高粱雄性不育系柱头生活力、小花败育与细胞质效应研究
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摘要
自1954年高粱雄性不育系Tx3197A育成以来,国内外杂交高粱生产在过去的40多年中几乎全部依赖于迈罗细胞质(A1细胞质)雄性不育系,这种单一细胞质的全球应用,使高粱遗传育种家甚为忧虑。特别是20世纪70年代美国T型细胞质玉米杂交种遭受叶斑病T小种专化侵染,造成玉米杂交种生产的致命打击后,更引起高粱遗传育种家的重视。为了拓宽高粱杂交种的遗传基础,避免单一细胞质造成的病害专化侵染,Schertz等育成一批非迈罗细胞质高粱雄性不育系,并根据其恢保关系划分为6个类型,命名为A2、A3、A4、A5、A6、9E。有关非迈罗细胞质雄性不育系的研究主要集中在A2、A3的研究和利用上,上世纪90年代我国育成A2细胞质雄性不育系A2V4和A27050,率先把A2杂交种用于商业化生产,A3细胞质雄性不育系的研究和利用也取得长足的进展,成功利用于饲草高粱育种和生产。然而有关A4、A5、A6、9E的研究甚少,特别是有关柱头生活力、小花败育与细胞质效应的研究未见报道。高粱柱头生活力和抗小花败育性能与高粱种子生产密切相关,国内的一些研究主要集中在A1、A2同质异核和异质异核雄性不育系的研究,同核异质的研究仅限于A1、A2、A3,对高粱全部细胞质雄性不育系的研究尚未开展,本文研究了高粱柱头生活力和小花败育与A.、A2、A3、A4、A5、A6、9E的细胞质效应,试图阐明细胞质与柱头生活力和小花败育的关系,为高粱育种和生产提供优良细胞质源。同时开展高粱不同细胞质雄性不育系败育机理研究,探索高粱不同细胞质雄性不育系败育机理。研究发现:
     1、高粱柱头生活力品种间存在较大差别,核基因效应达极显著差异。从不同细胞质间看,不同细胞质不育系授粉结实差异均不显著,A4、A5、A6、9E型细胞质对柱头生活力的影响与目前生产上应用的A1、A2、A3型细胞质无明显差异,未发现不同细胞质对高粱雄性不育系柱头生活力有特殊的胞质效应。
     2、高粱雄性不育系小花败育在不同细胞质间存在明显差异,田间观察A1、A2、A5、A6、不育系大部分穗子出现不同程度的小花败育,A3、A4、9E细胞质不育系则完全不败育,胞质效应明显,差异极显著。不同细胞质与高粱雄性不育系小花败育存在特殊的胞质效应,A3、A4、9E细胞质有极强的抗败育性能,在生产中应用可大幅度提高高粱制种产量和稳产性能,在高粱育种和生产中有重大利用价值。
     3、A5雄性不育系雄性败育的主要特征是花粉母细胞在空间上不贴近绒毡层,研究认为花粉母细胞在空间上的这种不贴近绒毡层的现象可能是导致A5高粱雄性不育系小孢子败育的主要原因。
The discovery of CMS Tx3197 in grain sorghum led directly to the development of the hybrid grain sorghum industry. This particular source of male sterility, designated as the A1CMS system, has been the predominant source of male sterility in hybrid sorghum breeding programs for the past 40 years. In 1970s, the Southern Leaf Blight epidemic in corn devastated American corn hybrids prossessing T sytoplasm. To avoid similar problems in sorghum, additional CMS systems were geidentified and developed for use in sorghum hybrid breeding programs. The A2, A3, A4, A5, A6,9E system was described by Schertz etc. The research about non-milo CMS mainly concentrated in the A2, A3. In 1990, A2V4 and A27050 was released in china, first A2 hybridwas used For commercial production. A3 CMS was successfully used in breeding and production in forage sorghum. But the research about A4, A5, A6,9E was very little specially cytoplasmic effects on stigma viability and abortion were not reported. Sorghum stigma viability and function of anti-abortion is closely related to sorghum seed production. Domestic studies of cytoplasmic effects on stigma viability and abortion were mainly concentrated in A1,A2 with the same cytoplasmic and different nuclear or the different cytoplasmic and different nuclear, and the A1,A2,A3with the same nuclear and different cytoplasmic.However, the study of cytoplasmic effects on stigma viability and abortion about all sorghum CMS has not yet been carried out. This paper researched the cytoplasmic effect of A1,A2,A3,A4,A5,A6,9E CMS on stigma viability、abortion, attempt to clarify the effect of cytoplasm on stigma viability, abortion, to provide an excellent source of cytoplasmic for sorghum breeding and production. At the same time carry out the research of sorghum CMS abortion mechanism. The study found the following:
     1、There was no difference among cytoplasms in the stigmas vitality. The effect of cytoplasm on A4, A5, A6,9E stigmas vitality has no significant difference compared with A1, A2, A3. They can be used in the sorghum hybrid breeding and production.
     2、Statistical differences among cytoplasms with a line in abortion, cytoplasm A3, A4,9E is strong anti-abortion. The application of A3, A4,9E not only significantly improve yield and stable performance in sorghum seeds production but also have significant value in the sorghum breeding and production.
     3、The principal character of A5 microspore abortion was that Pollen mother cells is not close to the tapetal in space, and this maybe the main reason of A5 CMS abortion.
引文
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