多倍体水稻及其潜在价值

总结了多倍体水稻的主要特征特性 ,探讨了多倍体水稻在新种质创造中的意义和在固定水稻杂种优势中的特殊价值 ,认为多倍体水稻的潜在价值一旦被挖掘将会开创水稻育种和生产的新局面。

同源四倍体水稻与假稻杂交结籽的胚胎学机理研究

利用激光扫描共聚焦显微技术对同源四倍体水稻与假稻杂交给籽的特殊生殖现象进行了研究。研究结果表明 ,假稻的花粉粒不能在二倍体水稻的柱头上荫发 ,因而二倍体水稻与假稻的生殖隔离很严格。然而 ,假稻的花粉粒在同源四倍体水稻的柱头上能萌发 ,前者的花粉管能在后者的花柱中伸长并能将雄配子送人胚囊内。在同源四倍体水稻与假稻的杂交中受精作用比较特殊 ,其中包括精细胞与卵细胞的单受精作用 ,也包括精细胞与次生极核的单受精作用 ,还包括正常的双受精作用。总受精率和总成胚率分别为 2 2 .89%和 2 0 .82 %。

同源四倍体水稻雌雄配子体多态性的研究

同源四倍体水稻（２ｎ＝４ｘ＝４８）由于其细胞内染色体数的倍增而导致其生殖性状发生了明显的变化。在其雄配子体中存在着比较少的正常花粉粒（１３．３５％～１７．４９％）和比较多的败育花粉粒（８２．５１％～８６．６５％）。在败育花粉粒中包括典败、园败和染败花粉粒。在同源四倍体水稻ＡＰＩＶ（４）的成熟胚囊内存在着正常蓼型胚囊（４３．０％）、退化型胚囊（３６．０％）和变异型胚囊（２１．０％）。在变异型胚囊中包括双卵卵器胚囊（７１．４％）、三卵卵器胚囊（１７．５％）和无助细胞胚囊（１１．１％）。在不同季节条件下ＡＰＩＶ（４）颖花内的多卵频率存在着明显差异，在同一季节条件下强势颖花的多卵频率要明显地高于弱势颖花的多卵频率。由此认为，同源四倍体水稻的雌雄配子体表现出异常发育状态，其有性生殖能力已明显变弱。

低能氮离子注入同源四倍体水稻的生物学效应

以低能氮离子束为诱变源,对同源四倍体水稻进行注入处理后,对其生物学效应进行了研究。研究结果表明,同源四倍体水稻比二倍体水稻对低能氮离子束注入处理更敏感。在注入离子剂量为3×1017N+/cm2时,同源四倍体水稻所受到的损伤比二倍体水稻所受到的损伤更严重。4份同源四倍体水稻(即IR36(4)、IR28(4)、紫血稻(4)、明恢63(4))的成苗率分别是2.0%、3.5%、3.0%和4.0%,致死率非常高。在同样条件下,4份相应的二倍体水稻(即IR36(2)、IR28(2)、紫血稻(2)、明恢63(2))的成苗率分别是33.0%、31.5%、29.0%和24.5%,致死率也比较高。在经过注入处理后的当代群体内,4份同源四倍体水稻的平均变异频率为32.5%,而4份相应的二倍体水稻的平均变异频率为9.5%。在同源四倍体水稻IR36(4)和IR28(4)的变异群体内分别发现22株和14株结实率均达到75.0%以上的单株,其中在IR36(4)群体内有1单株的结实率高达91.89%;在紫血稻(4)的变异群体内发现2株具有双胚苗性状的单株;在二倍体水稻明恢63(2)的变异群体内发现1株具有红心米性状的单株。在第二代群体中,除了叶鞘变异和米质变异这两个变异性状能稳定遗传之外,其它变异性状在群体内都发生了明显的性状分离现象。同源四倍体水稻的高结实率特性和双胚苗特性表现出一定的可遗传性。

种芽诱导获得同源四倍体水稻技术的研究

用０．０４％的秋水仙素水溶液对３份二倍体水稻材料的种芽进行同源四倍体诱导处理，结果表明，在３５±１℃条件下处理７２ｈ比较适宜；在种子露白时进行诱导处理只能使胚芽鞘明显膨大而不能从其后代中筛选到四倍体材料；先行预处理，使胚芽鞘伸长到２．０ｃｍ左右时再用秋水仙素对种芽进行诱导处理则能从其后代中筛选到四倍体材料。

