甘蓝型油菜与西洋菜的族间杂种合成及遗传分析

发布时间：2020-09-17 20:14

　　通过远缘杂交可以研究物种间的亲缘和进化关系、还可创建新的种质资源。西洋菜(Nasturtium officinale R.Br.,别名豆瓣菜)为芸薹科(Brassicaceae)豆瓣菜属的多年生水生草本植物,可药用与食用,为油菜耐渍性改良的优异资源。本论文进行了甘蓝型油菜(Brassica napus L.)与西洋菜的族间有性杂交,并对杂种及其后代进行了形态学、细胞学、分子生物学和脂肪酸组分分析,研究结果如下:1.杂种及其后代的形态学以三个不同来源的甘蓝型油菜材料为母本、西洋菜为父本,进行大量人工去雄授粉后结合幼胚培养,获得6株表现一些父本性状的F1杂种植株(F1-NSA、F1-2、F1-19、F1-32、F1-33、F1-209),与母本相比它们的株型都偏矮小、花也明显变小,花粉育性范围在51.5%-80.0%,平均值65.9%。杂种F1-NSA产生的后代中出现雄蕊不育的花,盛花期不育花比例可达83.0%,同时还有花瓣数量变异的植株,其中5瓣的居多,最多可达7瓣,且雄蕊不育和花瓣数量随时间和环境发生改变;后代中89.7%的植株育性高于杂种。杂种F1-32自交后代出现表型分化,株高和花体积变异大,有的植株柱头先露十分严重、且只有4枚雄蕊。杂种F1-209的自交后代保留叶脉、茎秆、角果紫红色性状;一半以上的F3植株花瓣出现触须状或片状突起,同时还有多花瓣或少于4瓣的性状。2.杂种及其后代的细胞学根据统计的体细胞染色体数目将6株杂种分为三类:第一类2n=32-38,第二类2n=29,第三类2n=25-29。观察了6株杂种终变期花粉母细胞(PMCs)的染色体配对及后期Ⅰ的分离情况,第一类以19II配对及19:19分离为主,第二类和第三类有多种配对构型,但以15:14分离为主。这些杂种减数分裂后期Ⅰ、ⅡPMCs中均出现异常分裂,其比例与花粉育性相关。主要对杂种F1-NSA后代进行细胞学分析,统计的10株NSA-F2代的体细胞染色体数目范围在32-38条,与杂种F1-NSA相同,且均为混倍体;在NSA-F2代的PMCs中染色体主要配对成19Ⅱ(46.2%),以19:19、19:18、19:17三种分离方式为主(70.4%)。3.杂种及其后代的AFLP分析AFLP分析表明,在6株杂种中除母本带型外均扩增出3种特异的多态性条带:父本西洋菜特异带、相对于双亲的新增带和母本油菜的缺失带,新增带比例最高,平均比例为6.4%(35.7条),缺失带平均比例为2.6%(14.5条),特异带所占比例最低,平均比例为1.4%(7.8条)。杂种F1-2、F1-19、F1-32、F1-33有大量相同的多态性条带,特别是新增带。在10株F1-NSA的自交(8株)和回交(2株)后代中均扩增出3种多态性条带,且每对引物都能扩增出10株杂种共有的多态性条带,相同特异带为20条(占共有的76条多态性条带比例为26.3%)、相同新增带达47条(61.8%)、相同缺失带9条(11.8%)。4.杂种及其后代的脂肪酸组分西洋菜的芥酸(21.49%)及二十碳烯酸含量显著比油菜亲本的高。检测的两个杂种F1-NSA、F1-209自交及回交后代的脂肪酸组分与油菜亲本的相似,没有明显的变化。综合上述结果,本研究获得的甘蓝型油菜与西洋菜的族间有性杂种为非预期杂种,即不含有双亲配子染色体之和的染色体数及组成;这可能是由于在杂种胚与植株的发育过程中发生了父本染色体的部分消除,只保留了少量的染色体与片段,并且有染色体片段整合到甘蓝型油菜染色体上。由此,不同的杂种植株具有不同的染色体数及遗传组成,表现不同程度的父本特性;经自交与回交后,快速选育到育性较好的甘蓝型油菜渗入系。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S565.4
【部分图文】：

