甘藍型油菜細胞質(zhì)雄性不育系9171 A的發(fā)現(xiàn)及育性特征

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(貴州省農(nóng)業(yè)科學院油菜研究所， 貴陽 550008)

自20世紀70年代以來，國內(nèi)外育種家先后創(chuàng)建了油菜多種雜種優(yōu)勢的利用途徑，其中影響最大、應用最廣的首推華中農(nóng)業(yè)大學傅廷棟院士創(chuàng)建的波里馬細胞質(zhì)雄性不育系[1]，其主要特點是恢復基因來源廣泛，易于實現(xiàn)三系配套和選育強優(yōu)勢雜交油菜組合，其缺陷是不育性易受低溫影響，在開花初期出現(xiàn)微量花粉[2-5]。特別是在春季氣候多變的南方制種難度及風險增加。

9171 A新細胞質(zhì)不育材料的發(fā)現(xiàn)與成功選育，不但豐富了油菜不育材料，提供了雜種優(yōu)勢利用新途經(jīng)，還有望克服在南方制種春季低溫年份發(fā)生微量花粉影響雜交種子質(zhì)量的問題。本試驗從新不育源的發(fā)現(xiàn)、選育方法的改進、用新保持系替換波里馬不育的核基因等過程，初步闡述了新不育系的選育方法(選育方法已獲國家發(fā)明專利：ZL 2015 1 0298748.9)、育性特征以及與波里馬不育的關系。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 不育源891 AB

本課題組于2008年3月在思南縣塘頭鎮(zhèn)貴州省油菜研究所科研試驗地的育種資源圃編號為891(891株行材料為陜2 A質(zhì)不育類型雜交種經(jīng)系統(tǒng)選育的常規(guī)油菜品系)株行中發(fā)現(xiàn)1株不育株，育性徹底，似核不育，利用891株行的可育株與不育株授粉雜交，采用隱性核不育兩型系選育方法，在雜交F1、F2代自交，在其F3代選擇育性比為3∶1的株行利用不育株與可育株測交，最終育成育性比為1∶1的兩型系891 AB。因當初發(fā)現(xiàn)的不育株的不育性徹底，被誤認為是核不育類型，通過后來的研究表明是一種全新的細胞質(zhì)雄性不育類型。為便于敘述，暫定名為質(zhì)不育兩型系891 AB。質(zhì)不育兩型系891 AB的不育株育性徹底，不育株的育性不受溫度的影響。

1.1.2 5771 R

2002年春以埃塞俄比亞芥細胞質(zhì)的甘藍型油菜品系572 R為母本，與甘藍型油菜雙低品種湘油13 Y(從湖南省大面積油菜生產(chǎn)區(qū)引進的湘油13中的1個選系)進行雜交，采用常規(guī)雜交育種程序經(jīng)過8代的連續(xù)定向選擇，于2007年育成的埃塞俄比亞芥細胞質(zhì)的甘藍型油菜雙低優(yōu)質(zhì)常規(guī)品系(隱性核不育的恢復系)5771 R，為本所自育材料。

1.1.3 波里馬類型質(zhì)不育系、保持系、恢復系

波里馬類型質(zhì)不育系、保持系：356 A、356 B為本所選育的細胞質(zhì)不育系及保持系。

波里馬類型質(zhì)不育系、保持系、恢復系：華48210 A、380-1 B、常03、92-11、金068-4、油研10號?F10、2255 C、2350 C、中油116?F8、中雜8號?F6、花葉恢。由貴州省農(nóng)業(yè)科學院李大雄研究員提供。

注：S為不育胞質(zhì)；N為可育胞質(zhì)；r為不育基因；R為可育基因。圖1 新質(zhì)不育系9171 A的選育示意圖

1.2 方 法

1.2.1 新不育系9171 A的選育方法

利用細胞質(zhì)不育兩型系轉(zhuǎn)育保持系法，具體的方法見圖1。該方法的要點： 1) 在新發(fā)現(xiàn)育性徹底的不育材料本行利用可育株授粉將新不育源保持下來，并育成1∶1的兩型系； 2) 通過1∶1兩型系的可育株為橋梁，將新發(fā)現(xiàn)不育源的細胞核內(nèi)不育基因轉(zhuǎn)入可育細胞質(zhì)材料中，合成細胞質(zhì)為可育而細胞核為不育的新保持系。

