鹅观草属天然杂种的形态学及细胞学鉴定

作     者：陈晨 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张海琴

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：鹅观草属 天然杂种 染色体组 形态学分析 原位杂交 

摘      要：小麦族(Triticeae)中不同属、种间的天然杂交现象较为普遍。通过杂交产生同源多倍体和异源多倍体物种,是小麦族物种形成的主要方式。鹅观草属(Roegneria ***.)是小麦族中的异源多倍体,由St和Y染色体组组成,具有优良的牧草性状及较强抗逆性,是优质的牧草育种资源。川西北高原是一个高海拔地区,存在着许多丰富且重要的牧草,如鹅观草属和披碱草属。我们在单株种植川西肃草(***)和林西直穗鹅观草(***)的试验地中,发现一些随机分布的天然杂种。这些杂种在叶片、基生叶叶鞘和茎节的被毛情况上表现出中间性状。本研究以57份天然杂种为研究对象,其中17份来源于川西肃草试验田(命名为RH1-1～RH1-17);40份来源于林西直穗鹅观草试验田(命名为RH2-1～RH2-40)。通过对57份天然杂种的形态学观察、育性分析、核型分析、花粉母细胞减数分裂染色体配对以及原位杂交分析等研究,探讨天然杂种的倍性及染色体组组成,观测杂种优良性状,以期为创制优质牧草品种提供新材料。主要研究结果如下:1.形态学观察:57份杂种长势比周围的其他植物更为强壮,表现出较强的杂种优势。如杂种RH1(128.90±1.27 cm)和杂种RH2(132.68±1.86 cm)株高显著高于林西直穗鹅观草(118.63±1.11 cm)和川西肃草(118.70±1.54 cm);杂种RH1分蘖数(284.18±12.24个)显著高于林西直穗鹅观草(112.00±9.72个),杂种RH2分蘖数(389.63±13.72个)显著高于林西直穗鹅观草(112.00±9.72个)和川西肃草(225.93±15.35个);另外杂种旗叶长和宽,倒二叶长和宽,芒长和穗长,叶片、茎秆茎节和基生叶叶鞘被毛情况上均表现出双亲的中间性状。2.花粉育性分析:杂种的花粉育性较低,17份杂种RH1平均花粉育性为4.17%,变幅为1.01-8.09%;40份杂种RH2平均花粉育性为4.03%,变幅为0.83-13.63%。而杂种亲本川西肃草和林西直穗鹅观草花粉育性基本正常,14份川西肃草平均花粉育性为92.05%,变幅为90.16-94.87%;6份林西直穗鹅观草平均花粉育性为91.61%,变幅为88.47-94.94%。3.结实率分析:小花结实率统计结果表明:杂种结实率低甚至有的不育,杂种RH1平均结实率为2.34%,变幅为0.41-4.50%;杂种RH2平均结实率为1.71%,变幅为0.23-5.59%。亲本结实率较高,川西肃草平均结实率为90.02%,变幅为86.87-94.94%;林西直穗鹅观草平均结实率为92.18%,变幅为90.24-94.58%。4.染色体倍性分析:根尖细胞染色体数目观察发现:所有57份杂种都为四倍体,2n=4x=28。其亲本川西肃草和林西直穗鹅观草也都为四倍体,2n=4x=28。5.染色体配对观察:对花粉母细胞减数分裂观察显示:杂种RH1和杂种RH2平均单价体数目分别为0.98和0.85,变幅分别为0.42-2.00和0-3.45;平均二价体数目分别为13.52和13.59,变幅分别为13.00-13.80和12.95-14.00。其亲本川西肃草和林西直穗鹅观草平均二价体数分别为13.99和13.96,变幅分别为13.86-14.00和13.73-14.00,两者都没有观察到单价体。以上结果表明:杂种出现了不同程度的单价体,染色体配对不完整,导致其花粉育性及结实率较低。6.原位杂交分析:利用St基因组特异的FISH探针St-80检测亲本及杂种是否含St基因组,结果表明:亲本及杂种有14条染色体出现荧光信号,说明它们含有一组St基因组。由于Y基因组供体未知,我们利用含St Y基因组的纤毛鹅观草***的DNA作为探针,鲑鱼精DNA做封阻,对亲本及杂种进行GISH分析结果显示:11份天然杂种及3份川西肃草、2份林西直穗鹅观草的28条染色体均出现荧光信号,说明杂种及亲本均含有St Y基因组。7.综合分析以上结果表明:57份天然杂种都为四倍体(2n=4x=28),均含St Y基因组,花粉育性和小花结实率较低。被发现于种植川西肃草和林西直穗鹅观草试验田内,其可能的亲本来源为川西肃草和林西直穗鹅观草。因亲本材料分布交错、花期一致,通过自然传粉,导致天然杂种的产生,且两亲本材料倍性及染色体组组成一致,造成较高的天然杂交率。