枣树雄性不育和胚败育研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 60次 | 上传用户:Dream_624727
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为解决枣树杂交育种的两个关键性障碍——人工去雄困难和胚败育严重,以冬枣和临猗梨枣等多个品种为试材,在调查筛选枣树自然群体中花粉和胚败育品种(类型)的基础上,从细胞学和生理生化水平上揭示枣树雄性不育和胚败育的机理,并初步进行了胚轻度可育品种“雄性不育1号(MSN1)”的胚培养,获得了再生植株。主要研究结果如下: 1I2-IK和TTC染色法鉴定的枣树花粉育性与离体培养结果显著正相关。I2-IK染色简便易行,可用于大量群体花粉育性的快速初筛;离体培养法适宜用来进一步验证染色观察结果。 2枣树品种间花粉育性差异显著。根据I2-IK花粉染色鉴定结果,枣树不同品种的花粉育性呈近似正态分布,但分布向低育性方向偏移。枣树品种可划分为花粉高度可育(花粉生活力≥54%)、中度可育(43%≤花粉生活力<54%)、可育(28%≤花粉生活力<43%)、中度不育(17%≤花粉生活力<28%)、和高度不育(花粉生活力<17%)五类。 3枣树花粉育性在花期不同阶段和单花开放不同阶段及枣吊不同部位存在差异。在长达2个多月花期中,初花期至盛花初期花粉育性最高;在同一个枣吊中,以中部节位花的花粉育性最高;在单花的不同发育阶段,以萼片展平期的花粉育性最高。 4根据花药的细胞学观察和花粉离体培养,枣树雄性不育品种有两种类型:一种是花粉功能缺陷型,即花药含有花粉,但花粉高度不育,如冬枣(花粉发芽率低于3%);另一种是花药空囊型,即小孢子在发育后期聚集解体,黄蕾期花药空瘪,花粉粒仅见残迹,如新发现的雄性不育材料“雄性不育1号(MSN1)”和“雄性不育2号(MSN2)”。 5不同花粉育性品种间花蕾中的激素、营养成分和酶的活性存在明显差异。花粉高度不育品种冬枣自黄蕾期乙烯开始积累,在初开期和辦离期出现两次高峰,其值大于花粉可育品种湖南鸡蛋枣。自黄蕾期后,冬枣Z含量始终低于鸡蛋枣,辦离期后均检测不出。冬枣GA含量黄蕾期后下降,初开后回升,萼片展平期出现最大值,但低于湖南鸡蛋枣。此外,冬枣单花初开至萼片展平期蛋白质、脯氨酸、还原糖和总糖含量及POD活性均低于同期的鸡蛋枣。同一品种单花不同发育阶段花蕾中的激素、营养成分和酶的活性存在明显差异。花粉可育品种湖南鸡蛋枣单花乙烯释放量在花粉育性最高的萼片展平期维持较低水平。GA含量在花粉育性最高的萼片展平期出现最大值。Z和Z/CA虽然从黄蕾期开始下降,但初至萼片展平期仍维持较高水平。冬枣花粉育性最高的初开期花蕾Z/GA和乙烯释放量出现最大值,Z含量也维持较高水平,但GA含量出现低值。此外,湖南鸡蛋枣花粉育性最高的萼片展平期总糖、POD和CAT活性、蛋白质和脯氨酸含量出现峰值。而冬枣花粉育性最高的初开期总糖、还原糖、脯氨酸含量和CAT活性出现峰值。以上结果表明,枣树雄性不育与单花激素、营养成分和酶的活性有关,冬枣花粉高度不育与其单花早期乙烯的异常累积及GA和Z亏缺有关。 6枣树品种普遍存在严重的胚败育问题,不同品种的含仁率呈向低值方向的偏态分布。根据硬核后的观察结果,枣品种可分为胚高度可育(含仁率)50%)、中度可育 (35W0共含仁率<50%)、轻度可育(20%簇含仁率<35%)、中度败育(5%蕊含仁率<20%)、高度败育(含仁率<5%)五类。“雄性不育1号”属于胚轻度可育品种,其胚珠在果实硬核前后生长迅速,硬核前后为败育关键时期。梨枣属于胚高度败育品种. 7在胚轻度可育品种“雄性不育1号”的正常种子发育过程中,早期Z含量较高并持续下降;工AA和GA在硬核前上升,工从含量高于GA,硬核期后两者均下降,但后期GA回升;Z/I AA、Z/GA持续下降,I从/GA在硬核前后出现两峰值,且大于果肉。ABA在种子发育中后期开始累积,含量大于同期果肉。硬核前冬枣、“雄性不育1号”和梨枣果实不同部分Z、GA和工AA含量由高至低是种子、无种子果肉(胚退化)和有种子果肉。仅在高度败育品种梨枣种子和有种子果肉中检测到了ABA。硬核后“雄性不育1号”和梨枣无种子果肉Z、GA、工从和ABA含量大于有种子果肉。胚发育后期“雄性不育1号”正常的果肉和种子、含瘪种子果的果肉和瘪种子、无种子果的果肉比较显示,瘪种子Z含量及Z/GA异常增大。此外,与有种子果肉相比,“雄性不育l号”无种子果肉N、P、Ca、Fe、Mn和Cu在硬核期异常累积,而梨枣无种子果肉内较“雄性不育1号”含更高量的N、P、Ca、Fe、Cu、Mn。由以上结果分析,枣树胚败育与激素和营养条件有关。果肉内激素含量过高,营养竞争占优势,造成果实速长期胚珠养分供应亏缺可能是早期种胚败育的原因,而Z含量及Z/GA异常增大,可能是后期瘪种子形成的原因。 8胚发育时期是枣胚培养成功的关键,极早期幼胚难以培养。“雄性不育1号”硬核期以前幼胚离体发育中途败育,未获得完整植株。后期胚易于培养,成苗率达到33%。剥去珠被接种可以有效克服早期幼胚培养中的褐化问题。
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