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为了解苜蓿杂种优势形成的机理,促进优良杂交苜蓿的选育,本试验以8个苜蓿雄性不育系和4个具有优良性状的苜蓿品种(或种)为亲本,采用不完全双列杂交设计(NCⅡ),配置32个杂交组合。研究了苜蓿杂种优势形成的农艺学和生理学的性状表现;在基因调控水平上,探讨了基因差异表达模式与杂种优势表现的关系,进一步分析了杂种产量优势形成的机理。主要研究结果如下:(1)对各亲本牧草产量配合力效应的研究发现,亲本一般配合力基因型方差所占比重为71.18%,说明基因型加性效应对杂种产量性状的形成起主导作用。不育系一般配合力对杂种牧草产量优势形成的影响大于特殊配合力,其中2号、10号和12号不育系一般配合力较大,具有较高的利用价值。在各杂交组合中,竞争优势大于40%的组合有2×Ⅱ、2×Ⅲ、4×Ⅰ和12×Ⅰ。(2)据牧草产量及其杂种优势效应,将32个杂交组合分为强优势组、弱优势组和中间优势组3类。强优势组二年生第一茬的牧草产量(43.02g/株)及其杂种优势(41.88%)均显著高于弱优势组合(P<0.01)。在9个产量性状中株高、分枝数、主茎粗和节间数与牧草产量杂种优势呈极显著正相关(P<0.01)。(3)影响牧草产量杂种优势形成的主要光合生理指标为水分利用效率,其次为净光合速率。水分利用效率和净光合速率高,干物质合成量大,则有利于产量杂种优势的形成。蒸腾速率和叶绿素含量对杂种优势形成的影响不明显。(4)利用cDNA-AFLP技术,对不同物候期叶片的基因差异表达进行了分析。14对引物共检测出8577条稳定的谱带,差异表达基因占14.77%。现蕾期的差异表达基因较多,占总差异表达基因的20.27%,分枝期较少,仅占8.31%。共有6种基因差异表达类型,其中杂种特异表达类型(UNF1)和母本表达沉默类型(UNP1)对牧草产量杂种优势的形成起主要作用。在返青、分枝和现蕾期,UNF1与牧草产量优势显著正相关(r=0.8726)。(5)随机克隆了12个杂种与亲本差异表达的基因片段,这些基因在GenBank中均有相似性大于75%的同源性核酸序列,其中有6条基因片段与编码的蛋白质序列具有较高的同源性(相似性≥42%),由同源蛋白质的功能进一步推测苜蓿产量优势的形成涉及基础代谢、物质运输、转录调控、信号转导等代谢途径,其中以基础代谢途径为主。