離子注入后的同源四倍體多胚苗突變水稻及其生殖發(fā)育特征.pdf

1、從全球的研究現(xiàn)狀來看，在水稻遺傳改良研究領域面臨著兩大難題有待攻關，即怎樣通過現(xiàn)代生物技術在現(xiàn)有的產(chǎn)量水平上更有效地利用水稻雜種優(yōu)勢效應和固定水稻雜種優(yōu)勢效應。前人的研究結果已經(jīng)證實，在染色體組多倍化水平探索同源四倍體水稻的潛在價值將為水稻遺傳改良找到新的研究方向。借助于離子束生物技術對同源四倍體水稻的特征特性進行有效地遺傳改良是離子束生物工程中值得進一步探索的重要問題。在本項研究中以氮離子束為誘變源，通過對同源四倍體水稻品系“IR36

2、-4X”進行離子注入后在其第二代群體內發(fā)現(xiàn)了1株具有多胚苗性狀特征的突變株(IR36-~)。對于氮離子束注入后所導致的生物學效應及其突變體所表現(xiàn)的后效性值得進行深入地研究，以便尋找出突變體的表現(xiàn)型與其微觀機理的相關性，進而為離子束生物技術的進一步完善積累研究資料。 按照系譜篩選法對多胚苗突變株及其株系進行了多代篩選，由此獲得了特征特性相對穩(wěn)定的株系。在此基礎上，對其穩(wěn)定株系的主要農(nóng)藝性狀、多胚苗形態(tài)特征和多胚苗性狀的遺傳動態(tài)進行

3、了鑒定和考查。利用激光掃描共聚焦顯微鏡技術對多胚苗水稻的雌雄配子(或雌雄配子體)的發(fā)育特征、受精作用的特異性、幼胚和胚乳的發(fā)育動態(tài)等進行了系統(tǒng)的觀察研究。本項研究所獲得的研究結果主要包括如下6個方面： L多胚苗突變株系“IR36-雙”與其原始親本“IR36-4X”在主要農(nóng)藝性狀上存在著明顯的差異，在植株高度、穗長、千粒重和結實率等性狀上前者比后者都有所下降，其下降的百分比分別為35．41％、5．08％、15．72％和12．39％

4、。由此可見，氮離子束注入后所誘導的性狀變異涉及到多種生物學特性。 2．多胚苗突變株系“IR36-~)[”在雙胚苗性狀的表現(xiàn)形態(tài)上有其特異性。在同一純合株系的群體內雙胚苗的苗位包括非完全雙苗和完全雙苗兩種類型。在非完全雙苗中可以進一步劃分為單胚軸單胚根雙苗和單胚根異胚軸雙苗這兩種類型。在完全雙苗中也可以進一步劃分為正常雙苗和異常雙苗(大小苗)這兩種類型。在多胚苗材料中，單胚根異胚軸雙苗所占的比例相對較大。 3.經(jīng)過多個世代

5、的觀察后所獲得的鑒定結果表明，“IR36一雙”的雙胚苗特性表現(xiàn)出明顯的可遺傳性，其群體內雙胚苗的表現(xiàn)頻率大約為10％左右。 4.對“IR36一雙”及其原始親本的雌配子體的觀察鑒定結果表明，在異常胚囊出現(xiàn)的頻率上前者(34.69％)明顯地高于后者(24.51％)。在“IR36一雙”的異常胚囊中發(fā)現(xiàn)了兩種特異性胚囊(即雙套胚囊和多卵卵器胚囊)，這很可能是其形成多胚的直接原因之一。 5．對“IR36-~”及其原始親本的雄配子體

6、的觀察鑒定結果表明，前者在雄配子體發(fā)育過程中產(chǎn)生了更高頻率的敗育型花粉。在“IR36-~”小孢子母細胞減數(shù)分裂期間，觀察到多種異常的分裂現(xiàn)象(如染色體不能正常配對、形成異常二分體及二分體分裂不同步等)，這很可能是導致小孢子在發(fā)育后期花粉粒趨向敗育狀態(tài)的主要原因。在“IR36-~”植株的成熟花粉粒中敗育型花粉粒高達49．07％(其中典敗型、圓敗型和染敗型花粉粒分別占3.95％、5．81％和39．3l％)?！癐R36-雙”植株的敗育花粉粒主

7、要為染敗型，其敗育時期主要發(fā)生在二胞花粉粒晚期或三胞花粉粒早期。根據(jù)這些研究結果可以推測，“IR36一雙”比其原始親本表現(xiàn)出更弱的有性生殖能力，其遺傳可塑性更強而遺傳保守性更弱。 6．在“IR36-雙”雙受精作用的過程中，觀察到一些異常受精現(xiàn)象和胚囊發(fā)生敗育的特異性類型。統(tǒng)計結果表明，其異常受精作用或敗育胚囊的發(fā)生頻率高達46．67％。同時，在“IR36-~”植株的某些胚囊內存在不同發(fā)育時期的雙胚。其多胚(額外胚)的來源可能主要

8、有四種可能性，即雙套胚囊形成多胚、多卵卵器形成多胚、反足細胞團發(fā)育形成不定胚、胚乳細胞形成不定胚(胚乳細胞胚狀體)。由此可見，“IR36-雙”植株表現(xiàn)雙胚苗性狀有其胚胎學根源。 本項研究首次利用核熒光染色和子房整體透明技術并通過激光掃描共聚焦顯微鏡對“IR36-~”植株的生殖發(fā)育特性進行了觀察研究，由此找到了有關雙胚起源的一些胚胎學證據(jù)。本項研究在一定程度上證實了離子注入技術在創(chuàng)造多倍體水稻新種質中的實用性，這將為水稻無融合生殖