01-3A芹菜雄性不育材料的遗传特点研究

高国训 靳力争 鲁福成 陆子梅 任志雨 于槐

（1.天津市农业高新技术示范园区管理中心，300381；2.天津市园艺工程研究所；3.天津农学院）

01-3A芹菜雄性不育材料的遗传特点研究

高国训1靳力争2鲁福成2陆子梅2任志雨3于槐3

（1.天津市农业高新技术示范园区管理中心，300381；2.天津市园艺工程研究所；3.天津农学院）

研究了芹菜雄性不育材料01-3A的不育度、遗传特点和稳定性。I2-KI染色法镜检发现，01-3A花药内没有成熟花粉粒，败育彻底。利用01-3A进行测交、回交、正反交得到的后代群体育性表现说明，01-3A不育性由细胞核内一对隐性基因控制，符合隐性核不育遗传模式，不受其他基因影响，不存在复等位基因或其他互作基因效应，而且与细胞质无关。01-3A不育性不受季节性温度变化影响。

芹菜 雄性不育 遗传特性

雄性不育系是作物杂交育种的一种理想亲本材料，可以提高杂交率，减少人工制种成本，目前已成功应用于多种蔬菜一代杂种生产。有关芹菜雄性不育系的研究报道目前还较少，美国加州大学Quiros等[1]于1986年报道过一例野生芹菜中发现的雄性不育材料，此材料的不育性由一对隐性核基因控制，其结籽率比正常植株低30%，此后没有发现用于杂交育种的相关报道。2002年，笔者在一个西芹高代自交系01-3采种田内发现雄性不育材料01-3A，在随后的几年里，对01-3A的农艺学特性[2]和花药发育细胞学[3]进行了系统观察，同时还着力研究了01-3A不育性的遗传特点，旨在为更加高效地利用此材料进行芹菜杂交育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

芹菜雄性不育材料01-3A发现于自交系01-3中，用于遗传测交的试验材料有自交系01-3中多个可育株系以及01-9，01-17，02-5，03-1等30多个优良自交系。

1.2 试验方法

①不育度测定 采用I2-KI染色法，在芹菜大蕾期，取不育株01-3A和正常可育株的花药，放在载玻片上，对准花药加1滴I2-KI溶液，盖上盖玻片，轻压，使花药壁破碎，使花粉粒直接浸在I2-KI溶液中进行染色，根据花粉颜色变化判断雄性不育度。

②细胞核隐性基因效应 以自交系01-3中的雄性不育株01-3A为母本，分别以同系内正常可育株，01-9，01-17，02-5自交系为父本进行测交。翌年调查各组合F1代群体育性表现情况，并从每个杂交组合后代群体中选择10株左右可育株分别进行自交得到F2，第2年分别调查F2群体育性分离情况。同时以F2群体中不育株为母本进行回交得到BC1，下一年分别调查BC1群体育性表现。通过x2测验判断雄性不育性状的细胞核隐性基因效应。

③细胞核复等位（或互作）基因效应 以01-3A作母本，以01-12等30个自交系作父本进行测交，观察F1、F2群体育性表现，通过x2测验，依据张书芳等[4]和冯辉[5]提出的遗传模式假说，判断雄性不育性状的细胞核复等位基因或互作基因效应。

表1 系内兄妹交、可育株自交后代的育性分离表现

④细胞质效应 以01-3A作母本，02-5和02-9两个黄色种品系作父本进行杂交，可以得到正常可育的正交F1。因为芹菜黄色种的叶柄黄色相对于绿色种的叶柄绿色为隐性性状，由一对隐性基因控制，所以正交F1的叶柄颜色全部为绿色。以02-5和02-9作母本，正交F1为父本进行反交，从反交F1中选取绿色叶柄单株各12株，分别进行自交，对各个F2后代群体育性表现分别调查并进行x2测验，根据测验结果分析雄性不育性状的细胞质效应。

表2 01－3A与其他自交系杂交的F2代和回交一代育性表现

表3 01－3A与01－5等30多个自交系杂交所得的F2代育性表现（x=3.841）

表3 01－3A与01－5等30多个自交系杂交所得的F2代育性表现（x=3.841）

组合 不育株/可育株期望比例，x2值 x2值01-3A×01-5 27/105 1∶3，0.3636 01-3A×02-18 22/73 1∶3，0.087701-3A×01-9 30/111 1∶3，0.8534 01-3A×02-23 22/78 1∶3，0.333301-3A×01-12 19/81 1∶3，1.6133 01-3A×02-24 18/60 1∶3，0.068401-3A×01-17 35/125 1∶3，0.6750 01-3A×02-25 13/45 1∶3，0.092001-3A×01-18 24/80 1∶3，0.1154 01-3A×03-1 32/89 1∶3，0.223101-3A×01-20 16/53 1∶3，0.0435 01-3A×03-2 26/79 1∶3，0.003201-3A×01-24 21/70 1∶3，0.0916 01-3A×03-3 19/58 1∶3，0.004301-3A×01-27 25/83 1∶3，0.1111 01-3A×03-4 28/81 1∶3，0.076501-3A×02-3 16/55 1∶3，0.1174 01-3A×03-7 17/65 1∶3，0.585401-3A×02-5 40/117 1∶3，0.0531 01-3A×03-8 25/70 1∶3，0.171901-3A×02-7 30/102 1∶3，0.2525 01-3A×03-11 20/66 1∶3，0.062001-3A×02-8 18/82 1∶3，2.2533 01-3A×04-3 26/83 1∶3，0.247701-3A×02-9 25/86 1∶3，0.2432 01-3A×04-11 32/99 1∶3，0.002501-3A×02-12 20/71 1∶3，0.2967 01-3A×04-13 16/50 1∶3，0.000001-3A×02-13 26/86 1∶3，0.1071 01-3A×04-17 18/52 1∶3，0.076201-3A×02-17 14/52 1∶3，0.3232 01-3A×04-23 26/68 1∶3，0.5106期望比例， 组合 不育株/可育株

