三个陆地棉杂交种的产量杂种优势表现及其生理基础

论文摘要

棉花产量杂种优势的机理研究对棉花杂交种选育及应用具有至关重要的作用。但由于作物的杂种优势遗传机理研究因其复杂性至今仍未能取得突破进展,因此,从产量表型及相关生理过程分析出发研究杂交棉产量优势形成的生理机理将是最终揭示杂种优势遗传机理的有效途径。本文以选取南抗3号、鲁棉研15号和湘杂棉3号等三个强优势转基因抗虫杂交棉为材料,对杂交棉及亲本在三个环境下的籽棉产量优势表现以及产量优势组成因子对产量优势的贡献做了较为系统的研究,分别从解剖学、光合生理及高温逆境生理等角度阐述了杂交棉生理优势表现及其与产量优势形成的关系,旨在揭示杂交棉产量优势形成的生理机理,为杂交棉产量杂种优势机理研究提供资料,为杂交种选育提供依据。1.生态条件对籽棉产量的影响较大,但杂交种与亲本之间的籽棉产量杂种优势表现关系受环境影响较小。籽棉产量与单株结铃数(0.745**)和单铃重（0.706*）有极显著或显著正相关性。杂交种的籽棉产量超亲优势由杂种的单株结铃数和单铃重两个组成因子共同的超亲优势或同时结合了两个亲本的结铃数和单铃重优势组成。五室铃率表现明显的基因型差异,但也受环境影响很大。五室铃率与单铃重之间存在显著的正相关性（0.610*）,五室铃的平均单铃重比四室铃显著大17.43%。杂交种及亲本在“三桃”构成上有显著差异,三个杂交组合的杂交种的结铃数优势一致表现为伏前桃>伏桃>秋桃。杂交种的结铃性优势主要来源于伏前桃和伏桃的结铃优势。杂交种的伏前桃结铃数优势可能与结铃率优势有关。2.三个杂交组合共9个供试材料盛花期的主茎功能叶（倒4叶）主叶脉维管束表现有无分支型、二分支型和三分支型等三种类型,三分支型最发达,有利于营养物质的运输。三个组合均表现为:一个亲本的主茎功能叶维管束属于二分支型或无分支型,另一个亲本的主茎功能叶维管束为三分支型,其杂交种均为三分支型,表现出显性遗传的特征。三分支型维管束结构可能是棉花高产品种和杂交种产量优势形成的基础之一。三个杂交种的栅栏组织与海绵组织比例优势表现比较一致,均在1.12-1.15之间,下表皮单位叶面积气孔总面积均表现超亲优势,这可能是光合作用优势形成的基础之一。果枝叶柄与铃柄的导管数目和单个导管面积间显著正相关,说明果枝叶比功能叶与铃的发育更密切。3.湘杂棉3号正、反交杂交种和父本的光合速率日变化均为单峰型,母本为双峰型。杂交种光合速率超亲优势表现有明显的日变化。正、反交杂种的光合速率的最大超亲优势分别为27.34%和43.13%,均出现在午后13:00-17:00之间。光合速率超亲优势与光强的相关系数为0.861,达极显著水平,其次是湿度(-0.71**)和大气温度(0.667**)。杂交棉光合速率超亲优势主要不是最大光合速率的超亲优势,而是在高温、高光强等逆境条件下维持相对较强光合作用的能力。高温下的叶片自降温能力有明显优势,光合优势可能与叶片自降温能力关。杂交种在强光、低湿和高温逆境下的光合作用超亲优势可能是杂交棉产量优势形成的重要生理基础。4.南抗3号开花期主茎功能叶和第一果枝叶的色素总含量（SPAD值）的广义遗传力分别为10.71%、30.14%,单铃重、衣分、子指的广义遗传力分别为93.33%、91.63%和87.60%。单铃重的遗传变异系数最大、遗传力高,是可进行早期世代有选择潜力的育种指标。果枝叶的SPAD值与单株籽棉产量（0.163**）、单株皮棉产量（0.139**）、单铃重（0.148**）、结铃数（0.167**）等均有极显著正相关。果枝叶的SPAD值可作为棉花产量光合生理育种的参考指标。三个环境下南抗3号正交一代的光饱和光合速率均表现为中亲优势。杂种的光合特性受到母性遗传的影响,应注重母本光合特性的选择。杂交种的低光补偿点和高饱和点可能是杂种在多环境下光合特性优势表现的基础。叶绿素b和叶绿素a/b比值可能是影响光合作用的内在因子。5.南抗3号父本的花粉萌发临界温度在35℃-40℃之间,正反交杂种和母本的临界温度在40℃-45℃之间。南抗3号正、反交杂种及其亲本的花粉管在花柱中生长的临界温度在30℃-35℃之间。南抗3号正交一代的柱头上的花粉萌发数和花粉管在花柱中的生长速度均有明显的中亲优势。杂交后代的耐高温能力存在明显的母本细胞质遗传效应。40℃对所有材料的花柱生长总长度的促进作用最大,35℃次之,45℃最小。37/27℃高温处理可以影响南抗3号父本开花期16天的幼蕾的雄蕊发育,诱导败育,幼蕾的苞叶面积在在1.3×1.3cm-1.8×2.1cm之间。但37/27℃高温处理对正交杂种和母本的花粉发育无明显影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词（Abbreviations）
• 第一章 文献综述
• 1 杂种优势的概念
• 2 杂种优势的度量
• 3 棉花产量杂种优势的表现
• 4 杂种优势的生理基础
• 4.1 光合作用与杂种优势
• 4.2 根系吸收优势
• 4.3 杂种优势的解剖学基础
• 4.4 抗逆性优势表现
• 5 研究展望
• 6 本研究的目的和意义
• 7 本研究主要研究内容
• 第二章 陆地棉杂交种产量优势表现及优势组成研究
• 摘要
• 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 籽棉产量杂种优势分析
• 2.2 籽棉产量及组成因子相关性分析
• 2.3 四室铃和五室铃的棉铃性状比较
• 2.4 杂交棉及亲本“三桃”比较
• 2.5 杂交棉及亲本“三桃”棉铃性状优势
• 3 结论
• 4 讨论
• 第三章 三个转Bt基因抗虫杂交棉杂种优势的解剖学分析
• 摘要
• 1 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 功能叶脉维管束组织特征
• 2.2 功能叶片结构的杂种优势
• 2.3 叶片上、下表皮气孔特征
• 2.4 叶柄和铃柄维管束优势表现
• 3 讨论
• 4 结论
• 第四章 湘杂棉3号杂交种光合作用优势表现研究
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 实验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 花铃期光合作用日变化特征分析
• 2.2 不同温度下的光合光响应优势表现
• 3 讨论
• 4 结论
• 第五章 转基因抗虫杂交棉南抗3号及亲本的光合特性研究
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验方法
• 2 结果及分析
• 2.1 南抗3号杂交二代SPAD值与产量遗传力及相关分析
• 2.2 南抗3号杂交二代SPAD值及产量相关性分析
• 2.3 南抗3号开花期大田光合特性分析
• 3 结论
• 4 讨论
• 第六章 高温对杂交棉及亲本的花粉发育及萌发的影响
• 摘要
• 1 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同温度下的花粉萌发力
• 2.2 温度与花粉管生长
• 2.3 温度与花柱总长度
• 2.4 高温对花粉败育的诱导
• 3 结论
• 4 讨论
• 第七章 全文总结
• 第八章 论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录