转高光效基因水稻的多倍体化及其与PMeS水稻杂交后代的特性研究

摘要

综合国内外关于超级稻育种途径的多种学术观点，改良水稻的光合性状，提高水稻的光合效率是成功解决水稻高产瓶颈的主要共识之一。除了传统的同室效应筛选高光效材料之外，应该还存在着禾本科内C3水稻和 C4 植物直接有性杂交、体细胞融合以及引入C4基因对C3水稻进行基因工程改造等多种可能途径。 按照上述三种可能途径，本课题对C3水稻和C4高粱、玉米直接有性杂交，对融合实验的重要前提之一的胚性细胞悬浮系构建，对转玉米C4高光效基因水稻的特性研究，对玉米C4高光效性状向PMeS品系水稻和其他材料的引入做了大量而有意义的尝试与系统性研究。主要取得如下实验结果： 1．通过有性杂交，以四个转基因材料为母本，以HN2026、9311、日本晴为父本获得12个杂交组合；通过组织培养与加倍，获得了以转有PEPC基因、转有PEPC+PPDK双基因水稻材料及其原始型材料Kitaake的四倍体，获得了以转PEPC、PPDK、PEPC+PPDK基因材料为母本，以9311为父本的三个杂种的四倍体，获得了以转PPDK基因材料为母本，以HN2026为父本的杂交杂种的四倍体。设计引物，PCR检测了含有外源基因的后代植株，对这些植株及其对照物进行了光合作用测定和主要农艺性状考察。结果表明，远缘杂交和多倍体化能够大幅度提高籼粳杂种的结实率和产量，不失为选育超级稻的有效方法；玉米C4高光效基因确实表现出光合作用和农艺性状改善的效应；玉米C4高光效基因可以杂交方式在新的遗传背景下稳定遗传； 2．成功地构建出PMeS品系水稻HN2026二倍体、四倍体的胚性细胞悬浮系，摸索出细胞培养前、中、后三期的多种优化措施。培养的水稻细胞15个月后取材分化，其分化率和正常培养的愈伤分化率相当；23个月取材分化，其分化率大为降低。表明随着培养时间的延长，细胞的分化特性逐渐丧失。 3．2004、2005和2006三个夏天，实施了水稻、玉米、高粱间的直接有性杂交，先后采用了二十多种杂交方案、四十多种水稻材料、十一种高粱品种、六种玉米种和二种薏苡作杂交亲本，仍然未能找到能够以水稻为父本，玉米、高粱和薏苡为母本的具有一定亲和性的杂交配对亲本。通过苯胺蓝染色实验，以高粱稻为父本，以高粱为母本，荧光柃测不出其杂交亲和性。以四倍体水稻 Sg99012为母本，以本地玉米为父本做杂交，获得的后代(F1)及其加倍体表现出同二倍体、四倍体Sg99012形态类似的性状特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.光合作用研究

1.1光合作用的分类特点

1.2当前光合理论研究的主要成果

1.3 C3作物C4化改造思路与研究进展

2.原生质体融合

2.1原生质体融合的意义

2.2植物体细胞杂交的应用

3.远缘杂交实践

3.1远缘杂交过程中的障碍及解决方法

3.2水稻远缘杂交的几个典型实例

4.多倍体水稻应用

4.1水稻多倍化应用研究历史

4.2“利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻”策略的提出

4.3 PMes品系水稻的成功选育及其研究最新进展

第二章转高光效基因水稻的多倍体化及其与PMeS水稻、9311、日本晴杂交后代的特性研究

1.实验材料

1.1转高光效基因水稻及其原始材料

1.2本实验的其他水稻材料

2.实验方法

2.1二倍体杂种的获得

2.2多倍体材料的获得

2.3加倍材料倍性的形态学鉴定

2.4 F1杂种及相关材料生长习性研究与农艺性状考察

2.5 PCR分析鉴定转基因植株

2.6光合作用测定

3.实验结果与分析

3.1四种转基因材料及其原始材料愈伤组织的诱导

3.2四种转基因材料及其原始材料农艺性状考察和光合作用测定

3.3 F1杂种的获得与PCR检测

3.4三组二倍体杂种部分农艺性状和光合指标考察

3.5几个原始转基因水稻材料在不同倍性水平的形态学鉴定与考察

4.讨论

第三章水稻HN2026(2x、4x)、高粱、玉米胚性细胞悬浮系的构建与探索

1.实验材料

2.实验方法

2.1相关溶液和培养基的配置

2.2水稻愈伤组织的诱导与继代

2.3水稻悬浮系的建立

2.4水稻原生质体的分离、纯化与培养

2.5水稻悬浮细胞的分化与植株再生

2.6细胞学观察

2.7对高粱、玉米愈伤组织诱导和悬浮培养的探索

3实验结果

3.1愈伤组织的诱导与继代

3.2改良AA液体培养基

3.3细胞在悬浮培养中的显微观察

3.4水稻原生质体的获得与培养

3.5水稻悬浮细胞的分化

3.6高粱、玉米的愈伤组织诱导与悬浮培养

4讨论

4.1影响水稻悬浮培养细胞系构建的因素探讨

4.2继代培养次数对水稻细胞分化潜能的影响

4.3水稻原生质体的获得与培养

4.4水稻悬浮培养细胞的再生

4.5高粱、玉米愈伤组织的诱导与悬浮实验

第四章远缘杂交实验

1.实验材料

2.实验方法

2.1水稻和玉米的远缘杂交

2.2高粱×水稻

2.3薏苡×水稻

2.4亲和性的苯胺蓝检测

3.实验结果

4.讨论

参考文献

致谢