大豆雄性不育性的自然变异、种质发掘与选育研究

论文摘要

作物雄性不育性在杂种品种选育、群体改良等方面的应用受到重视，也是植物生殖发育研究的热点。大豆雄性不育种质创新与利用研究相对落后，虽已获得一些质核互作和核遗传雄性不育材料，但不育系异交结实性低，尚难达到实用程度，相关基础研究也有待深入。新不育种质的发掘、创新将促进大豆不育性的研究与育种利用，也是改良大豆异交结实性的有效途径。本研究目的是通过不同途径发掘、创造质核互作雄性不育和核雄性不育新种质，研究其雌雄育性特点、异交特性及遗传基础，揭示不育性的自然变异特点，为大豆育性和异交结实性的改良提供材料和理论指导。获得主要结果如下： 1．从8327份大豆资源群体、414个大豆杂种后代群体发掘出19个不育种质，通过与原亲代性状比较表明大部分种质可能是基因突变所致；5个品种大群体测定结果也表明不育性突变频率为0～1.87×104，表明自然变异产生的不育性（包括纯系品种自发产生和杂交后代随机发生）并不少，可从中筛选到不同类型的大豆核不育种质以供进一步雌雄育性变异与生殖生物学研究及育种利用。对19个由自然变异选择和5个由理化诱变所发掘的雄性不育新种质进行育性鉴定，发现有6种不育类型：①雄性不育-雌性正常（MS-FF）类型7个，其中NJS-3H、NJS-4H、NJS-8H具有良好的自然异交结荚能力；②雄性不育-雌性部分不育（MS-FPS）类型3个；③雌雄全不育（MS-FS）类型2个；④雄性部分不育-雌性正常（MPS-FF）2个；⑤雌雄部分不育（MPS-FPS）和⑥雄性部分不育-雌性不育类型（MPS-FS）类型各1个。遗传分析表明有19个种质的不育性受单隐性基因控制，另有2个和1个的不育性分别受双隐性和单显性基因控制。综合育性和遗传表现发现NJS-8H（单显性基因遗传的MS-FF类型）、NJS-9（双隐性基因遗传的MPS-FF类型）、NJS-1H、NJS-2H知NJS-12（单隐性基因遗传的MS-FPS新类型）、NJS-7H（双隐性基因遗传的MPS-FPS类型）、NJS-10H（花和叶形态异常的MPS-FS类型）等为以往未曾报道的不育性类型。 2．以NJCMS1A选育早代出现的不育株（具N8855不育胞质）为母本与东农42、73-935等4个保持系品种回交转育优良新不育系，不同父本回交后代育性表现不同，已育成不育性稳定的东北春豆型不育系NJCMS（N8855／DN42）便于在北方春大豆区开展利用探索。 3．利用新发掘的具不育细胞质亲本N21566与保持系N21249连续回交，育成新质核互作雄性不育系NJCMS3A，该不育系雄性完全不育、雌性正常，花粉败育主要发生在单核居中小孢子期，比NJCMS1A、NJCMS2A早。根据20个不同来源栽培和野生大豆材料与NJCMS3A杂交F1育性表现发现N23996、N21566等7个亲本可恢复

