陆地棉与四个四倍体棉的遗传渐渗及QTL定位研究进展

陆地棉是棉属中最主要的一个栽培棉种,其产量占世界棉花总产的95％以上.我国对于陆地棉的引种、栽培和育种已有百年历史,在陆地棉不断改良的过程中,其遗传基础逐渐变得狭窄.为了拓宽陆地棉遗传基础,近十几年来,我国以及世界棉花基础研究和育种工作者通过有性杂交创建了棉花远缘杂交遗传群体和优异种质资源;与此同时,随着分子生物学的兴...     

四个栽培棉种间的杂种F1细胞遗传学与亲缘关系研究

以棉属四个栽培棉种进行种间杂交,产生(亚洲棉×草棉)和(陆地棉×海岛棉)2个二元杂种F1及其[(亚洲棉×草棉)×(陆地棉×海岛棉)]四元杂种F1,观察和测定4个栽培棉种及其2个二元杂种F1和四元杂种F1的花粉母细胞(PMC)减数分裂的染色体行为及其花粉生活力,以研究4个栽培棉种间的亲缘关系和进化关系。结果表明,二元杂种(亚洲棉×草棉)F1的PMC减数分裂中期Ⅰ出现一个四体环,其余为二价体,染色体构型为2n=26=11Ⅱ 1Ⅳ;花粉生活力的测定表明,(亚洲棉×草棉)F1可育型花粉为50.71%,表现为典型的配子半不育特性,说明两个二倍体棉种间发生一次染色体易位。(陆地棉×海岛棉)F1以26个二价体细胞为主,但有少量的单价体、三价体以及四价体,染色体构型为2n=52=0.78Ⅰ 22.24Ⅱ 0.94Ⅲ 0.98Ⅳ。花粉生活力的测定表明,(陆地棉×海岛棉)F1可育型花粉为54.84%,可见2个四倍体棉种间亲缘关系较近,二者之间仅发生了染色体的易位或倒位。而由4个栽培种合成的四元杂种F1,其减数分裂异常,染色体丢失现象普遍,部分染色体不能联会配对,以单价体的形式存在,并出现三价体、四价体、五价体等多价体,染色体构型为2n=52=5.45Ⅰ 14.41Ⅱ 2.44Ⅲ 1.59Ⅳ 0.63Ⅴ 0.15Ⅵ,其可育花粉为6.87%。研究结果表明了4种栽培棉种之间的亲缘关系相对较近,可以通过遗传重组产生综合有4个栽培棉种性状的新种质。     

转基因棉花的Bt基因流

通过两年实验检测转基因陆地棉品种间和海岛棉与陆地棉种间的Bt基因流.将转基因陆地棉国抗12号种植在12m×12m的样方内,周围分别种植非转基因陆地棉品种中棉所12号和海岛棉品种新海13号,在离转基因棉花不同距离选取样点,采集非转基因棉花种子,利用标记选择基因、Dot朎LISA和PCR扩增检测Bt基因流.结果表明在0～6m内陆地棉品种间显示较高频率的基因流,随着距离的增加Bt基因流降低,最大可达36m;提高样方内转基因棉花纯度,仅增加0～3m内基因流,对较远距离基因流无影响.海陆种间Bt基因流在0～6m内比陆地棉品种间低,但Bt基因流随距离增加下降幅度小,最远达72m.因此,在小规模转基因棉花环境释放实验,可选用同种不同品种棉花作为缓冲隔离带,并讨论了棉花转基因逃离至我国棉属种类的可能性.     

