K型小麦花粉粒内壁及ATP酶活性与雄性不育的相关性

运用电镜和细胞化学标记技术,研究比较了K型雄性不育系与其保持系花粉粒内壁发育过程中的超微结构和ATP酶活性变化。结果表明,保持系和不育系花粉粒内壁的发生均从花粉第一次有丝分裂后开始,发育初期2种类型的花粉粒质膜上均具有ATP酶活性反应。随着内壁的加厚,保持系花粉粒质膜上的ATP酶活性增加,当内壁加厚到一定程度时,内壁中形成膜性结构的管状通道,在管状通道中具显著的ATP酶活性反应;其成熟花粉粒萌发孔区的细胞质隆起,孔盖被推出,内壁和周围组织具极显著的ATP酶活性反应。不育系花粉粒随着内壁的加厚,质膜上的ATP酶活性变化不明显,内壁比保持系的厚,没有正常的管状通道的形成和ATP酶活性反应;萌发孔区细胞质隆起不明显,孔盖内陷,内壁和周围组织没有ATP酶活性。分析认为,K型小麦雄性不育花粉粒内壁结构的这种畸形变化及ATP酶活性反应的差异,可能是造成花粉粒败育的重要因素。     

杀雄剂SQ-1诱导小麦雄性不育花粉粒差异蛋白质组学研究

采用固相pH梯度/SDS-PAGE双向凝胶电泳对经杀雄剂SQ-1处理和未处理的小麦(Triticum aestivum)成熟期花粉总蛋白质进行了分离, 银染显色, 获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱. 通过PDQuest 2DE图像软件的分析, 在等电点4～7之间可识别350个以上较为清晰的蛋白质点, 其中差异表达明显的蛋白质点数为21个. 将11个差异点采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱进行了肽质量指纹图谱分析, 采用Mascot软件在Swiss-prot数据库查询, 鉴定出了7个蛋白质, 它们分别是液泡转化酶、动力蛋白轻链TCTEX-1、锰超氧化物歧化酶、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶、抗坏血酸过氧化物酶、凝集素蛋白激酶和一种未知功能的蛋白. 对已知蛋白的功能进行分析, 推测杀雄剂SQ-1诱导小麦雄性不育可能与能量代谢失衡、淀粉合成受抑制、活性氧积累、细胞凋亡以及花器官发育调节基因作用失控等有关.     

几类异质小麦雄性不育系育性恢复性的细胞遗传学研究

系统调查了4类异质(粘果、易变、偏凸、二角山羊草细胞质)1BL/lRS、非1BL/1RS小麦雄性不育系与其恢复系杂种F减数分裂中期Ⅰ出现单价体细胞频率,以及后期Ⅰ出现落后染色体和染色体桥细胞频率,并对中、后期染色体变异率与杂种F自交结实率进行了相关分析.结果表明(1)1BL/1RS型杂种在中期Ⅰ、后期Ⅰ染色体变异率要明显高于非1BL/1RS杂种;(2)4类异源细胞质在非1BL/1RS杂种中有着明显提高单价体细胞频率的作用;(3)在1BL/1RS杂种中,1B@1BL/1RS杂合核型染色体联会松弛,对单价体频率的影响远大于异源细胞质的影响;(4)1BL/1RS型杂种自交结实率与中期出现单价体细胞频率不直接相关,而与后期出现落后染色体和染色体桥细胞的频率呈高度负相关;(5)非1BL/1RS型杂种在减数分裂中、后期染色体行为相对稳定,易恢复且恢复度高,很有实际利用价值.     

杂交小麦品质改良技术体系的建立

利用生化标记辅助选择与温室加代回交育种相结合的方法,将优质高分子量谷蛋白亚基14＋15与5＋10的基因分别导入和聚合到高产杂交小麦‘西杂一号’亲本,用含有目标亚基的杂交小麦亲本组配杂交组合,获得含有单个优质亚基144-15、5＋10和聚合这两种优质亚基的‘西杂一号’,在保持原品种高产性状的同时提高了其HMW-GS组成品质评分,有望实现杂交小麦高产优质。     

几类异质1BL／1RS小麦雄性不育系诱导孤雌生殖性的研究

系统调查了4种异质（即偏凸,粘果,易变和二角山羊草细胞质）1BL/1RS小麦雄性不育系与其一系列异质同核系,同质异核系,异质异核系杂交,回交世代诱导孤雌生殖性的遗传变异规律,染色体分裂行为和对外表现特点,结果表明：1、异源细胞质与小麦1BL/1RS核型专一互作,有着消弱同源染色体配对,提高中期单价体细胞率的作用;2、特定细胞质背景下,专一核型内细胞单价体频率高低与诱导孤雌生殖性的频率直接相关;3、1BL/1RS易位染色体中易位片所存在系列差异以及1BL/1RS易位染色体外基因型背景不同,诱导孤雌生殖性的频率明显不同;4、提高或抑制不同杂交,回交世代间孤雌生殖频率,不育系母本或不同基因型父本有着同等重要的作用。选择最佳父母本组合杂交可明显提高或降低后代群体中的孤雌生殖性频率。     

