花粉败育率发现单株花粉败育率范围为0.53%-73.14%,品种败育率范围为15.72%-31.31%,表明苜蓿小花花粉总体表现出不完全败育性。 2、利用MS-苜蓿法筛选获得了紫花苜蓿无花粉突变体(MS1-14)和多雌蕊无花粉突变体(M-fon1和M-fon2)共计16株雄性不育突变体。以上突变体筛选自牧歌(5株)、金皇后(2株)、庆阳(1株)、西部巨人(2株)、陇中(1株)、甘农2号(2株)、巨人(2株)和阿尔冈金(1株)。对MS1-14、M-fon1、M-fon2和其它正常苜蓿的雌蕊育性进行比较发现:MS1-14和其它苜蓿的柱头可授性和胚珠数相似,M-fon1、M-fon2的柱头可授性和胚珠数较正常苜蓿低,且M-fon1的部分雌蕊高度退化呈畸形,表明该多雌蕊雄性不育突变体亦伴随有雌性不育现象。 对以上突变体的杂交结实情况进行研究发现,MS1-14、M-fon1和M-fon2均表现为自交不结实,人工授粉和天然杂交条件下突变体MS1-14的结荚率都高于M-fon1和M-fon2。以上结果表明,M-fon1和M-fon2因其雌性不育导致人工杂交和天然杂交结实率低,而MS1-14雄性不育突变体的结实率较高并具有繁殖优势。 3、在紫花苜蓿生殖发育过程的10个阶段,对以上雄性不育苜蓿突变体(MS1-14、M-fon1和M-fon2)和正常对照植株进行了显微解剖观察和扫描电镜观察,将雄性不育突变体分为如下四种突变类型:1)无花粉突变类型,表现为发育后期花药出现干瘪皱缩现象,花药中无花粉粒;2)花药裂药性突变类型,表现为花药不干瘪但是不开裂,弹花时无花粉弹出;3)花药发育突变类型,表现为发育后期花药很小,花丝较短,仅有一两个花药有花粉粒;4)花粉败育突变类型,表现为败育花粉粒呈不规则形状,花粉粒表面首先从萌发沟开始收缩凹陷,然后从不同面收缩凹陷,最后导致无法看到收缩面。 紫花苜蓿雄性不育突变体的筛选并获得对于揭示苜蓿雄配子体发育机理和雄性育性遗传机制以及定位雄性育性基因具有重要意义,我们的研究结果表明紫花苜蓿不同品种花粉育性遗传变异广泛且种内变异大于种间变异,单株雄性不育表型筛选体系(MS-苜蓿法)适用于紫花苜蓿雄性不育突变体的初步筛选,获得的紫花苜蓿无花粉突变体(MS1-14)和多雌蕊无花粉突变体(M-fon1和M-fon2)及其生殖发育过程的显微观察结果为进一步开展紫花苜蓿雄性不育遗传分析和杂交制种利用研究提供了材料基础和理论依据,同时为紫花苜蓿雄性不育和雌性不育分子生物学研究提供了基础性材料,从而为加快苜蓿育种进程奠定基础。
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