开花毛竹的基因流及F1代的种质发掘

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毛竹(Phyllostachys edulis)为禾本科(Gramineae/Poaceae)竹亚科(Bambusoideae)刚竹属(Phyllostachys)竹种,集经济、社会、生态价值于一身,是我国栽培历史最长、栽培面积最大、开展研究最多的最重要经济竹种。毛竹有着特殊的生物学特性,它既能通过强大的地下茎(竹鞭)进行无性繁殖,又能开花结实进行有性生殖。但是,毛竹的开花周期长、结实率低、开花时间不确定等因素,使得毛竹的有性生殖研究困难。目前,毛竹有性生殖研究集中在花实发育解剖、种实产量与育苗等,本文在毛竹开花多年野外实地观察的基础上,开展了毛竹子代父本来源分析,选择一株母竹,搜集其种子,以母株为圆点,划分四个象限,选择25株候选父本,进行母株种子的父本来源研究;同时,在该林分中,选择10株未开花的毛竹单株,分析了候选父本、子代的遗传多样性,开花与未开花株的基因型;对多年多点保存的毛竹自由授粉的种子开展育苗试验,进行种质挖掘。得出了以下主要结论:(1)采用父本分析软件CERVUS3.0,运用SSR分子标记,研究了开花毛竹林中基于25个候选父本的100份自由授粉子代的父本来源。从50对SSR引物中筛选出多态性较好的9对引物,共检测到18个等位基因(NA),平均观测杂合度(Ho)为0.0649,期望杂合度(He)为0.3001,多态信息含量为(PIC)0.235。遗传多样性分析可见,子代的遗传多样性高于亲本的遗传多样性,有性杂交可以提供后代遗传多样性。研究未能检测出子代的父本来源,根据毛竹的繁育特性,可能由于父本具有相同遗传背景,为同一无性系来源;或者是由于所选用的PBM020等SSR引物的鉴别能力的问题所致,造成无法明确子代的真实父本,此还值得深入研究。(2)多年野外调查发现,毛竹盛花期为每年的6月中、下旬,或早或晚开花的毛竹因天气等原因难于结实。开花时间以上午8:30~10:30为主,下午15:00~16:30是第二个高潮,在这段时期内,毛竹林分内有大量蜜蜂造访,咬噬花粉管,表明毛竹除风媒授粉外,还有虫媒授粉机制,其传粉生物学特征有待深入研究。(3)采用SSR分析了同一林分中互错的25株开花和10株未开花毛竹单株的基因型,未能发现两者基因型的不同,而却出现了开花与未开花2种表现类型,未开花植株随后3年的观察也未见开花,证明试验地毛竹林分存在有世代重叠的现象,仅生殖成熟的株系开花。(4)对207个株系的毛竹种子进行播种育苗,分别测定F1代种质在表型、生理、分子三个层次的遗传变异程度。F1代在苗高、分蘖株数、发笋量、叶长、叶宽等表型参数间存在着丰富的变异,是种质发掘的基础。F1代的初始荧光参数(F0)、PSⅡ在最大光化学量子产量(Fv/Fm)、量子产量(Yield)、非光化学淬灭系数(qN)、光合电子传递速率(ETR)等生理指标间的差异达到极显著水平,且存在着丰富的变异,其中,qN的变异幅度最大,可以作为早期选择的优先指标。对F1代29份毛竹(1份桂竹作外类群)的AFLP分子鉴别结果显示,种质间存在丰富的遗传变异,种质的遗传相似性系数范围为0.76~0.91,经UPGMA聚类分析,可聚集具有不同遗传基础的种质。(5)数理统计分析结果表明,毛竹F1代的表型性状与荧光参数之间具有明显相关性。苗高与F0、Yield、ETR呈显著正相关,分蘖株数仅与qN显著负相关,发笋数量与Yield、ETR成极显著正相关,与F0、 Fv/Fm、qN不相关,叶长、叶宽分别与F0极显著正相关,与ETR显著正相关,与qN显著负相关。(6)综合表型、生理及分子证据,在毛竹F1代中,选育出‘高大上’、‘阳光小子’、‘花样少女’、‘子孙满堂’等4份特异/优异种质。提出了以表型性状为基础,生理性状作验证、分子性状为保证的竹类植物种质创制新方法。
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