苹果多倍体育种体系建立及生物学特性研究

论文摘要

针对我国苹果主栽品种单一,自主知识产权优良品种贫乏,遗传基础狭窄,育种速度进展缓慢等现实问题,利用2n配子创造新的多倍体种质资源,对多倍体品种的生物学特性开展了广泛研究,其目的是为建立苹果高效多倍体育种体系,加快育种速度开展基础性研究工作,为多倍体品种的开发利用提供技术支撑。本研究的主要结果和结论如下:1、以“红将军”苹果作试材,对离体叶片诱导再生不定芽。结果表明:试管苗继代培养34代,当代培养2530d,取顶部嫩叶34片,叶片近轴面向下接触诱导分化培养基,黑暗培养1015d后,转入光照培养条件下,再生频率达100%。诱导红将军叶片高频再生的培养基组分是MS+TDZ 1.0mg/L+IAA 0.75 mg/L+蔗糖30g/L,培养基pH值5.8。采用浸渍法诱变叶片再生的秋水仙素的浓度以0.5%,处理时间48h,叶片诱变率为0.6%。混培法以40mg/L和50mg/L的秋水仙素浓度处理效果最好,诱变率分别为0.26%和0.37%。2、平邑甜茶具有很高的无融合生殖能力,但有少量的有性杂交后代,本试验检测了3054株,有性杂交率为4.7%。有性后代的四倍体植株的无融合特性的遗传,是平邑甜茶的雌2n配子的染色体组整体遗传的结果。石蜡切片发现,平邑甜茶的胚囊具有大孢子母细胞,并有二核胚囊、四核胚囊、八核胚囊各个发育期,但胚囊的发育成熟滞后于盛花期,平邑甜茶的雄花败育不形成小孢子（花粉）。平邑甜茶有部分大孢子母细胞殖可以减数分裂,减数后的胚囊与外源花粉杂交后,形成的三倍体。由于雌2n配子的形成滞后于花期,没有授粉机会的雌2n配子形成了无融合的三倍体种子,自然开放授粉的F1后代形成约2.5%的四倍体。可通过人工选择性杂交,在F1后代中选择四倍体的植株,测定无融合能力、抗逆性和嫁接亲合性,进行无融合砧木资源的创新。3、利用不同倍性的苹果品种进行杂交授粉,检测杂交F1代倍性分离规律,结果表明,不同倍性品种间杂交,F1代植株多为二倍体,比例在50%以上。四倍体天星×四倍体嘎啦杂交后代中二倍体、三倍体和四倍体的比例分别为18%、54%和18%。二倍体烟富4和四倍体花红杂交F1代中三倍体植株所占比例为47.6%。二倍体与二倍体杂交,三倍体比例约占2.5%;自然开放授粉三倍体后代低于0.25%。三倍体与三倍体品种杂交时可以授粉坐果,但是种子败育率较高。三倍体乔纳金与二倍体品种杂交,平均结籽率为2.5粒,杂交F1代中三倍体所占比例为28.4%。天星×四倍体嘎啦、烟富4×花红是培育三倍体品种的良好杂交组合。多倍体植株倍性不稳定,有自然二倍化的趋势,二倍体是苹果属最稳定的优化倍性状态。生产中应用的乔纳金、陆奥、北斗和北海道9号等三倍体品种都是由母本产生的雌2n配子形成的,染色体组整体源自母本。四倍体天星×四倍体嘎啦杂交三倍体后代染色体组的3个S基因型中的2个S基因是源自母本天星。4、不同倍性的花粉外观形态、叶绿素含量存在较大差别。不同倍性的苹果品种叶片叶绿素含量差异较大,叶绿素含量随着倍性的提高而降低。二倍体品种主要是三角型花粉,三倍体品种主要是圆型花粉,方型花粉可以作为多倍体的一个分级辅助指标。苹果栽培品种的三、四倍体都有花粉,可以做为授粉品种。花粉粒的含量与倍性无显著相关性。但无融合生殖类型的平邑甜茶、泰山海棠花药中无花粉粒存在。三倍体和四倍体品种花粉萌发孔区别较大,可将四孔花粉作为多倍性分类的辅助指标。三倍体的北海道9号和陆奥的应分划为N3-4P4C5类型。5、以乔纳金、王林、红富士作干砧,改接优良早熟苹果品种红露,结果表明:不同倍性干砧对红露苹果的果实硬度、含糖量和香气组成有较大影响。富士改接的红露苹果果实硬度最大,可溶性糖含量最高,而乔纳金上果实单果重最大,但硬度与可溶性糖含量最小;不同干砧能显著影响红露果实不同香气类别的含量,其中富士作干砧红露苹果中酯类和醇类含量最高,分别为4.56%和42.93%,乔纳金作干砧的红露果实酯类和醇类含量最低,分别为1.98%和29.76%。选用富士树高接,有利于提高红露果实硬度和风味品质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 苹果器官再生技术研究进展
