大豆细胞质雄性不育“三系”异交率相关性状及其异交率鉴定方法的研究

摘要

大豆杂种优势利用落后于玉米、高粱、水稻、油菜等大田作物。原因之一是长时间内没有找到避免母本自交的有效机制。孙寰等于1993年育成世界上第一个可实际应用的大豆细胞质雄性不育系，并很快实现了“三系”配套，2002年吉林省审定了世界上第一个大豆杂交种“杂交豆1号”，目前全国已有16个杂交种通过审定，杂交大豆制种技术研究也取得很大进展，中国在该领域已处于世界领先地位。然而，制种产量较低，也就是母本异交结实率低，仍是制约杂交大豆产业化进程的瓶颈之一，那些产量优势突出的组合，制种产量仍不理想，导致种子价格过高，农民购买杂交种的积极性不高。 大豆异交率受诸多因素影响。传粉昆虫种类、群体大小，制种基地的大环境和制种田的局部环境，亲本的基因型以及亲本的田间布局和生长状况都对不育系的田间异交率产生很大影响。在诸因素中，亲本的基因型，特别是与吸引昆虫相关性状的优劣，是决定异交率高低的基础。目前，已找到适宜杂交大豆制种的基地，同时利用野生昆虫及人工驯化蜜蜂为杂交大豆制种授粉技术已经成熟，个别杂交种制种产量已突破1300Kg/hm2。提高异交率的外部因素已经明确，因此选育高异交率“三系”成为解决问题的关键。哪些性状与异交率密切相关？如何鉴定与评价育种群体中异交率高的不育系和可育系？如何应用高异交性状选育出自身产量高且制种产量也高的“两高”杂交种？这些是本研究要探讨的主要问题。 本研究以264份大豆“三系”为试验材料，在充分研究植株性状和开花特性对异交率影响的基础上，有针对性的研究了不同异交率大豆“三系”花蜜分泌规律、花朵芳香物分泌特性，结合苜蓿切叶蜂对不同异交率材料访花特性观察，研究了田间异交率与网室异交率的相关性，设计了利用微型试验小区在开放田间鉴定不育系和可育系异交结实性的方法，并以此为基础提出了高效、大规模鉴定大豆“三系”异交率的技术，旨在为大豆高异交率“三系”选育提供理论基础及技术支持，促进杂交大豆产业化进程。主要研究结果如下: 1.大豆不育系及保持系的某些性状和特性对异交率无影响，包括:结荚习性、叶形、花颜色和亲本来源。开花期对不育系异交率影响较大，开花日期在6月15日-6月20日的一组不育系，其异交率极显著高于此日期之后开花的基因型，其他开花日期组别间无显著差异;成熟日期也对异交率有显著影响，成熟日期最早的一组不育系（8月21日-8月25日），异交率显著高于其他成熟期组的材料，而其他成熟日期材料间异交率无显著差异。 2.在同一熟期组内，不育系及对应保持系的开花特性对不育系自身的异交率有显著影响，这些性状包括:总花数、开花天数、每天开花数量，花朵大小（长、宽、花托直径及花面积）。恢复系父本的总花数、开花天数、花朵宽度及花朵面积对母本不育系结荚数有显著影响，而每天开花数量及花托直径对母本结荚数无影响。 3.大豆“三系”均分泌花蜜，并且有一个日变化规律:早6:00开始分泌花蜜，花朵开放后在7:00-8:30达到泌蜜高峰，而后泌蜜量逐渐下降，一个次高峰出现在下午13:00左右，17:00之后几乎检测不到花蜜。花蜜分泌受天气影响很大，当连续多天晴朗高温无降雨时，花蜜分泌量逐天增加;低温降雨影响花朵泌蜜量，并且有一个逐渐恢复泌蜜的过程。泌蜜量在不同材料间存在显著差异，同一材料在不同年度间也存在显著差异，泌蜜量最高者是最低者3倍。恢复系的泌蜜量显著高于不育系及保持系，不育系和保持系间泌蜜量无显著差异。高异交结实率的不育系泌蜜量相对高，它的同型保持系泌蜜量也较高，不育系异交结实率、不育系泌蜜量和保持系泌蜜量三者显著正相关。 4.在大豆”三系””花朵中，共检测到31种芳香挥发物，包括:1-辛烯-3-醇、甲醇、乙醛、己醛、3-辛酮等。不同时间取样对挥发物种类无影响，但对各组分相对百分含量影响显著。不育系、保持系及恢复系间花朵挥发物种类无差异，相对百分含量差异较大，不育系与保持系间有甲醇等8种挥发物含量存在显著差异;不育系与恢复系比较，有甲醇等15种挥发物有显著差异;保持系与恢复系间仅有3种挥发物有显著差异，分别是异戊醛、2-已烯醛和2-戊基呋喃。有5种挥发物在高异交率不育系与低异交率不育系间差异显著，分别是异戊醛、正戊醛、2-戊烯醛、乙酸甲酯和壬醛;有两种挥发物在高异交率保持系与低异交率保持系间差异显著，分别是乙醛和正丙醇。高异交率不育系及对应保持系间，低异交率不育系及保持系间各挥发物含量无显著差异; 5.高异交率不育系与同型保持系比花朵雌性育性正常，低异交率不育系与同型保持系比花朵雌性育性降低，高异交率不育系雌性育性好于低异交率不育系，高异交率保持系与中、低异交率保持系比雌性育性无显著差异。 6.不育系异交率与传粉昆虫访问不育系次数、不育系累积访问时间、保持系访问次数表现极显著正相关，相关系数分别为0.726**、0.664**和0.602**，与保持系累积访问时间显著正相关，相关系数0.513*;不育系访问次数与保持系访问次数表现极显著正相关，相关系数为0.676**。 7.田间异交率与网室异交率呈极显著正相关，相关系数为0.855**。 8.在田间利用3种微型小区对不育系异交率进行鉴定的结果，能够较好反应出网室异交率高低水平，可作为鉴定不育系异交率高低的一种方法，虽然处理Ⅰ及处理Ⅲ传粉效果好于处理Ⅱ，但是因不育系及对应保持系表型性状一致，秋季对高异交率不育系及保持系进行区分调查困难，处理Ⅱ（中间行播种母本、两边行播种父本）可作为首选的鉴定方法，该方法不育系及保持系分行种植，播种及调查操作简单、方便、结果可靠。 9.在田间利用微型小区，以高异交率不育系做共同母本，以待测可育种质为父本，以已知异交率不育系对应保持系为父本对照，不同小区播种同一母本及不同父本，利用天然昆虫传粉，通过调查统计母本结荚数高低差异，可以鉴定可育系的异交结实特性。该方法可高效、大规模鉴定任何一份栽培大豆可育资源的异交结实特性，并在杂交大豆育种实践中得到实际应用。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．1．1 大豆杂种优势利用现状

