K、V、T雄性不育小麦叶绿体DNA、形态结构及RuBP羧化酶活性的比较

摘要

为了探讨小麦CMS与叶绿体的关系，揭示CMS机理。以K、V、T型同核异质不育系(A)、保持系(B)冀5418、育性恢复的F1代和各自的质供体粘果山羊草(Aegilopskotschyi)、偏凸山羊草(Aegilopsventricosa)、提莫菲维小麦(Triticumtimopheevii)为试验材料，从以下三个方面进行分析比较：(1)利用cpSSR引物对以上材料的cpDNA进行分析并找出与CMS有关及用于鉴定不同胞质不育系的叶绿体DNA引物，(2)测定由叶绿体DNA与核DNA共同编码的RuBP羧化酶的活性，(3)运用透射电镜技术对同胞质背景小麦叶绿体形态分布及显微结构的观察，探讨CMS与叶绿体的关系，为小麦K、V、T雄性不育类型的应用提供理论依据。主要研究结果如下：
　　 (1)K型、V型、T型不育系与保持系的cpDNA之间均呈现多态性，且不同的细胞质之间存在特异片段，这从DNA水平上提供了三类不育系胞质来源不同的证据。并分别找到5对和7对可以鉴定V型和T型不育系的特异引物。
　　 (2)除K冀5418与其胞质供体的cpDNA出现差异外，不育系与其胞质供体的cpDNA没有差异，而且不育系与其育性恢复的F1代cpSSR扩增片段之间也没有差异，很好的遗传了其母本性状。
　　 (3)K、V、T型不育系旗叶叶绿体结构异常，表现为基粒片层之间界限模糊、消失，发育滞后，与基粒连接的类囊体不发达，甚至断裂，整个片层排列紊乱。保持系冀5418叶绿体紧贴细胞内膜，基粒片层清晰，排列整齐，基粒之间的类囊体清晰可见，发育完好。保持系每个细胞的叶绿体数量为24.1个，形状为长椭圆形。K型不育系为19.8个，T型不育系为18.4个，与保持系差异显著(F=40.47，Pr<0.0001)，叶绿体形状都呈圆形。V型不育系叶绿体数量为24.8个，显著高于其它两系(F=40.47，Pr<0.0001)，与保持系差异不显著(F=40.47，Pr<0.0001)，形状呈长椭圆形。
　　 (4)Aegilopskotschyi、Triticumtimopheevii型质供体的叶绿体形状为圆形，Aegilopsventricos型质供体为椭圆形，叶绿体片层模糊，类囊体不发达，K、V、T型不育系叶绿体显微结构与其相似，来源一致。
　　 (5)K、T、V型不育系杂种叶绿体形状都呈椭圆形，紧贴细胞内膜，双层外膜清晰，基质浓厚，基粒片层清晰，且充满整个基质，基粒之间的类囊体清晰可见。
　　 (6)在起身期和开花期，不仅两套不育系的RuBP羧化酶活性显著高于保持系，在不育系与恢复系杂交的F1中，随着育性的恢复其RuBP羧化酶活性高于保持系而低于各自不育系。而在拔节期不育系与保持系之间，不育系之间，还有F1代与不育系和保持系之间RuBP酶活性的大小没有显著差异。这可能与这个时期主要是营养生长有关系。