甘藍型油菜蘿卜質(zhì)雄性不育系的細胞質(zhì)效應研究

陶芬芳，岳寧燕#，楊學樂，彭燁，邢蔓，朱艷菊，鄭夢莎，鄔賢夢*

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甘藍型油菜蘿卜質(zhì)雄性不育系的細胞質(zhì)效應研究

陶芬芳1,2，岳寧燕1,2#，楊學樂1,3，彭燁1,2，邢蔓1,2，朱艷菊1，鄭夢莎1，鄔賢夢1,2*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128；3.湖南省作物研究所，湖南 長沙 410125)

利用3個甘藍型油菜蘿卜質(zhì)雄性不育系(X2008A、X2011A、XYZ2A)及相應保持系(X2008B、X2011B、XYZ2B)分別與恢復系W01R和W02R雜交，得雜種F1代。以灃油520為對照，通過組合鑒定試驗，分析蘿卜質(zhì)雄性不育胞質(zhì)對雜種F1代的產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀及抗病性等方面的影響。結(jié)果表明：2個恢復系W01R和W02R的恢復力強，所配的組合F1代的恢復率均達100%，說明2個恢復系均適用于本試驗；在參試的12個組合中，有10個組合比對照增產(chǎn)，其中用恢復系W01R所配的4個組合(X2008A×W01R、X2008B×W01R、XYZ2A×W01R、XYZ2B×W01R)增產(chǎn)達顯著或極顯著水平，說明W01R配制的組合比W02R具有更強大的雜種優(yōu)勢；不育胞質(zhì)和可育胞質(zhì)對雜種F1代各性狀影響的分析結(jié)果表明，除對株高有明顯降低效應外，不育胞質(zhì)對產(chǎn)量、其他主要農(nóng)藝性狀及芥酸、硫苷和含油量無明顯影響，但有降低油酸含量效應，對菌核病和病毒病的抗性均無明顯影響。

甘藍型油菜；蘿卜質(zhì)雄性不育；細胞質(zhì)效應

植物細胞質(zhì)雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)現(xiàn)象廣泛存在于高等植物中，表現(xiàn)為雄性器官不能形成有活力的花粉，而植株的營養(yǎng)生長和雌性器官發(fā)育正常，其遺傳方式為母性遺傳[1]。大量的遺傳學、細胞學、生物化學研究結(jié)果表明，線粒體DNA的變異與CMS有關(guān)，即線粒體基因區(qū)域的改變(突變、重排、轉(zhuǎn)座等)或特異的線粒體基因表達會導致雄性不育[2–5]。植物細胞質(zhì)雄性不育及其育性恢復現(xiàn)象涉及核質(zhì)互作、基因表達調(diào)控以及環(huán)境因素影響等諸多方面。研究油菜不育胞質(zhì)對雜種F1代的影響，對于培育強優(yōu)勢雜交組合具有重要意義。

許多學者對細胞質(zhì)效應進行了研究，但得出結(jié)論并不一致[6–10]，說明細胞質(zhì)效應的復雜性及對其繼續(xù)研究的必要性。本研究中，利用3個甘藍型油菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育系及其保持系分別與2個恢復系雜交，對雜種F1代的產(chǎn)量性狀、主要農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀和抗性進行比較研究，分析蘿卜質(zhì)不育細胞質(zhì)對雜種F1代的影響效應，評估其利用潛力，旨在為雜交油菜育種提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

3個甘藍型油菜蘿卜質(zhì)雄性不育系(X2008A、X2011A、XYZ2A)及相應的保持系(X2008B、X2011B、XYZ2B)和2個恢復系(W01R、W02R)，均由湖南農(nóng)業(yè)大學油料作物研究所提供；組合鑒定試驗所用對照品種為灃油520，由湖南省作物研究所提供。

1.2　方法

試驗在長沙進行。2015年春季，以3個甘藍型油菜新型蘿卜質(zhì)不育系及其保持系為母本，分別與2個恢復系進行配對，人工授粉制種獲得F1代種子。每個組合的母本選10個單株進行人工授粉，其中3個保持系均需在開花之前先去雄，再授粉。

2015年秋季進行組合鑒定試驗。隨機區(qū)組設計。3次重復。小區(qū)面積6.67 m2。種植密度12 000株/667 m2。以生產(chǎn)上大面積應用的優(yōu)質(zhì)雜交油菜品種灃油520為對照。

1.3　測定項目及方法

2016年花期，調(diào)查各參試組合的育性恢復情況；角果期，調(diào)查病害發(fā)生情況，并按每個小區(qū)取樣10株進行室內(nèi)考種，考查農(nóng)藝性狀；角果成熟期分小區(qū)收割，單曬并測產(chǎn)，換算成每667 m2產(chǎn)量。取干樣檢測品質(zhì)性狀。重復3次，結(jié)果取平均值。

采用氣相色譜法對鑒定試驗各參試組合的混合樣本的芥酸和油酸等主要脂肪酸含量進行分析；采用氯化鋇法對樣本的硫代葡萄糖苷進行分析；采用索氏抽提法對樣本的含油量進行分析。具體操作參照文獻[11]中的方法進行。

