石刁柏是世界上广泛栽培的重要的经济作物之一,其雄株比雌株高产且有较强的抗病性和生命力,故雄株特别是超雄株倍受生产者的青睐,但由于直到在开花时期,雌雄株在形态上仍难以区分,因此利用传统的方法培育纯雄株栽培群体费时费力。同时,石刁柏也是研究植物性别决定机制的模式材料之一,但是由于石刁柏基因组信息缺乏,没有建立高密度图谱,限制了石刁柏分子标记辅助育种的应用和基于遗传图谱的性别决定基因的克隆和性别决定机制的理解。本研究首先从细胞学确定石刁柏的性别决定方式,在此基础上分析雌雄性别间的生理代谢差异;利用RAPD、AFLP分子标记技术分析其基因组差异信息,开发性别鉴定的分子标记,为石刁柏的高效栽培生产服务;同时为石刁柏的性别决定理论机制的研究提供重要的依据。主要研究结果如下:1、石刁柏性染色体的细胞学分析。利用常规细胞学技术对石刁柏核型、花粉母细胞减数分裂、G-带及DAPI荧光带进行了分析,结果表明石刁柏核型公式为2n=2x=20=10m +10sm,核型类型为2B型,属于较原始的类型。减数分裂过程中发现了异型性染色体的分离行为。证明了石刁柏的性染色体为异形染色体,雌株为XX,雄株为XY,且Y染色体是X染色体长度的1.65倍;G带和DAPI带显示其X染色体和Y染色体均富含异染色质。2、石刁柏雌雄株花分化时期的内源代谢产物差异比较。对石刁柏花分化的营养生长、两性期、减数分裂及花成熟期四个时期的内源激素、多胺、氨基酸含量进行比较分析,结果发现所研究的几种内源代谢产物均参与了性别的分化过程。雌雄性个体单性性别形成的四个时期中,碱性氨基酸和中性氨基酸在四个时期的总量变化规律没有性别的差异。而酸性氨基酸的变化趋势和雌性性别存在明显的差异,氨基酸总量在四个时期雄株含量明显高于雌株。碳氮化合物含量在雌雄性性别分化过程中均没有明显的变化。而C/N比值在雄性性别分化中从营养生长、两性期到减数分裂期,C/N比值显著降低,而到花完全成熟时期又开始回升,而雌性变化不显著。IAA在雌雄单性花分化中其含量变化规律没有性别差异,GA3、ZRs和ABA含量在花分化过程中含量变化表现出雌雄差异,其差异主要表现在单性花生理分化结束后,说明内源激素并没参与单性花性别的决定过程。腐胺和亚精胺含量在单性花分化过程中没有明显的性别差异;精胺含量在雌雄单性花分化中其含量变化表现出明显的性别差异,雄性个体在小孢子时期达到最低值,此后又显著上升。而雌性则相反,随着雌性性别的分化精胺含量逐渐从最大值开始降低。多胺总量变化也表现出性别差异,多胺总量随着生殖器官的分化而逐渐升高,到花完全成熟期达到最大值;而在雌株中,多胺总量的最大值出现在两性期的转换期,而此后又逐渐降低。3、利用随机扩增多态性DNA技术对石刁柏雌雄株基因组差异进行了分析,结果发现,在100个随机引物中,引物S368在石刁柏基因组中扩增出2条雌性相关的RAPD片断,它们长度分别为928bp、1178bp,AT含量分别为62%、64%,Genbank检索未发现同源片断。通过设计特异引物将S368928片段成功转化为稳定性更高的SCAR标记。Southern杂交表明S368928片段在雌雄基因组中均有杂交信号,属于是多拷贝的重复序列。通过荧光原位杂交进行染色体定位发现该标记在雄性中两对常染色体、X和Y染色体上出现杂交信号,雌性中的杂交信号出现在两对对常染色体和X染色体上。X、Y染色体以及一对常染色体上的杂交信号出现在着丝粒附近,而另一对常染色体的杂交信号出现在末端。4、利用限制性片段长度多态性技术对石刁柏雌雄株基因组差异进行了分析,结果发现,在使用的72个引物组合中,引物组合E-AAG + M-CAT从雄性基因组中扩增出了一个555bp的雄性连锁的片段(MLDA555),将获得的差异条带进行克隆测序发现该序列长度为555bp,AT含量为59%,经过检索未发现同源序列。根据该片段序列设计的引物将该标记转化为雄性连锁的大小为523bp的SCAR标记,经过不同基因型雄性个体的验证证明该标记广泛存在于不同基因型石刁柏雄性个体中。Southern杂交仅在雄性基因组中出现低拷贝的杂交信号。荧光原位杂交发现,在雄性细胞中仅有Y染色体出现杂交信号,在雌性细胞中未出现杂交信号,说明该标记是个Y染色体连锁的低拷贝重复序列。