陆地棉×比克氏棉育成种质系的同工酶和RAPD分析

为了从分子水平上检验野生棉遗传特性向陆地棉转育的结果以及育成种质之间的遗传差异，通过等电聚焦电泳和RAPD技术，对来自科遗181陆地棉品系与野生比克氏棉杂交后代的6个遗传稳定的不同种质系及其亲本的过氧化物酶同工酶图谱和DNA指纹图谱进行了分析。结果如下：（1） 6个种质系的基本酶谱特征均倾向于陆地棉亲本，但在其中2个种质系的过氧化物酶图谱中，观察到各具有1条等电点值（PI）为4.85的野生亲本的特征带；（2） DNA指纹图谱的分析表明，不同种质系之间在基因组水平上具有高度的异质性。并且在OPO10和OPO11 2个引物的扩增图谱中观察到4个育成种质系具有野生比克氏棉亲本的特征带。

陆地棉不同色素腺体基因对比克氏棉子叶色素腺体延缓形成性状的遗传效应

用(亚洲棉×比克氏棉)F_1双二倍体作母本与陆地棉的不同色素腺体基因型进行杂交,获得5个具有不同色素腺体基因的[(亚洲棉X比克氏棉)F_1双二倍体X陆地棉]F_1种间三元杂种.不同色素腺体基因对种间三元杂种植株和花器形态性状元明显效应,但对其色素腺体表现和棉酚含量具有较大的影响.用陆地棉单节显性系1(Gl_2Gl_2gl_3gl_3)配制的种间三元杂种完全表现有比克氏棉的子叶色素腺体延缓形成特性;而用双隐性或显性无色素腺体陆地棉配制的种间三元杂种,虽其种子无色素腺体,但植株为少色素腺体类型.用有色素腺体陆地棉和陆地棉单节显性系2(gl_2gl_2Gl_3Gl_3)配制的种间三元杂种,其种子和植株均为有色素腺体类型.因此,用Gl_2Gl_2gl_3gl_3作为陆地棉亲本与比克氏棉及其后代进行杂交和回交,可以提高该性状的选择效果.

向陆地棉渐渗野生比克氏棉腺体延缓形成基因的方法研究

以隐性无腺体陆地棉作母本，比克氏棉作父本杂交，获得了三倍体杂种［（ＡＤ）_１Ｇ_１］，该杂种完全表达了比克氏棉的腺体延缓形成基因（Ｃｌ￣（ｂｉｃ））的特征，Ｆ_０胚无腺体，Ｆ_１植株有腺体。位于Ｇ_１染色体组上的腺体延缓形成基因Ｃｌ￣（ｂｉｃ）对陆地棉（ＡＤ）_１上的无腺体基因（Ｇｌ_２Ｇｌ_３）表现为显性，对正常腺体基因Ｇｌ_２Ｇｌ_３则表现为隐性。探讨了向陆地棉渐渗野生棉腺体延缓形成基因的方法。

比克氏棉渐渗到陆地棉的花色基因的遗传分析

比克氏棉的红花大基斑性状渐渗到陆地棉，并选育出了稳定的红花大基斑陆地棉纯系（ＨＢＲＬ）。报道了这些红花（Ｒ^（ｂｉｃ）_３）大基斑（Ｒ^（ｂｉｃ）_２）陆地棉纯系的遗传连锁实验和连锁分析结果。大基斑（Ｒ^（ｂｉｃ）_２）对小基斑（Ｒ_２）和无基斑（ｒ_２）为显性，Ｒ^（ｂｉｃ）_２与Ｒ_２等位，Ｒ^（ｂｉｃ）_２、Ｒ_２和ｒ_２构成了复等位基因系列。Ｒ^（ｂｉｃ）_２与Ｌｃ_１连锁，Ｒ．Ｃ％＝３７．３１±２．４４．Ｒ^（ｂｉｃ）_２与Ｒ^（ｂｉｃ）_３紧密连锁，并且Ｒ^（ｂｉｃ）_３对Ｙ_１和ｙ_１具有显性上位作用。建议从比克氏棉渐渗到陆地棉的大基斑的基因符号定为Ｒ^（ｂｉｃ）_２，红花瓣的基因符号定为Ｒ^（ｂｉｃ）_３。