西洋菜,杂种F1代,植株形态,甘蓝型油菜

叶色深绿色，叶片形状偏向父本（图 2 D）；其花也明显比母本小，花色浅（图2 E）。杂种 F1-2、F1-19、F1-33 株型都十分矮小，花明显比母本油菜小，其中 F1-2、F1-19 的嫩茎、嫩叶片的叶脉和早期角果均为紫红色，与父本西洋菜相似（图 2 E, F）。杂种 F1-33 分枝少，叶片和杂种 F1-NSA 相似，与母本叶片相比，叶片厚而又弹性，叶色深绿，但叶裂比杂种 F1-NSA 要少而浅，幼苗期就表现出这些性状（图 2 G），杂种自由授粉所结角果都十分短粗，平均每角长 3.10cm。杂种 F1-32 植株虽然矮小，但分枝特别旺盛，叶片颜色浅绿、叶型偏大，自交角果平均每角粒数为 3.0 粒,每角长为 2.73cm。杂种 F1-209 株型矮小

形态图,花朵,植株,形态

28图 4 第 3 代植株的花形态A:F2-7 自交后代花朵。 B: F2-26 自交后代花朵。C: F2-7 正交后代（BC1F’1）花朵。D: F2-7 反交后代（BC’1F’1）花朵。E1,E2: 花瓣上有片状突起的花朵。F1,F2: 花瓣上有触须状突起的花朵。G1,G2: 两片花萼、两片花瓣的花朵。H1,H2:三片花萼、三片花瓣的花朵。I1,I2: 多花瓣花朵。（E-I 都来自 BC1F1-54 自交后代）标尺：1cm。Fig. 4 Flower phenotype of third generation plantsA: Flower of F3from F2-7 selfing. B: Flower of F3from F2-26 selfing. C: Flower of BC1F’1from back-crossing of F2-7as male parent. D: Flower of BC’1F’1from back-crossing of F2-7 as female parent. E1, E2: Fower with flakes on itspetals. F1, F2: Flower with tentacles on its petals. G1, G2: Fower with two calyxes and two petals. H1, H2: Flowerwith three calyxes and three petals. I1, I2: Flower with Poly-petal. (E-I from BC1F1-54 selfing) Bar:1cm.

子房,染色体数目,杂种F1,细胞

图 5 杂种 F1-NSA 和 F1-33 子房中不同染色体数目的细胞A1-A4: 为杂种 F1-NSA 子房中不同染色体数目的细胞。A1: 染色体数为 38 条的细胞。A2: 染色体数为 35 条的细胞。A3: 染色体数约为 70 条的细胞。A4: 染色体数为 15 条的细胞。B1-B2 为杂种 F1-33 子房中不同染色体数目的细胞。B1: 染色体数为 28 条的细胞。B2: 染色体数为 29 条的细胞。标尺：10μm。Fig. 5 Different chromosome numbers in ovary cells in F1-NAS’s and F1-33’sA1-A4: F1-NAS’s ovaries. A1: Cell with 38 chromosomes. A2: Cell with 35 chromosomes. A3: About 70 chromosomesof cell. A4: Cell with 15 chromosomes. B1-B2: F1-33’s ovary. B1: Cell with 28 chromosomes. B2: Cell with 29chromosomes. Bar: 10μm.3.2.1.2 杂种 F1代的花粉母细胞减数分裂终变期 PMCs 染色体配对情况只统计了 F1代中的第一类杂种，即 F1-NSA 和F1-209。两株材料中均是以 19Ⅱ配对方式为主，占统计总数的 56.6%，18Ⅱ+2Ⅰ、18Ⅱ+1Ⅰ、18Ⅱ配对方式所占比例次之，同时也观察到 17Ⅱ+1Ⅰ等的配对方式。在 F1-NSA 终变

【参考文献】