1.2.2 新不育系9171 A的育性鑒定

利用新不育系9171 A與波里馬類型不育系互換保持系雜交，在貴州省思南縣塘頭鎮(zhèn)、貴州省貴陽市2個地點，連續(xù)2年秋季播種雜交組合種子，待第2年春開花期觀察育性表現(xiàn)。利用新不育系9171 A與波里馬類型的恢復系雜交，觀察其育性表現(xiàn)。

1.2.3 新不育保持系與波里馬不育系連續(xù)回交世代的育性觀察

利用新不育系9171 A的保持系與波里馬類型不育系雜交并連續(xù)回交，在回交BC1F1選擇沒有微粉的植株繼續(xù)與保持系9171 B回交，觀察回交后代的育性表現(xiàn)。同時以新育成的不育系9171 A與保持系連續(xù)雜交保持，觀察其育性是否穩(wěn)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不育源的發(fā)現(xiàn)與保持

本課題組于2008年3月在思南縣塘頭鎮(zhèn)貴州省油菜研究所科研試驗地的育種資源圃編號為891(891株行材料為陜2 A質(zhì)不育類型雜交種經(jīng)系統(tǒng)選育的常規(guī)油菜品系，核不育的恢復系)株行中發(fā)現(xiàn)1株不育株，育性徹底，利用本行可育株與不育株授粉，將不育源保持下來。按隱性核不育系的選育方法，通過自交及測交，于2010年育成了育性比為1∶1的質(zhì)不育兩型系891 AB。891 AB的不育株多年均表現(xiàn)為育性不受低溫的影響。

2.2 新質(zhì)不育系9171 A的選育

為了實現(xiàn)三系配套，采用最常用的測交篩選法選育保持系，即利用質(zhì)不育兩型系891 AB的不育株與大量的常規(guī)油菜品系(包括多個波里馬及陜2 A的保持系)雜交，但都沒有篩選到能保持不育性徹底程度與891 A一樣的(不受低溫影響的)相應保持系。

2011年春利用質(zhì)不育兩型系891 AB的可育株S(Rfrf)作父本，常規(guī)品系5771 R((隱性核不育的恢復系)為母本雜交，F(xiàn)1大量自交，2013年春調(diào)查所有F2均無不育株分離(說明5771 R是可育胞質(zhì))，于是選擇38個F2單株自交，同時與891 AB的不育株成對測交， 2014年春出現(xiàn)5個不育性徹底的全不育測交組合，4個有微量花粉的全不育組合，7個有50%左右不育株的組合， 22個組合全可育，于是繼續(xù)利用全不育組合與對應的自交單株連續(xù)回交，于2015年育成了育性穩(wěn)定的細胞質(zhì)雄性不育系9171 A及對應的保持系9171 B。選育過程見圖1。

2.3 新不育系9171 A與波里馬的恢保關系比較

于2016—2018年，利用新不育系9171 A與波里馬類型的保持系及恢復系雜交，觀察其后代育性情況(見表1)，新育成的不育系9171 A×保持系9171 B多年均無低溫微粉現(xiàn)象，說明新育成的質(zhì)不育系9171 A不受低溫影響，育性穩(wěn)定；波里馬類型不育系華48210 A、1356 A與新不育系的保持系9171 B雜交F1為全不育但均有微量花粉；新育成的不育系9171 A與6個波里馬類型的保持系雜交，F(xiàn)1均表現(xiàn)為全不育但均有微量花粉；新育成的不育系9171 A與6個波里馬類型的恢復系雜交，F(xiàn)1均表現(xiàn)為全可育，說明新不育系9171 A與波里馬不育具有相同的恢復系，但保持系卻不相同。

2.4 新不育保持系與波里馬不育系連續(xù)回交世代的育性表現(xiàn)

