同源四倍体水稻原种制备及影响因素分析

本研究已将从全国各地征集的50份水稻优良种质资源(2n=2x=24)诱变为同源四倍体水稻原种。本文讨论不同处理日期、不同秋水仙碱浓度和处理时间、以及不同品种的抗药性等因素对加倍成功率的影响,结果表明:①不同日期处理水稻幼芽,其加倍成功率不同,4月6日～15日加倍效果最好,加倍成功率达19.4%。②不同浓度秋水仙碱和处理时间其加倍成功率存在一定的差别。0.1%秋水仙碱处理48h 和0.2%处理24h 为佳,其芽恢复率超过58%,加倍成功率超过16%。③不同水稻品种抗药性不同。在所加倍的50个水稻品种中,中作9025抗药性最强,芽恢复率达92.4%,加倍成功率38.7%。盐州14抗药性最差,芽恢复率仅为10.6%。     

植物离体组织染色体加倍诱导同源四倍体

随着生物技术的迅速发展,通过植物离体组织人工诱导多倍体已经成为获得多倍体植株的有效途径。本文就植物离体组织染色体加倍诱导同源四倍体的研究进展做一介绍,详细评述了植物离体组织细胞加倍的途径、影响植物离体组织加倍的因素、利用不同诱导剂进行处理效果比较及离体组织材料的早期倍性鉴定技术等,并展望了植物离体诱导同源四倍体的前景。     

裸粒水稻同源四倍体的人工诱导

裸粒水稻成熟胚在含不同浓度2,4－D与激动素的培养基上愈伤组织的诱导率不同,2,4－D为2．0mg/L、激动素为1．0mg/L时愈伤组织的诱导率最高,达53．3％。分别以200mg/kg、500mg/kg、800mg/kg和1000mg/kg浓度的秋水仙碱处理二倍体愈伤组织,结果都获得了裸粒水稻的同源四倍体无性系,但以500～1000mg/kg的浓度处理效果较好,800mg/kg的浓度处理最为理想,加倍效率达30.0％。 Abstract：The induced frequencies of wound calluses in naked seed rice were different on the culture media of different concentrations of 2,4-D and KT. It was the highest to 53．3％when 2,4-D was 2.0mg/L and KT was 1．0mg/L. The diploid wound calluses were respectively treated by colchicine of 200mg/kg, 500mg/kg, 800mg/kg and 1000mg/kg. The clonal lines of autotetraploid in naked seed rice were obtained in all treatments. The induced effects were better in 500～1000mg/kg, 800mg/kg was the best and its doubling efficiency was up to 30.0％.     

低能氮离子注入同源四倍体水稻的生物学效应

以低能氮离子束为诱变源,对同源四倍体水稻进行注入处理后,对其生物学效应进行了研究。研究结果表明,同源四倍体水稻比二倍体水稻对低能氮离子束注入处理更敏感。在注入离子剂量为3×1017N+/cm2时,同源四倍体水稻所受到的损伤比二倍体水稻所受到的损伤更严重。4份同源四倍体水稻(即IR36(4)、IR28(4)、紫血稻(4)、明恢63(4))的成苗率分别是2.0%、3.5%、3.0%和4.0%,致死率非常高。在同样条件下,4份相应的二倍体水稻(即IR36(2)、IR28(2)、紫血稻(2)、明恢63(2))的成苗率分别是33.0%、31.5%、29.0%和24.5%,致死率也比较高。在经过注入处理后的当代群体内,4份同源四倍体水稻的平均变异频率为32.5%,而4份相应的二倍体水稻的平均变异频率为9.5%。在同源四倍体水稻IR36(4)和IR28(4)的变异群体内分别发现22株和14株结实率均达到75.0%以上的单株,其中在IR36(4)群体内有1单株的结实率高达91.89%;在紫血稻(4)的变异群体内发现2株具有双胚苗性状的单株;在二倍体水稻明恢63(2)的变异群体内发现1株具有红心米性状的单株。在第二代群体中,除了叶鞘变异和米质变异这两个变异性状能稳定遗传之外,其它变异性状在群体内都发生了明显的性状分离现象。同源四倍体水稻的高结实率特性和双胚苗特性表现出一定的可遗传性。     