• 1.1 营养器官再生
• 1.1.1 染色体倍性的影响
• 1.1.2 内源激素的影响
• 1.2 生殖器官的培养
• 1.2.1 花粉（药）培养
• 1.2.2 胚培养
• 2 多倍体育种研究进展
• 2.1 多倍体资源
• 2.2 植物多倍化的优势
• 2.2.1 基因的杂合性
• 2.2.2 基因冗余
• 2.3 植物多倍性的劣势
• 2.4 多倍体的减数分裂
• 2.5 多倍体与无融合生殖
• 2.6 果树的多倍体特点
• 2.7 果树多倍体育种
• 2.7.1 果树2n 配子的产生
• 2.7.2 人工诱导2n 配子
• 2.7.3 2n 配子多倍体育种的应用前景
• 2.8 多倍体的丰产特性
• 3 染色体加倍性的途径
• 3.1 体细胞自然加倍
• 3.2 有性杂交培育多倍体
• 3.3 诱导形成多倍体
• 3.3.1 物理法诱导
• 3.3.2 化学药剂诱导
• 3.3.3 组织培养诱导
• 3.3.4 2n 配子途径
• 4 研究目的意义
• 第一章 “红将军”叶片高频再生体系与加倍研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 叶片接种培养
• 1.3 培养基
• 1.4 培养条件
• 1.5 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 影响叶片再生不定芽的因素分析
• 2.1.1 不同植物激素对再生植株诱导的影响
• 2.1.2 黑暗处理时间对叶片不定芽再生的影响
• 2.1.3 对红将军叶片再生的影响
• 2.2 再生不定芽增殖与生根
• 2.3 秋水仙素的加倍效果
• 3 讨论
• 3.1 激素与叶片再生率
• 3.2 黑暗与叶片再生率
• 3.3 取样部位与叶片再生率
• 3.4 诱导浓度、诱导方法与诱变率
• 第二章 平邑甜茶雌2n 配子的发生和单性胚囊的发育
• 1 材料与方法
• 1.1 采样和固定
• 1.2 脱水和透明
• 1.3 浸蜡
• 1.4 包埋、修块
• 1.5 切片
• 1.6 脱蜡、染色和封片
• 1.7 倍性观察和镜检拍照
• 2 结果与分析
• 2.1 平邑甜茶F1 代2n 配子的发生频率
• 2.2 平邑甜茶的胚囊的发育
• 3 讨论
• 3.1 平邑甜茶的起源
• 3.2 有性胚囊的发生和有性后代
• 3.3 无性胚囊的发生与无融合生殖
• 1倍性遗传研究'>第三章 不同倍性苹果品种杂交F₁倍性遗传研究
• 1 材料与方法
• 1.1 品种与杂交
• 1.2 杂交组合
• 1.3 倍性检测
• 1.4 检测等位基因
• 1.4.1 引物设计
• 1.4.2 DNA 的提取
• 1.4.3 PCR 扩增S 等位基因
• 1.4.4 引物退火温度
• 1.5 三倍体的S 基因型来源
• 2 结果与分析
• 2.1 不同倍性杂交处理果实特性比较
• 2.1.1 四倍体与二倍体杂交果实特性比较
• 2.1.2 四倍体大果海棠的结果特性
• 2.1.3 不同倍性品种授粉对富士果实特性的影响
• 2.1.4 不同倍性品种授粉对乔纳金果实特性的影响
• 2.1.5 不同倍性品种授粉对皮诺娃果实特性的影响
• 2.1.6 不同处理对王林果实特性的影响
• 2.1.7 不同倍性品种授粉对粉红果实特性的影响
• 2.1.8 不同品种授粉对嘎拉果实特性的影响
• 2.2 不同品种杂交结种率的比较
