甜瓜属植物种间杂交研究进展

在甜瓜属野生种Cucumis hystrix Chakr. 和栽培黄瓜之间的种间杂交取得成功的基础上,简要回顾了甜瓜属植物种质资源和系统学的研究情况,然后从甜瓜属植物种间杂交的概况、种间杂交的障碍及其解决途径等三个方面,回顾和讨论了甜瓜属植物的种间杂交的研究进展,并对进一步通过种间杂交研究利用甜瓜属野生植物资源的前景进行了展望。     

榕树种间杂交研究进展

杂交是生物进化的重要方式和新物种的重要来源, 在植物界普遍存在, 但在不同植物类群中的发生率差异很大。高度专性传粉体系中, 宿主植物和传粉者经历长期协同进化, 形成远高于其他物种的互利共生机制和合子前生殖壁垒, 被认为不太可能发生种间杂交。榕树和传粉榕小蜂是动植物间专性传粉关系的典范, 甚至发展出一对一高度专性关系。但随着研究的深入, 发现了一定程度的宿主转移现象, 引发学者对榕树种间杂交的研究和探讨。本文从人工杂交、外来种和本地种杂交、岛屿种自然杂交、同域分布近缘种自然杂交, 以及利用系统发育不一致推测杂交等5个方面, 综述了榕树种间杂交的研究进展, 并对未来研究进行展望。同一亚属内人工榕树种间杂交F₁代一般可育, 不同亚属榕树的种间杂交亲和性强度在不同性系统上表现有所不同。种间存在单向或不对称的双向基因流, 依赖专性传粉榕小蜂传粉可能使得渐渗杂交成为榕树种间杂交的主要方式。一系列的合子前隔离机制, 包括化学隔离、形态隔离、地理隔离、生态隔离、季节隔离等有效维持了榕树物种在遗传和形态上的完整性; 而合子后隔离作用较弱, 传粉榕小蜂在非专性宿主上的繁殖适合度一般表现为显著降低。未来有待在评估杂交对榕树生物多样性和榕-传粉榕小蜂共生体系稳定性的影响, 分析榕树天然杂交带的杂交模式, 以及探讨影响宿主转移和榕树杂交的因素等方面开展深入研究。     

杜鹃花属植物种间杂交向性研究

为探讨杜鹃花属植物种间杂交的向性特征,依据该属5亚属、3组、12亚组、32种、33对正反交组合与自交性质清楚的186个杂交组合,对有关向性问题进行了初步研究。结果表明:(1)杜鹃花属植物种间杂交由双向可育→单向不育→双向不育的比率变化与其亲本的系统位置由原始→进化以及双亲间的亲缘关系由密切→疏远同向;原始的常绿杜鹃亚属(Subgen. Hymenanthes)内种间比较进化的杜鹃亚属(Subgen. Rhododendron)内易于杂交,而该两亚属之间却存在密切的亲缘关系,因此其亚属间杂交的可育比率也高于其他亚属间杂交。(2)在进化维度上,该属植物的种间杂交单向不育通常无固定的亲本搭配方向,但常绿杜鹃亚属内(Intra-Subgen. Hymenanthes,Intra-HY)、杜鹃亚属内(Intra-Subgen. Rhododendron,IntraRH)和映山红亚属×羊踯躅亚属(Subgen. Tsutsus×Subgen. Pentanthera)间的杂交搭配,有一定的倾向性。(3)种间杂交可育性与自交特性不同的亲本搭配方式相关,可育性大小的总倾向是SC×SCSI×SC≥SC×SISI×SI,其生殖进化方向是从自交亲和(SC)到自交不亲和(SI),并伴随异交生殖隔离的加强。(4)细胞不育和多倍体是引起单向不育的两个重要原因,SI亲本的介入会大幅度地增加种间杂交的不育比率。     

木兰科植物的人工杂交

采用常规人工杂交方法,在木兰科中进行了68个组合杂交试验。结果表明：花粉活力随种类不同有很大差异,人工授粉后结实率很高,小孢子败育不是木兰科植物自然结实率普遍低的主要原因。木兰亚属种间杂交均表现为亲和,含笑属有些种间杂交不亲和;属间杂交多不亲和,但红元宝二乔玉兰与金叶含笑和云南含笑的杂交完全亲和,结实率高达80％～100％,表明玉兰亚属和含笑属间有较近的亲缘关系;观光木与金叶含笑、云南含笑虽有较高的杂交结实率,但杂交种子不能萌发,支持观光木属成立。     