同源四倍体水稻胚囊内反足细胞团的多态性

利用激光扫描共聚焦显微技术对 6份同源四倍体水稻在生殖发育过程中胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性进行了研究。结果表明 ,在同源四倍体水稻的雌配子体发育过程中已经存在着一些不正常的发育现象。在同源四倍体水稻的胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性比在二倍体水稻的胚囊内表现得更明显。反足细胞或反足细胞团的多态性主要表现为在胚囊内形态的多样性和位置的多样性 。

离子束生物技术改良同源四倍体水稻的设想

利用离子束注入技术对同源四倍体水稻进行遗传改良 ,有可能为进一步利用水稻强大的杂种优势效应和深入研究水稻无融合生殖现象寻找到新的突破口 .对同源四倍体水稻进行遗传改良的技术思路是 ,瞄准 2个总体目标 (挖掘水稻的产量潜力和简化水稻杂种优势利用的确定 ) ;采用 3种有效技术 (离子束生物技术、组织培养技术和多倍体诱导技术 ) ;确定 4个研究方向 (直接利用同源四倍体水稻的增产潜力、利用同源四倍体水稻的强大杂种优势效应、固定其杂种优势效应和深入研究同源四倍体水稻的生殖发育特性 ) ;达到 5个预期目标 (探索物种形成的途径、研究生物学特性、寻找遗传变异规律、挖掘潜在利用价值、建立新的育种技术体系 ) .

离子束生物技术在水稻育种中的应用前景

从离子束生物技术的基本原理、诱变效果、转基因效果和发展趋势等方面分别阐明了离子束生物技术在作物育种中的实用性、在水稻遗传改良中的新颖性、在创造远缘水稻新种质中的特殊性和在水稻育种中的应用前景。认为低能离子束作为一种能有效地改造生物体遗传特性的新的诱变源具有诱变率高、突变谱广和诱变损伤轻等优点 ;作为异源遗传物质转移的中介 。

同源四倍体水稻与非洲栽培稻杂交的后效性研究

利用亚洲栽培稻中的4份同源四倍体水稻(O.sativa,2n=4x=48)和相应的4份二倍体水稻(O.sativa,2n=2x=24)为母本,以4份非洲栽培稻(O.glaberrima,2n=2x=24)为花粉供体进行远缘杂交后,对其杂种后代的分离动态进行了研究。结果表明,不同倍性的普通栽培稻与非洲栽培稻之间杂交后代的结实率以二倍体普通栽培稻的较高。在配制的32个杂交组合中,其杂种第1代群体均表现出明显的营养生长优势。从群体的生长势来看,杂种第2代群体比杂种第1代群体要弱一些;在杂种第2代群体中,以同源四倍体水稻为母本的杂交组合的分离现象比以二倍体水稻为母本的杂交组合的分离现象更明显。在各杂交组合的第3代群体中,从植株的株叶形态和生育期来看,株系间的差异和株系内的变异依然很明显,变异频率更宽,变异种类更多。在普通栽培稻与非洲栽培稻的杂交组合中,育性变异、生长势变异、株叶形态变异、染色体变异和结实性变异等是较易发现的变异现象。

氮离子注入对同源四倍体水稻的诱变效应

选用不同倍性的水稻进行低能氮离子束注入试验,研究离子注入后的效果与染色体组倍性之间的关系,结果表明,同源四倍体水稻比二倍体水稻对低能氮离子束注入处理更敏感;在同源四倍体水稻群体中所出现的变异频率比在二倍体水稻群体中出现的变异频率高;在经过低能氮离子束注入处理的同源四倍体后代群体中,分别筛选到结实率高达90.16%的单株和具有双胚苗性状的单株,同源四倍体水稻的高结实率特性和双胚苗特性表现出一定的可遗传性。