棉属二倍体野生棉与四倍体栽培棉种间杂交的胚珠培养

用棉属二倍体野生种与四倍体栽培种陆地棉杂交及四倍体栽培种海岛棉、陆地棉与二倍体栽培种亚洲棉杂交,以陆地棉自交作对照。将杂交和自交授粉后2天(部分材料为1天)的胚珠在液体培养基上进行飘浮静置暗培养。培养50—70天,7个杂交组合及2个自交品种的胚珠均获得一定频率的胚(包括成熟和不成熟胚)及成熟胚萌发的苗。其中陆地棉与澳洲野生棉、阿拉伯棉、亚洲棉、海岛棉与亚洲棉等4个杂交组合已得到杂种一代植珠。试验结果表明,同一组合的胚珠,在不同的培养基上获得胚的频率和胚萌发率有明显差异;不同组合的胚珠,在同一培养基上培养的结果也不一致。陆地棉X亚洲棉、海岛棉×亚洲棉两个组合授粉后1天的胚珠培养也获得一定频率的胚发育。     

异源多倍体杂种棉的研究

异源多倍体化是植物进化的重要因素之一.棉属植物有四个栽培种,即草棉(Gossypium. herbaceum)2n=2x=20、亚洲棉(G.arboreum)2n=2x=26、陆地棉(G.hirsutum)2n=4x=52、海岛棉(G.barbadense)2n=4x=52.其中四倍体栽培种是由两个二倍体棉种通过种间杂交、自然加倍而来的.四倍体栽培种在生长势、抗逆性以及农艺性状等方面均比二倍体栽培种优越.但是,随着倍性的增加,这种优越性具有一定的限度.因此,研究棉属植物最适染色体倍性,在棉花遗传理论研究与育种实践中,均具有重要意义.     

棉属种间杂交育种体系的创立

长期以来 ,棉花育种一直沿用品种间杂交和系统选育方法 ,由于所有栽培品种都起源于少数共同的原始类型 ,亲缘关系过近 ,遗传基础贫乏 ,至今已难以选出突破性品种 ,而且长期近缘交配 ,还带来严重缺陷 ,如新品种增产幅度不大 ,退化快 ,纤维品质差、抗病虫害等抗性差 ,无法满足生产的需要。棉属中除陆地棉、海岛棉、亚洲棉及非洲棉为栽培种外 ,野生种就有几十种 ,它们分别具有高抗黄萎枯萎病、抗干旱盐碱、抗棉蚜棉铃虫、纤维拉力强等有益性状。多年来,棉花育种家一直希望将野生棉的这些优良性状转到栽培种中,但是 ,棉花远缘杂交育种存在许多…     

棉属八个种（种系）的细胞质对陆地棉花器性状的影响

以具有草棉、亚洲棉、异常棉、长普棉、哈克尼西棉、海岛棉、陆地棉野生种系莲蓬棉、墨西哥野生棉 细胞质的中棉所7号（陆地棉）同核系为材料，研究了异源细胞质对陆地棉花器性状的影响。结果表明， 除哈克尼西棉饱质系为雄性不育、不形成正常花粉外，其余各系育性正常。在单花花药数上，哈克尼西 棉胞质系比陆地棉胞质系（106枚）增加约20枚， 异常棉和亚洲拓胞质系则分别减少到68枚和75枚， 其余各系均在106枚左右。在花蕾形态性状上，哈克尼西棉胞质系较陆地棉胞质系瘦小，亚洲棉和异常 棉胞质系则较之尖削、瘦长。各可育胞质系与陆地棉胞质系在花粉粒形态、大小上差异不大。     

国家棉花种质中期库(安阳)

<正>国家棉花种质中期库依托于中国农业科学院棉花研究所,1979年始建,目前所用种质库为2001年重建,2002年投入使用,库房面积50m~2,库容1万份,2011年6月又建成一座集干燥、冷藏于一体的现代化种质库,库房面积300m~2,库容4万-5万份,2012年开始投入使用。中期库库温为0℃±2℃,相对湿度50%±7%,种子可安全保存15年。目前棉花种质资源中期库有专职研究人员8人,其中研究员1人、副研2人。国家棉花中期库根据国家整体需求,负责收集国内外棉花种质资源、经整理、鉴定评价、繁殖更新、入库保存和向全国棉花育种、生产等单位分发利用。截至2013年11月,国家棉花种质中期库共保存来自世界53个产棉国棉花种质资源9682份,其中陆地棉8282份、海岛棉836份、亚洲棉546份、草棉19份。近5年发放种质12634份次。     