同源四倍体水稻小孢子发生的超微结构

利用透射电子显微镜对同源四倍体水稻小孢子母细胞减数分裂前及期间的超微结构进行观察,结果发现:(1)减数分裂前及减数分裂早期,小孢子母细胞核糖体密度高,线粒体、质体等细胞器丰富;粗线期核糖体密度显著下降,线粒体、质体等细胞器数量减少;终变期核糖体密度逐渐恢复到减数分裂前状态,而其他细胞器的数量除在二分体时期出现短暂的回升,终变期以后的时期均较少.(2)小孢子母细胞间的连接在小孢子母细胞时期以典型的胞间连丝为主,进入细线期,胞间连丝数量显著减少,宽孔道的胞质通道逐渐增多,粗线期小孢子母细胞间基本通过胞质通道连接,终变期小孢子母细胞间完全分离.(3)随着减数分裂的进行,药壁四层细胞逐渐液泡化,绒毡层细胞中部分小液泡融合成大液泡,形成胞内"空腔";药室内壁细胞出现大量的具有叶绿体结构特征的质体,内含丰富的淀粉粒,到了四分体时期质体数量及内含的淀粉粒显著减少.     

同源四倍体水稻：低育性机理、改良与育种展望

同源四倍体水稻具有籽粒增大、营养成分增加和抗性增强等特点,但其育性普遍偏低,影响产量,无法直接应用。高育性四倍体水稻的成功创制解决了同源四倍体水稻育性偏低的瓶颈问题,然而该类型多倍体水稻能否在生产上推广应用需要进一步探讨。本文总结了同源四倍体水稻及其杂种F1育性偏低的细胞和分子遗传学机理研究的概况,重点介绍了高育性四倍体水稻的主要类型及最新的研究进展,最后提出未来利用新型四倍体水稻开展多代杂种优势等研究的设想,以期为水稻多倍体育种提供参考。     

长时期保持高频率再生能力的同源四倍体水稻花粉无性系的建立

同源四倍体水稻杂种花药离体培养,建立了一个高频率再生植株能力的花粉无性系A87203 4C-1-5。试验结果表明:一个芽丛培养一个月,芽数增殖频率为150—200倍。芽的发生方式为芽上生芽。若将芽丛剪碎,重新接在 MS 诱导培养基上,愈伤组织重量的增殖率为5.0倍左右。再将愈伤组织转入 MS 分化培养基上,大约有50%愈伤组织块又可分化出芽,并且仍具有高频率再生芽的特性。继代培养30多代(一年多时间)后仍保持旺盛的增殖能力。通过控制光温条件,可迅速再生植株。植株移栽田间,大多数生长正常,少量外部形态变异。细胞学鉴定,6株为三体(2n 1=25)。     

何首乌同源四倍体的诱导及生理指标的测定

用秋水仙素诱导何首乌(Polygonum multiflorumThunb.)同源多倍体的最佳条件为用0.2%秋水仙素溶液处理其试管苗幼嫩顶芽36 h,并接种于含2.0 mg.L-16-BA和0.2 mg.L-1IAA的MS启动培养基上。对诱导出的多倍体株系进行染色体计数分析,结果表明,诱导产生的多倍体均为四倍体,染色体基数2n=4x=44。生理指标测定结果表明,何首乌同源四倍体株系试管苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和黄嘌呤氧化酶(APX)活性及叶绿素含量等指标均高于二倍体株系。     

应用细胞工程技术选育四倍体龙牙百合的研究

用二倍体龙牙百合鳞片为外植体,培养在添加２,４Ｄ,６-ＢＡ的ＭＳ培养基上,诱导愈伤组织、不定牙与小鳞茎分化,建立了二倍体的体细胞无性系。用浓度０.０２％～０.０５％的秋水仙碱或再加２％～４％的二甲基亚砜溶液处理二倍体小鳞茎、鳞片与愈伤组织均诱导出变异试管苗,通过多代筛选与增殖培养首次获得了变异苗无性系,选育出同源四倍体龙牙百合,其染色体数目为４８（２ｎ＝４ｘ＝４８）。同源四倍体苗粗壮,叶片宽而厚,小鳞茎增殖速度快,小鳞茎所含核酸、蛋白质、氨基酸、淀粉、脂肪、ＡＴＰ及维生素Ｂ２的量均高于二倍体     

