抗草甘膦棉花突变体R1098的选育及其抗性机理研究

论文摘要

草害是农业生产中的主要危害之一。人工除草是中国大部分地区原始而有效的除草方式,但这种方式需要耗费大量人力物力,而且容易造成水土流失。随着劳动力成本的增加,传统低效率的除草方式显然不适合现代化农业生产的需要。草甘膦是一种非选择性广谱除草剂能有效得去除一年生及多年生深根恶性杂草,在作物生产中得到广泛应用。然而它在去除杂草的同时也会伤害到作物,培育抗草甘膦作物是解决这个问题的关键。、我国是草甘膦生产和使用大国,抗草甘膦棉花品种具有巨大的商业应用潜力。培育出具有自主知识产权的抗草甘膦棉花品种对我国农业的发展具有深刻的意义。本研究利用核辐射诱变育种技术并结合体细胞定向筛选,育成了高抗草甘膦的棉花种质系-R1098。本文对R1098的选育、抗性、遗传特点和抗性机理以及其在杂交棉制种中的应用进行了研究和探索,为抗草甘膦种质的选育和利用提供理论依据。主要研究结果如下：1、抗草甘膦棉花突变体选育本研究采用体细胞连续定向筛选,结合核诱变育种技术,获得了非转基因抗草甘膦突变体R1098。将珂字棉312胚性愈伤组织在60Coγ射线辐射诱变后转移至草甘膦筛选培养基上,经过逐级筛选,最终愈伤组织可以在含20 mM草甘膦浓度的培养基上出愈,并获得了稳定的抗草甘膦种质系一R1098。2、R1098的抗性表现及其抗性遗传通过抗性鉴定R1098植株可以抗1.48 kg ae ha-1（田间除草推荐用量）浓度的草甘膦且抗性稳定。R1098霜前皮棉产量与苏棉12号相当,纤维品质优良,对枯萎病、黄萎病具有一定抗性,是一优异的棉花种质资源。遗传试验结果表明,R1098的抗草甘膦性状由一对显性基因控制,无细胞质效应。3、R1098的草甘膦抗性生理机理根据剂量响应试验,R1098草甘膦抗性是其遗传背景材料珂字棉312的71倍。莽草酸含量的检测是用来快速鉴定植物草甘膦抗性的有效的方法。试验发现1.50 kg ae ha-1浓度的草甘膦处理后5天,珂字棉312中莽草酸含量要比R1098中含量高13.1倍。研究还发现草甘膦可以显著提高R1098和珂字棉312的谷胱甘肽转移酶活性。然而在相同浓度草甘膦处理后,珂字棉312 GSTs活性要高于R1098中GSTs活性,表明草甘膦可能造成植株体内氧化胁迫,而R1098对草甘膦有抗性所以所受损失小于珂字棉312,因此体内GSTs活性也低于珂字棉312GSTs活性。4、R1098的抗草甘膦基因的克隆本研究从R1098中克隆到两个不同的EPSPS基因序列,EPSPS-1和EPSPS-2。两者开放阅读框内碱基序列相似度达97.7%。与其它植物EPSPS氨基酸序列相比对,其氨基酸序列序列相似度大于83%。通过比对R1098与珂字棉312 EPSPS-1基因序列发现,R1098在EPSPS-1基因序列的1216位点上插入一个丙氨酸使得原本缺失一段氨基酸序列的EPSPS-1基因得以正常翻译成完整的蛋白质。实时荧光定量表达分析表明,草甘膦可以诱导R1098 EPSPS基因表达量的显著升高。基因的突变、EPSPS基因的高表达可能是R1098对草甘膦抗性的分子机理。5、R1098在杂交棉纯度控制中的应用价值由于R1098的草甘膦抗性是由一对显性基因控制,用R1098作父本与一般陆地棉杂交,其F1仍具草甘膦抗性,可以用于棉花杂交种的纯度鉴定和假杂种的自动清除。本研究以抗草甘膦陆地棉突变体（R1098）为父本,通过广泛地测交筛选获得高优势的抗草甘膦杂交棉新组合——浙杂14。对河南、安徽和浙江三个制种点6批次的浙杂14杂交棉种子分别进行发芽试验和苗床试验,采用10%的草甘膦进行纯度鉴定,不同纯度杂交棉种子的生产试验结果表明,在一定范围内,杂交棉的皮棉产量与其种子纯度呈负相关,用草甘膦去除假杂种后,可显著增加皮棉产量,并对纤维长度、纤维整齐度和纤维比强度有明显改良作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 缩写词（Abbreviation）
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 草甘膦的性质及生产使用简况
• 1.3 草甘膦作用机理
• 1.4 草甘膦抗性的来源
• 1.4.1 提高EPSPS活性产生的草甘膦抗性
• 1.4.2 EPSPS基因点突变产生的草甘膦抗性
• 1.4.3 草甘膦代谢酶相关基因研究
• 1.5 抗草甘麟作物的创制与应用
• 1.6 草甘膦使用过程存在的问题
• 1.6.1 抗性杂草问题
• 1.6.2 草甘膦对植物生长发育的影响
• 1.6.3 抗性作物杂草
• 1.6.4 转基因抗草甘膦作物的安全性问题
• 1.7 本研究目的与意义
• 第二章 棉花抗草甘膦突变体创制
• 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 抗草甘膦棉花突变体的筛选
• 2.1.1 草甘膦对棉花愈伤组织生长的影响
• 2.1.2 抗草甘膦细胞系的鉴定
• 2.1.3 抗草甘膦棉花植株的再生
• 2.2 R1098的特征特性与农艺性状表现
• 3 讨论
• 第三章 R1098草甘膦抗性的遗传研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 R1098的草甘膦抗性鉴定
• 2.2 R1098成株期抗性表现
• 2.3 草甘膦抗性的遗传分析
• 3 讨论
• 第四章 R1098抗草甘膦性状的生理生化机理研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 数据统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 草甘膦处理对R1098的莽草酸含量的影响
• 2.2 草甘膦处理对R1098体内POD活性的影响
• 2.3 草甘膦处理对R1098体内SOD活性的影响
• 2.4 草甘膦处理对R1098体内GSTs活性的影响
• 2.5 草甘膦处理对R1098体内MDA含量的影响
• 3 讨论
• 第五章 棉花EPSPS基因克隆及R1098抗草甘膦性状的分子机理研究
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 EPSPS基因cDNA序列的克隆及分析
• 2.2 棉花EPSPS基因DNA序列
• 2.3 棉花发育过程中EPSPS基因的表达
• 3 讨论
• 第六章 R1098在杂交棉纯度控制中的应用
• 1. 材料和方法
• 1.1 研究材料
• 1.2 试验方法
• 2. 结果与分析
• 2.1 种子发芽试验与室内纯度鉴定
• 2.2 田间苗期纯度鉴定
• 2.3 种子纯度与产量表现
• 2.4 棉种纯度与纤维品质表现
• 3 讨论
• 第七章 全文小结
• 参考文献