陆地棉矮化突变体Ari1327的形态、生理和分子标记研究

摘要

棉花是我国重要的经济作物，矮化品种具有抗倒伏能力强、适宜密植及机械化管理的特点，对于减少劳动强度、提高肥料利用率和提高产量具有重要意义，矮化突变体在矮化育种中具有重要的利用价值，同时也是研究植物茎的生长及激素调控的重要基因资源。矮化突变体Ari1327，平均株高为69.52cm左右，野生型株高为101cm左右，差异极显著(P<0.01)。
　　 本文对该突变体进行了形态、生理方面的研究，以明确其矮化机理，并且对其株高与纤维品质性状进行了QTL和相关性分析，旨在为Ari1327在矮化育种中的应用和进一步的研究提供理论依据。
　　 主要研究结果如下：
　　 1.Ari1327的形态和细胞水平的研究
　　 本文选择种子萌发期、子叶期和现蕾期将突变体和野生型进行对比。种子萌发阶段，突变体的芽长度短于野生型(P<0.05)。在子叶期，突变体的下胚轴长度短于野生型(P<0.05)。在现蕾期，突变体株高为野生型的63.88％；突变体的株高、节间数目和节间平均长度与野生型间的差异都达到了极显著水平(P<0.01)。除了倒十和倒十一节间外，突变体与野生型间对应节间长度的差异均达极显著水平(P<0.01)，这表明突变体株高的降低主要是由于节间长度的缩短引起。选择生长最快的倒三节间制备横、纵切片，通过纵向切片对比突变体和野生型细胞的伸长情况，野生型的细胞平均长度要大于突变体的细胞平均长度(P<0.01)，用横向切片对比韧皮部和木质部细胞的直径大小，突变体韧皮部和木质部细胞直径与野生型间的差异均不显著，由此可知突变体节间细胞伸长受到抑制导致节间长度的缩短。
　　 2.Ari1327的激素敏感性研究争内源激素测定。
　　 为了弄清该突变体的激素缺陷类型，我们选择与细胞伸长相关的激素GA3，BR和IAA，并设置不同的浓度梯度对Ari1327进行激素敏感性研究。结果表明外施GA3能有效地促进矮化突变体株高、节间平均长度的增加和节间数目的增多，处理6次后使突变体株高恢复至野生型水平；外施BR和IAA对矮化突变体株高的增加没有作用，较低浓度生长素对矮化突变体株高增加和节间长度的伸长开始产生抑制作用。本研究把0-6次处理后的株高、节间数和节间平均长度与3种激素进行回归分析。GA3与株高、节间数目和节间平均长度的回归系数都达到了极显著水平(P<0.01)。BR与株高、节间数目和节间平均长度的回归系数值不显著。IAA与株高和节间长度的回归系数值为负值，达到显著水平(P<0.05)；IAA与节间数目的回归分析系数不显著。Ari1327中IAA和GA3含量显著高于野生型，外源GA3可使突变体中的IAA含量恢复至野生型水平。突变可能引起IAA合成的相关基因过量表达，导致Ari1327中IAA过量累积，高浓度的IAA抑制了生长。
　　 3.Ari1327的株高和纤维品质性状的QTL定位
　　 以陆地棉遗传标准系TM-1为母本和Ari1327组配杂交组合。利用该组合产生的F2群体对株高和纤维品质性状进行QTL分析，共检测到4个与株高相关的QTL，分别位于Chr.3、Ch.11、Chr.14和LG6上；6个与纤维品质性状相关的QTL，其中2个与比强度相关，分别位于Chr.23和LG5上，其表型贡献率分别为4.85％和9.85％；1个与马克隆值有关的QTL位于LG3上，其表型贡献率为7.28％；与纤维长度、整齐度和伸长率相关的QTL均为1个，集中在LG5上，表型贡献率分别为9.86％、28.35％和28.26％。
　　 4.株高和纤雏品质的相关性分析
　　 对株高和纤维品质5项指标进行相关分析，结果表明株高和纤维品质间的相关系数较小，未达显著水平，这说明株高和纤维品质在遗传上可能关系不大。这为株高和纤维品质的同步改良提供了理论依据。