同源四倍体水稻受精与胚胎形成过程的观察

激光扫描共聚焦显微术具有“组织与细胞CT”的功能,可以对整体组织进行扫描并构建三维结构。在水稻胚囊发育研究上建立的整体染色透明激光扫描共聚焦显微术辅助D IC法,对同源四倍体水稻广陆矮4号-4x和L202-4x受精和胚胎发育过程进行了研究,描述授粉后不同时段胚囊发育的特点,发现同源四倍体水稻受精、胚胎和胚乳发育过程及特点与正常的二倍体水稻的基本一致,但在不同发育时段中存在无胚、无胚乳胚囊、胚乳吞噬胚、胚胎发育停滞、胚囊退化等异常。2份材料的异常情况存在差异。这些异常均可能导致结实率降低。     

同源四倍体青花菜的核型分析

以四倍体青花菜为材料,采用常规压片法进行核型分析和有丝分裂观察.结果表明:四倍体青花菜核型公式为2n=4x=36=16m+20sm(4 SAT),其中第3、4、7、8对为中着丝粒染色体,第1、2、5、6、9对为近中着丝粒染色体,第6对染色体具随体;核型类型属于2A型,为基本对称型;染色体相对长度组成为2n=36=16 M_2+20 M_1,表明该四倍体青花菜是二倍体加倍得到,为同源四倍体.在部分四倍体根尖中发现非整倍体细胞,其染色体数目变异较大;与二倍体相比,四倍体有丝分裂过程存在双核仁、体细胞配对、染色体桥等异常现象.     

水稻同源盒序列的扩增、分析及染色体定位

广泛存在的同源盒基因家族与生物的发育控制过程有关 .用特异PCR扩增获得同源盒保守序列 ,并通过LM PCR方法获得保守序列的侧翼序列 ,进而对克隆的扩增片段进行序列分析和Southern分析 ,并在水稻的分子连锁遗传图上定位了 6个同源盒序列 .它们分别被定位在水稻第 3 ,4和第 7染色体上 ,在第 3染色体上共定位了 4个同源盒序列 .值得注意的是水稻同源盒序列定位的结果与玉米已知的同源盒基因的定位结果相当符合 .     

植物同源四倍体花器官及种子变异研究进展

由于染色体数目的加倍,植物同源四倍体花器官、雌配子体、雄配子体及种子的表现型均发生了不同程度的变异,与其起源二倍体相比,四倍体的表现型变异主要体现在以下几个方面：花序形态及着生位置呈现多样化;花器官普遍增大,花柱中引导组织欠发达;花芽中核酸含量增加,RNA/DNA降低;雌配子体（胚囊）中卵器、中央细胞、反足细胞形态位置异常或退化,胚囊育性下降;雄配子体（花粉）体积增大、形态多样,且育性下降;种子体积、重量多数呈增加趋势,蛋白含量提高,对NaCl逆境耐受性增强,萌发力下降;种子胚乳发育的异常有不利于种子胚营养供给的趋势,这种趋势会导致胚畸形或退化。     

黄瓜二倍体及其同源四倍体果实转录组分析

果形和糖含量分别是与瓜类蔬菜作物外观、营养及风味密切相关的重要品质性状。为探究黄瓜倍性差异导致果形及糖含量变化的分子机制,以果形和糖含量差异显著的黄瓜二倍体（长果/低糖）和四倍体（短果/高糖）为试材,分别取开花当天和花后9 d的果实进行转录组分析。结果表明,在二、四倍体花后9 d果实中共鉴定到1 874个差异表达基因（DEGs）,其中上调基因818个和下调基因1 056个;GO分析显示,DEGs显著富集在“DNA复制”（GO:0006260）、“DNA代谢过程”（GO:0006259）、“蛋白质复合体”（GO:0032993）、“染色体”（GO:0005694）、“蛋白质二聚活性”（GO:0046983）等GO条目上;KEGG分析表明,DEGs富集在“植物激素信号转导”（csv04075）、“淀粉与蔗糖代谢”（csv00500）等代谢通路上;参与“植物激素信号转导”相关基因AUX1、DELLA、B-ARR、TCH4上调表达,GH3、GID1、PP2C、CYCD3下调表达,以及参与“淀粉与蔗糖代谢”相关基因SPS、SUSY上调表达,可能与果形指数减小和果实糖含量增加有关。荧光定量PCR(...     

