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水稻是全球性粮食作物,在粮食生产中占重要地位,因此,通过育种途径来提高水稻产量成为必然。自开辟水稻杂交育种技术以来,很多育种专家都致力于利用杂交水稻技术来培育新品种。新乡农科院育成的不育系新稻97200A与其配套恢复系所产生的杂交一代具有很强的杂交优势和农艺性状、经济性状,但是其结实率相对较低,制种成本较高。
本项研究以不育系新稻97200A为研究材料,以恢复系新恢3号为对照。研究了不育系的开花习性、花粉母细胞减数分裂行为、花粉发育过程中的败育特征及败育时期,此外还研究了不育系胚囊发育特征及其接受恢复系花粉后花粉萌发情况、双受精、胚胎胚乳发育情况,最后还调查了不育系人工杂交授粉结实率和自交授粉结实率。通过对不育系新稻97200A的系统研究,得到了以下结果:
1.不育系盛花期及盛花时比较集中,开颖角度较大;开花时长在1.1-1.4h之间;柱头的外露率较低;平均包颈率为13.91%;柱头的平均表面积为1.20mm2;人工杂交授粉结实率较高。
2.不育系花粉母细胞减数分裂过程中,出现了拖拽、落后染色体、三极纺锤体、两子细胞分裂不同步及两子细胞染色体排列方向不一致等异常染色体行为,异常染色体的种类较多,并且染色体异常行为出现的几率较大,占观察到处于减数分裂中细胞的15.8%,与恢复系的2.83%相比具有极显著差异。
3.花粉发育过程中出现了各种异常情况:小孢子中期细胞质凝结、萎缩;小孢子晚期出现的细胞破裂,细胞质外泄;二核小孢子期细胞质浓缩随后消失;三核期小孢子内没有淀粉等营养物质的积累或仅部分积累。对成熟花粉粒进行碘-碘化钾染色镜检,视野中可见典败花粉、圆败花粉及染败花粉,正常花粉极少。典败花粉占6.15%、圆败花粉占10.26%、染败花粉占80.77%。外观正常花粉约占2.82%。而不育系套袋自交结实率为0,说明镜检呈现正常的花粉也是不育的或者花药本身并不开裂。
4.不育系的胚囊发育、双受精及胚胎胚乳发育与恢复系相比均表现正常。不育系柱头接受外来花粉的能力(外来花粉在柱头上的萌发率)及受精率有待于进一步的研究。
本研究系统的调查了不育系新稻97200A的开花习性并利用激光共聚焦显微镜对其花粉减数分裂、花粉发育、双受精等过程进行了观察研究。确定了该不育系花粉的败育时期及败育类型。找到了不育系在自然条件下杂交结实率低的原因,为提高其杂交结实率,降低育种成本提供了一定的理论指导。本研究对探索不育系细胞学不育机理有一定的理论价值而对其不育的分子机理有待进一步的研究。