华中农业大学 硕士学位论文 水稻籼粳亚种间杂交子一代不育机理的探讨 姓名：刘红艳 申请学位级别：硕士 专业：作物栽培与耕作 指导教师：徐才国 20030601 兰! 查些奎兰! ! ! ! 旦塑主兰些兰塞一 水稻籼粳亚种间杂交子一代不育机理的探讨 擒蔓 水稻是世界上最重要的粮食作物之一，在我国粮食生产中占有举足轻重的地位。 通过长期育种，水稻单产已经达到相当高的水平，继续运用常规育种法来提高水稻 单产已经难有大的突破，需要另僻溪径。大量研究发现：糨粳亚种阕杂种的营养器 官和产量性状表现出强大的杂种优势，如能有效加以利用，将有可能使水稻产量取 得新的突破。但由于籼粳亚秘间杂交存在F l 代结实率偏低的闽题，僮得召前难以壹 接利用其杂种优势。因此探讨籼粳亚种间杂种不育机理，对于克服亚种间杂种不育， 有效利用其杂种优势具有重要的理论价值和实践意义。 本研究主要以2 个籼稻品种南京1l 和1 R 3 6 、1 个粳稻品种秋光为基本材料，配 制籼粳亚种间组合南京1 l 秋光、亚种内品种间组合南京1 1 I R 3 6 ，其中南京1 1 T 3 L 3 6 为对照，着重从以下4 方面来探讨籼粳亚种间杂种F I 代不育的原因：1 ) 雌雄配子形 成过程；2 ) 花粉在柱头上的附着、萌发以及花粉管伸长情况：3 ) 花粉育性；4 ) 胚囊受 精情况。 主要实验结果如下： 1 运用石蜡切片法对南京l l 秋光和南京I I I R 3 6 的F 1 代雌雄配子发育过程进 行了详细的细胞学观察，结果发现：二供试组合的小孢子母细胞在四分体时期之前 发育正常，单核期后亚种间组合( 南京I l 秋光) F I 出现部分花粉败育( 败育率为 2 0 2 7 ) ，而品种间组合( 南京1 1 r I P , 3 6 ) F 1 则表现正常( 败育率为2 | 2 5 ) ；大孢子 母细胞在发育为胚囊过程中，亚种间组合( 南京I l ，秋光) F - 除少数无胚囊分化外， 绝大多数都有胚囊分化，并且前期发育比较正常。这些分化出的胚囊般能进行第 一次有丝分裂形成2 核胚囊，但大多数不能继续进行第二次、第三次有丝分裂从而 不能形成正常的8 核胚囊，而对照组合( 南京1 1 用玛6 ) F l 则表现正常。 2 利用扫描电镜观察亚种间组合南京l l 秋光和对照品种间组合南京1 1 I R 3 6 的F o 代、F l 代的花粉在柱头上附着、萌发以及花粉管伸长情况，结果发现：在F 。 代和F l 代，亚种闻组合南京l l 获光的花粉附着量分别为0 4 2 个f c m 2 和O 2 个e r a ：， 均少于品种间组合南京1 1 I R 3 6 的花粉附着量3 5 个t o m 2 和3 6 2 “ 个l c m 2 ；这些附着在 柱头上的花粉粒大多能萌发，但亚种问组合( 南京l I 秋光) F I 的花粉粒萌发后，花 粉管在柱头表面出现扁平、弯曲、盘绕等异常现象而品种问组合( 南京1 1 I R 3 6 ) F t 的花粉管却能正常伸长。这表明幸出粳亚种同组合的花粉与柱头存在严重不亲和性。 3 对成熟花粉粒进行碘一碘化钾染色和荧光染色观察，结果表明：碘一碘化钾染 色反应中，可育花粉( 即深染花粉粒) 所占比例在亚种间组合( 南京l l ，秋光) F ， 中约为2 5 ，而在对照品种间组合( 南京1 l f l R 3 6 ) F I 中约为8 0 ；荧光染色中，有 水稻籼粳亚种间杂交于一代不育机理的探讨 活性的花粉( e J O + I I ) 类花粉粒) 所占比例在亚种间组合南京1 1 ，秋光中约为4 0 ，而 品种间组合南京1 1 I R 3 6 中约为8 0 。从这两种方法所得花粉育性的结果来看，皆是 亚种间组合低于品种间组合。这说明花粉育性主要通过淀粉积累的多少和花粉活性 的强弱间接影响籼粳杂种F l 代的结实性。 4 通过盐酸浸泡结合碘一碘化钾染色来观察胚囊受精情况，结果发现：亚种间 组台( 南京1 1 秋光) F l 的胚囊受精率般在2 5 30 9 6 之间，而对照品种间组合( 南 京f I R 3 6 ) F 1 在6 0 9 0 之间，这说明结实率低可能主要是由于受精率低造成的。 5 通过雌雄配子败育相对重要性比较，结果表明：两供试组合皆是雌配子败 育比例大于雄配子败育比例，其中亚种间组合( 南京1 l 秋光) F l 中雌配子败育重要 性占5 8 2 0 雄配子占4 1 8 0 ，而对照品种间组合( 南京U 6 ) F l 中雌配子占5 3 4 7 9 6 ， 雄配子占4 6 5 3 ，这说明亚种问杂种F l 中雌雄配子败育是导致其败育的主要原因， 其中雌配子败育占主导地位，旗配子败育占次要地位。 关健词：水稻：亚种间杂种；花粉败育；胚囊败育；亲和性；细胞学 兰主查些查堂! ! ! ! 星堕主兰垡丝苎一 S t u d yo nt h eS t e r i l i t yo fF 1H y b r i d sb e t w e e n I n d i c aa n dJ a p o n i c aR i c e A B S T R A C T R i c ei soneo ft h em o s ti m p o r t a n tc r o p si nt h ew o r l d I tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei no u r c o u n t r y B u ti t sy i e l dp e ra c r eh a sp a c i n gu pa n dd o w nf o rm o r et h a nt e ny e a r s I fw eC a n t i m p r o v et h ey i e l dd r a s t i c a l l y , w ew i