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ABSTRACT

第一章文献综述

1 主要农作物质核互作和核遗传雄性不育种质发掘、创新与利用

1.1 主要农作物质核互作雄性不育种质发掘、创新

1.1.1 人工杂交发掘、创造不育种质

1.1.2 利用自然和人工理化诱发变异发掘、创造不育种质

1.1.3 利用生物技术创造雄性不育种质

1.1.4 质核互作雄性不育系的分类方法

1.2 主要农作物质核互作雄性不育三系的生产利用与遗传改良

1.2.1 主要农作物通过“三系”利用杂种优势现状

1.2.2 质核互作雄性不育系（保持系）的改良策略

1.2.3 作物质核互作雄性不育恢复系的改良

1.3 主要农作物细胞核雄性不育种质发掘、鉴定与利用研究

1.3.1 主要农作物细胞核雄性不育种质的发掘

1.3.2 作物核雄性不育杂种优势利用的探索

2 植物雄性不育性的表现特点及遗传机理研究

2.1 植物雄性不育形态学和细胞学研究

2.1.1 小孢子败育特征

2.1.2 影响小孢子败育时期和过程的因素

2.1.3 雄性不育性的鉴定方法

2.2 植物雄性不育的物质与能量代谢特点

2.2.1 物质代谢变化特点

2.2.2 能量代谢系统变化特点

2.3 植物雄性不育的遗传机理研究进展

2.3.1 主要农作物质核互作雄性不育恢复性的遗传与基因定位

2.3.2 质核互作雄性不育性及其恢复的遗传机理

2.3.3 植物核雄性不育基因的克隆与遗传机理

3 大豆育性性状特异种质发掘、鉴定与利用研究

3.1 大豆质核互作雄性不育种质创新及利用研究

3.1.1 野生与栽培大豆细胞质的遗传多样性

3.1.2 大豆属物种杂交与种质创新

3.1.3 大豆质核互作雄性不育系的选育与三系配套

3.1.4 大豆质核互作不育系的育性鉴定与遗传分析

3.2 大豆核雄性不育种质的发掘、鉴定和利用

3.2.1 大豆核雄性不育材料的发掘、创新

3.2.2 大豆核雄性不育材料的研究与利用

4 大豆杂种优势生产利用的探索

4.1 大豆的杂种优势

4.2 大豆异交结实性的遗传改良

4.3 大豆昆虫传粉研究

4.3.1 切叶蜂传粉

4.3.2 蜜蜂传粉

4.3.3 花蓟马传粉

5 本论文的研究目的和内容

第二章大豆核雄性不育种质的发掘与鉴定

1 材料与方法

1.1 通过不同途径发掘、创新大豆育性异常种质

1.2 大豆品种群体不育株突变频率调查

1.3 大豆不育种质的育性鉴定、遗传与异交结实特性鉴定

2 结果与分析

2.1 大豆雄性不育性自然变异的筛选与鉴定

2.1.1 从资源群体和杂交后代群体发掘大豆不育新种质

2.1.2 自然条件下大豆品种群体的不育性突变频率

2.2 从大豆资源中新发掘雄性不育种质的鉴定

2.2.1 大豆育性突变体CT-2s（NJS-7H）的发现与遗传分析

2.2.2 大豆显性核雄性不育突变体N7241S（NJS-8H）的发现与遗传分析

2.2.3 Exp01s（NJS-4H）雄性不育种质的表现与遗传分析

2.2.4 南农86-68s（NJS-3H）雄性不育突变体表现与遗传分析

2.2.5 Ⅱ辐902s（NJS-12H）不育性的表现与遗传分析

2.2.6 南农88-48ps（NJS-9）雄性不育性的表现与遗传分析

2.2.7 南农88-31ts（NJS-13H）雄性不育性的表现与遗传分析

2.2.8 灰通豆s（NJS-11H）不育株的育性鉴定

2.2.9 41130-1s（NJS-14H）不育性的表现与遗传分析

2.2.10 其它新发现的不育种质的初步鉴定

2.3 从栽培大豆间杂交后代所获得核不育材料的表现与遗传分析

2.3.1 不育种质NJS-2H的育性表现与遗传分析

2.3.2 雄性不育种质NJS-5H的发现与遗传分析

2.3.3 雄性不育种质NJS-6H的发现与遗传分析

2.3.4 叶与花形态异常、雌性不育突变体NJS-10H的发现

2.3.5 雌雄不育种质NJS-18H的发现与遗传分析

2.3.6 雄性不育种质NJS-20H的初步鉴定

2.4 人工诱发不育突变体的育性特点与遗传分析

2.4.1 突变体NJS-1H不育性的表现与遗传分析

2.4.2 雌雄不育种质NJS-19H的表现与遗传分析

2.4.3 其他人工诱发雄性不育突变体的初步鉴定

3 本章小结

3.1 结论

3.2 讨论

3.2.1 核雄性不育种质的育种利用

3.2.2 利用核不育突变体研究大豆生殖、发育规律

第三章大豆质核互作雄性不育系的选育及其特性分析

1 材料与方法

2 结果与分析

2.1 以N8855为不育胞质供体转育新不育系

2.1.1 东北春豆型不育系NJCMS（N8855／DN42）的转育

