花椰菜温敏雄性不育的遗传机理研究

Broccoli is one of the main species of the plateau summer vegetales in gansu province, planting area of 30000 hectares, not only to enrich people's food basket, also can make the efficiency of agriculture, increasing farmers' income, promote rural economic development. In recent years, broccoli production appeared the phenomenon of many varieties, chaos, miscellaneous, the lack of dominant species. we must develop better new varieties. An individual p1ant with feature of thermo-sensitive male sterility was found in 2005 by vegetable research institute of Gansu academy of agricultural Sciences,"GS-19",the steady thermo-sensitive male sterility 1ine was gotten by continuous 5 years until 200l. However,as a new type of male sterilities in broccoli,the fertility reversal, genetic development, physiological mechanism, biochemical mechanism and cytological mechanism of the thermo-sensitive male sterility has not been well explored. To know more about abortion mechanism and speed up utilization, the deep and systemic studies on morphological, physiological, biochemical and cytological studies were included in the paper using the methods of classical quantity genetics and cell genetics, the thermo-sensitive male sterility and its near isogenic 1ines used as materials．For hybrid breeding of the use of broccoli thermo-sensitive male sterility laid the theoretical basis, prompting two-line broccoli hybrid breeding work to push deeper.

花椰菜是甘肃省高原夏菜的主要种类之一，年种植面积3.0万公顷，不仅丰富居民的菜蓝子，还可使农业增效，农民增收，促进农村经济发展。近年来，花椰菜生产中存在品种多、乱、杂的现象，占主导地位的品种缺乏，亟需培育出优良花椰菜新品种。本课题从2005年发现具有温敏雄性不育特性的不育株，经过连续5年的定向选育，于2010年育成花椰菜温敏雄性不育系"GS-19"。作为花椰菜育种中一种新型的雄性不育系，其育性转换特点、遗传规律、生理生化机理以及败育的细胞学机理等方面的研究仍为空白。为了探讨该材料雄性不育发生的机理，加快其利用进程，本项目以花椰菜温敏雄性不育系GS-19为试验材料，采用经典数量遗传、细胞遗传等研究方法，分别从育性转换特点、遗传规律、形态学、生理生化及细胞学等方面进行了深入、系统的研究，为利用花椰菜温敏雄性不育进行杂交育种奠定理论基础，促使两系法花椰菜杂交育种工作向更深层次推进。

为了促进花椰菜“两系法”杂交育种的利用，本项目以课题组自主选育的花椰菜温敏雄性不育系GS-19为试验材料，研究了该雄性不育的遗传机理，结果表明：其育性转换只与温度有关，与光周期无关，属于温敏型雄性不育，育性转换温度临界点为17.6℃，日平均温度低于16℃，育性恢复，高于17.6℃，表现为不育；不育性由一对隐性细胞核基因所控制，其作用不受细胞质类型的影响。形态观测发现，在花的结构组成上，除雄蕊数目没有明显差异外，不育株的花蕾长、花蕾宽、花冠开度、花丝长、花丝和花药总长及花柱长都显著小于可育株。不育株花期看不到雄蕊，雄蕊萎缩在基部，不产生花粉，只有柱头明显外露。扫描电镜观测发现不育株花药发育初期的花药壁出现轻微萎缩现象，表面变得粗糙，横切面中空明显，随着花药的进一步发育，不育株花药变成干瘪状，明显萎缩，剩下开裂的花药壁，无花粉粒。显微和超微观察发现不育花药发育过程中有造胞细胞和花粉母细胞的分化，可形成正常花粉囊，但不产生花粉粒或者产生微量的无生活力的花粉粒，在花粉母细胞到四分体期花药发育受阻，属于花粉母细胞败育类型。不育株花蕾中的GA含量在造孢时期、四分体时期及花粉成熟期的含量均显著高于可育株，而ABA含量只在四分体时期和花粉成熟期显著高于可育株， IAA含量先降后升，在造孢时期和花粉成熟期显著高于可育株，但ZR含量先升后降，在四分体和花粉成熟期显著高于可育株。与可育株相比，不育株的IAA/ABA呈 “V” 字型变化，在四分体时期比值最低，而GA/ABA和ZR/ABA呈倒 “V” 字型的变化，在四分体时期比值最高，叶片中GA和IAA含量不育株仍显著高于可育株。不育花蕾中蛋白质、可溶性糖、淀粉的亏缺; MDA的过度积累，POD活性的升高，SOD和CAT活性的下降。转录组测序获得了67930个 Unigene，GO注释到25336个Unigene，KOG注释到13198个Unigene，KEGG注释到14778个Unigene，不育株花蕾和可育株花蕾有2170个基因差异表达。