各指標細胞質(zhì)效應分析參照盛孝邦[12]提出的雄性不育胞質(zhì)與正常胞質(zhì)的效應差估算法，即將不育系(A)和相應的保持系(B)分別與相同的恢復系配組，以效應差值來估算雄性不育胞質(zhì)效應。

1.4　數(shù)據(jù)處理

采用Execl 2010整理數(shù)據(jù)；運用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行最小顯著差數(shù)法(LSD)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　恢復系對雜交F1代育性恢復情況

在12個組合的F1代群體中，所有植株均表現(xiàn)為可育，恢復株率達100%，表明恢復系W01R和W02R均具有強的配合力，適用于本研究。

2.2　蘿卜質(zhì)不育胞質(zhì)對產(chǎn)量的影響

由各參試組合的產(chǎn)量結(jié)果(表1)可知，12個參試組合中，有10個組合比對照增產(chǎn)，其中X2008A× W01R、X2008B×W01R、XYZ2A×W01R、XYZ2B× W01R增產(chǎn)達顯著或極顯著水平，說明利用蘿卜質(zhì)雄性不育系配制的雜交組合可能具有較強的雜種優(yōu)勢潛力。2個恢復系所配的組合中，以W01R為恢復系的6個組合的產(chǎn)量比對照高，其中4個組合增產(chǎn)顯著或極顯著。而以W02R為恢復系的6個組合中，有4個組合的產(chǎn)量比對照高，2個組合的產(chǎn)量比對照低，但均未達顯著水平。參試的12個組合中，不育胞質(zhì)與可育胞質(zhì)相比，僅組合X2011A× W01R比X2011B×W01R產(chǎn)量減少達顯著水平，其余組合有的產(chǎn)量增加，有的產(chǎn)量減少，但均未達顯著水平，表明不育胞質(zhì)對產(chǎn)量的影響不大。方差分析結(jié)果(表2)表明，組合間的產(chǎn)量差異達到極顯著水平，區(qū)組間差異不顯著。

表1　參試組合的產(chǎn)量表現(xiàn)

“**”“*”分別表示增產(chǎn)達極顯著或顯著水平；同列不同大、小寫字母表示差異達極顯著或顯著水平。

表2　參試組合產(chǎn)量的方差分析結(jié)果

2.3　蘿卜質(zhì)不育胞質(zhì)對農(nóng)藝性狀的影響

不育胞質(zhì)雜種與可育胞質(zhì)雜種6個農(nóng)藝性狀列于表3。不育胞質(zhì)對雜種一代農(nóng)藝性狀影響可分為3種類型：①負效應型，即不育系與保持系的效應差值多數(shù)為負值或全部為負值，且有些效應值達極顯著水平，如株高；②穩(wěn)定型，即不育系與保持系的效應差值很小，在–1.2～1.2，如千粒質(zhì)量、有效一次分枝數(shù)；③不確定型，即不育系與保持系的效應差值不確定，有的為正效應，有的為負效應，有的達顯著或極顯著水平，有的未達顯著水平，如單株產(chǎn)量、每角粒數(shù)、全株角果數(shù)。

表3　參試組合的主要農(nóng)藝性狀

“**”“*”分別表示胞質(zhì)效應達極顯著或顯著水平。

綜合以上分析可知，本試驗所用的3個蘿卜質(zhì)不育胞質(zhì)X2008A、X2011A及XYZ2A對雜種F1代的不同農(nóng)藝性狀的影響效應不同。供試的6個不育胞質(zhì)組合中有5個組合的株高均比相應的可育胞質(zhì)組合矮，效應差值為–7.3~–1.5，其中組合X2008A×W01R、X2011A×W01R與對應的可育胞質(zhì)組合相比株高差異達極顯著水平。千粒質(zhì)量及有效一次分枝數(shù)變異較小，為穩(wěn)定型，不育系雜交種與保持系雜交種千粒質(zhì)量之間效應差值在–0.1~0.1 g，只有X2011A×W01R達極顯著水平；各組合的有效一次分枝數(shù)胞質(zhì)效應變幅為–1.2~ –0.5，且均未達顯著或極顯著水平。全株角果數(shù)、每角粒數(shù)、單株產(chǎn)量的效應差值有的為正效應，有的為負效應，有的達顯著或極顯著水平，為不確定型。

2.4　蘿卜質(zhì)不育胞質(zhì)對品質(zhì)性狀的影響

不育胞質(zhì)雜種與對應的可育胞質(zhì)雜種的4個品質(zhì)性狀列于表4。不育胞質(zhì)對于含油量的效應差值有正效應，也有負效應，且均未達顯著或極顯著水平，為穩(wěn)定型；對硫苷含量的效應差值正、負效應各占50%，且有些達到了顯著或極顯著水平，為不確定型；對油酸含量的效應差值大多數(shù)為負效應。

