摘要
棉花是世界上重要的经济作物，已被广泛应用于纺织工业、石油和植物蛋白生产等不同领域。二倍体草棉（G.herbaceum）和雷蒙德氏棉（G.raimondii）是四倍体棉种A组和D组的祖先供体种，然而草棉和雷蒙德氏棉的远缘杂交及远缘杂种均未见报道。草棉和陆地棉（G.hirsutum）是重要的栽培棉品种，野生雷蒙德氏棉具有抗旱、抗角斑病、抗锈病等栽培棉不具有的优良性状。本研究以草棉（AA）为材料进行染色体加倍，并以草棉为母本、雷蒙德氏棉（DD）为父本进行远缘杂交，获得远缘杂种后利用秋水仙碱进行染色体加倍，最后得到同源四倍体草棉（AAAA）以及草棉和雷蒙德氏棉的二倍体杂种（AD）和草雷人工异源四倍体（AADD）。对同源四倍体草棉（AAAA）进行了形态学、细胞遗传学和流式细胞倍性鉴定。对草雷杂种（AD）和草雷人工异源四倍体（AADD）进行了形态学、细胞遗传学、SSR分子水平鉴定。旨在为棉属四倍体物种形成、基因组互作和杂交过程中亲本基因组发生的染色体重组提供理论依据，也为棉属种质资源创新提供新材料。主要结果如下： 1．以二倍体草棉为材料，采用改良初生分生组织处理法对其进行多倍体诱变，并对获得的草棉突变型进行形态学、细胞遗传学和流式细胞仪倍性鉴定。形态性状表明：突变型与野生型相比具有较强的生长势，植株矮壮，叶片较野生型明显增大，颜色浓绿，且叶片皱缩、增厚，茎干较野生型粗，统计分析表明突变型与野生型存在显著差异。突变型花冠颜色较野生型深，花斑较野生型小。突变型和野生型相比种子较大，纤维长度较野生型长。流式细胞仪测定结果显示：突变型的峰值位于400，而野生型峰值位于200，表明突变型DNA含量为野生型的二倍。根尖细胞学结果表明：野生型染色体数为26，突变型染色体数为52，直观证明突变型为四倍体。气孔统计分析表明：突变型和野生型的叶片下表皮气孔密度、保卫细胞长度也存在显著差异，突变型气孔密度比野生型降低25.29%，突变型保卫细胞比野生型长度增加32.86%。因此本研究从形态学、细胞遗传学和流式细胞倍性鉴定都表明获得的草棉突变型为同源四倍体。 2．以草棉做母本、雷蒙德氏棉做父本进行远缘杂交并成功获得杂种，对三株种间杂种植株进行形态学、细胞遗传学、SSR分子水平的鉴定。结果表明杂种的大部分形态学特征介于草棉和雷蒙德氏棉之间，然而杂种的腺体、花药、花粉和花冠的颜色以及小苞片的形态与母本草棉相似，而杂种中的雄蕊和花丝的颜色与雷蒙德氏棉相似。细胞遗传学表明，在观察到的500个多分体中，分别有104个二分体（20.80％），44个三分体（8.80％），197个四分体（39.40％）和155个其他多分体（31.00％）。在观察到的197个四分体中，120个是正常四分体（60.91％），77个是异常四分体（39.09％）。异常的四分体不能形成正常的花粉粒，因此也同时观察到各种异常花粉粒，包括大椭圆形花粉粒、发育不良的花粉粒、花粉粒变形、花粉粒裂纹等。在500个选定的花粉粒中，只有292个花粉粒（58.40％）是正常的，208个（41.60％）为异常花粉粒。证实杂种中存在大量异常减数分裂行为，导致杂种无法结铃。SSR分子标记鉴定结果显示，杂种中除了遗传有两个亲本的片段外，在杂种中还扩增出了一些新的条带，表明在杂交过程中亲本基因组之间发生了互作和染色体重组，本研究为棉属人工异源四倍体(AADD)的合成提供了理论依据和新材料。 3．对草雷二倍体杂种通过秋水仙碱诱变获得了可育的草棉与雷蒙德氏棉人工异源四倍体S1，对其后代S2的13株材料经过形态学和SSR分子水平的鉴定后发现，其中既有真正的异源四倍体植株，又存在部分染色体丢失的非整倍体植株。形态性状表明：S1花的颜色较母本浅，有深红色花斑，花的大小接近母本草棉，S2颜色更浅，呈乳白色，花的大小接近陆地棉，但有深红色花斑，花的整体形态S1更趋近于母本草棉，S2除了无花斑外更趋近于陆地棉TM-1。S1和S2叶片整体来说间于父母本之间，S1纤维颜色较杂种浅，呈淡褐色，长度比杂种长比母本短，S2颜色更浅，呈淡褐色，颜色和长度更趋近于母本。SSR分子标记鉴定结果显示，在S2中扩增出26条清晰的多态性带，其中有7条与母本草棉相同，5条与父本雷蒙德氏棉相同，14条为杂种特有的带，杂种中还扩增出了父母本没有的新条带，说明父母本染色体在杂种中进行了重组或出现了新的基因，对所获得的S2与陆地棉进行分子水平比较，发现有12条带与陆地棉相同，14条为其特有的带，说明新合成的人工异源四倍体和自然界异源四倍体陆地棉虽然基因组相同，但在分子水平还是有差异，相应性状也会随之出现差异，后期需要继续对其进行性状稳定和观察，进一步探讨伴随着杂交加倍后基因的表达变化和基因组进化趋势。
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