同源四倍体水稻与狼尾草杂交结实的胚胎学证据

在以 6份同源四倍体水稻为杂交母本与狼尾草进行属间杂交中发现 ,其结实率达到 0 .84%～ 2 .0 6% ,而在以二倍体水稻为母本的属间杂交中却没有获得结实种子。利用激光扫描共聚焦显微技术对属间杂交结籽的特殊生殖现象进行了观察研究 ,试图寻找其杂交结实的胚胎学证据。结果表明 ,狼尾草的花粉粒不能在二倍体水稻的柱头上萌发 ,说明二倍体水稻与狼尾草的生殖隔离很严格 ,两者很难杂交。然而 ,狼尾草的花粉粒在同源四倍体水稻的柱头上能萌发 ,花粉管能在花柱中伸长并能将雄配子送入胚囊内与雌配子融合成受精卵。同源四倍体水稻与狼尾草的受精作用比较特殊 ,包括精细胞与卵细胞的单受精作用、精细胞与次生极核的单受精作用和正常的双受精作用 ,总受精率和总成胚率分别为 6.3 6%～ 11.68%和 4.11%～ 9.44 %。试验结果为解释同源四倍体水稻与狼尾草杂交结籽的特殊生殖现象提供了有力的胚胎学证据。

离子注入后诱导水稻多倍化的效果

利用3份二倍体水稻为材料,以氮离子束为诱变源,研究了离子注入后所引起的生物学效应和离子注入对水稻多倍化的效果。研究结果表明,氮离子束对3份二倍体水稻材料的效应因材料种类和离子注入剂量不同而异。N+注入处理后对利用秋水仙素诱导水稻多倍化的效果比较明显,但效果的明显程度则因离子注入剂量不同或秋水仙素诱导时间不同或试验材料的遗传背景不同而表现出一定的差异。在秋水仙素对试验材料的诱导时间为24 h的各个处理中,N+离子注入剂量为6.76×1016N+/cm2的处理似乎更好,而在秋水仙素对试验材料的诱导时间为48 h的各个处理中,N+离子注入剂量为0.52×1016N+/cm2的处理则更有利于获得同源四倍体材料。经过2个~3个世代的筛选之后并通过染色体核型分析,在试验材料的后代中已经获得了一些同源四倍体水稻材料。

低能氮离子束对不同倍性水稻的诱变效应

对二倍体水稻和同源四倍体水稻进行了低能氮离子束注入处理并对其生物学效应进行了鉴定。结果表明 ,低能氮离子束注入处理后对同源四倍体水稻产生的生物学效应比对二倍体水稻的生物学效应更明显 ,前者比后者对低能氮离子束注入更敏感 ;6份同源四倍体水稻的平均变异频率为 2 1.2 % ,而 6份相应的二倍体水稻的平均变异频率为 2 .6% ;通过对实验材料的鉴定和筛选 ,获得了一些具有一定特点的突变体 (高结实率的同源四倍体水稻、具有双胚苗特性的同源四倍体水稻、具有红心米性状的二倍体水稻等 )。由此认为 ,利用低能离子束注入技术对同源四倍体水稻进行遗传改良的效果值得肯定。

育性调节剂FR_1对核雄性不育水稻育性调节的初步研究

我国两系杂交水稻是否能成功地在生产上推广应用在很大程度上决定于是否能培育出育性稳定和育性转换期明显的两用核雄性不育系。从我国已通过省级以上正式鉴定的水稻两用核雄性不育系的育性表现来看,几乎没有一个具有较大的实用价值。近年来的育种实践表明,在雄性不育期内育性相当稳定,很难发生育性波动的核不育材料在秋季的育性转换时间往往较迟,自交结实率不高或难以获得自交种子,而在秋季条件下雄性恢复时间较早,自交结实率较高的一些核雄性不育材料在雄性不育期的育性容易发生波动,败育不彻底。由此可见。

水稻多倍化的诱导技术研究

利用8份常规水稻品种、4份光温敏核不育水稻以及由其配制的32份杂种F1群体和32份杂种F2群体为诱导材料,采用种芽诱导加倍法进行多倍化诱导.研究结果表明,利用常规水稻品种和光温敏核不育水稻品系为诱导材料,其多倍化(同源四倍体)的诱导频率均很低(0.2%～1.2%);利用杂种F1群体为材料经过多倍化诱导和筛选后获得的诱导效果较好(2.0%～5.5%);利用杂种F2群体为材料经过多倍化诱导和筛选后获得的诱导效果最好(6.2%～12.0%).同源四倍体水稻结实率的表现与其二倍体原始材料的类型存在一定的相关性,在水稻多倍化过程中以基因处于分离和重组状态的杂种F2群体为诱变材料有利于获得结实率比较高的同源四倍体水稻.