表4　各組合的主要品質(zhì)性狀

“**”“*”分別表示胞質(zhì)效應達極顯著或顯著水平。

2.5　蘿卜質(zhì)不育胞質(zhì)對菌核病和病毒病抗性的影響

從表5可以看出，蘿卜質(zhì)不育胞質(zhì)對菌核病和病毒病的發(fā)生率的影響，不育胞質(zhì)的效應值大多數(shù)為正值，但均未達顯著水平，表明不育胞質(zhì)對F1代的菌核病及病毒病的抗性無明顯不良影響。

表5　各組合的病害發(fā)生率

3　小結(jié)與討論

長期的實踐證明，無論是油菜、玉米、水稻，還是其他作物，同一細胞質(zhì)在不同性狀上的效應不同，不同細胞質(zhì)在同一性狀上的效應也不同，對于細胞質(zhì)在各性狀上的具體效應表現(xiàn)，尚無統(tǒng)一認識。張書芬等[10]研究3種不育胞質(zhì)(252A、2485A、32A)僅對少數(shù)幾種性狀(株高、分枝高度、一次有效分枝數(shù))有影響，但對產(chǎn)量影響不明顯，且對其他大多數(shù)經(jīng)濟性狀、品質(zhì)性狀及抗病性無影響，因此，認為這3種不育胞質(zhì)對雜種F1無不良影響。官春云等[6]曾選用2套油菜3系材料進行研究，結(jié)果表明，湘矮系統(tǒng)不育胞質(zhì)對雜種經(jīng)濟性狀影響較小，只要篩選出合適的恢復系，即可獲得強優(yōu)勢的組合，而日本系統(tǒng)不育胞質(zhì)對雜種產(chǎn)量優(yōu)勢的形成有不利影響。

本研究所用的3個蘿卜質(zhì)雄性不育系X2008A、X2011A及XYZ2A的胞質(zhì)對F1代的大部分性狀影響不大，雖然油酸含量有所下降，但對含油量、產(chǎn)量均無明顯影響，而株高的降低，對于油菜的抗倒伏性有利，是一個可以開發(fā)利用的雄性不育細胞質(zhì)。本研究結(jié)果進一步印證了細胞質(zhì)效應的多樣性和復雜性，在利用不育胞質(zhì)之前先對其胞質(zhì)效應進行研究，對篩選出優(yōu)良的雄性不育細胞質(zhì)，從而培育強優(yōu)勢雜交組合具有重要意義。

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[11] 官春云．油菜品質(zhì)改良和分析方法[M]．長沙：湖南科學技術(shù)出版社，1985．

[12] 盛孝邦，李澤炳．我國雜交水稻雄性不育細胞質(zhì)研究的進展[J]．中國農(nóng)業(yè)科學，1986，19(6)：12–16．

責任編輯：尹小紅

英文編輯：梁 和

Cytoplasmic effect of ogu cytoplasmic male sterile lines in

TAO Fenfang1,2，YUE Ningyan1,2#，YANG Xuele1,3，PENG Ye1,2，XING Man1,2，ZHU Yanju1，ZHENG Mengsha1，WU Xianmeng1,2*

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Southern Regional Cooperative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410128, China; 3.Hunan Crop Research Institute, Changsha 410125, China)

Threemale sterile lines of ogu cytoplasmic male sterile (X2008A, X2011A and XYZ2A) and their maintainer lines (X2008B, X2011B and XYZ2B) were crossed with the restorer lines W01R and W02R respectively, to get the hybrid F1generation. Then the F1was compared with the control variety Fengyou 520, to analyze the effects of radish male sterile cytoplasm on yield, agronomic traits, quality traits and disease resistance in hybrids. The results showed that: The recovery abilities of the two restorer lines W01R and W02R used in this study were strong, the recovery rate of F1generation reached 100%, indicating that both restorer lines were suitable. In the 12 combinations of the tests, the yields of 10 combinations were significantly higher than those of the control, and the yields of four combinations with the W01R（X2008A×W01R, X2008B×W01R, XYZ2A×W01R and XYZ2B×W01R) were significantly higher than those of the control, indicating that the combinations with W01R had a stronger heterosis than the combinations with W02R. The sterile cytoplasm had no significant effect on the yield and the main agronomic traits, but the plant height reduced significantly. The sterile cytoplasm had no significant effect on erucic acid, glucosinolate and oil content, but reduced oleic acid content. The resistance to sclerotinia rot and virus disease was no significantly affected by the sterile cytoplasm.

; ogu cytoplasmic male sterility; cytoplasmic effect

S565.4

A

1007-1032(2017)06-0586-04

2017–03–10

2017–10–31

“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0101300)；湖南省省長專項(湘財農(nóng)指[2016]114)

陶芬芳(1991—)，女，湖南新邵人，碩士研究生，主要從事油菜遺傳育種研究，1453282987@qq.com，

通信作者，鄔賢夢，博士，教授，主要從事油菜遺傳育種研究，wuxm126@163.com

投稿網(wǎng)址：http://xb.hunau.edu.cn

#并列第一作者，岳寧燕(1991—)女，湖南邵陽人，碩士研究生，主要從事油菜分子育種研究，493790266@qq.com；