棉花转基因聚合的杂种优势和转基因雄性不育性研究

论文摘要

本研究选用源于同一转基因受体的8个不同的棉花转基因系为亲本，即1个rolB转基因系，4种由甘露糖基转移酶基因（mant）构建的转化结构所转化的转基因系，2个由单加氧酶基因（mono）构建的转化结构所转化的转基因雄性不育系（ms2P-mono）和恢复系（antimono），1个bar转基因品系，配制了10个组合。这10个杂交组合加上7个亲本和3个对照品种，包括转基因受体4105（华抗棉1号）和2个生产对照（常规丰产品种鄂棉18和杂交棉鄂杂棉9号F1）共20个材料进行了品系比较试验，研究了转基因聚合杂种优势和转基因对棉花性状的影响。试验按随机区组设计，重复三次。同时，对由花药特异启动子ms2P驱动的单加氧酶基因创造的转基因雄性不育系的不育细胞学基础进行了研究。研究结果如下：（1）转基因聚合能显著提高棉花产量，改善纤维品质。但是，不同转基因的聚合对棉花产量性状的影响不一致，对杂种优势的贡献不一致。其中所有组合的皮棉产量和籽棉产量均存在中亲优势，有5个组合的皮棉产量存在超亲优势，有6个组合的籽棉产量存在超亲优势，有8个组合的皮棉产量存在竞争优势；除由转基因雄性不育系配制的组合外，所有组合的籽棉产量均存在竞争优势。位于前3位的均是甘露糖基转移酶基因的转基因品系和转bar基因品系配制的组合，其中第1号组合竞争优势高达31.75％。（2）转ms2P-mant基因系与转bar基因系聚合不仅导致了株高的增加，而且其产量得到了较大程度的改善，皮棉产量比转基因受体增加了63.18％，差异极显著。衣分增加了7.85％，差异极显著。（3）两种反义RNA转基因系（antimono和antimant）的衣分较受体分别增加10.12％和为5.44％，，差异达到显著水平。但是Antimono转基因系的纤维长度较转基因受体减少8％，差异显著。（4）对另外3个转mant基因品系和转基因受体进行比较分析表明，不同转化结构对棉花性状影响不同。其中15号与其他两个转基因系在株高方面存在差异，达到显著水平。13号和14号的绒长差异达极显著水平，衣指差异达显著水平。但是这3个转基因系的农艺性状和产量性状与转基因受体相比，均无显著差异。（5）rolB转基因品系的衣分较转基因受体有改良，增加了6.10％，差异显著；其皮棉产量甚至比杂交种鄂杂9号还增产5％，而其纤维品质则全面下降。（6）与转基因受体品种比较，转bar基因品系的产量性状无显著差异，但纤维品质有明显改良，包括纤维长度、断裂比强度显著增加；不足的是马克隆值也增加显著，在一定程度上影响了纤维品质。（7）由转基因雄性不育系和相应恢复系配制的杂交种能正常结实，表明反义RNA基因表达能抑制单加氧酶基因的表达水平，使雄性不育性得到恢复。但是，杂交种不具有杂种优势，在皮棉和子棉产量上均比受体品种显著低，而纤维品质则基本持平。（8）转基因不育系的植株形态明显改变，植株矮小，铃小，果枝节间缩短，脱落率低。不育系花粉粒经醋酸洋红染色显示无生活力，不育度高达91.95％。对不育系花粉母细胞减数分裂过程的观察显示其减数分裂异常，出现落后染色体、不对称分裂、不同步分裂、多极分裂和微核等现象。在四分体阶段，经卡宝品红染色显示多种异常四分体包括三分体、退化四分体、五分体、六分体、七分体、八分体、九分体等。异常四分体的频率达49.81％。（9）通过对花粉母细胞减数分裂过程中染色体行为的观察，确定了转基因雄性不育系花粉败育发生的时期在花粉母细胞减数分裂的中期Ⅰ。根据不育系的株型和散粉情况，以及显微镜观察不育花粉的结果，初步确定了转基因雄性不育系的不育性的的遗传方式为一对等位基因控制的不完全显性核不育类型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 棉花杂种优势利用的研究进展
• 1.1.1 棉花杂种优势利用研究概况
• 1.1.2 棉花杂种优势的表现
• 1.1.2.1 陆地棉品种间杂种优势表现
• 1.1.2.2 种间杂种优势的表现
• 1.1.3 棉花杂种优势利用途径
• 1.2 植物激素基因工程
• 1.2.1 rol基因研究进展
• 1.2.2 mono基因研究进展