陆地棉×比克氏棉F1细胞学观察及育性恢复的研究

通过对杂交铃滴GA_3和NAA及胚培养,1982年获得陆地棉(Gossypium hirsutum)×比克氏棉(G.bickii)F_1一株,雌雄不育。中期Ⅰ染色体构型为33.24Ⅰ+2.67Ⅱ+0.095Ⅲ+0.048Ⅳ。二价体平均交叉数1.23。后期Ⅰ染色体分向两极不同步,数目也不均等,在大多数细胞中,染色体自由散布,不形成明确的赤道板;后期Ⅱ出现各种畸形孢子群,由此产生畸形不育花粉粒。F_1枝条嫁接到陆地棉上并给予凉夜短日条件,雌性恢复了低育性,可回交结籽。至BC_3育性恢复正常。到1988年已得到一批兼有陆地棉的株型、白绒、早熟及结铃性,和比克氏棉的红花具紫斑、强纤维等特性的稳定选系。比克氏棉特性首次向陆地棉转育成功。

(亚洲棉×比克氏棉)F_1双二倍体不育系的花粉败育机理研究

用亚洲棉与比克氏棉进行杂交,对杂种F1进行染色体加倍,获得(亚洲棉×比克氏棉)F1双二倍体。(亚洲棉×比克氏棉)F1双二倍体后代中分离出可育和不育两种类型。不育系形态特征与可育系相似,整体性状似父本比克氏棉,多数花为闭花授粉。花粉母细胞减数分裂染色体观察结果表明,不育系与可育系细胞的染色体数目相同,但不育系的单价体较多,染色体构型为2n=52=7.07I+18.13II+2.00III+0.67IV,二价体平均交叉数为1.91;可育系的染色体构型为2n=52=3.09I+23.79II+0.39III+0.04IV,二价体平均交叉数为1.91。另外,不育虽能形成明显的赤道板,但异常的纺缍体使在赤道板上的染色体方向各异,后期I染色体分向两极数目不均等,一些配对染色体成整体运动,而不分向两极。中期II中出现染色体不同步。后期II出现各种畸形孢子群,结果产生各类不育花粉粒。

比克氏棉休眠种子内色素腺体的解剖学观察

通过半薄切片,研究了比克氏棉休眠种子内色素腺体的分布、发育状态。根据色素腺体的发育状态,分为不具分泌腔的色素腺体即"色素腺体原"以及具有分泌腔的色素腺体2种类型。不具分泌腔的色素腺体主要位于分化程度较低的胚轴、子叶顶端等组织部位。具有分泌腔的色素腺体主要分布在靠近子叶基部分化程度较高的组织部位。该研究验证了比克氏棉休眠种子内子叶和胚轴含有色素腺体,并首次发现子叶内部分色素腺体已发育出分泌腔。

陆地棉、亚洲棉与比克氏棉杂种F_1及回交后代的育性研究

三元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )×陆地棉 ]及其反交的回交后代在性状上发生疯狂分离 ,在育性上分离出 3种类型 :可育型、不完全可育型、不育型。对这 3种类型及三元杂种F1减数分裂及其花粉的形成过程观察表明 ,三元杂种F1及回交后代的不育型 ,不育的根本原因在于减数分裂中期染色体不能正常配对 ,引起部分染色体滞后及染色体不均等分配 ,从而产生多分孢子和微核 ,最终导致不育花粉的产生 ;不完全可育型 ,大部分染色体联合配对成二价体 ,仅个别为单价体 ,这些单价体在后期随机向两极分离 ,产生的二分孢子有的正常 ,有的不正常 ,进而形成的花粉粒仅个别正常 ;可育株染色体配对正常 。

比克氏棉及其杂种后代的RAPD分析

将(亚洲棉×比克氏棉)F1加倍,再与陆地棉、海岛棉、(陆地棉×夏威夷棉)、(陆地棉×黄褐棉)杂交,获得三种杂种与四种杂种。本研究用RAPD技术对种间杂种及其亲本进行了分析,结果表明:(1)15个引物对参试材料总共扩增出127条DNA带,其中有102条多态性带,占80.3%;(2)在杂种中均检测到了亲本带与杂种的特异带;(3)利用SAS软件中的类平均法对试验材料进行聚类分析,结果表明,所有的参试材料聚为三大类。研究结果充分验证了杂种的真实性。

