2n配子指染色体数目为体细胞染色体数目的配子,也称为未减数配子。2n配子是形成有性多倍化的主要途径,也是进行植物多倍体育种的有效方法。2n配子能克服种间及不同倍性水平间杂交不亲合性,具有很高的适应性和杂合性。在香石竹中,环境因素对2n配子的产生频率的影响以及2n配子形成的细胞学机制及遗传学机制还不清楚,这延缓了利用2n配子进行香石竹多倍体育种的进程。本文研究环境因素对香石竹2n配子发生频率的影响,通过显微观察来研究香石竹2n配子产生的细胞学机制并对香石竹4x-2x杂交不亲合性进行研究,克隆与香石竹2n配子产生相关的PS1和OSD1-like基因并研究在不同温度条件下2n配子与PS1基因表达水平的相关性,采用新的高效基因编辑技术CRISPR/Cas,定向修饰PS1和OSD1-like基因,获得基因功能缺失的突变体。取得的研究成果如下：通过统计不同季节不同品种花粉活力和2n配子的形成的频率,发现同一品种花粉活力在不同季节有所不同,3月和12月花粉的活力较低,6月花粉的活力较高。同一季节不同品种间花粉活力也不同,香石竹花粉活力不仅受遗传因素的影响,还有可能受外界环境如温度的影响。香石竹2n花粉的发生频率都较低,小于5%,2n花粉的频率也与栽培品种及环境有关。同时,揭示香石竹2n配子的产生的细胞学机制,发现两种细胞学机制控制香石竹2n配子的产生,一种是缺失第二次减数分裂,一种是第二次减数分裂纺缍体方向异常,这两种情况共同导致二分体和三分体的产生,从而形成2n配子。开展香石竹4x-2x杂交不亲合性研究,采用荧光显微镜观察和石蜡切片法观察4x-2x杂交过程花粉萌发、花粉管生长、受精情况以及胚胎发育过程,发现4x-2x杂交存在受精前和受精后障碍,通过胚挽救技术可以避免胚败育的发生。对4x-2x杂交后代的倍性以及亲本和杂交后代的生物学性状进行比较分析发现,4x-2x杂交能产生不同花色花型的三倍体和四倍体后代,能传递双亲优良的性状。杂交后代花的直径大于双亲或双亲之一,提示随着倍性水平的增加,花的大小相应的会增大。杂交后代出现四倍体,有可能是父本产生的2n配子参与受精的原因。通过4x-2x杂交,可从杂交后代中选育性状优异的多倍体新品种。为揭示香石竹2n配子形成的遗传学机制,克隆了与2n配子形成相关的DcPS1基因。研究结果表明,DcPS1基因的全长cDNA序列有3534 bp,其核苷酸序列包含1个153 bp的5’-UTR,1个3231 bp的ORF,1个147 bp的3’-UTR。编码1个包含1077个氨基酸,在52-129氨基酸处具有FHA结构域,846-1002氨基酸处具有PINc结构域。基因表达分析表明,当花蕾处于花粉母细胞时期或减数分裂时期,DcPS1基因表达量最高,DcPS1基因可能与减数分裂有关。此外,DcPS1基因在子房中表达量高,揭示DcPS1基因可能参与子房的发育。部分香石竹栽培种DcPS1基因表达量与2n花粉的形成成反比；2n花粉的产生对温度敏感,有可能是温度影响DcPS1基因的表达量来调节2n花粉的形成。对香石竹遗传转化体系进行研究,发现不同品种不同载体香石竹转基因再生植株的频率是不同的,香石竹’Master’品种愈伤形成再生植株的频率较低,香石竹’Promesa’和’Nogalte’品种愈伤形成再生植株的频率较高。并在香石竹中建立了CRISPR/Cas系统,通过Cas 9技术对DcPS1基因靶位点进行敲除,并获得了4株阳性转基因植株,在其靶位点出现了单碱基突变,其中,两株发生氨基酸的突变,两株未产生氨基酸的变异,这些工作为在今后香石竹中利用新型基因定向编缉CRISPR/Cas系统研究基因的功能及获得目标性状奠定基础。克隆另一个与香石竹2n配子形成相关OSD1-Like基因,结果表明,香石竹OSD1-Like基因有三个同源基因,分别命名为OSDLla、 OSDLlb和OSDLlc基因。OSDL1a基因的全长cDNA序列有1180 bp,编码223个氨基酸,OSDLlb基因的全长cDNA序列有1288 bp,编码237个氨基酸,OSDL1c基因的全长cDNA序列有971 bp,编码177个氨基酸,三个香石竹OSD1-Like基因都具有D-box和MR tail结构域,而无GxEN/KEN-box结构域。OSDL1a基因在花粉母细胞和减数分裂时期表达量高,OSDLlb基因花粉母细胞时期和子房内表达量较高,OSDL1c基因花粉母细胞时期和子房内表达量较高,三个基因可能都与雄配子减数分裂有关,OSDLlb和OSDL1c基因可能与子房发育有关,有可能参与调节雌配子的减数分裂。成功构建了OSD1-Like基因的Cas 9载体并在香石竹中进行遗传转化,获得了转基因再生植株,为进一步明确OSDLla、 OSDL1b和OSDL1c基因的功能及获得高频2n配子的种质奠定基础。