• 1.3 转基因棉花研究进展
• 1.3.1 棉花抗虫基因工程
• 1.3.2 棉花抗病基因工程
• 1.3.3 棉花抗除草剂基因工程
• 1.3.4 棉花抗非生物逆境基因工程
• 1.3.5 棉花纤维品质改良基因工程
• 1.4 植物雄性不育性的来源
• 1.4.1 基因突变—自然突变或人工诱变
• 1.4.2 基因重组—品种间杂交,种间杂交或回交转育
• 1.4.3 远缘杂交核置换
• 1.4.4 基因工程
• 1.5 转基因创造雄性不育的策略
• 1.5.1 向细胞内导入能够破坏细胞结构的基因
• 1.5.2 向细胞内导入能够干扰生理代谢的基因
• 1.5.3 通过扰乱线粒体的功能创造雄性不育
• 1.5.4 利用反义基因技术获得雄性不育
• 1.5.5 化学调控的转基因雄性不育的创造
• 1.5.6 通过双重转基因系获得雄性不育系
• 1.6 棉花雄性不育的细胞学机理
• 第二章 棉花转基因聚合杂种优势研究
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 试验方法
• 2.1.3.1 农艺性状
• 2.1.3.2 产量性状
• 2.1.3.3 纤维品质
• 2.1.4 统计分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 产量性状分析
• 2.2.1.1 皮棉产量
• 2.2.1.2 籽棉产量
• 2.2.1.3 产量构成因素
• 2.2.2 纤维品质分析
• 2.2.2.1 上半部平均长度
• 2.2.2.2 整齐度指数
• 2.2.2.3 马克隆值
• 2.2.2.4 断裂比强度
• 2.2.2.5 伸长率
• 2.2.3 农艺性状分析
• 2.2.3.1 株高
• 2.2.3.2 果枝数
• 2.2.3.3 铃数
• 1代杂种优势表现'>2.2.4 F₁代杂种优势表现
• 2.2.4.1 产量性状杂种优势分析
• 2.2.4.2 纤维品质杂种优势分析
• 2.2.4.3 农艺性状杂种优势分析
• 2.2.5 转基因对棉花生长发育的影响
• 2.2.5.1 antimono基因对棉花生长发育的影响
• 2.2.5.2 antimant基因对棉花生长发育的影响
• 2.2.5.3 mant基因对棉花生长发育的影响
• 2.2.5.4 rol基因对棉花生长发育的影响
• 2.2.5.5 bar基因对棉花生长发育的影响
• 2.2.6 转基因聚合对棉花生长发育的影响
• 2.2.6.1 转ms2P-mant基因系与转bar基因系聚合的效应
• 2.2.6.2 转4en-ms2P-mant基因系与转bar基因系聚合的效应
• 2.3 讨论
• 2.3.1 转基因棉花农艺性状和产量性状变异
• 2.3.2 转基因棉花聚合及转基因棉花利用
• 第三章 转基因棉花雄性不育系不育性遗传及花粉败育的细胞学研究
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.2.1 植株农艺性状调查
• 3.1.2.2 散粉情况调查
• 3.1.2.3 花粉育性鉴定
• 3.1.2.4 花粉母细胞减数分裂观察
• 3.1.3 统计分析
• 3.2 结果和分析
• 3.2.1 不育系的形态学特征及其遗传
• 3.2.1.1 不育株的形态学特征
• 3.2.1.2 自交群体中株型的分离
• 3.2.1.3 自交群体中农艺性状抽样调查
• 3.2.2 花粉育性鉴定及其与散粉程度的关系
• 3.2.2.1 花粉育性鉴定
• 3.2.2.2 花药的散粉程度与花粉育性的关系
• 3.2.2.3 育性逆转现象的观察
• 3.2.2.4 转基因雄性不育材料结铃性研究
• 3.2.3 雄性不育系的细胞学研究
• 3.2.3.1 花粉母细胞减数分裂异常研究
• 3.2.3.2 四分体时期的变异
• 3.3 讨论
• 3.3.1 雄性不育系植株性状与花器形态
• 3.3.2 雄性不育系育性与环境的关系
• 3.3.3 雄性不育系的败育时期
• 3.3.4 雄性不育与生长素的关系探讨
• 参考文献
• 图版
• 致谢