苹果＊杏,桃亚科间杂交的探索

植物亲缘远近虽与杂交亲合性有关,但不是绝对的。例如蔷薇科和禾本科,不仅种间能自由组合,而且属间杂种也不少见,更有甚者,莎草科还有亚科与亚科之间自由杂交的杂种。梨亚科各属间形成属间杂种的有:山楂花楸、梨山楂、梨榅桲及花楸梨等。1978年以来,我们探索苹果×杏、桃,在蔷薇科亚科间进行杂交。开始便多配组合,多杂交花朵,从中筛选亲合力强的苹果品种作母本,用常规杂交法去雄     

三种甘草属植物的种间杂交亲和性及杂交种子活力

通过新疆分布的3种甘草属植物——乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis）、光果甘草（G．glabra）和黄甘草（G．eurycarpa）的人工杂交试验,比较了杂交结果率、杂交种子的萌发参数、幼苗成活率等指标,并对杂交授粉后花粉管萌发、生长过程进行荧光观察,旨在探讨3种甘草属植物的种间杂交亲和性及杂交后代种子活力。结果表明：（1）种间杂交结果率最高为96．67％,最低为55．62％,说明3种甘草种间杂交配子亲和性较高;（2）荧光显微观察表明,各杂交组合在授粉后0．5～2h内花粉均可在柱头上大量萌发,在授粉后48h内花粉管均可到达子房与胚珠受精,说明三种甘草种间杂交不存在配子隔离障碍;（3）杂交种子萌发率、发芽指数、平均萌发时间和幼苗成活率与自然结实种子无显著差异,种间杂交种子活力较高,幼苗成活率均为75％以上。以上结果表明3种甘草属植物的同域分布区,在相同传粉途径下,这三种甘草属植物的种间隔离机制不完善。有发生自然杂交并形成杂交区的可能。     

芸薹属作物的渗入杂交与种质资源创新

通过人工合成的种间杂种或异源多倍体与栽培种连续回交与选择,可使近缘种或野生种的目标性状与基因渗入作物。本文总结了本课题组30年间所开展的芸薹属栽培种与几个亲缘关系较远的物种间的族间杂交、特异的细胞遗传学行为及种质资源创建。由于这些族间杂交中发生父本染色体的部分消除,产生的杂种具有母本栽培种的全部或大部分染色体、附加少数的外源染色体或染色体片段,经回交与自交后获得的渗入系表现父本的一些特征、遗传与表观遗传发生变化、但恢复母本的染色体数。讨论了此类亲缘关系较远的杂交在创建新种质资源方面的应用前景。     

南瓜属黄色果皮性状的种间转育及遗传分析

采用种间杂交的方法向中国南瓜及印度南瓜中转育了仅在美洲南瓜中存在的黄色果皮性状基因。研究了黄色果皮性状的种间遗传规律,发现黄色果皮性状在种间杂种后代中的分离比例符合孟德尔遗传规律。通过比较黄色果皮基因在南瓜属3个种中的遗传表现,发现该基因的性状表达受到种、亲本果形、亲本皮色等多重因素共同作用而具有复杂的遗传表现。通过种间杂交,可将美洲南瓜特有的黄色果皮性状转育到中国南瓜及印度南瓜中,创制黄色果皮新型种质资源。     

棉属种间杂交胚珠的离体培养

棉属(Gossypium)的种间杂交是育种的重要手段之一。通过种间杂交,可将棉属中某些种,尤其是野生种和半野生种的优良特性引入生产上栽培的种,从而创造人们所需要的品质好、抗逆性强的新类型或新品型。这是长期以来育种工作者的愿望。同时,棉属的种间杂交对创造雄性不育系,探索棉属的分类与进化以及对于遗传育种理论的研究都有重要意义。然而,棉属的种间杂交也和其它一些植物一样存在着杂交亲本的不亲和性和杂种后代的不育性。根据胚胎学     