小麦高分子量谷蛋白亚基效应的比较研究

采用SDS-PAGE方法,通过对5个亲本间杂交获得的F2群体每一单株的F3籽粒样本及其亲本进行小麦高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）组成分析,并对每一F2单株上F3籽粒群体的高分子量谷蛋白亚基组成与其籽粒蛋白质含量、SDS-沉降值的关系进行研究,分析比较黄淮麦区出现频率较高的7个亚基或亚基对的品质效应。结果表明：小麦高分子量谷蛋白亚基组成不同群体间籽粒的蛋白质含量和SDS-沉降值基本达到显著或极显著水平。优质亚基表现为：1、7＋8、14＋15和5＋10亚基。因此,黄淮麦区小麦育种应加强对这些优质亚基的引入和利用,特别是对14＋15和5＋10亚基的引入和利用。     

小麦粘类雄性不育系生化标记及小孢子细胞色素氧化酶同工酶研究

对4种同核异质小麦粘类非1BL/1RS雄性不育系、保持系和恢复系的幼苗叶片、乳熟期籽粒以及不育系、恢复系和F1小孢子发育四分体至三核期花药进行了细胞色素氧化酶（COD）同工酶聚丙烯酰胺凝腔电泳（PAGE）分析。结果表明：（1）幼苗叶片COD同工酶谱带可以标记4种不育系和保持系;乳熟期籽粒COD同工酶谱带可以将4种不育系、保持系及恢复系区别开。（2）COD在不育系小孢子败育时或败育之前（单核到二核期）酶量降低,面在三核期酶量升高。（3）相同胞质背景下引入不同核恢复基因或不同胞质背景下引入桢核恢复基因,F1小孢子COD同工酶谱带之间有差异。可以将不同发育时期COD同工酶谱带作为鉴别1种不育系以及不育系、保持系、恢复系（“三系”的可靠生化标记）。     

陕西关中地区杂种小麦强优势组合优势型研究

选用在陕西关中地区表现优良且某一农艺性状表现突出的11个冬小麦品种(系),根据农艺性状分为大粒型、多穗型、穗重型和中间型4类,组成6种NCII杂交组合模式,研究不同组合模式的杂种优势,探讨根据农艺性状划分杂种小麦亲本优势型在杂种小麦强优势组合选配中的应用.结果表明:在所组配的6种组合模式中,以大粒×多穗型组合模式表现突出,其杂种优势、超亲优势和超标优势均明显高于其它组合,分别达到了59.9%、37.1%和22.5%,因此,依据杂种小麦亲本农艺性状进行亲本优势型划分可以作为杂种小麦亲本选配的依据之一.在陕西关中地区以大粒×多穗型为杂种小麦强优势组合组配模式.     

GENESIS诱导小麦雄性不育性与花药组织呼吸关系的初步研究

对小麦小孢子发育的各个时期,经GENESIS处理的和未处理的植株花药的总呼吸活性(Vt)、细胞色素途径呼吸活性(ρ′Vcyt)和交替途径实际呼吸活性(ρValt)进行了比较研究,结果表明,在各时期,处理植株花药的Vt呼吸均低于未处理植株,尤以单核期最为明显;在小孢子减数分裂期、四分体期和单核期,处理小麦植株花药的ρ′Vcyt均明显降低,而在小孢子减数分裂期和四分体期ρValt出现明显升高。结论认为,由呼吸过程中电子传递途径运行的改变而造成处理植株花药呼吸代谢的紊乱,可能是GENESIS诱导小麦雄性不育发生的重要原因。     

基因芯片分析杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育的基因差异表达

为揭示小麦生理型雄性不育的分子机理,更好地为小麦杂种优势利用提供理论依据和技术支撑,本研究以SQ-1诱导的西农558生理型雄性不育的花药为试验材料,以未经SQ-1处理的西农558的花药为对照,利用基因芯片技术对两者的基因表达差异进行了分析,并对部分基因运用半定量PCR技术进行了验证.结果表明,在55 052个转录本中, 两材料间差异表达的转录本有2 052条, 其中1 294个基因表达上调,758个基因表达下调.功能分类表明这些基因主要参与了毒性物质响应、逆境响应、多糖代谢及信号转导等重要生命过程.为验证芯片数据的可信性, 利用cDNA半定量 PCR 法对11个差异表达显著的基因(Ta.116, Ta.5629, TaAffx.122333, Ta.30726, Ta.13682, Ta.4057, Ta.4101, Ta.4139, Ta.11957, Ta.25934, Ta.27552) 进行验证.结果证明,无论是上调表达的还是下调表达的基因,其表达模式都与基因芯片的检测结果的一致.这些基因可作为育性相关候选基因开展下一步研究.