玉米雄性不育系泰玉D2的类型鉴定及不育机理的细胞学研究

摘要

试验以泰玉D2雄性不育系(以下简称D2s)、同核遗传背景保持系(以下简称D2m)、相应恢复系(以下简称D2r)、D2r×D2s杂种一代和玉米478-C为材料，采用石蜡切片，从植株、小穗、花药外部形态入手，从小孢子的发育、绒毡层发育等方面探讨了D2s不育性的外形变化；采用PCR技术利用C、S、T3对特异性引物，对D2s的DNA进行PCR扩增和电泳鉴定，研究了D2s的不育类型和不育机理。主要研究结果如下： 1.D2s植株、小穗和花药的外部形态变化对D2s、D2m、D2r×D2r的杂种一代的植株、小穗和花药的对比观察发现，D2s和D2m植株在外部形态上基本没有差异，散粉期D2s雄穗花药不外露、不散粉；雄穗分枝常绿，直到最后干枯；D2s相对于D2m小穗瘦小、干瘪，护颖白色透明，内部花药清晰可见；D2s的花药相对于D2m差异更大，瘦小干瘪。对F1和F2代育性分离统计发现D2s受一对恢复基因控制。 2.D2s和D2m及杂种一代花粉粒变化大田育性鉴定D2s的花粉粒在显微镜下观察只有部分碎片，I2-IK染色在显微镜下观察是空白。D2m的花粉粒在显微镜下观察呈圆形，I2-IK染色后发现紫色与黄色花粉粒并存，发现紫色花粉粒占86.06％;D2r花粉粒观察也为圆形，I2-IK染色后，发现花粉粒全部为紫色；F1花粉全部呈圆球型，I2-IK染色发现紫色率占99.93％，极少数为黄色花粉粒。说明D2s的花粉全部不育，D2r能全部恢复D2s的育性。D2sF1代中花粉全部可育，F2群体中可育株与不育株的比例约为3:1，说明D2s的育性恢复受一对主基因控制。 3.D2s和D2m的花药小孢子发育进程从雌雄蕊原基分化期开始取样至雄穗完全抽出散粉为止，通过石蜡切片的方法观察发现：D2s花药的小孢子在二分体时期孢子母细胞染色较浅；小孢子初始发育期小孢子比D2m的瘦小，且呈不规则的多边形，可见其发育迟缓：小孢子单核期有的小孢子呈萎缩状态，有的成无规则碎片，周缘出现许多大小液泡，胞质分解，细胞核变形，单核后期完全解体；二核花粉期孢子母细胞降解已尽，只有部分碎片，在绒毡层组织的挤压下药室内空间变得很小；花粉成熟期孢子母细胞完全降解。 4.D2s和D2m的花药绒毡层发育进程通过石蜡切片观察对比分析发现：二分体时期，绒毡层开始纵向伸长，呈辐射状膨大，绒毡层逐渐液泡化，染色变浅：小孢子单核期，细胞间由于相互挤压绒毡层细胞形状变的不规则且短而粗壮，有的和中层分离；二核花粉期绒毡层细胞大部分已经液泡化，绒毡层加厚呈显著辐射状膨大，径向伸长占据了药腔大部分空间，多数细胞有细胞核，药室的横切面呈扁圆形；花粉成熟期，绒毡层细胞已经彻底液泡化，一圈绒毡层细胞均聚向中间，同时径向伸长占据了药腔所有空间。最后D2s四个药室变为两个大药室，且原来两个小药室的绒毡层和花药外壁连为一体成为一个大药室，绒毡层内部好像又出现了一层组织，同时连接两个大药室的药隔维管束消失，两个大药室像两个哑铃一样背靠背并在一起。 5.PCR分类鉴定根据细胞质雄性不育系C、S、T的三套特异性引物序列，对D2s的总DNA和线粒体DNA进行PCR扩增，利用电泳技术，均发现在CMS-C引物上有特异条带，且符合扩增片断大小398bp，而T和S引物均未扩增出任何带型。

目录

文摘

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声明

1 引言

1.1 国内外研究现状

1.1.1雄性不育的类型鉴定

1.1.2雄性不育的不育机理研究

1.2本研究的目的意义

2材料与方法

2.1 供试材料

2.1.1试验材料

2.1.2仪器设备

2.2试验方法

2.2.1雄穗花序、小穗、花药的观察

2.2.2三系花粉粒观察及大田育性鉴定

2.2.3 D2s和D2m花药切片观察

2.2.4 PCR分类鉴定

3结果与分析

3.1三系雄穗花序、小穗、花药和花粉粒的比较研究

3.1.1三系雄穗花序比较研究

3.1.2 D2s和D2m的小穗对比研究

3.1.3 D2s和D2m的花药比较研究

3.1.4三系花粉粒观察比较及大田育性鉴定

3.2不同时期D2s和D2m的花药发育进程研究

3.2.1 D2s和D2m花药分化前期比较研究

3.2.2 D2s和D2m花药分化中期比较研究

3.2.3花药分化后期

3.2.4 D2s和D2m胼脂质期比较研究

3.2.5 D2s和D2m减数分裂时期比较研究

3.2.6 D2s和D2m二分体时期比较研究

3.2.7 D2s和D2m小孢子初始发育期比较研究

3.2.8 D2s和D2m小孢子单核期比较研究

3.2.9 D2s和D2m二核花粉期比较研究

3.2.10 D2s和D2m花粉成熟期比较研究

3.3 PCR分类鉴定分析

3.3.1 D2s不育系中DNA的PCR分类鉴定

3.3.2线粒体DNA的分类鉴定

4讨论

4.1从小孢子败育分析D2s的不育类型

4.2从绒毡层和PCR分类鉴定分析D2s的不育类型

4.3 D2s不育系后期异常情况讨论

4.4 D2s的不育机理研究

4.5泰玉D2不育系的利用潜力及综合认识

4.6玉米胞质互作雄性不育体系的优化

4.7进一步的研究设想

5结论

5.1花粉镜鉴结果及大田育性鉴定

5.2小孢子败育情况

5.3绒毡层异常现象

5.4 D2s的类型分析

5.5泰玉D2s不育机理分析

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表文章情况