棉花资源收集、保存、评价与利用现状及未来

截至2010年12月,国家棉花种质中期库共保存棉花种质8868份,保存数量居世界第4位,其中陆地棉7362份、陆地棉野生种系350份、海岛棉633份、亚洲棉433份、草棉18份、野生种32份。共编目8503份,上交数据信息系统7527份,入长期库合格7298份,未能入长期库保存种质2194份。完善了繁殖更新技术,繁殖更新种质6550份,2001-2010年,共向704人次提供11507份棉花种质,年均1150份。2007-2010年对330份优异种质在河南安阳、江苏南京、新疆库车进行了精准鉴定,并进行了优异种质展示。近十年,创造了不同基因源且具有优质、专用、多抗、高产、高效等多个重要性状的优异基因聚合的新种质32份,并分别对12份棉花优异种质,从形态学、系谱和分子标记等方面进行了基因源和利用价值的分析,并定位相关基因。用简单重复序列(SSR)、EST-SSR、AFLP等分子标记,结合一种新方法"十进制数字串条形码",构建了优异种质特有的"分子身份证"。     

棉花胚珠中的miRNA调控

棉花是世界上最重要的经济作物之一,棉花胚珠表皮细胞特化形成的超长表皮毛即为棉纤维[1,2].棉纤维是人类用以遮身蔽体、御寒保暖的衣物之源.棉花属于锦葵科棉属,共有4个栽培种,即陆地棉(Gossy-pium hisutum)、海岛棉(Gossypium barbadence)、亚洲棉(Gossypium arboreuw...     

论我国棉花育种的基础种质

自1918年我国引进美国脱字棉开始,到2000年止,我国共育成陆地棉品种1376个,海岛棉品种59个.按系谱及优良种质衍生品种的数量分析,我国品种可追溯到54个基础种质,其中海岛棉7个.按照引进时间和育成年限,可将陆地棉分三期基础种质,海岛棉分为二期基础种质.近百年来,这些基础种质对我国棉花育种和生产发展起了非常重要的作用.     

陆地棉和海岛棉染色体组型比较

棉花染色体组型的研究,已有人做过工作,如Eduards曾研究了草棉(Gossypium nerbaceum var.africanum)2n=26和两种澳大利亚野生棉(G.bickii;G.sturticanum)2n=26染色体组型;陈瑞阳、聂汝芝、李懋学等人均在这方面做了工作。我们也对陆地棉(G.hirsutum)和海岛棉(G.barbadense)进行了核型分析,结果如下:     

棉属A染色体组的核型研究

本文报道了棉属A染色体组3个种(变种)的核型,阿非利加棉和草棉的核型公式均为20m+4sm(2sat)+2st(2sat),亚洲棉的核型公式为22m+2sm(2sa t)+2st(2 sat)。平均臂比和染色体长度比分别是:阿非利加棉1.63和1. 73,草棉1.87和1.74,亚洲棉1.58和1.62。其随体均大而明显,数目和位置相同。3个种(变种)的核型同质性与其分类学上同归于A染色体组是一致的。阿非利加棉和草棉的亲缘关系比二者与亚洲棉的密切,但它们存在核型构成的差异,这些差异同时也证实了系统演化史上阿非利加棉先于草棉的论点。     

基于棉花参比种质的SSR多态性核心引物筛选

棉花品种间遗传多样性的评价和遗传图谱构建都需要大量多态性的SSR标记。本研究通过构建棉花参比种质(panel), 高效快速地筛选出棉花多态性核心引物。本实验选用12份表型性状和遗传差异较大的棉花种质作为参比种质, 对来自Cotton Microsatellite Database (CMD)网站上 (http://www.cottonssr.org) 的5,914对棉花SSR引物进行了PCR扩增。结果表明: 在不同棉种间多态性的引物有4,800对, 约占有效扩增引物(5,300对)的90.6%; 能区分不同品种间差异的引物大约有500对, 占有效扩增引物的9.4%。我们推荐其中319对扩增效果好、条带清晰的引物作为棉花种质资源鉴定和分子指纹分析的核心引物, 其中277对能把陆地棉品种间的差异鉴别出来。此外, 我们还找到了在陆地棉、海岛棉及亚洲棉三大栽培棉中都有差异的13对共同SSR引物, 建议作为分子指纹分析和种质鉴定的首选引物。本研究公开了319对核心SSR引物及其多态性信息, 有利于规范引物筛选程序、提高引物筛选效率, 对棉花种质资源的遗传多样性分析、指纹图谱构建, 以及种子真伪性和纯度的鉴定等都具有现实意义。     