l lf a c et h ed a n g e ro f r i c ef o o di nt h e2 1c e n t u r y T h e F lh y b r i db e t w e e ni n d i c aa n dj a p o n i c ah a sg r e a th y b r i dv i g o ri nv e g e t a t i v eo r g a na n d y i e l dt r a i t I fw ec a l lu s ei td i r e c t l 3 ；w em a ym a k eab r e a k t h r o u g hi ny i e l dB u tw ec a n t u t i l i z ei td i r e c t l ya tp r e s e n tb e c a u s eo ft h el o ws e e ds e tt h a te x i s t si nt h e m S os t u d i n go n t h es t e r i l em e c h a n i s mo f F th y b r i dh a sa l li m p o r t a n ts e n s eo f t h e o r ya n dp r a c t i c e I no r d e rt oa n a l y z et h ec a u s eo ft h eh i g h l ys p i k e l e ts t e r i l i t yo b s e r v e di nt h eF Ih y b r i d b e t w e e nI n d i c aa n dJ a p o n i c a ，s t a m e na n dp i s t i lw e r ep a r a f f i n s e c t i o n e da t8 p mt h i c k n e s s a n ds t a i n e dw i t hE h r l i c h Sh e m a t o x y l i nt oo b s e r v et h em a l ea n df e m a l ed e v e l o p m e n to f F l h y b r i d T h ea d s o r p t i o na n dg e r m i n a t i o no fp o l l e n si nt h eh y b r i d sw i t h i na n db e t w e e n l n d i c aa n dJ a p o n i c aF Ih y b r i d sa l s ob eo b s e r v e db y s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e M e a n w h i l e ，p o l l e nv i a b i l i t yw e r eo b s e r v e dw i t hp o t a s s i u mi o d i d es o l u t i o n ( 1 2 - K 1 ) a n d f l u o r e s c e n td i a c e t a t ea c e t o n e ( F D A ) ；t h ee m b r y o s a c Sf e r t i l i t yw e r ee x a m i n e db y i m m e r s e dw i t hh y d r o c h l o r i ca c i da n ds t a i n e dw i t hb K I R e s u l t so f t h ec y t 0 1 0 酉c a ls t u d i e s o f p a r t i a l m a l ea n df e m a l es t e r i l i t yi n F 1h y b r i d sb e t w e e ns u b s p e c i e sc r o s s e s N a n j i u g l1 Q i u g u a n g ，v a r i e t a lc r o s s e sN a n j i n g l1 R 3 6w e r e ：d e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 A n t h e rd e v e l o p m e n tW a su s u a l l yn o r m a lb e f o r et e t r a ds t a g e T h ep a r t i a lp o l l e n a b o r t i o ni nF Ih y b r i do fN a n j i n g lI Q i u g u a n go c c u r r e da f t e ru n i - n u c l e a t es t a g e ( t h e m i c r o s p o r es t e r i l i t yw a s2 0 2 7 ) B yc o n t r a s t , N a n j i n g l1 I R 3 6w e r en o r m a lf r o mt h e b e g i n n i n gt ot h ee n d ( t h em i c r o s p o r es t e r i l i t yo n l yW a s2 2 5 1 。I nt h ed e v e l o p m e n to f m a e r o s p o r e si nt h