甘蓝型油菜新种质资源创建及其株型性状遗传分析

论文摘要

油菜属于十字花科芸薹属植物,是世界上四大油料作物之一,也是重要的食用油源和蛋白质饲料来源及重要的工业原料。目前,在我国甘蓝型油菜已经代替了白菜型油菜和芥菜型油菜成为我国主要栽培油菜类型。但是,由于甘蓝型油菜在我国种植时间较晚,遗传基础薄弱,严重制约了我国甘蓝型油菜的育种工作。然而,芸薹属内丰富的遗传资源为甘蓝型油菜种质资源创新提供了条件。通过芸薹属内种间杂交拓宽甘蓝型油菜种质资源,发掘出油菜近缘种中关于产量和农艺性状的优良基因,已经成为改良现有甘蓝型油菜、提高产量的重要手段,也是遗传育种科研工作者研究的主要方向之一。本文利用芥菜型油菜和甘蓝进行种间杂交,采用幼胚培养技术创建异源三倍体,并对其后代进行细胞学、形态学及分子生物学鉴定；对甘蓝型油菜新种质（A+A+C+C+,由芥菜型油菜AjAjBjBj与甘蓝C°C°染色体组部分交换后形成）中半矮秆衍生系10D130进行了株高、角果长度等性状进行了遗传分析。研究结果如下：1.通过15份芥菜型油菜和6份甘蓝进行种间杂交,并统计30d后残留子房和获得幼胚数,结果表明不同的杂交组合子房残留情况和每100蕾获得幼胚数存在较大差异；对正反交获得幼胚数进行比较,结果表明以芥菜型油菜作母本有利于提高获得幼胚的概率。2.对184个种间杂种无性系进行形态学鉴定,确认真杂种43份。真杂种表现出较强的生长优势。根据花器官形态和花粉育性将三倍体真杂种分为高度不育（无粉,花粉可染率为0%）、少粉（花粉可染率为5.35%-12.00%）和微粉（花粉可染率为25.3%-47.87%）三种类型。收获时统计不同种间杂种材料自交结实情况,发现种子多表现为干瘪或者半饱满,结实率介于0-3.65%。另外,获得一株染色体加倍植株,该植株花药饱满,每角果结实2-4粒种子。3.选择其中20份真杂种无性系进行染色体数目调查,发现8份染色体数目为27条,9份染色体数目在27-34之间,3份染色体数目因在不同细胞间变化较大而无法确定,表明杂种细胞在有丝分裂过程中存在非均等分裂,一些细胞存在着部分染色体加倍现象。对细胞减数分裂过程进行观察,结果表明多数花粉母细胞前期联会异常,大多形成单价体和部分二价体；在减数分裂后期I和后期Ⅱ染色体落后严重,多为偏分离。染色体加倍后的植株,部分细胞仍然异常,后期Ⅰ、后期Ⅱ发现有染色体落后现象,但落后染色体数目和发生频率较异源三倍体少。4.利用芥菜型油菜04K220和羽衣甘蓝04K04种间杂种后代进行系统选育甘蓝型油菜新种质（A+A+C+C+）。研究发现种间杂种（So）通过幼胚挽救获得自交结实无性系（S1）,其后代结实率逐代提高。通过2005年到2012年连续选育,共获得122个外部形态类似于甘蓝型油菜的后代衍生系（A+A+C+C+）。选取其中78份后代衍生系（甘蓝型油菜新种质）和2个亲本,利用37对多态性较好的SSR引物进行PCR扩增,结果表明,37对引物共扩出144多态性位点,每对引物平均扩增出3.89条,其中124条为多态性位点,占86.1%；124个位点中,较父本（04K04）和母本（04K22）新增加34个,占总扩增多态性位点的27.42%；丢失9位点,占总扩增多态性位点的7.26%。对2个亲本和78个衍生系进行聚类分析,结果表明种间杂种在多代选育过程中遗传物质发生大量丢失和重排。78个杂种衍生后代品系遗传相似系数在0.65-1.00之间变化,当相似系数在0.72时,可以将所有甘蓝型油菜新种质（A+A+C+C+）分为4个类群。5.对78份甘蓝型油菜新种质（A+A+C+C+）株高及其相关性状进行调查,结果部分衍生系植株高度低于重庆地区正常油菜植株高度50-60cm,分枝部位低、分枝数目多。对78份新种质的角果长度进行调查,结果该衍生群体内角果长短,部分品系角果长低于4cm。利用近红外对78份新种质的含油量、硫甙和芥酸含量进行测定,其中含油量高于45%的衍生系4个,硫甙低于35umol.g-1的衍生系3个,芥酸含量小于1%的23个,高于55%的2个。6.10D130是从甘蓝型油菜新种质（A+A+C+C+）中选育出的1个黄籽高油（>45%）半矮杆新种质。其平均株高162cm,比中双11号平均低54cm；有效分枝部位、主花序长、主茎长度和有效分枝间距分别较中双11号减少39.46%、14.8%、22.49%、18.86%；有效分枝数较中双11号增加28.59%。以主基因+多基因混合遗传模型对组合（10D130×中双11）6世代遗传群体（P1、P2、F1、B1、B2和F2）株高及其组成性状进行遗传分析。结果表明,其株高、主茎长、分枝部位、主花序长的遗传均受到1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传模型控制（D-O模型）。有效分枝间距的最适宜遗传模型为E-1模型（2对加-显-上位性主基因+加-显-上位性多基因混合遗传模型）。该组合有效分枝部位高度、主花序长、有效分枝节间距和有效分枝数与株高均呈显著正相关。从性状表现、遗传来源和影响株高的遗传模型等方面与前人报道的矮秆和半矮秆种质相比,结果显示10D130是一个新型的半矮秆种质资源。7.10D130和中双11在果身长、角果长和果喙长3个性状差异显著（P<0.05）。采用主+多基因遗传模型对该组合6世代遗传群体（P1、P2、F1、B1、B2和F2）果身长、角果长和果喙长进行遗传分析。结果该杂交组合果身长、角果长和果喙长3个性状均受2对主基因+多基因混合遗传模型控制。其中,果身长最适宜遗传模型为E-0（2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传模型）；角果长的最适宜遗传模型为E-1（2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因混合遗传模型）；果喙长的最适宜遗传模型为E-3模型（2对加性主基因+加-显多基因混合遗传模型）。此外,果身长、角果长和果喙长3个性状环境因素引起的遗传变异较小,可以在早期世代进行选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 芸薹属种间关系及甘蓝型油菜新种质的创制