田间条件下海岛棉和陆地棉花铃期叶片光保护的机制

研究海岛棉(Gossypium barbadense)和陆地棉(G. hirsutum)两个棉花栽培种的光合作用特性, 探讨两个栽培种光合机构的光抑制以及防御保护机制, 以期为新疆棉花高光效品种选育和高产高效栽培实践提供理论基础。在新疆生态气候条件下, 系统测定了海岛棉和陆地棉的叶片运动、叶片接受光量子通量密度(PFD)、叶片温度、叶绿素荧光参数、气体交换参数和光呼吸速率的日变化。研究结果表明: 陆地棉叶片的“横向日性”较强而海岛棉较弱, 导致海岛棉叶片接受PFD较低, 但其叶片温度较高。海岛棉叶片的光合速率和气孔导度均显著低于陆地棉。在8:00-10:00 (北京时间, 下同)海岛棉叶片的光呼吸速率略低于陆地棉, 其余时间段海岛棉和陆地棉叶片的光呼吸速率相似。不同栽培种间, 叶片的最大光化学效率和实际光化学效率的日变化均无明显差异。除14:00-16:00以外, 海岛棉叶片的表观电子传递速率和光化学猝灭系数均显著低于陆地棉。8:00以后, 海岛棉叶片的非光化学猝灭显著高于陆地棉。因此, 在新疆生态气候条件下, 海岛棉和陆地棉叶片“横向日性”运动能力和气孔导度的差异导致叶片所处的光温环境不同, 同时造成海岛棉叶片的碳同化能力较低。为阻止光合电子传递链的过度还原, 减轻光合机构的光抑制, 陆地棉叶片主要通过光合机构的电子流途径耗散激发能, 而海岛棉叶片通过热耗散途径和相对较高的光呼吸能力来耗散激发能。     

建国以来我国棉花品种遗传基础的分子标记分析

采用MPD分子标记、遗传距离和聚类分析方法,研究建国以来我国有代表性的166个棉花主栽品种(或品系)的遗传多样性。41个RAPD标记Nei’s遗传距离(GD)与两组不同来源实验数据的表型性状欧氏距离(UD)间相关系数分别为0．6445(n＝1770)和0．7078(n＝7140),表明RAPD可以揭示棉花品种间遗传差异。通过对不同棉种、不同品种类型、不同时期、不同种植区域和不同来源的棉花品种(系)遗传差异的比较,探讨我国棉花品种的遗传基础。各层次上遗传差异的比较表明：在我国主栽棉花品种中,海岛棉品种遗传基础窄于陆地棉品种;我国自育陆地棉品种的遗传基础窄于国外引进品种;杂交陆地棉品种的遗传基础窄于常规品种;上世纪80年代以后陆地棉品种遗传基础窄于70年代品种;长江棉区品种遗传基础窄于黄淮棉区品种,西北内陆棉区品种窄于长江棉区品种。启示我们如何在我国棉花育种的全局和不同层面上把握和制定拓宽棉花育种遗传基础的策略和手段,并为进步深入探讨建国以来我国棉花品种遗传改良规律打下基础。     

四川省棉花品种现状分析

对1985～1996年四川省棉花品种区域试验资料的分析结果表明：在近10年间四川选育的棉花品种单产水平有较大提高,但纤维品质的改良进展较缓慢,分析其原因,主要是亲本间亲缘关系较近,亲本组配以品种间杂交为主,对海岛棉、亚洲棉及其衍生材料等未能充分利用。要选育优质、高产、抗逆性强的棉花品种,应加强对棉花资源材料的研究,拓宽育种亲本的利用范围,利用现代生物技术与常规育种技术有机结合,加快品质育种进程,培育出具有突破性的品种是当务之急。     