亚洲棉、比克氏棉和海岛棉三种杂种回交后代的育性研究

本文对〔(亚×比 )×海〕① 三种杂种回交后代BC4F1 花粉粒的形态及其在人工培养基上的萌发率 ,以及授粉 2 4h、48h后有花粉管的胚珠数进行了研究 ,并与海岛棉自交做比较 ,结果发现BC4F1 的花粉粒 59 3%都是不正常的 ,因而在人工培养基上的萌发率仅达 8 1 % ,约是海岛棉花粉粒萌发的 1 /4。而且有花粉管的胚珠数 ,授精后 2 4h为 2 0 4% ,48h为 32 9% ,约是海岛棉自交的1 /2。此外还对其植株进行了调查 ,从育性角度上讲可分为三种类型 :可育株 (2 6 7% )、不完全可育株 (2 6 7% )、不育株 (46 7% )。这说明了尽管A、G、(AD)染色体组间亲缘关系甚远 ,杂种高度不育 ,但用多次回交的育种技术 。

(亚洲棉×比克氏棉)F_1双二倍体与海岛棉的种间杂种F_1的形态学和细胞学研究

用人工合成的（亚洲棉×比克氏棉）Ｆ１双二倍体（２ｎ＝４ｘ＝５２，Ａ２Ａ２Ｇ２Ｇ２染色体组）和海岛棉（２ｎ＝４ｘ＝５２，ＡＡＤＤ染色体组）杂交，获得［（亚洲棉×比克氏棉）Ｆ１双二倍体×海岛棉］Ｆ１种间三元杂种，并对其进行形态特征和细胞学的观察研究．结果表明：①双二倍体与海岛棉无色素腺体品种杂交产生的Ｆ１种子，其种仁无色素腺体，但植株有少量色素腺体；而与海岛棉有色素腺体品种杂交产生的Ｆ１种子，其种仁和植株均有色素腺体；②Ｆ１植株的株型、叶形等性状趋于海岛棉亲本，花器性状如花色却偏向于野生比克氏棉，而花朵大小等为超亲遗传性状；③种间三元杂种Ｆ１花粉母细胞在减数分裂中期Ｉ形成大量单价体，其染色体构型为２ｎ＝４ｘ＝５２＝４２．８Ⅰ＋４．６Ⅱ，减数分裂后期Ⅰ染色体向两极分离不均，产生多种类型的不育小孢子，致使杂种高度不育．

比克氏棉和司笃克氏棉色素腺体形态建成的组织结构观察

对具有子叶色素腺体延缓形成性状的比克氏棉和种子有色素腺体但低酚的司笃克氏棉的休眠种子、幼胚发育过程和种子萌发过程中的子叶进行连续切片观察。结果表明,比克氏棉的种仁中虽无肉眼可见的色素腺体,但具有色素腺体原,其色素腺体形态建成从开花后子叶形态建成后开始到种子萌发后12h才完成。司笃克氏棉在幼胚发育过程中,也出现色素腺体原的结构,但保持的时间较短,到种子成熟时,其种仁中的色素腺体原大多已发育成正常的色素腺体,且色素腺体空腔中含有某些有色物质,腔壁明显不同于比克氏棉或一般有色素腺体棉。司笃克氏棉的色素腺体性状为介于一般有色素腺体棉和具有子叶色素腺体延缓形成性状棉种的中间过渡类型,这种性状在低酚棉育种研究中具有重要的实践意义。

比克氏棉色素腺体形态建成与棉酚代谢特性的研究

【目的】对比克氏棉(G.bickii Prokh)种子形成过程和种子萌发过程中的色素腺体形态建成特点、色素腺体与棉酚含量的动态关系及其分子机理进行探究。【方法】以比克氏棉为材料,进行组织切片观察、棉酚含量测定并分析对种子萌发期色素腺体形成及棉酚合成基因的表达谱。【结果】比克氏棉在种胚形成过程中,子叶上形成大量色素腺体原,并在种子萌发后12 h形成腔体结构,转换成成熟的色素腺体;比克氏棉种胚形成过程及种子萌发过程中均未检测到棉酚,但从种子萌发12 h开始可以检测到较低含量的棉酚。种子萌发期色素腺体形成及棉酚合成相关基因表达谱分析结果表明,GoPGF基因在比克氏棉种子萌发12 h的子叶上表达量较高,与比克氏棉色素腺体形成有关;法尼基焦磷酸合成酶(FPS)基因在种子萌发24 h的子叶上表达量较高,可能与棉酚向子叶色素腺体转运有关;CYP706B1基因在种子萌发0 h较高,HMG1基因在种子萌发0 h、36 h和48 h的子叶上表达量均较高,说明这两个基因与种子萌发后色素腺体腔的形成有关,并参与棉酚的贮运;杜松烯合酶基因(CAD1-A)和HMG2基因与比克氏棉色素腺体形成无密切关系。【结论】种子萌发后的12 h为比克氏棉子叶色素腺体形态建成的关键时期,且色素腺体的形态建成与棉酚出现的时间具有同步性。GoPGF、FPS、CYP706B1、HMG1参与色素腺体的形成及棉酚的转运。

