1、從全球的研究現(xiàn)狀來看，在水稻遺傳改良研究領(lǐng)域面臨著兩大難題有待攻關(guān)，即怎樣通過現(xiàn)代生物技術(shù)在現(xiàn)有的產(chǎn)量水平上更有效地利用水稻雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng)和固定水稻雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng)。前人的研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí)，在染色體組多倍化水平探索同源四倍體水稻的潛在價(jià)值將為水稻遺傳改良找到新的研究方向。借助于離子束生物技術(shù)對(duì)同源四倍體水稻的特征特性進(jìn)行有效地遺傳改良是離子束生物工程中值得進(jìn)一步探索的重要問題。在本項(xiàng)研究中以氮離子束為誘變?cè)?，通過對(duì)同源四倍體水稻品系“IR36

2、-4X”進(jìn)行離子注入后在其第二代群體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了1株具有多胚苗性狀特征的突變株(IR36-~)。對(duì)于氮離子束注入后所導(dǎo)致的生物學(xué)效應(yīng)及其突變體所表現(xiàn)的后效性值得進(jìn)行深入地研究，以便尋找出突變體的表現(xiàn)型與其微觀機(jī)理的相關(guān)性，進(jìn)而為離子束生物技術(shù)的進(jìn)一步完善積累研究資料。 按照系譜篩選法對(duì)多胚苗突變株及其株系進(jìn)行了多代篩選，由此獲得了特征特性相對(duì)穩(wěn)定的株系。在此基礎(chǔ)上，對(duì)其穩(wěn)定株系的主要農(nóng)藝性狀、多胚苗形態(tài)特征和多胚苗性狀的遺傳動(dòng)態(tài)進(jìn)行

3、了鑒定和考查。利用激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)對(duì)多胚苗水稻的雌雄配子(或雌雄配子體)的發(fā)育特征、受精作用的特異性、幼胚和胚乳的發(fā)育動(dòng)態(tài)等進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察研究。本項(xiàng)研究所獲得的研究結(jié)果主要包括如下6個(gè)方面： L多胚苗突變株系“IR36-雙”與其原始親本“IR36-4X”在主要農(nóng)藝性狀上存在著明顯的差異，在植株高度、穗長(zhǎng)、千粒重和結(jié)實(shí)率等性狀上前者比后者都有所下降，其下降的百分比分別為35．41％、5．08％、15．72％和12．39％

4、。由此可見，氮離子束注入后所誘導(dǎo)的性狀變異涉及到多種生物學(xué)特性。 2．多胚苗突變株系“IR36-~)[”在雙胚苗性狀的表現(xiàn)形態(tài)上有其特異性。在同一純合株系的群體內(nèi)雙胚苗的苗位包括非完全雙苗和完全雙苗兩種類型。在非完全雙苗中可以進(jìn)一步劃分為單胚軸單胚根雙苗和單胚根異胚軸雙苗這兩種類型。在完全雙苗中也可以進(jìn)一步劃分為正常雙苗和異常雙苗(大小苗)這兩種類型。在多胚苗材料中，單胚根異胚軸雙苗所占的比例相對(duì)較大。 3.經(jīng)過多個(gè)世代

5、的觀察后所獲得的鑒定結(jié)果表明，“IR36一雙”的雙胚苗特性表現(xiàn)出明顯的可遺傳性，其群體內(nèi)雙胚苗的表現(xiàn)頻率大約為10％左右。 4.對(duì)“IR36一雙”及其原始親本的雌配子體的觀察鑒定結(jié)果表明，在異常胚囊出現(xiàn)的頻率上前者(34.69％)明顯地高于后者(24.51％)。在“IR36一雙”的異常胚囊中發(fā)現(xiàn)了兩種特異性胚囊(即雙套胚囊和多卵卵器胚囊)，這很可能是其形成多胚的直接原因之一。 5．對(duì)“IR36-~”及其原始親本的雄配子體

6、的觀察鑒定結(jié)果表明，前者在雄配子體發(fā)育過程中產(chǎn)生了更高頻率的敗育型花粉。在“IR36-~”小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂期間，觀察到多種異常的分裂現(xiàn)象(如染色體不能正常配對(duì)、形成異常二分體及二分體分裂不同步等)，這很可能是導(dǎo)致小孢子在發(fā)育后期花粉粒趨向敗育狀態(tài)的主要原因。在“IR36-~”植株的成熟花粉粒中敗育型花粉粒高達(dá)49．07％(其中典敗型、圓敗型和染敗型花粉粒分別占3.95％、5．81％和39．3l％)。“IR36-雙”植株的敗育花粉粒主

7、要為染敗型，其敗育時(shí)期主要發(fā)生在二胞花粉粒晚期或三胞花粉粒早期。根據(jù)這些研究結(jié)果可以推測(cè)，“IR36一雙”比其原始親本表現(xiàn)出更弱的有性生殖能力，其遺傳可塑性更強(qiáng)而遺傳保守性更弱。 6．在“IR36-雙”雙受精作用的過程中，觀察到一些異常受精現(xiàn)象和胚囊發(fā)生敗育的特異性類型。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，其異常受精作用或敗育胚囊的發(fā)生頻率高達(dá)46．67％。同時(shí)，在“IR36-~”植株的某些胚囊內(nèi)存在不同發(fā)育時(shí)期的雙胚。其多胚(額外胚)的來源可能主要

8、有四種可能性，即雙套胚囊形成多胚、多卵卵器形成多胚、反足細(xì)胞團(tuán)發(fā)育形成不定胚、胚乳細(xì)胞形成不定胚(胚乳細(xì)胞胚狀體)。由此可見，“IR36-雙”植株表現(xiàn)雙胚苗性狀有其胚胎學(xué)根源。 本項(xiàng)研究首次利用核熒光染色和子房整體透明技術(shù)并通過激光掃描共聚焦顯微鏡對(duì)“IR36-~”植株的生殖發(fā)育特性進(jìn)行了觀察研究，由此找到了有關(guān)雙胚起源的一些胚胎學(xué)證據(jù)。本項(xiàng)研究在一定程度上證實(shí)了離子注入技術(shù)在創(chuàng)造多倍體水稻新種質(zhì)中的實(shí)用性，這將為水稻無融合生殖