海岛棉和陆地棉叶片光合能力的差异及限制因素

研究海岛棉和陆地棉两个栽培种间叶片的光合特性及组织解剖结构特性,揭示不同棉花栽培种叶片的光合能力的差异,探讨如何进一步提高海岛棉的光合物质生产能力,以期为高光效棉花品种选育和高产高效栽培实践提供理论基础。在新疆气候生态条件下,选用北疆棉区有代表性的海岛棉品种新海22号和陆地棉品种新陆早13号为试验材料,分别测定了两棉花栽培种叶片的净光合速率（PN）、气孔导度（Gs）及叶片温度的日变化,PN-PPFD（光量子通量密度）响应曲线,PN-Ci（胞间CO2浓度）响应曲线以及叶绿素含量、叶片面积、比叶重和地上部生物量等指标,并观察了叶片的形态解剖结构特性。研究结果表明,当新陆早13号叶片被固定于水平方向上以后,日进程中新海22号的叶片温度显著高于新陆早13号。在上午和下午光强较低时,新海22号和新陆早13号的PN和Gs无明显差异;12:00h至16:00h（北京时间,下同）,新海22号叶片的PN和Gs均显著低于新陆早13号。新海22号和新陆早13号叶片的PN-Ci响应曲线无明显差异。新海22号叶片的Pmax（最大光合速率）低于新陆早13号,而两者的AQY（表观量子效率）无显著差异。新海22号叶片的栅栏组织厚度、比叶重和生物量均显著低于新陆早13号,而叶绿素含量和叶片面积均显著高于新陆早13号。因此,田间条件下,海岛棉叶片的实际光合能力低于陆地棉,但两者具有相似的光合潜力。气孔导度是导致海岛棉和陆地棉叶片实际光合能力存在差异的重要原因,而栅栏组织较薄限制了海岛棉叶片光合潜力的进一步发挥。     

广西南部宿生陆地棉的产量构成因素及其通径分析

棉花宿生栽培对于雄性不育系的多年生保持和杂交制种,固定杂种优势、加速杂种优势利用和保存种质资源具有重要意义。探讨陆地棉宿生栽培的产量构成因素及其对产量形成的影响,为陆地棉宿生栽培提供理论依据。采用随机区组设计,对三年生、二年生宿生陆地棉的产量构成因素及其对产量形成的影响进行比较研究。结果表明:与一年生棉比较,宿生棉单位面积总铃数明显增多,多数品种的单铃重无明显变化,衣分变化因品种而异。三年生和二年生各因素对产量影响的趋势一致,总铃数影响最大,衣分影响次之,两者主要是直接影响;单铃重通过总铃数的间接影响较大。一年生各因素对产量影响略有不同。宿生栽培的总铃数明显增多,是增产的主要原因,同时应选择衣分高、受宿生年限影响小的品种。     

用同工酶和RAPD技术研究棉花三元杂种石远321新品种的遗传特性

石远321是从海岛棉×野生色伯氏棉×陆地棉三元杂种后代中选育而成的种间杂交新品种。其细胞学鉴定结果、形态学基本特征以及栽培特性均为陆地棉型。但在丰产性、棉纤维品 质及抗逆性等许多农艺性状和经济性状方面,该品种明显综合了多棉种多亲本的遗传特性。为了从分子水平上认识石远321的三元杂种性质及其变异水平,用等电聚焦电泳和RAPD技术,对石远321及其不同棉种亲本进行了遗传分析。主要结果如下（1）酯酶同工酶图谱分析表明,石远321与其野生棉亲本和海岛棉亲本同具有一条陆地棉亲本所没有的特异带;（2）用4个引物对石远321扩增共发现6个野生棉亲本和海岛棉亲本的特征片段;（3）通过比较石远321与其3个不同棉种亲本之间的RAPD差异,说明石远321在基因组水平上具有高度的遗传异质性。初步从分子水平上证实了石远321为上述3个棉种的种间杂交后代。