菊花远缘杂交生殖障碍及种质创新研究

摘要

菊花[Dendranthema gran匈70rum（Ramat.）Kitamura]是世界上重要的观赏植物之一，并且受到人们的普遍喜爱。但多数菊花品种抗性较差，严重限制了其产量和品质的提高，因此有必要对其抗性进行改良。目前，栽培菊花与菊属野生种远缘杂交是将它们的优异基因导入栽培菊花是进行其抗性改良的重要途径之一，但远缘杂交中经常存在各种生殖障碍，进而严重影响了这些优异种质资源的利用。针对该问题，本研究首先以栽培菊花‘金陵黄玉’（D grandiflorum‘Jinlinghuangyu’）和‘雨花星辰’（‘Yuhuaxingchen’）为母本，菊属野生种甘菊（D.1avanduli加ffum）、菊花脑（D_nankingense）、南京野菊（D indicum）和紫花野菊（D.zawadskii）为父本，开展了人工杂交工作，并在杂交前后从生殖生物学角度研究了影响其杂交结实率的因素。在此基础上，研究了蒙导花粉、赤霉素处理及延迟授粉等授粉方法对‘雨花星辰’与菊花脑远缘杂交效果的影响。最后，对‘雨花星辰’与南京野菊杂交后代进行了真实性鉴定和抗性评价。主要研究结果及结论如下：
　　 （1）在‘金陵黄玉’与甘菊杂交组合中，父本甘菊的花粉活力在授粉时为11.2％，人工授粉4 h内，未观察到柱头上有花粉萌发；在授粉后8 h时，平均每个柱头上只有7.5粒花粉萌发；到授粉后12 h时，数量达到最多为16.1粒；随后数量急剧下降，到24 h和48 h时，柱头萌发花粉数量分别只有3.2和2.4粒，而且大部分花粉管生长异常，并停留在柱头表面而难以进入子房。此外，在授粉后8 d时，观察到12.0％子房中含有正常的球形胚，但之后就未能观察到正常胚胎，最终未能获得杂交种子，而母本自然开放结实率却高到42.3％。以上结果表明，受精前和受精后生殖障碍，即母本柱头上花粉萌发数量少且萌发异常和受精后胚胎大量败育，是引起种问杂交不结实的主要原因.
　　 （2）在‘雨花星辰’与菊花脑、南京野菊和紫花野菊三个杂交组合中，父本在授粉时的花粉活力大约介于20％-25.7％。在‘雨花星辰’与菊花脑杂交组合中，授粉后柱头上花粉萌发数量很少，并且大部分花粉管出现了弯曲、倒长等异常现象而停留在柱头表面。此外，授粉后12 d在12.2％子房中观察到正常胚胎，之后所有胚胎均出现败育。在另外两个杂交组合中，授粉后柱头有大量花粉萌发，并且许多花粉管都穿入柱头表面。其中在‘雨花星辰’与南京野菊杂交组合中，授粉后8-15 d，50％的子房中观察到了正常胚胎，结实率为58.9％。在‘雨花星辰’与紫花野菊杂交组合中，授粉后8d，在51.8％的子房中观察到正常胚胎，但随后大量胚胎出现降解，最终结实率9.2％。结果表明，在这三个杂交组合中，花粉活力对杂交结实率影响不大；授粉后柱头上萌发的花粉数量少并且花粉管的生长异常以及胚胎败育是‘雨花星辰’与菊花脑杂交失败的主要原因；胚胎败育是导致‘雨花星辰，与紫花野菊低结实率的主要因素；而‘雨花星辰’与南京野菊不存在杂交障碍，能够正常结实。
　　 （3）在‘雨花星辰’与菊花脑杂交组合中，采用蒙导花粉和赤霉素处理的授粉方法，授粉后24 h平均每个柱头花粉萌发的数量和授粉后10 d胚胎的比例均比对照有显著的增加；而对于延迟授粉，虽然与对照相比授粉后24 h平均每个柱头上的萌发数量有所下降，但形成胚胎的比例却有显著的提高。说明蒙导花粉，延迟授粉和柱头赤霉素处理都能部分有效地克服‘雨花星辰’与菊花脑远缘杂交生殖障碍。
　　 （4）‘雨花星辰’与南京野菊远缘杂交共获得282粒种子，这些种子播种10 d后共有155粒种子萌发出苗。此后20 d，有23颗幼苗夭折，最终得到132颗幼苗。经过抗旱性初步筛选，从132颗幼苗中只选出6个最抗旱的疑似杂种，并通过形态学和细胞学确定这6个杂种都是真杂种。父本叶片表皮毛密度最高，其次是杂种后代，而母本的最少。经PEG6000胁迫后，发现叶片的脯氨酸含量和植株的存活率都高于母本，而丙二醛和相对电导率都低于母本。结果表明通过远缘杂交方式可以获得了一批抗旱性明显增强的菊花新种质，为进一步提高栽培菊花抗旱性育种提供了重要中间材料。此外，通过叶片表皮毛密度及利用PEG6000模拟干旱胁迫通过测定叶片的电导率（EL）、丙二醛（MDA）争脯氨酸（Pro）含量来筛选菊花抗旱性植株是可行的。

目录

文摘

英文文摘

缩略词表

引 言

第一章 文献综述

1 菊属及其近缘属种质资源

2 菊花远缘杂交存在的问题

2.1 时空隔离

2.2 受精前障碍

2.3 受精后障碍

3 克服远缘杂交障碍的措施

3.1 选择择亲缘关系较近的种作为亲本

3.2 花粉保存

3.3 采用特殊的授粉方法

3.4 花柱短截

3.5 染色体加倍

3.6 植物激素处理

3.7 体细胞融合技术

3.8 胚胎拯救

4 远缘杂种的鉴定

4.1 形态学鉴定

4.2 细胞学鉴定

4.3 分子鉴定

4.4 基因组原位杂交技术

4.5 同工酶鉴定

第二章 栽培菊花与野生菊远缘杂交失败原因的研究

第一节 甘菊与栽培菊‘金陵黄玉’种间杂交失败原因的研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第二节 栽培菊花‘雨花星辰’与三个菊属野生种杂交结实率差异的原因研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第三章 克服栽培菊花‘雨花星辰’与菊花脑远缘杂交受精前障碍的方法研究

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验方法

2 结果与分析

2.1 花粉在柱头上的萌发情况

2.2 胚胎发育情况

3 讨论

第四章 栽培菊花‘雨花星辰’与南京野菊远缘杂种的鉴定与抗旱性评价

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验方法

2 结果与分析

2.1 杂种苗的生长情况及抗旱性初步筛选

2.2 杂种的细胞学鉴定

2.3 形态学鉴定

2.4 抗旱性评价

3 讨论

全文结论

参考文献

发表论文

致 谢