2.1.2 NJCMS1A选育中衍生的早代不育株与不同亲本回交后代的表现

2.2 大豆新质核互作雄性不育系NJCMS3A的选育及其特性研究

2.2.1 具不育胞质新种质N21566的发现

2.2.2 大豆质核互作雄性不育系NJCMS3A的选育

2.2.3 不育系NJCMS3A的雌雄育性特性

2.2.4 不同来源种质对NJCMS3A不育性的恢保特点

2.2.5 不育系NJCMS3A的开花、结荚特性

2.3 以NJCMS1B和NJCMS3B为背景选育同核异质不育系

2.3.1 以NJCMS1B为背景选育新不育种质NJCMS（N21566／N2899）

2.3.2 以NJCMS3B为背景选育新不育种质NJCMS（N8855／N21249）

3 本章小结

第四章大豆质核互作雄性不育系NJCMS3A不育及其恢复性的遗传研究

1 材料与方法

1.1 质核互作雄性不育系NJCMS3A育性恢复性的遗传

1.2 NJCMS1A和NJCMS3A原始质、核供体亲本间的育性基因分析

1.3 大豆雄性育性的判别标准

2 结果与分析

2.1 质核互作雄性不育系NJCMS3A育性遗传研究

2.1.1 不育系NJCMS3A育性恢复性的遗传

2.1.2 原始质、核供体亲本N21566与N21249杂交后代育性分离表现

2.2 大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A、NJCMS3A育性遗传的比较研究

2.2.1 NJCMS1A和NJCMS3A原始供体亲本间的遗传关系

2.3.2 NJCMS1A与恢复系N23996、N21566杂交后代的表现

2.3.3 NJCMS1A和NJCMS3A恢复性遗传的比较

3 NJCMS3A不育性和恢复性的遗传推断

3.1 NJCMS3A不育及其恢复性遗传的推断

3.2 原始质、核供体亲本间杂交后代遗传规律的推断

4 本章讨论

第五章大豆新不育细胞质资源的发掘与鉴定

1 材料与方法

1.1 从大豆资源中发掘、鉴定新不育细胞质亲本

1.2 从新发掘雄性不育种质中鉴定质核互作不育类型

1.3 新发掘质核互作雄性不育种质的育性鉴定

2 结果与分析

2.1 通过栽培大豆与野生大豆杂交发掘质核互作雄性不育种质

2.1.1 从野生大豆资源中发掘出不育细胞质亲本N23168

2.1.2 27个栽培大豆×野生大豆组合后代的育性表现

2.1.3 柱头外露种质PSA-1的发现及其遗传

2.2 栽培大豆间杂交发掘、鉴定新的大豆不育种质

2.2.1 以已知保持系为父本与不同来源亲本杂交筛选不育细胞质

2.2.2 NJCMS1A恢复系N23139为父本与不同来源亲本杂交后代表现

2.3 从细胞质育性不明的新选育雄性不育种质中筛选质核互作不育类型

2.3.1 雄性不育种质与测交亲本杂交后代表现

2.3.2 野生型质核互作雄性不育种质WSms的发现及鉴定

2.3.3 栽×野型质核互作雄性不育种质CAms的鉴定

2.3.4 栽培大豆间杂交衍生的质核互作雄性不育种质AYms的鉴定与选育

2.4 不同细胞质来源大豆质核互作雄性不育种质育性特点比较

2.4.1 不同来源大豆雄性不育种质的花粉败育特点

2.4.2 5个恢／保材料对5个不育细胞质的恢保关系

3 本章讨论

第六章国家大豆改良中心大豆育性特异种质库的建立

1 材料与方法

1.1 大豆育性性状特异种质的发掘、鉴定与收集

1.2 大豆育性特异种质性状调查及数据库的建立与管理

2 结果与分析

2.1 国家大豆改良中心大豆育性性状特异种质库的构成

2.2 大豆质核互作雄性不育“三系”特异种质的鉴定与收集

2.3 核不育突变体的收集与保存

2.3.1 本研究新发掘核雄性不育种质的收集与保存

2.3.2 苗期生长发育异常致死突变体的发掘与鉴定

2.3.3 大豆育性性状近等基因系的选育与收集

2.4 国家大豆改良中心大豆育性特异种质数据库的建立与管理

2.4.1 性状调查与数据库的建立

2.4.2 大豆育性特异种质数据库的管理

第七章本研究的主要进展与进一步研究的展望

1 本研究主要进展

1.1 揭示核雄性不育性自然变异的选择潜力,发掘、创新一批不同类型核不育新种质

1.2 揭示大豆资源不育细胞质的遗传变异,发掘5个新不育细胞质资源

1.3 育成新质核互作雄性不育系NJCMS3A,揭示其育性表现及遗传规律

2 进一步研究的展望

2.1 发掘、选育新雄性不育种质用于大豆杂种优势利用探索

2.2 大豆质核互作雄性不育及其恢复性遗传的认识

2.3 提高大豆不育系异交结实性的途径

参考文献

图版

附录

在读期间撰写论文情况

致谢

大豆雄性不育性的自然变异、种质发掘与选育研究

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