温光敏雄性不育小麦BNS育性的遗传效应分析

【目的】探究新型生态型雄性不育系BNS的遗传特点,为不育系的转育与改良提出理论指导,并为BNS败育机制的进一步研究奠定基础。【方法】利用7个品种(系)与BNS的正反交组合,判断BNS雄性不育的胞质效应,并利用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型,连续3年对BNS/山农055525 F1、F2的育性表现进行分析,判别其最佳模型,并估计遗传参数。【结果】BNS雄性不育性主要受核基因的控制,部分品种(系)表现胞质效应。BNS/山农055525 F2育性呈现连续分布状态,具有明显的多峰或偏态现象,遗传符合E_1,即2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型。主基因遗传率为72.5%—79.7%,多基因遗传率为4%—11.6%,环境方差占表型方差的比例为8.8%—23.6%。BNS雄性不育基因的表达受温度因子的影响较大,F2自交结实率及遗传参数因年度间的温度不同而异。【结论】BNS的雄性不育性受2对主基因和多基因的共同控制,并初步发现存在一定的胞质效应。2对主基因对育性的遗传影响较大,其加性效应远远大于显性效应。因此,在不育系的转育与改良过程中可以进行早代选择,以提高育种效率。

温光敏雄性不育小麦BNS幼穗发育中的内源激素变化

为探讨温光敏雄性不育小麦BNS育性与内源激素的关系,该研究以BNS不育株和可育株的叶片、幼穗和花药为研究材料(以鲜重计),在雌雄蕊分化期(Ⅰ)到三核期(Ⅵ)之间分期取材。采用酶联免疫法测定生长素(IAA)、赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)的含量。结果显示:(1)在发育过程中,不育株IAA含量(33～95ng/g)显著低于可育株(57～112ng/g);不育株ABA、GA含量分别为48～129ng/g、3～14ng/g,可育株分别为77～132ng/g、4～11ng/g,大部分时期不育株显著低于可育株。(2)在雌雄蕊分化期,幼穗不育株IAA和GA含量分别为33.85ng/g和7.13ng/g,可育株分别为50.55ng/g和11.84ng/g,不育株IAA和GA含量均显著低于可育株。(3)在幼穗发育期内,不育株IAA/ABA、IAA/GA和ABA/GA分别为0.4～1.1、4.3～15和7～20,可育株为0.5～0.9、4.3～11.5和7.3～13,与可育株相比,不育株中激素比例浮动较大,表现比例失调。研究表明,BNS幼穗发育中激素的比例失调是雄性不育的形成原因之一,而雌雄蕊分化期的IAA、GA的含量下降可能促进BNS雄性不育的发生。

硬粒小麦温光敏雄性不育系DT-94的转育及利用研究简报

利用低温短光照胁迫 ,选出了 DT- 94硬粒小麦温光敏核型雄性不育系 ,同时转育出 DT- 32 84、DT- 199-2 0 1等新的温光敏雄性不育系 ,并筛选出 DT- 94 / 0 2 8、DT- 94 /澳 17等强优势组合 ,为小麦超高产育种开辟了一条新途径。

小麦温光敏雄性不育研究进展

小麦温光敏雄性不育是杂种优势利用的重要部分。而小麦温光敏雄性不育受遗传和环境等因子影响,遗传机理较为复杂,因此,探讨小麦温光敏雄性不育机制及不育基因的控制方式对其利用极其重要。文章介绍了小麦温光敏雄性不育类型、生理生化研究、遗传学研究及分子生物学等方面的研究进展,并对小麦温光敏雄性不育选育策略及利用前景进行了讨论。

小麦温光敏雄性不育系BNS育性恢复性测定及杂种优势

以小麦温光敏雄性不育系BNS为母本,480个常规品种(系)为父本配制组合,研究BNS育性的恢复性。结果表明,BNS不育系具有可恢复性,但恢复源很窄。在480个组合中筛选出自交结实率达50%以上的组合22个,对这22个组合杂种F1自交结实率和7个农艺性状的杂种优势进行分析,发现22个杂种F1组合恢复幅度为53.47%～93.81%(国际法)、42.42%～76.43%(国内法),其中3个组合的育性得到较好恢复,分别是BNS/西农9062、BNS/N9209选、BNS/K460,其自交结实率(国际法)分别为93.81%、91.67%和91.38%,说明这3个材料携带有BNS的育性恢复基因。22个组合杂种F1普遍存在一定的杂种优势,7个农艺性状大都表现出正向优势,组合BNS/西农9062、BNS/N9209选和BNS/K460杂种F1,除千粒质量正向优势不明显外,其余性状都表现出一定的正向优势,这3个组合杂种优势表现强,具有应用于生产的潜力。