陆地棉-野生比克氏棉杂种红花种质系的育成

采用种间杂交新技术,得到了陆地棉×野生比克氏棉的F_1不育株,在嫁接教养及短日凉爽条件下培育,雌雄恢复了低育性,通过3次回交及对早期剧烈分离世代的选择之后,首次育成了兼具双亲特征,即既有比克氏棉的红花紫花斑及细强纤维,又有陆地棉的株型、熟期、白绒、高衣分和结铃性的稳定的杂种选系,命名为“HB红花系”,这是一种前所未有的新型种质资源,具有新品种选育及遗传研究的重要价值.

陆地棉子叶色素腺体延缓形成性状的表现与组织结构观察

用(亚洲棉×比克氏棉)F1双二倍体作母本与陆地棉单节显性系1(Gl2Gl2gl3gl3)进行杂交和连续回交,育成了具有子叶色素腺体延缓形成特性的陆地棉种质系———ABH0318。该种质的休眠种子观察不到色素腺体,但解剖镜下可看到子叶边缘处有小量稀小的色素腺体。组织切片观察发现,ABH0318休眠种子内含有3种不同类型的色素腺体结构:(1)具有色素腺雏形但无腺腔的色素腺体原,约占总色素腺体或结构的50%左右;(2)发育不全的色素腺体,其体积较小,腺腔内无内含物,约占25%左右;(3)正常色素腺体类型,分布于子叶的边缘,约占25%左右。种子萌发后,第一类色素腺体结构中的细胞迅速溶解,形成腺腔,并迅速形成正常色素腺体,而第二、三类色素腺体结构无明显的变化。

亚比棉及其三种杂种的同工酶分析

对亚比棉及其三种杂种进行了同工酶分析,结果表明:亚洲棉×比克氏棉杂种F1共有9条酶带,为双亲的不完全互补型酶谱模式,其中与双亲同源的占44%,与亚洲棉单一同源的占44%,与比克氏棉单一同源的占11%;陆地棉×(亚洲棉×比克氏棉)杂种F1有9条酶带,为杂合型酶谱模式,其中与双亲同源的酶带占56%,与陆地棉单一同源的酶带占11%,与亚比棉单一同源的占11%,新生酶带占11%;(亚洲棉×比克氏棉)×陆地棉杂种F1有11条酶带,其中与双亲同源的占64%,与亚比棉单一同源的占9%,与陆地棉单一同源的占18%,新生酶带占9%;(亚洲棉×比克氏棉)×海岛棉杂种F1有11条酶带,为双亲的不完全互补型酶谱模式,其中与双亲同源的酶带占64%,与亚比棉单一同源的酶带无,与海岛棉单一同源的酶带占36%。

陆地棉子叶色素腺体延缓形成种质系的育成及其遗传研究

用(亚洲棉×比克氏棉)F1双二倍体作母本与陆地棉单节显性系1(Gl2Gl2gl3gl3)进行杂交, 获得具有比克氏棉子叶色素腺延缓形成性状的((亚洲棉×比克氏棉)F1双二倍体×陆地棉)F1种间三元杂种. 种间三元杂种高度不育, PMC减数分裂中期Ⅰ的染色体构型为2n = 52 = 41.45Ⅰ+ 4.38Ⅱ + 0.55Ⅲ + 0.04, 二价体交叉值为1.19. 用Gl2Gl2gl3gl3作轮回亲本对种间三元杂种进行连续回交, 在BC8群体中发现2株带目标性状的可育植株. 对其进行自交和筛选, 育成具有子叶色素腺体延缓形成特性的陆地棉种质系ABH-0318. 该种质的色素腺体性状稳定, 休眠种子除子叶边缘处有少量稀小的色素腺体外, 基本无色素腺体, 其棉酚含量为0.0175%, 属于典型的低酚棉类型; 种子萌发后, 子叶及植株主要器官含有大量的色素腺体, 棉酚含量与一般有酚棉品种相似, 即植株为有酚棉类型. 遗传分析结果表明, 该种质的子叶色素腺体延缓形成性状受位于Gl2和Gl3位点的二对基因互作控制, 其中位于Gl2 位点的基因来源于比克氏棉, 对已知的陆地棉色素腺体等位基因(Gl2和gl2)为显性, 但对Gl3则表现为隐性上位, 暂定其基因符号为Gl2b; 位于Gl3的基因为隐性基因, 来源于陆地棉.