中国花楸属植物的分布及研究现状

花楸属(Sorbus L.)植物冠形多态、花色秀美、果实缤纷、四季叶色各异，具有很高的园艺观赏价值，但因属下种间杂交、多倍化和无融合生殖的存在，所以花楸属也是分类学上比较困难的一个类群。该研究通过细致整理和分析国家标本资源库和全球数字化植物标本数据库中花楸属植物标本信息，了解中国花楸属物种采集位置和野生种质资源的分布中心，构建中国花楸属植物标本数据库，为全国第一次林草种质资源的普查与收集提供参考；在明晰花楸属植物资源分布位置和生境的基础上，发现中国花楸属植物资源居世界之首且花楸属物种多分布在高海拔区域，尤其是在中国西南部的山区，分布有一半以上的中国花楸属物种，在该区域花楸属物种多种倍性并存、杂交频繁发生。然而，这是否为该属植物物种多样性丰富的关键因素，把高海拔分布的花楸属物种引种到低海拔区域能否适应以及如何适应低海拔的夏季高温尚不清楚。基于此，作者就自己的专业领域进一步检索了花楸属植物在形态分类与系统发育、适应性进化和保护遗传学、植物资源利用等方面的研究现状，梳理出花楸属植物目前研究尚未解决的问题，并进一步指出未来研究需重点关注的方向。建议未来的研究重点关注以下问题：(1)在坚实的系统...     

甜瓜属种间杂交线粒体DNA的遗传分析

为了研究甜瓜属种间杂交线粒体DNA的遗传规律,对甜瓜属人工杂交合成的异源四倍体新种(Cucumis hytivus Chen and Kirkbride.)的S5后代及其杂交母本甜瓜属野生种（Cucumis hystrix Chakr.）和父本栽培种黄瓜‘北京截头’(Cucumis sativus L.)线粒体中apocytochrome b (cob), NADH dehydrogenase subunit 1 (nad 1), NADH dehydrogenase subunit 7(nad 7) 基因序列片断进行了测序与分析。结果显示3个种长度为909 bp cob, 943 bp nad 1和880 bp nad 7基因片断序列中分别存在着相应的1、7和17个多态性核苷酸位点,其中新种与父本‘北京截头’相同而与母本野生种不同的多态性碱基位点分别有1、6和14个,nad 1和nad 7中分别只有1和3个多态性位点与双亲都不相同。该结果表明甜瓜属hystrix譻ativus种间杂交后代线粒体DNA多态性碱基位点主要来源于父本而不是母本,线粒体DNA主要表现为父系遗传。     

小豆远缘杂交研究进展

小豆是豇豆属下重要的食用豆类之一。本文介绍了豇豆属下亚洲豇豆亚属的植物学分类情况,综述了小豆与其近缘种(包括栽培种、野生种)杂交的研究进展,为豇豆属特别是亚洲豇豆亚属丰富的遗传资源应用于小豆育种工作提供参考。     

黄瓜属不同倍性异源多倍体的形态及生理特性分析

以黄瓜属3种不同倍性异源多倍体为试验材料,比较分析它们的形态和生理特性与基因组剂量的关系,为进一步研究黄瓜属基因组剂量效应、探讨植物多倍体进化机理奠定基础。结果表明:(1)黄瓜属异源四倍体与种间杂种F1相比,其叶片厚度、主蔓直径等性状随基因组剂量的增加而增大,而果实大小、主蔓节间长以及果瘤果刺的大小随基因组剂量的增加而减小。(2)在异源三倍体中,叶片厚度和主蔓直径等表型性状也表现出一定的基因组剂量效应。(3)基因组剂量的变化会引起黄瓜属异源多倍体中叶绿素含量、POD活性以及IAAi、PA和ZR等内源激素的变化。     

栽培黄瓜与野黄瓜正反杂交的几种同工酶分析

运用天冬氨酸转氨酶(AAT)、苹果酸脱氢酶(MDH)以及酯酶(EST)3种同工酶对栽培黄瓜"长春密刺"Cucumis sativus cv. Changchunmici (2n=14)与野黄瓜C. hystrix (2n=24)的正反交种间杂种F1 (正交: 野黄瓜×栽培黄瓜"长春密刺", 反交: 栽培黄瓜"长春密刺"×野黄瓜)及其双亲进行鉴定和比较研究。结果表明: 正反交种间杂种F1主要表现为双亲酶带的互补, 同时还形成4个杂合带(Aat-1-94、Aat-2-104、Mdh-3-102和Est-5-102)。上述3种酶均能准确地鉴定种间杂种的真实性。研究还发现正反交杂种F1的AAT和MDH的酶谱分别在酶带数目和强弱上表现出一定的差异, 进一步证实了野黄瓜与栽培黄瓜杂交存在正反交差异。     