温光敏核雄性不育小麦雄性败育的细胞学观察

为了掌握小麦温光敏核雄性不育系雄性败育发生的时期和类型,为两系法利用小麦杂种优势提供依据,用涂抹压片法观察了其减数分裂和小孢子发育过程。结果表明,在低温短日照条件下,在叶枕距-5 cm左右、幼穗长5 cm左右、孕穗前5-10d的时段处于花粉母细胞形成期,发育正常;叶枕距-2-1 cm、幼穗长8 cm左右、孕穗前4-5d到孕穗当天的时段处于减数分裂期,减数分裂行为基本正常,能形成正常的四分体;叶枕距5 cm左右、穗长9 cm左右、孕穗后到抽穗前的时段处于小孢子发育期,小孢子能发育到单核靠边期,但此后就发育停滞,细胞质和核物质逐渐解体,不能被苏木精或碘液染色,出现败育;发生败育的高峰在小孢子单核晚期,败育花粉的主要类型是圆败型。而在高温长日照条件下,减数分裂和小孢子发育过程与常规对照品系相同,能形成正常可育的三核花粉粒。

光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦育性的影响

以具有低温不育、高温可育特性的温光敏细胞核雄性不育小麦C412S和C404S为材料,以其回交转育亲本、育性正常的C412和C404为对照,用人工气候箱研究了光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦育性表达的影响。结果表明,在低温条件下(日温8℃/夜温6℃),C412S和C404S在不同光照强度(160μmol/m2.s和300μmol/m.2s)下自交结实率都为0,表现为完全不育。在较高温度条件下(日温18℃/夜温14℃),从花粉母细胞形成期到开花期的光照处理,C412S在160μmol/m.2s弱光照下的自交结实率仅为5.4%,表现为高不育,在300μmol/m2.s较强光照下的自交结实率高达65.0%,表现为高度可育;而另一不育系C404S在2种光照强度下的自交结实率分别为69.9%和73.2%,都达到了高度可育水平。表明光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦的雄性育性表达具有重要影响,但不同材料对光照强度的响应程度有所差异。

BNS小麦穗分化进程与其雄性不育性的表现

本研究以BNS小麦为试材,采用分期播种和春季播种试验,研究BNS不同播期的幼穗分化进程及其温光与育性的关系,旨在进一步明确BNS育性转化的穗分化敏感时期。结果表明:(1)随播期推迟,BNS二棱期至药隔期的穗分化天数和不育度均逐渐减小,且二者呈极显著正相关(r=0.940～0.942>r0.05/0.01=0.658/0.765)。10月1日～10月9日播种,穗分化天数为52～59d,不育度99%～100%。春播试验天数为19～22d,自交结实率为63%～78%。(2)BNS温度敏感期为雌雄蕊原基分化期和药隔期,日均温与不育度相关密切(r=-0.915～-0.818>r0.05/0.01=0.658/0.765),高度不育时平均温度为8.4～12.6℃。(3)BNS光照敏感期为药隔期,日均光长和总光照与不育度相关极显著(r为-0.799,-0.784,0.854,0.954>r0.05/0.01=0.658/0.765),高度不育时日均光照长度为6.6～6.8h。(4)春播试验中雌雄蕊分化期和药隔期的日均温、光(14.2～16.0℃、7～8h)高于诱导高度不育的温光条件,故表现可育。因此BNS温度敏感期为雌雄蕊原基分化至药隔期,光照敏感期为药隔期,是温敏为主的低温短日生态雄性不育小麦。

BNS小麦雄性不育性表现及其恢复性的研究

为研究来自河南的小麦温光敏雄性不育材料BNS在陕西关中地区用于杂交小麦育种的可能性,在陕西杨凌进行了BNS连续四年的分期播种试验和杂种F1育性恢复测验。结果表明,BNS在10月17日以前播种的自交结实率平均值为1.41%,变幅为0.07%-4.96%,呈全不育至高不育,可进行BNS杂交种制种;11月18日以后播种的自交结实率平均值为68.23%,变幅为42.91%-98.96%,育性得到恢复,可进行BNS繁种;10月25日至11月10日之间播种BNS的自交结实率为17.48%-46.77%,表现为半不育特性。BNS的育性随播期的上述变化趋势年度间较稳定。测恢试验的78个杂种F1组合中,3个组合的育性得到恢复,分别为BNS/9833、BNS/SN055525和BNS/CL0442,其自交结实率分别为118.54%、104.564%和102.021%,说明9833等三个材料携带对BNS的育性恢复基因。综上,BNS在陕西关中地区可同时实现繁种和制种,在普通小麦中亦能找到恢复源,因此在该地区具备应用于杂交小麦育种的潜力。