• 1.1.1 种间关系
• 1.1.2 A、B、C基因组间的亲缘关系及其配对
• 1.1.3 芸薹属作物远缘杂交研究
• 1.1.4 种间杂交创制甘蓝型油菜新种质
• 1.1.5 异源三倍体的合成研究进展
• 1.2 油菜株高性状的遗传研究
• 1.2.1 油菜株高性状对油菜产量和品质的影响
• 1.2.2 油菜矮秆和半矮秆种植资源的创制
• 1.3 植物数量性状基因效应的遗传研究方法
• 1.3.1 世代均数法和遗传方差法
• 1.3.2 混合模型法
• 1.3.3 质-数量性状和主+多基因混合遗传模型
• 1.3.4 油菜主要数量性状的遗传研究
• 1.4 本研究的目的意义、设计思路及研究内容
• 1.4.1 本研究的目的意义
• 1.4.2 设计思路和研究内容
• 第二章 芥菜型油菜和羽衣甘蓝种间杂种的获得及其性状表现
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 方法
• 2.1.2.1 种间有性杂交
• 2.1.2.2 杂种幼胚挽救及其快速繁殖和染色体加倍处理
• 2.1.2.3 杂种形态学和细胞学鉴定
• 2.1.2.3.1 形态学鉴定
• 2.1.2.3.2 细胞学鉴定
• 2.1.2.4 种间杂种的花粉育性检测
• 2.1.2.5 种间杂种的自交亲和性调查
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 芥菜型油菜和甘蓝种间杂交的亲和性
• 2.2.2 芥菜型油菜与甘蓝种间杂种的鉴定
• 2.2.2.1 形态学特征表现
• 2.2.2.2 染色体数目鉴定
• 2.2.3 芥菜型油菜与甘蓝种间杂种的减数分裂特性
• 2.2.4 种间杂种的花粉育性及结实性
• 2.3 讨论
• 第三章 芥菜型油菜×羽衣甘蓝种间杂种衍生后代的种质鉴定
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.2.1 甘蓝型油菜新种质（芥菜型油菜×羽衣甘蓝种间杂种衍生系）群体的构建
• 3.1.2.2 甘蓝型油菜新种质花粉育性和自交结实性调查
• 3.1.2.3 甘蓝型油菜新种质的SSR分析
• 3.1.2.4 甘蓝型油菜新种质的农艺性状调查
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 芥菜型油菜和羽衣甘蓝种间杂种各世代形态表现变化
• 3.2.2 芥菜型油菜和羽衣甘蓝种间杂种高世代衍生系染色体数目分析
• 3.2.3 甘蓝型油菜新种质花粉育性及自交结实率分析
• 3.2.4 新种质的SSR分析
• 3.2.5 新种质主要株型性状分析
• 3.2.5.1 主要株型性状的遗传多样性分析
• 3.2.5.2 主要株型性状聚类分析
• 3.2.6 新种质主要品质性状的初步调查分析
• 第四章 油菜株高的主+多基因遗传模型分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 性状测定
• 4.1.3 数据分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 杂种F1及其亲本株高的比较研究
• 4.2.2 6个世代群体株高的变异系数比较
• 4.2.3 6世代群体的次数分布
• 4.2.4 适宜遗传模型筛选
• 4.2.5 最适遗传模型遗传参数估算
• 4.2.6 油菜株高与相关性状的相关性
• 4.3 讨论
• 第五章 油菜角果长度的主+多基因遗传模型分析
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 角果性状测定
• 5.1.3 数据分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 中双11号和10D130及其杂种F1角身长的比较
• 5.2.2 6 世代群体角果长变异系数比较
• 5.2.3 6 世代群体的角果长次数分布
• 5.2.4 遗传模型筛选
• 5.2.5 最适遗传模型遗传参数估算
• 5.3 讨论
• 第六章 结论
• 6.1 芥菜型油菜和羽衣甘蓝种间杂种的获得及性状表现
• +A⁺C⁺C⁺）及其鉴定'>6.2 利用芥菜型油菜×羽衣甘蓝种间杂种创制新种质资源（A⁺A⁺C⁺C⁺）及其鉴定
• +A⁺C⁺C⁺）株高的主+多基因遗传模型分析'>6.3 甘蓝型油菜新种质10D130（A⁺A⁺C⁺C⁺）株高的主+多基因遗传模型分析
• +A⁺C⁺C⁺）角果长的主+多基因遗传模型分析'>6.4 甘蓝型油菜新种质10D130（A⁺A⁺C⁺C⁺）角果长的主+多基因遗传模型分析
• 第七章 创新点与后续研究计划
• 7.1 主要创新点
• 7.2 后续研究计划
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间主持的研究项目和取得的研究成果
• 博士期间主持研究项目
• 博士期间主要获得成果