甜叶菊同源四倍体离体诱导及鉴定

用不同浓度秋水仙素溶液处理甜叶菊不定芽,诱导同源四倍体,并进行解剖学、染色体鉴定和流式细胞仪鉴定倍性。结果表明:(1)用0.20%的秋水仙素溶液浸泡甜叶菊不定芽12h,同源四倍体诱导率最高,可达32.14%。(2)同源四倍体植株与二倍体(对照)相比,其气孔、叶片等均表现巨大性,且叶片变厚、叶色浓绿、叶片皱缩。(3)对照植株染色体2n=2x=22,四倍体植株染色体2n=4x=44;流式细胞仪倍性鉴定结果显示,对照DNA相对含量为100,四倍体DNA相对含量为200。(4)该研究共鉴定出48株甜叶菊同源四倍体植株,为进行倍性植株的诱导奠定了技术基础,为进一步开展甜叶菊同源四倍体新品种的选育提供了实验材料。     

菘蓝二倍体及其同源四倍体遗传差异的ISSR分析

以1个菘蓝二倍体及其10个同源四倍体株系为材料,利用19个随机扩增ISSR引物分析其遗传差异性,为菘蓝多倍体诱变的基因表达调控以及遗传改良提供依据。结果显示:菘蓝二倍体与其同源四倍体及四倍体之间的ISSR多态性有明显差异,除主要遗传位点相同外,有些四倍体株系扩增条带数多于二倍体,有些四倍体株系扩增条带数少于二倍体,四倍体株系间亦有多态位点;11个株系共扩增111条多态性条带,多态性达55.22%。聚类分析显示,不同四倍体株系与二倍体的遗传差异大小亦不同。研究表明,菘蓝二倍体与其同源四倍体具有中等偏高的遗传差异性。     

植物同源四倍体生殖特性及DNA遗传结构的变异

由于染色体加倍过程中的加倍因素和非加倍因素的影响, 同源四倍体的DNA遗传结构较其起源二倍体产生了变异, 进而导致其表现型发生相应的变异。和其起源二倍体相比, 同源四倍体的表现型变异表现在以下几个方面: 雌雄配子育性降低; 花粉(2n)的体积明显增大; 部分胚囊内卵细胞、助细胞及反足细胞数目有所增减; 自交繁殖过程中, 花粉的萌发及生长速度较慢、花粉管的形态部分畸形、部分极核受精过程及受精细胞(与精核结合的极核或卵)的进一步发育状况异常; 大多数育性或结实率会有不同程度的降低, 但降低的程度有因自交繁殖世代的推移而逐渐减小的趋势; 就一些植物种类而言, 同源四倍体有较好的远缘杂交亲和性。     

桑树二倍体及人工诱导的同源四倍体遗传差异的AFLP分析

利用AFLP（Amplified Fragment Length Polymorphism）分子标记技术,即扩增片段长度多态性,从DNA分子水平探讨二倍体桑（2n=2X=28）与经秋水仙素诱变得到的同源四倍体桑（2n=4X=56）在遗传结构上的差异。根据对供试材料DNA多态性及遗传距离分析,认为经秋水仙素诱变得到的同源4X与2X相比在DNA分子遗传结构上产生一定程度的改变,在种内变异水平上,2X与同源4X桑间的遗传差异小于种间差异。     

桑树二倍体及人工诱导的同源四倍体遗传差异的AFLP分析

利用AFLP(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism)分子标记技术 ,即扩增片段长度多态性 ,从DNA分子水平探讨二倍体桑 (2n =2X =2 8)与经秋水仙素诱变得到的同源四倍体桑 (2n =4X =5 6 )在遗传结构上的差异。根据对供试材料DNA多态性及遗传距离分析 ,认为经秋水仙素诱变得到的同源 4X与 2X相比在DNA分子遗传结构上产生一定程度的改变 ,在种内变异水平上 ,2X与同源 4X桑间的遗传差异小于种间差异。     

白花除虫菊同源四倍体株系花期除虫菊酯含量及农艺性状分析

采用高效液相色谱法测定了16个白花除虫菊[Pyrethrum cinerariifolium（Trev．）Vis．]同源四倍体株系干花中的总除虫菊酯、总除虫菊酯Ⅰ（PyⅠ）和总除虫菊酯Ⅱ（PyⅡ）含量,并分析了16个同源四倍体株系花中总除虫菊酯含量的动态变化规律以及花期的农艺性状。结果表明,管状花开放初期,同源四倍体株系干花中的除虫菊酯含量最高,其中11个株系的总除虫菊酯含量高于二倍体株系且7个株系干花中的总除虫菊酯含量高于1．4％,达到一级花的质量标准。同源四倍体株系的花薹和花序的农艺性状表现出明显的多倍体性状,花薹低,花盘直径大,干花产量高,通过合理密植可以提高同源四倍体株系的干花产量。