雄性不育小麦BS210育性转换特性

二系法杂交小麦属我国原创性成果,温光敏雄性不育小麦是二系法杂交小麦应用的核心。BS210是本课题组选育的小麦雄性不育材料,2012—2014年通过3个生态区分期播种试验和人工气候箱温光调控试验,研究了BS210的育性转换特性。在不育制种生态区,适期播种条件下,BS210的不育度可达95%~100%,其安全制种播种时期为安徽阜阳9月30日至10月10日、云南丽江9月30日;在可育繁种生态区,晚播条件下,BS210的自交结实率可达70%以上,其安全繁种播种时期为北京海淀11月10日、北京顺义9月30日至11月10日。BS210以温度敏感为主,光照时长对BS210育性影响较小,温度转换敏感期为药隔至单核期。在光照10.0~12.5 h时,其温度转换阈值为10~12?C;在光照14 h时,其温度转换阈值为8~10?C。在短日低温条件下,花粉粒碘染以染败为主,表现为不育;在长日高温条件下,花粉粒碘染为圆形、黑染,表现为可育。通过明确BS210育性转换特性,为指导BS210安全制繁种生态区的选择提供理论依据。

重庆温光型雄性不育小麦的染色体分析

本研究采用种子醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (APAGE)和染色体C分带技术对重庆温光型雄性不育小麦的染色体组成进行分析 ,结果表明 :不育系染色体 1B短臂 (1BS)已被黑麦 1R短臂 (1RS)取代 ,具有

BNS和BNS366小麦雄性不育与内源激素的关系

【目的】研究BNS和BNS366小麦雄性不育与小孢子发生过程中内源激素含量变化的关系,为激素调控温光敏雄性不育小麦花粉育性提供理论依据。【方法】选用BNS和BNS366为试验材料,分别以矮抗58和郑麦366(BNS366的近等基因系)为对照,进行正常秋季播种(2018年10月10日)和晚播(2018年12月2日)试验,用I2-KI法测定花粉育性,用国内法和国际法测定自交结实率,采用间接酶联免疫法测定雌雄蕊原基分化期-三核期叶片、雌雄蕊原基分化期-四分体期幼穗和单核中位期-三核期花药中6种内源激素的含量。【结果】在正常秋季播种条件下,BNS和BNS366花粉可育率、国内法自交结实率和国际法自交结实率均为零,达到全不育水平,在晚播条件下,BNS的这三个指标分别为34.74%、43.12%和48.48%,达到低不育水平,BNS366则分别为92.63%、55.37%和67.94%,达到正常可育水平,播种期间差异均达到极显著水平;矮抗58和郑麦366在2种播期条件下,则为82.56%—94.00%、73.90%—82.31%和96.54%—139.26%,均为正常可育,播种期间差异不显著;BNS和BNS366花粉可育率-Δ(正常秋季播种条件下比晚播条件下花粉可育率提高百分率)均分别极显著低于矮抗58和郑麦366。分别在2个试验组内进行内源激素含量的多重比较,BNS和BNS366与矮抗58和郑麦366内源激素含量-Δ(正常秋季播种条件下比晚播条件下激素含量提高百分率)存在差异,对内源激素含量与花粉可育率、内源激素含量-Δ与花粉可育率-Δ进行了相关性分析,发现BNS和BNS366不育株在小麦幼穗发育过程中激素含量存在特征性变化。生长素(indole-3-acetic acid,IAA)含量在四分体期(BNS)和雌雄蕊原基分化期(BNS366)叶片中不足,在单核中位期(BNS)和单核靠边期(BNS366)花药中不足,在二核期花药中盈余;赤霉素(gibberellic acid,GA)含量在四分体期幼穗和单核中位期花药中不足;玉米素核苷(zeatin riboside,ZR)含量在叶片、幼穗和花药中均无一致盈亏特征;脱落酸(abscisic acid,ABA)含量分别在四分体期幼穗中存在偏低倾向(BNS)或确定存在不足(BNS366)现象;油菜素内酯(brassinosteroid,BR)含量在叶片、幼穗和花药中均无一致盈亏特征;茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)含量在雌雄蕊原基分化期、四分体期、单核靠边期(BNS)或单核中位期(BNS366)和三核期叶片中不足,在雌雄蕊原基分化期(BNS)或四分体期幼穗(BNS366)中不足,在单核靠边期花药中不足。【结论】正常秋季播种条件下,单核靠边期之前,BNS和BNS366中IAA、GA和ABA的含量不足,尤其是MeJA的含量不足,可能促进了二者雄性不育的发生。

