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《中国农业科学院》 2010年
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两种类型甘蓝雄性不育系开花结实性状及异源胞质分子差异的研究

王庆彪  
【摘要】: 结球甘蓝(Brassica oleracea var.capitata L.)(以下简称甘蓝)是一种重要的十字花科芸薹属蔬菜作物,存在着明显的杂种优势。杂交种的制种途径长期采用自交不亲和系,但近年来开始越来越多地利用雄性不育系。中国农业科学院蔬菜花卉研究所甘蓝青花菜育种课题组从事甘蓝雄性不育系的研究已有多年,选育出甘蓝显性核基因雄性不育材料DGMS79-399-3,先后引进了萝卜胞质甘蓝雄性不育材料(Ogura CMSR1、Ogura CMSR2、Ogura CMSR3)、黑芥胞质甘蓝雄性不育材料(Nig CMS)、玻利玛胞质甘蓝雄性不育材料(Pol CMS)等。目前主要利用的是DGMS79-399-3和Ogura CMSR3两类甘蓝雄性不育材料,均已通过多代转育育成可实际应用的雄性不育系。同时课题组在不育系的研究和利用过程中观察到两种类型甘蓝雄性不育系的花器官及制种产量存在差异的现象,但尚没有对此问题做系统深入研究。 本研究分两个部分,第一部分以甘蓝自交系02-12、01-20回交多代转育而成的显性核基因雄性不育系DGMS02-12、DGMS01-20和细胞质雄性不育系CMSR302-12、CMSR301-20为试材,研究它们在花器官形态、初花期死花蕾率、蜜蜂授粉情况及制种产量方面存在的差异,并分析产生这些差异的原因,以期为它们的实际应用提供更多的理论依据,研究结果如下: 1.初花期死花蕾情况:2008、2009两年调查结果均显示显性核基因雄性不育系与细胞质雄性不育系一级分枝死花蕾率差异显著,但在不同调查年份、不同材料间差异程度不同,温室内植株一级分枝死花蕾率,CMSR302-12较DGMS02-12高34.7%、CMSR301-20较DGMS01-20高29.4%;露地种植一级分枝死花蕾率CMSR302-12较DGMS02-12高89.2%、CMSR301-20较DGMS01-20高64.7%。 2.花器官形态:显性核基因雄性不育系与细胞质雄性不育系在花蕾直径、雄蕊长、侧蜜腺表面积方面存在极显著差异;在花冠直径、花药长、单花花蜜量等方面存在显著差异。从两年调查结果平均值来看,雄蕊长度DGMS02-12比CMSR302-12、DGMS01-20比CMSR301-20分别高77%和60%,花瓣长度分别高12.4%和10.2%,花冠直径分别高16.3%和22.9%,花蕾直径分别高23%和8%,侧蜜腺表面积分别大76.7 %和66.7%,单花花蜜量分别多84%和33.5%,花药长度分别高10.7%和3.5%。 3.蜜蜂授粉及影响因素:显性核基因雄性不育系和细胞质雄性不育系间蜜蜂访花次数、访花时间存在极显著差异。蜜蜂访花次数DGMS02-12比CMSR302-12、DGMS01-20比CMSR301-20分别高28.2%和19%。蜜蜂在显性核基因雄性不育系上停留的时间更长,DGMS02-12比CMSR302-12、DGMS01-20比CMSR301-20分别高50.8%和63.9%。蜜蜂访花次数与花器官特征的相关性依次为:花冠直径(r=0.976,P 0.01)花蜜量(r=0.944,P 0.01)蜜腺大小( r=0.914,P 0.01) 花瓣长(r=0.906,P 0.01)。 4.结实性状:显性核基因雄性不育系与细胞质雄性不育系间制种产量存在极显著差异。在不同材料和不同地块间差异幅度不同DGMS02-12比CMSR302-12高62.8%-135.1%;DGMS01-20比CMSR301-20高16.7%-43.1%。制种产量与以上性状的相关性分别为花冠直径(r=0.907,p0.01),蜜蜂访花次数(r=0.893,p0.01)和一级分枝死花蕾率(r=-0.891,p0.01)。 初花期死花蕾现象直接减少了结荚的数量;花器官的形态和花蜜量影响蜜蜂访花;蜜蜂访花次数和访花时间影响授粉效果。以上几个方面在两种类型雄性不育系间均存在差异,可能是导致二者之间制种产量差异显著的主要原因。 第二部分实验:为了避免甘蓝细胞质雄性不育类型过度单一,课题组近年引进多份不同来源胞质的甘蓝雄性不育材料,其中,有的异源胞质不育材料在形态上很难区分。为了区分不同来源细胞质甘蓝雄性不育类型,本研究利用线粒体(mt)和叶绿体(cp)SSR标记,获得了不同来源细胞质甘蓝雄性不育系细胞质分子差异,为甘蓝胞质不育系遗传特性的分类及对育种材料的选择和利用提供依据。研究结果如下: 用151对cpSSR引物和182对mtSSR引物对14份甘蓝细胞质雄性不育材料进行扩增分析,结果显示:具有多态性的引物分别为30对和19对,分别占总引物的19.87%和10.44%,各自均可以区分5种胞质不育类型。利用mtSSR2、cpSSR81、cpSSR138三对引物组合可以鉴别出Nig CMS、Ogura CMSR1、Ogura CMSR2、Ogura CMSR3、Ogura CMSYouXiu、Pol CMS等六种细胞质来源不同的甘蓝细胞质雄性不育材料。将三对引物扩增出的8条多态性片段全部回收,经克隆、测序后与拟南芥叶绿体基因组和油菜线粒体基因组相应的序列同源性较高,进一步验证了扩增片段为胞质来源。因此,利用总基因组DNA和特异的线粒体、叶绿体SSR来区分甘蓝细胞质雄性不育类型是可行的。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S635.3

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