籼粳亚种间四倍体水稻杂种第一代高结实特性的胚胎学机理研究

The use of the genome double technique is helpful to find new sally port for increasing the horizon of the hereditary improvement in O.sativa. According to the method of plant cytology, embryonic mechanism of the inter-subspecies,hybrid F1 from crossing of Indica and Japonica are researched, the characters of hybrid F1 and F2 on setting percentage and stability of chromosome sets shall be determined. Developmental state of male or female gamete (gametophyte), twin fertilization, young embryo and endosperm will be observed by the technique of Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM). We try to explain embryonic mechanism and potential value. The embryonic evidence and autotetraploid rice for powerful hybrid vigor in rice will be obtained.

利用染色体组多倍化技术进一步研究稻属植物的产量潜力将有助于为水稻遗传改良寻找到新的突破口。根据植物细胞学研究方法，对原始籼粳亚种间四倍体水稻杂种F1高结实特性的胚胎学机理进行研究。研究杂种F1及其后代F2的结实特点及染色体(组)的稳定性。利用激光扫描共聚焦显微技术对F1和F2代材料在生殖发育阶段的雌雄配子或雌雄配子体发育状况、受精作用、幼胚和胚乳的发育状况进行研究。阐明籼粳亚种间四倍体杂种第一代高结实特性的胚胎学机理及其潜在价值；本项研究将为在多倍体水平利用强大的原始亚种间水稻杂种优势提供胚胎学依据和同源四倍体水稻新种质。

如何提高水稻的产量和固定水稻的杂种优势仍然是水稻遗传改良研究面临的两大技术性难题。利用染色体组多倍化技术进一步研究稻属植物的产量潜力将有助于为水稻遗传改良寻找到新的突破口，本项目根据植物细胞学研究方法，对原始籼粳亚种间四倍体水稻杂种F1高结实特性的胚胎学机理进行研究。分别以二倍体水稻、同源四倍体水稻以及籼粳亚种间四倍体水稻为研究材料，对其花粉粒育性，花器官特性和小孢子发生异常、异常雄配子体的发育、胚囊发育异常特性、双受精、胚和胚乳的发育、花粉管生长过程等进行共聚焦显微镜观察，然后对其农艺性状、稻部性状、稻穗相同枝梗不同着粒位置上颖花的结实特征、主穗和分蘖穗的结实特征等进行了考察和分析。结果表明，8份籼粳亚种间四倍体水稻的花粉育性平均值为85.71%和籼粳亚种间二倍体的花粉育性平均为10.24%，同源四倍体水稻花粉育性平均值为6.04%，原始亲本二倍体水稻的花粉育性平均值为74.17%；同源四倍体籼粳杂种胚囊可育率高于80%，同源四倍体水稻正常胚囊的频率仅有54.37%，二倍体水稻的正常胚囊频率在85.45%。不同倍性水稻的花粉发育及胚囊发育过程一致。但同源四倍体水稻在成熟花粉时期产生了更高频率的败育花粉及异常胚囊。另外，同源四倍体水稻受精过程中，受精过程会比二倍体水稻延迟，甚至花粉管萌发过程中出现异常膨大。以上原因很可能是导致同源四倍体水稻结实率低下的直接原因。同源四倍体亚种间杂种材料的结实率表现出超常规现象，即每穗实粒数很多而每穗空粒数很少，平均结实率84.33%。由此可见，对亚种间四倍体水稻进行更加深入研究将会为稻属植物的遗传改良和进一步挖掘水稻的产量潜力开辟出一个新的技术平台和研究方向。