Phylogenetic relationships in Cucumis（Cucurbitaceae） revealed by SSR and RAPD analyses

Cucumis hystrix is the first wild Cucumis species possessing12basic chromosomes ever found in Asia.This discovery has posed a challenge to the current subgeneric division of this genus which was made mainly based on the differences in basic chromosome num     

Painting of parental chromatin in Beta hybrids by multi-colour fluorescent in situ hybridization

Sugar beet (Beta vulgaris L.) is a relatively young crop and has a narrow gene pool. In order to introduce genetic variability into the crop, interspecific hybrids, selected from crosses with wild beets of the sections Corollinae and Procumbentes, have been generated. The introgressed B. procumbens chromatin carries resistance genes to beet cyst nematode Heterodera schachtii Schm. These lines are important for breeding of nematode-resistant sugar beet, while Corollinae species are potential donors of tolerance to biotic and abiotic stresses such as drought or saline soils. We have used in situ hybridization of genomic DNA to discriminate the parental chromosomes in these interspecific hybrids. Suppression of cross-hybridization by blocking DNA was not necessary indicating that the investigated Beta genomes contain sufficient species-specific DNA enabling the unequivocal determination of the genomic composition of the hybrids. Interspecific hybrid lines with an additional chromosome (2n = 18 + 1), chromosome fragment (2n = 18 + fragment) or translocation of B. procumbens (2n = 18) were analysed by genomic in situ hybridization (GISH) at mitosis and meiosis. Species-specific satellites and ribosomal genes used in combination with genomic DNA or in rehybridization experiments served as landmark probes for chromosome identification in hybrid genomes. The detection of a B. procumbens translocation of approx. I Mbp demonstrated the sensitivity and resolution of GISH and showed that this approach is a powerful method in genome analysis projects of the genus Beta.     

Creation of the technique of interspecific hybridization for breeding in cotton

The new technique of interspecific hybridization was created in Gossypium, which could remarkably overcome abortion of interspecific hybridization and hybrid sterility of F1. A large number of germplasm resources were obtained from seventy cross combinations among the cultivated species and between the cultivated and the 14 wild species, respectively. 8 varieties have been developed, of which 4 were from the cross combination of G . hirsutum×G . arboretum and the other are the first breed from the hybrids between G . hirsutum and 4 wild species, respectively. Of them Shiyuan 321 (jimian 24) is a new variety which had the highest increase in the national Yellow River Valley Regional test, with planting area added up to 933333 ha in the recent three years. The breeding system of interspecific hybridization was established.     

Creation of the technique of interspecific hybridization for breeding in cotton

The new technique of interspecific hybridization was created in Gossypium, which could remarkably overcome abortion of interspecific hybridization and hybrid sterility of F1. A large number of germplasm resources were obtained from seventy cross combinations among the cultivated species and between the cultivated and the 14 wild species, respectively. 8 varieties have been developed, of which 4 were from the cross combination of G. hirsutumXG. arboretum and the other are the first breed from the hybrids between G. hirsutum and 4 wild species, respectively. Of them Shiyuan 321 (jimian 24) is a new variety which had the highest increase in the national Yellow River Valley Regional test, with planting area added up to 933333 ha in the recent three years. The breeding system of interspecific hybridization was established.     

Variability and phylogenetic relationships of the Cucumis sativus L. species inferred from NBS profiling and RAPD analysis

Genetic variability of the Cucumis sativus species and its phylogenetic relationsips with other species of the genus were studied on the basis of RAPD marking and analysis of intra- and interspecific polymorphism of the nucleotide sequences of the NBS-LRR gene family in species of the genus Cucumis with the use of the NBS profiling method. According to RAPD analysis, cucumber cultivars from different geographic regions are highly similar, except for accessions k-3835 and k-3833 from Afghanistan. NBS profiling analysis revealed phylogenetically most distinct accessions expected to be characterized by specificity of resistance: k-3845 from Uzbekistan, k-3851 from Kyrgyzstan, line 701, k-3835 and k-3833 from Afghanistan, k-2757 and k-3079 from Netherlands, vr.k. 908 from Canada, k-2926 from Bulgaria, Russian cultivars Monastyrskii, Izyashchnyi, and Lel'. Three essentially different groups of species were distinguished, and the C. sativus species (subgenus Cucumis) was found to be distant from the species belonging to the subgenus Melo.