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《地道中药材规范化栽培关键技术研究—桔梗杂种优势及良种选育研究》简介

生物医药与食品工程学院刘自刚副教授主持的陕西省科技计划项目《地道中药材规范化栽培关键技术研究—桔梗杂种优势及良种选育研究》(项目编号:2008K16-02),最终成果为论文、研究报告。本项目由刘自刚、张雁、杨亚丽等3位同志合作完成。本项目研究成果经过整合后,于2012年以《桔梗雄性不育特性及败育发生机理研究》为题,申报并获得该年度陕西高校科学技术奖励三等奖。

一、项目研究的目的和意义

我国各桔梗主栽区均存在优良品种严重匮乏的问题,生产上没有形成一个优良主栽品种,各地多就地取得野生种或稍作驯化就直接用于人工栽培,这种野生半野生状态下的桔梗品种很难适应人工栽培条件,造成桔梗产量低下,品质恶化,与野生药材相比其药性、疗效等方面均大为下降,也给药材的加工及有效成分提取带来很多问题。商洛地跨长江、黄河两大流域,森林覆盖率高、生态环境优良,成为我国西北地区中草药最佳适生区之一和国家理想的桔梗药源建设区域,桔梗的栽培已被列为地方经济新的增长点。因此,开展桔梗雄性不育花药败育发生的细胞学机理的探讨,以及在此基础上的桔梗杂种优势利用的研究,对改善药商洛桔梗的品质、提高产量和种植效益以及对促进地方经济发展都具有重要的意义。

二、研究的主要内容

本项目对桔梗不育材料花形态、开花物候期、柱头运动、不育花粉形态、胚珠数、访花昆虫的种类、访花习性、传粉效率、花部特征对传粉昆虫的招引能力、不育花结实特性、柱头活性等方面进行了系统研究。在此基础上,本项目选择云南昆明、陕西商洛、山西代县三地为试验点,研究了不同光、温处理、土壤营养水平、不同纬度地区栽培对不育性稳定性的影响进行了研究。结果显示温度处理对桔梗彻底败育材料育性影响较小,而对“微粉”材料花粉量有一定修饰作用,低温可诱导其花粉量略有增加,但花粉均为败育花粉;不同纬度地区、不同肥力土壤栽培以及不同光照处理对桔梗不育性无明显影响,表明桔梗彻底败育单株不育性在不同环境中表现较为稳定。

在桔梗雄性不育的遗传性方面,以不育株为母本、可育株为父本配置组合,对组合后代育性表现调查结果表明在商洛的桔梗栽培种中,存在不育材料PA2、PA4的保持基因,桔梗不育受质-核互作遗传系统控制。在比较分析了桔梗不育材料与可育材料花蕾发育过程中生理生化特性差异的基础上,本研究认为桔梗不育花蕾(开花前)生长发育过程中,体内活性氧代谢失调、丙二醛积累及游离脯氨酸等“物质代谢损亏”可能是引起桔梗雄性败育的原因。

此外,本项目研究认为,在田间条件下,桔梗花粉寿命可保持5d以上,而授粉结实能力只有2d左右;花粉管生长缓慢、长度变短是导致花后3d花粉丧失授粉结实能力的主要原因。桔梗人工自花授粉结实率低的原因主要是由桔梗雌雄异熟和柱头表面绒毛结构机械隔离共同造成的,采用开花后延期3天授粉的方法,可使人工授粉结实率达到正常水平。研究涉及还桔梗花粉离体萌发及干燥和贮藏对花粉授粉结实能力的影响,为桔梗花粉保存、克服花期不遇和人工授粉体系的建立提供依据。

在研究过程当中,本项目发明了桔梗花粉离体萌发及其育性鉴定方法,筛选出适宜桔梗花粉离体萌发和花粉管生长的最佳培养基,优化了花粉萌发时的培养条件。

三、研究的学术(应用)价值

桔梗是商洛市12种道地药材和“五大商药”之一,商洛市桔梗种植面积常年稳定在10.7万亩以上,但由于桔梗优良品种极为匮乏,给生产带来巨大损失。植物雄性不育不仅为花粉发育、细胞核质遗传、育性基因表达调控等研究提供了重要材料,而且也是农作物应用杂种优质进行轮回选择和群体改良的重要工具。开展桔梗雄性不育表现特性及败育发生机理研究,可为桔梗雄性不育分子及遗产学机理研究提供细胞学基础;雄性不育细胞学机理的研究结果也可在桔梗不育材料创新、优良不育系培育、强优势组合筛选以及杂种优势利用等方面的研究工作中具有广阔的应用前景;对改善药材品质、提高产量和种植效益以及对促进地方经济发展都具有重要的意义。

刘自刚,男,甘肃天水人,副教授、硕士生导师。获得省部级科技一等奖1项、三等奖2项,主持科研项目5项,其中国家项目1项,省部级攻关项目2项,教育厅项目2项,取得国家发明专利1项,发表学术论文30余篇。

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