荞麦种间杂种的细胞学观察及不同环境对新类型苦荞的产量与品质的影响研究

来源 :贵州师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:NET399
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荞麦具有丰富的营养价值和保健价值。我国是世界荞麦的主产区之一,荞麦的种质资源十分丰富,但荞麦遗传育种起步较晚,技术也相对落后。最近一些年来,在原有系统育种、诱变育种为主的基础上,开展了杂交育种、远缘杂交育种等研究,特别是荞麦远缘杂交育种取得了突破性进展,但所得种间杂种的细胞学基础和遗传稳定性和适应性等还不清楚。本研究对2014-2017年来获得的杂交组合四倍体长黑粒苦荞×红心金荞、大苦1号×红心金荞、巨荞×红心金荞、巨荞×大野荞、巨荞×贵红甜1号及金荞1号加倍获得的贵矮金荞1号等材料进行细胞学观察,包括有丝分裂染色体核型分析、减数分裂过程染色体行为、中期Ⅰ染色体配对构型及花粉育性;对正常结实的高代品系中至少连续三代均表现稳定的苦荞(新类型苦荞)在不同环境条件(不同季节、不同地点)下进行栽培,并对其主要农艺性状、产量及品质(总黄酮含量、粗蛋白含量)进行测定分析,以便为荞麦杂交育种选择及高产优质的新类型苦荞推广提供科学依据。所得主要结果如下:1.所有杂交组合亲本均正常结实,杂种中仅有四倍体长黑粒苦荞×红心金荞与大苦1号×红心金荞能正常结实,其余杂种均表现为完全不育;对所有亲本及杂种的花粉育性进行检测发现所有不结实的杂种均具有一定的可育率。2.所有杂种及双亲有丝分裂中期染色体核型公式(染色体组)、花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ配对构型分别为:二倍体亲本材料贵红甜1号有丝分裂细胞染色体核型=2n=2x=16=8m(EE)、减数分裂MI染色体配对构型=0.28Ⅰ+7.86Ⅱ,大野荞2n=2x=16=8sm+8m(MM)、减数分裂MI染色体配对构型=0.22Ⅰ+7.89Ⅱ,金荞1号有丝分裂细胞染色体核型=2n=2x=16=16m(MM)、减数分裂MI染色体配对构型=1.54Ⅰ+7.23Ⅱ,二倍体甜荞变异种贵红甜2号有丝分裂细胞染色体核型=2n=2x=16=16m(EE);同源四倍体亲本材料四倍体长黑粒苦荞有丝分裂细胞染色体核型=2n=4x=32=32m(TTTT)、减数分裂MI染色体配对构型=3.82Ⅰ+10.89Ⅱ+0.56Ⅲ+1.18Ⅳ,大苦1号有丝分裂细胞染色体核型=2n=4x=32=4sm+28m(TTTT)、减数分裂MI染色体配对构型=4.54Ⅰ+9.8Ⅱ+0.26Ⅲ+1.77Ⅳ;人工加倍四倍体材料贵矮金荞1号有丝分裂细胞染色体核型=2n=4x=32=32m(MMMM)、减数分裂MI染色体配对构型=6.45Ⅰ+4.68Ⅱ+0.33Ⅲ+1.80Ⅳ;甜荞大甜1号有丝分裂细胞染色体核型=2n=4x=32=32m(EEEE)、减数分裂MI染色体配对构型=3.97Ⅰ+11.13Ⅱ+0.31Ⅲ+1.21Ⅳ;异源四倍体亲本材料红心金荞有丝分裂细胞染色体核型=[16m(MM),2sm+14m(M′M′)]、减数分裂MI染色体配对构型=1.58Ⅰ+11.94Ⅱ+0.14Ⅲ+1.53Ⅳ,巨荞有丝分裂细胞染色体核型=[2sm+14m(MM),12m+4M(TT)]、减数分裂MI染色体配对构型=2.79Ⅰ+14.58Ⅱ+0.08Ⅲ+0.32Ⅳ,杂种F1四倍体可育材料四倍体长黑粒苦荞×红心金荞F1有丝分裂细胞染色体核型=[1sm+7m(M)、1sm+7m(M′)、14m+2M(TT)]、减数分裂MI染色体配对构型=3.06Ⅰ+13.07Ⅱ+0.18Ⅲ+0.57Ⅳ;杂种F1四倍体不育材料巨荞╳红心金荞F1有丝分裂细胞染色体核型=[16m(MM)、1sm+7m(M′)、8