1．1．2 异交率不高是制约大豆杂种优势利用的因素之一

1．2 研究意义及目的

1．2．1 研究意义

1．2．2 研究目的

1．3 国内外研究现状及发展动态

1．3．1 环境条件、亲本在田间的时间及空间配置影响大豆异交率

1．3．2 传粉媒介对异交率影响

1．3．3 基因型间差异影响异交率

1．3．4 提高异交率的途径

1．4 技术路线

2 材料和方法

2．1 植物材料

2．1．1 大豆细胞质雄性不育系、保持系和恢复系材料

2．1．2 异交率遗传改良后代群体

2．2 试验地点及时间

2．3 仪器与设备

2．4 试验方法

2．4．1 网室异交率的测定

2．4．2 开花特性对异交率的影响

2．4．3 花蜜分泌对异交率的影响

2．4．4 “三系”花朵挥发物分析

2．4．5 不育系雌性育性对异交率的影响

2．4．6 苜蓿切叶蜂访问特性在不同异交率基因型间差异

2．4．7 田间大面积鉴定异交率与网室鉴定异交率相关性分析

2．4．8 微型小区不育系异交率鉴定

2．4．9 微型小区可育系异交结实性鉴定

3 结果与分析

3．1 植株表型性状及生育性状对网室不育系异交率的影响

3．2 开花特性对异交率的影响

3．2．1 不育系及保持系开花特性与异交率的关系

3．2．2 父本恢复系开花特性与母本结实的关系

3．3 花蜜分泌对异交率的影响

3．3．1 花蜜日分泌蜜规律

3．3．2 气象因素对泌蜜的影响

3．3．3 泌蜜量及异交率在基因型间差异

3．3．4 不育系及保持系泌蜜量与不育系异交率相关性

3．4 “三系"花朵挥发物分析

3．4．1 取样时间对花朵挥发物组分及含量影响

3．4．2 “三系"类别间花朵挥发物差异分析

3．4．3 高、低异交率类型间花朵挥发物比较分析

3．5 不育系雌性育性对异交率的影响

3．5．1 去雄平行杂交鉴定不同异交率不育系雌性育性差异

3．5．2 不去雄平行杂交鉴定不同异交率不育系雌性育性差异

3．6 苜蓿切叶蜂访问特性在不同异交率基因型间差异

3．6．1 网室不育系异交率差异对苜蓿切叶蜂访花行为的影响

3．6．2 不育系网室异交率与苜蓿切叶蜂访花特性的相关性

3．7 田间大面积鉴定异交率与网室异交率相关性分析

3．8 微型小区不育系异交率鉴定方法比较

3．8．1 2012年微型小区不育系异交率鉴定结果

3．8．2 2013年微型小区不育系异交率鉴定结果与分析

3．9 微型小区对可育系异交结实性鉴定结果与分析

4 讨论

4．1 有倾向性选择某一表型性状不利于选育高异交率种质

4．2 开花特性影响异交结实率原因

4．3 大豆“三系"花朵泌蜜规律在育种中的应用

4．4 影响传粉昆虫花朵挥发物的探讨

4．5 如何选育雌性育性正常的不育系

4．6 分析低异交率不育系结实差的原因

4．7 分析田间异交率普遍高于网室异交率原因

4．8 微型小区异交率鉴定方法误差存在原因

5 结论

5．1 表型性状对异交率无影晌；生育性状对异交率有影响

5．2 开花特性对异交率影响显著

5．3 “三系"花朵泌蜜量与异交率显著正相关

5．4 不同异交率“三系"花朵芳香物种类无差异，含量差异显著

5．5低异交率不育系存在雌性育性差的现象，影响授粉结实

5．6 高、低异交率不育系间昆虫访问特性存在显著差异

5．7 网室异交率的高、低水平能代表田间异交率的高低

5．8 微型小区可用于鉴定不育系异交率高低差异

5．9 微型小区可以鉴定可育系异交结实性

6 创新点

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文