利用2個波里馬類型不育系華48210 A、1356 A與新不育保持系9171 B雜交，其F1為全不育，均有微量花粉現(xiàn)象；回交BC1F1為全不育，有約一半的植株無微量花粉，在2個BC1F1群體中分別選取10株育性徹底(無微量花粉)的不育株與9171 B繼續(xù)回交，所有BC2F1全部表現(xiàn)為育性徹底的不育群體，由此說明，用新不育保持系9171 B與波里馬不育連續(xù)多代回交替換其核基因后，可保持其不育性徹底。同時以新育成的不育系9171 A與保持系連續(xù)雜交保持，其各世代均表現(xiàn)為不育性穩(wěn)定、徹底。

表2 新不育保持系與波里馬不育系連續(xù)回交世代的育性表現(xiàn)

不育系不育系類型育性表現(xiàn)保持系F1育性表現(xiàn)BC1F1表現(xiàn)BC2F1表現(xiàn)9171A新不育系全不育 無微粉全不育無微粉全不育無微粉全不育無微粉華48210A波里馬類型全不育有微粉9171B全不育有微粉全不育1/2有微粉全不育無微粉1356A波里馬類型全不育有微粉全不育有微粉全不育1/2有微粉全不育無微粉

表1 不育系9171 A與Polima A和陜2 A恢保關系比較

材料類型組合F1育性備注9171A新不育系9171A×9171B不育多年無微量花粉華48210A波里馬類型不育系華48210A×9171B不育有微量花粉1356A1356A×9171B不育有微量花粉380-1波里馬類型保持系9171A×380-1不育有微量花粉常039171A×常03不育有微量花粉92-119171A×92-11不育有微量花粉金068-49171A×金068-4不育有微量花粉油研10號F109171A×油研10號F10不育有微量花粉1356B9171A×1356B不育有微量花粉2255C波里馬類型恢復系9171A×2255C可育全恢2350C9171A×2350C可育全恢中油116F89171A×中油116F8可育全恢中雜8號69171A×中雜8號6可育全恢花葉恢9171A×花葉恢可育全恢699C9171A×699C可育全恢

3 討 論

雜交種子純度是雜交油菜生產(chǎn)應用中最重要的質(zhì)量指標。對細胞質(zhì)雄性不育系而言，盡管影響雜種純度的因素有很多。如親本純度、隔離環(huán)境、生物學混雜等，但最主要的因素是由不育系本身的育性遺傳特性所決定。

波里馬和陜2 A兩大類型不育系的微粉問題，在一定程度上影響了兩大不育系雜交種的種子質(zhì)量[6-7]。近年來，通過農(nóng)業(yè)科研技術(shù)工作者多年來的努力，針對微粉在生產(chǎn)上的問題有了很大程度的改善[8-11]。但是仍不完善，如加大了制種成本，且技術(shù)措施不易操作，延緩了種子銷售時間，從而增加了企業(yè)資金周轉(zhuǎn)期等問題。因此，只有發(fā)現(xiàn)或培育出一種不育性徹底、穩(wěn)定的新細胞質(zhì)不育系，才能從根本上解決目前胞質(zhì)不育系的微粉問題。能否育成沒有微量花粉的新質(zhì)不育系，發(fā)現(xiàn)新不育源是前提和基礎，有效的選育方法是成敗的關鍵。當新發(fā)現(xiàn)育性徹底的質(zhì)不育時，首先用本株行的可育株授粉將新不育源保持下來，并通過育成兩型系的可育株為橋梁，將新不育源的核不育基因轉(zhuǎn)移到可育胞質(zhì)材料中，育成新的保持系，可避免通過常用的選育保持系的測交篩選法丟失新發(fā)現(xiàn)不育源的核不育基因。

通過新不育系育性特征及與波里馬恢保關系比較的結(jié)果，說明新不育系9171 A與波里馬不育具有相同的恢復系，經(jīng)過進一步的研究，用新不育保持系9171 B與波里馬不育連續(xù)回交，替換其核基因后仍然表現(xiàn)為育性穩(wěn)定、徹底、不受溫度影響的特征。