m(T)]、减数分裂MI染色体配对构型=5.73Ⅰ+9.83Ⅱ+0.07Ⅲ+1.60Ⅳ;杂种F1三倍体材料巨荞╳贵红甜1号F1有丝分裂细胞染色体核型=[8m(M)、8m(E)、8m(T)]、减数分裂MI染色体配对构型=5.66Ⅰ+4.31Ⅱ+2.80Ⅲ+0.33Ⅳ,巨荞╳大野荞F1有丝分裂细胞染色体核型=[16m(MM),1sm+7m(T)]、减数分裂MI染色体配对构型=6.45Ⅰ+4.68Ⅱ+0.33Ⅲ+1.80Ⅳ;杂种F2材料大苦1号╳红心金荞F2不育株有丝分裂细胞染色体核型=[1sm+7m(M)、1sm+7m(M′)、8m(T)]、减数分裂MI染色体配对构型=4.00Ⅰ+4.89Ⅱ+2.82Ⅲ+0.44Ⅳ;杂种F2异交株即大苦1号/红心金荞F2株//贵矮金荞1号异交株有丝分裂细胞染色体核型=[16m(MM)、5sm+3m(M′)、1sm+7m(T)]、减数分裂MI染色体配对构型=6.64Ⅰ+11.27Ⅱ+0.18Ⅲ+0.57Ⅳ;杂种高代品系材料贵多苦003有丝分裂细胞染色体核型=[3sm+5m(M)、2sm+6m(M′)、16m(TT)]、减数分裂MI染色体配对构型=2.61Ⅰ+12.32Ⅱ+0.02Ⅲ+1.17Ⅳ。发现,二倍体荞麦较四倍体荞麦更稳定,二价体频率高且单价体频率低的植株可育;杂种均存在单价体、染色体桥、落后染色体、多价体和末期出现大量多余微核等异常行为;另外,对杂种及双亲的遗传稳定性指数进行统计,发现亲本的遗传稳定性指数均达86%以上,而杂种的遗传稳定指数均低于双亲,说明杂种的稳定性相对较差。3.不同播种季节对多年生苦荞新品系的主花序的花粉可育率、总结实率、有效结实率、植株株高、主茎粗、主茎分枝数、主茎节数及籽粒百粒重、单株粒数、单株产量的影响均达到显著或极显著水平;秋播主花序花粉可育率、总结实率、有效结实率,植株主茎分枝数,籽粒百粒重、单株粒数、单株产量均极显著高于春播;植株株高、主茎粗、主茎节数均极显著低于春播,主花序花朵大小、籽粒种子长宽比无显著差异。不同种植方式对主花序花粉可育率、有效结实率,植株主茎节数及籽粒百粒重的影响达到显著或极显著水平。秋季再生主花序花粉可育率、籽粒单株粒数显著高于秋季直播,主花序有效结实率,植株主茎粗、主茎节数,籽粒百粒重显著低于秋季直播,主花序花朵大小、总结实率,植株株高、主茎分枝数,籽粒种子长宽比、单株产量无显著差异。相关分析表明,各生长季节下主花序有效结实率及单株粒数与单株产量的相关系数均是最高。所有参试品系中,1612-241秋季直播的单株产量显著高于其他品系;1612-16、1612-33秋季再生单株产量较正季优势显著。4.不同生态区间米苦荞产量、总黄酮含量、粗蛋白含量及各农艺性状都存在不同程度的差异,并且,不同米苦荞品种产量、总黄酮含量、粗蛋白含量在不同生态区、品种间及生态区与品种间的互作效应差异极显著。宁夏固原市表现为米苦荞高产高黄酮种植地,宁夏固原市、江苏省泰兴市、贵州省贵阳市、四川省凉山州西昌市显著高于其他各地,其中宁夏固原市产量最高,均值为1901.55kg/hm2;宁夏固原市栽培下的米苦荞总黄酮含量最高,均值为2.98%,均显著高于其他各试点;江苏省泰兴市粗蛋白含量最高,均值为16.87%,显著高于其他各试点。生态因子对产量及品质的影响表现为,低纬度和高海拔是获得米苦荞较高产的基础,高纬度、低降水量、生育期较高温是增加米苦荞籽粒总黄酮含量的主要因素,低纬度、低海拔、生育期低降水量、生育期较高温利于提高荞麦籽粒的粗蛋白含量。生态因子、农艺性状及产量和品质的相关分析表明,低纬度、长生育期、单株饱满种子多、单株产量高、种子颗粒大,有助于提高米苦荞产量。还发现,株高、千粒重是影响总黄酮含量的因素;千粒重、单株粒数、单株粒重是影响粗蛋白含量的重要因素。
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