玉米细胞核雄性不育基因利用新途径

通过对作物雄性不育的细胞质和细胞核基因利用对比分析，研究雄花小穗退化型玉米温光敏核不育两用系雄花小穗退化现象表现的新特征特性，以及其与有小穗型不育系比较的各种优点，认为雄花小穗退化型玉米温光敏核不育系的选育为玉米细胞核雄性不育基因的利用开辟了新的途径，其有关遗传研究将为玉米由三系法育种向二系法育种过度奠定了理论基础。

温光敏核不育小麦C412S的育性转换及其APRT基因的表达

以选育的小麦(Triticum aestivumL.)温光敏核不育系C412S为试材,以C412S回交转育时的受体亲本C412为常规品系对照,通过分期播种试验研究了其育性转换特性。用涂抹压片法观察减数分裂和小孢子发育进程,用半定量RT-PCR技术分析不育与可育条件下不同发育时期的幼穗中腺嘌呤磷酸核糖基转移酶基因(APRT)的表达水平。结果表明,通过调整播种期改变雄性发育的温光条件,C412S表现出完全不育—高不育—半不育—正常可育的育性转换特性。C412S花粉败育的高峰在单核小孢子晚期,主要表现圆败型不育。C412S的育性敏感期是从花粉母细胞形成期到成熟花粉期,其中最敏感的时段是花粉母细胞形成期到减数分裂期。与对照相比,C412S的APRT1基因序列有个别碱基变异,但编码氨基酸序列没有变化。在花粉母细胞形成期至单核期,与晚播可育条件相比,早播不育的C412S幼穗中APRT基因转录水平下调,因此认为,其育性转换与幼穗中APRT基因转录水平有一定关系。

激素调控对小麦温光敏核不育系育性转换的影响

以小麦温光型细胞核雄性不育系C050S为材料,研究了生长素、赤霉素、脱落酸和乙烯调控对小麦温光敏核不育系育性转换的影响。结果表明,在育性敏感期用外源IAA,GA3和ABA处理温光敏核雄不育小麦的不育株和可育株,其花粉育性和自交结实率都有不同程度的提高,可以降低不育植株的不育度,提高可育植株的可育度;用乙烯利(CEPA)和氨基乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)处理调控乙烯水平可以显著地改变温光敏核雄不育小麦的育性。

温光敏核不育小麦C338S的育性表现及不同蘖位和花位的育性差异

为了解温光敏核不育小麦不同播期及不同蘖位、花位的育性变化,通过多年分期播种试验,研究了小麦温光敏细胞核雄性不育系C338S不同播期下的育性表现及不同蘖位和花位的育性差异。结果表明,随着播期的调整,C338S分别表现完全不育、高度不育、半不育、低不育、可育的不同育性状态,具有育性转换特性。主茎穗与分蘖穗之间、主茎穗不同部位的小穗之间以及不同位次的小花之间的育性存在差异。发育较晚的后生分蘖的育性高于主茎穗和早生分蘖;主茎穗的下部小穗育性>中部小穗>上部小穗;早播不育植株发育较晚的3、4位小花的育性较好,而晚播可育植株发育较早的1、2位小花的育性较高。

两系小麦BNS花粉育性与气象因子的关系

为探讨小麦温光敏不育系BNS花粉育性转化规律,2009年9月至2010年5月采用分期播种试验,测定了不同播期的小麦花粉育性,同时对其花粉育性与气象因子的关系进行了分析。结果表明:BNS花粉育性随播期的推迟而变化,出现了从完全不育到可育的育性转换过程,11月10日前播种花粉败育率为95%以上,表现为高度不育,11月10日、11月18日和11月26日播种,育性处在转换期,随播期推迟花粉败育率逐渐降低;BNS的花粉败育率与抽穗前10～15 d的平均温度和抽穗前7～15 d的平均最低温度呈极显著负相关;低温是影响BNS育性转换的主要因素,表现低温不育,高温可育,当温度低于8.9℃时表现彻底不育,此后随着温度的升高花粉败育率逐步降低;BNS的花粉败育率与抽穗前10～15 d的日照时数呈极显著负相关。BNS花粉育性与温度和日照时数有极显著相关性,且其温度的影响大于日照时数的影响。