• 2.2.1 二倍体皮诺娃与四倍体品种杂交结实率
• 2.2.2 二倍体富士与四倍体杂交的结实率
• 2.2.3 三倍体乔纳金与二倍体品种杂交的结实率
• 2.2.4 四倍体天星和二倍体杂交的结实况情况
• 2.2.5 大果海棠与二倍体、四倍体杂交的结实情况
• 2.2.6 四倍体与四倍体间杂交的结种情况
• 2.2.7 不同倍性品种授粉对烟富3 结实情况的影响
• 2.2.8 不同品种授粉对二倍体皮诺娃结实情况的影响
• 1 代倍性分析'>2.3 杂交F₁代倍性分析
• 1 代的倍性分析'>2.3.1 二倍体粉红与三倍体、四倍体杂交F₁代的倍性分析
• 1 代倍性分离比例'>2.3.2 二倍体皮诺娃与二、四倍体杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性分离比例'>2.3.3 二倍体与四倍体嘎拉、花红杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性分离比例'>2.3.4 三倍体乔纳金与二倍体杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性分离比例'>2.3.5 四倍体天星与二倍体杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性分离比例'>2.3.6 二倍体富士与三倍体杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性分离比例'>2.3.7 二倍体与二倍体杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性分离比例'>2.3.8 四倍体与四倍体杂交F₁代倍性分离比例
• 1 代倍性S-基因分析'>2.4 杂交F₁代倍性S-基因分析
• 3 讨论
• 3.1 自然授粉结种率明显高于人工授粉
• 3.2 果实大小与饱满种子数量无关
• 1 二倍体化趋势'>3.3 F₁二倍体化趋势
• 3.4 S-基因分析后代的染色体组的来源
• 3.5 优良的杂交组合
• 第四章 不同倍性苹果的花粉形态和叶绿体含量研究
• 1 材料与方法
• 1.1 选材
• 1.2 方法
• 1.2.1 叶片的测定方法
• 1.2.2 叶绿素含量的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 不同倍性品种叶绿素含量分析结果
• 2.1.1 不同倍性品种叶绿素含量分析
• 2.1.2 不同倍性品种叶片叶绿素总含量分析
• 2.1.3 不同倍性苹果的叶绿素叶绿素a/b 比值比较
• 2.2 不同倍性苹果花粉粒的形态分析
• 2.2.1 不同倍性苹果品种花粉粒形态比例分析
• 2.2.2 多倍体的花粉形态比例比较
• 2.3 不同倍性每花药中的花粉量比较
• 2.4 不同倍性花粉量的电镜照片比较
• 2.4.1 不同倍性花粉NPC 分类类型
• 2.4.2 不同倍性花粉表面雕纹类型分析
• 3 讨论
• 3.1 倍性与花粉粒形状的关系
• 3.2 叶绿素与苹果品种倍性的关系
• 3.3 花粉含量与无融合生殖关系分析
• 第五章 不同品种砧树高位嫁接对红露苹果品质的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 砧木对红露果实糖度和硬度的影响
• 2.2 不同品种高位嫁接对红露苹果果实香气类别的影响
• 2.3 不同品种高位嫁接对红露苹果香气成分种类及其含量的影响
• 3 讨论
• 结论
• 本论文研究创新点
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 攻读学位期间发表论文情况
• 致谢