玉米雄性不育系泰玉D2的类型鉴定及不育机理的细胞学研究

作     者：张增川 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高荣岐;孙庆泉

授予年度：2009年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：玉米 雄性不育系 类型鉴定 不育机理 显微观察 

摘      要：试验以泰玉D2雄性不育系(以下简称D2s)、同核遗传背景保持系(以下简称D2m)、相应恢复系(以下简称D2r)、D2r×D2s杂种一代和玉米478-C为材料,采用石蜡切片,从植株、小穗、花药外部形态入手,从小孢子的发育、绒毡层发育等方面探讨了D2s不育性的外形变化;采用PCR技术利用C、S、T 3对特异性引物,对D2s的DNA进行PCR扩增和电泳鉴定,研究了D2s的不育类型和不育机理。主要研究结果如下: 1 D2s植株、小穗和花药的外部形态变化 对D2s、D2m、D2r×D2r的杂种一代的植株、小穗和花药的对比观察发现,D2s和D2m植株在外部形态上基本没有差异,散粉期D2s雄穗花药不外露、不散粉;雄穗分枝常绿,直到最后干枯;D2s相对于D2m小穗瘦小、干瘪,护颖白色透明,内部花药清晰可见;D2s的花药相对于D2m差异更大,瘦小干瘪。对F1和F2代育性分离统计发现D2s受一对恢复基因控制。 2 D2s和D2m及杂种一代花粉粒变化大田育性鉴定D2s的花粉粒在显微镜下观察只有部分碎片,I2-IK染色在显微镜下观察是空白。D2m的花粉粒在显微镜下观察呈圆形,I2-IK染色后发现紫色与黄色花粉粒并存,发现紫色花粉粒占86.06%;D2r花粉粒观察也为圆形,I2-IK染色后,发现花粉粒全部为紫色;F1花粉全部呈圆球型,I2-IK染色发现紫色率占99.93%,极少数为黄色花粉粒。说明D2s的花粉全部不育,D2r能全部恢复D2s的育性。D2s F1代中花粉全部可育,F2群体中可育株与不育株的比例约为3:1,说明D2s的育性恢复受一对主基因控制。 3 D2s和D2m的花药小孢子发育进程 从雌雄蕊原基分化期开始取样至雄穗完全抽出散粉为止,通过石蜡切片的方法观察发现:D2s花药的小孢子在二分体时期孢子母细胞染色较浅;小孢子初始发育期小孢子比D2m的瘦小,且呈不规则的多边形,可见其发育迟缓;小孢子单核期有的小孢子呈萎缩状态,有的成无规则碎片,周缘出现许多大小液泡,胞质分解,细胞核变形,单核后期完全解体;二核花粉期孢子母细胞降解已尽,只有部分碎片,在绒毡层组织的挤压下药室内空间变得很小;花粉成熟期孢子母细胞完全降解。 4 D2 s和D2m的花药绒毡层发育进程 通过石蜡切片观察对比分析发现:二分体时期,绒毡层开始纵向伸长,呈辐射状膨大,绒毡层逐渐液泡化,染色变浅;小孢子单核期,细胞间由于相互挤压绒毡层细胞形状变的不规则且短而粗壮,有的和中层分离;二核花粉期绒毡层细胞大部分已经液泡化,绒毡层加厚呈显著辐射状膨大,径向伸长占据了药腔大部分空间,多数细胞有细胞核,药室的横切面呈扁圆形;花粉成熟期,绒毡层细胞已经彻底液泡化,一圈绒毡层细胞均聚向中间,同时径向伸长占据了药腔所有空间。最后D2s四个药室变为两个大药室,且原来两个小药室的绒毡层和花药外壁连为一体成为一个大药室,绒毡层内部好像又出现了一层组织,同时连接两个大药室的药隔维管束消失,两个大药室像两个哑铃一样背靠背并在一起。 5 PCR分类鉴定 根据细胞质雄性不育系C、S、T的三套特异性引物序列,对D2s的总DNA和线粒体DNA进行PCR扩增,利用电泳技术,均发现在CMS-C引物上有特异条带,且符合扩增片断大小398bp,而T和S引物均未扩增出任何带型。