表4 反交F2代的育性表现

⑤雄性不育稳定性试验 在芹菜进入开花期以后，随机选择20株雄性不育株，定株连续观察整个花期内各级花穗中的雄性不育性表现。

2 结果与分析

2.1 雄性不育度的测定结果

在解剖镜下的观察结果表明，正常可育株的花药内花粉粒丰富而饱满，被I2-KI溶液染成深蓝色，证明其生活力旺盛，而不育株01-3A的花药内没有发现花粉粒，只能看到没被染色的破碎花药壁，说明01-3A彻底败育，不育度达到100%。

2.2 细胞核隐性基因效应

2003年利用不育株进行系内兄妹交，按照不同组合分别采种，2004年各组合育性分离比例经过x2测验符合1∶1模式，同年继续进行了多对兄妹交，并使可育株自交。2005年兄妹交F1群体育性分离比例仍然符合1∶1，而可育株自交F1出现符合1∶3的育性分离（表1）。这样的育性分离比例符合隐性核不育遗传模式，不育株01-3A的基因型应该为msms，而对应的正常可育株01-3B的基因型则为Msms。

为进一步验证不育性遗传稳定性，2003年以3个芹菜自交系01-9、01-17和02-5为父本，分别与01-3A进行杂交，得到的3个F1在花期全部表现为正常可育，3个F1分别自交得到的F2群体在花期出现了如表2显示的育性分离，经x2检验符合1∶3模式，而3个F1分别与01-3A进行回交，其后代的育性比例符合1∶1，上述试验结果说明01-3A不育性遗传非常稳定。

2.3 细胞核复等位（或互作）基因效应

以01-3A作母本，以01-5等30个自交系作父本进行测交，所得到的F1全部表现可育，F2则全部出现育性分离（表 3），而且分离比例符合1∶3模式，说明01-3A中的不育基因没有受到细胞核其他基因的影响，不存在复等位基因或其他互作基因效应。

2.4 细胞质效应

在正向杂交时，F1的雄性不育基因型为杂合型，其细胞质为母本01-3A的遗传背景，经过反向杂交，反交F1的细胞质分别转换为02-5和02-9的遗传背景，各自的F2代依然保持着02-5和02-9的细胞质背景。在反交过程中，因为芹菜花很小，母本难以去雄，不能完全避免自交结实，所以在收获的反交F1黄柄植株中不能排除母本自交后代，而绿柄植株肯定为反交后代，因此，从2个反交F1中分别随机选取绿色叶柄单株各12株，进行隔离自交得到F2。在与02-5反交的12株绿柄F1中，有5株自交F2代出现育性分离，其他7株自交后全部表现可育。在与02-9反交的12株绿柄F1中，有4株自交F2代出现育性分离，其余8株自交后全部表现可育。对发生育性分离的两个反交组合F2代不育株和可育株分别进行合并处理，经x2检验符合1∶3模式（表4）。这一结果表明，01-3A所携带的不育基因不仅在原始细胞质背景下可以得到表达，而且在其他品系细胞质背景下也可正常表达，说明该基因只与细胞核遗传物质有关，而与细胞质无关。

表5 01－3A开花期及育性表现

2.5 雄性不育稳定性

从5月下旬开始，芹菜进入开花期，顶生花穗首先开放，随后一级侧生花穗、二级侧生花穗、直到六级侧生花穗依次开放，我们对不育株雄蕊的育性进行连续观察，时间长达74 d，田间气温从5月下旬的18.3℃逐渐升高到7月下旬的34.3℃，所有不育株的全部小花雄蕊始终表现为败育性质（表5），不育率达到100%，说明此雄性不育是遗传稳定的，不受季节变化的影响。

3 结论与讨论

本研究结果表明，芹菜雄性不育材料01-3A花药败育彻底，不受季节性温度变化影响，符合隐性核不育遗传模式，雄性不育性状由细胞核内一对隐性基因控制，不存在复等位基因或其他互作基因效应，与细胞质无关。我们利用01-3A这样的遗传特点，使之与01-3中正常可育株进行兄妹交，已育成雄性不育两用系01-3AB，并通过与其他自交系进行杂交组配，进一步选育成功两个优质高产的芹菜一代杂交新品种“津奇1号”[6]和“津奇2号”[7]。

由于芹菜具有花器小、花量大、花期长而分散的开花特性，进行人工杂交操作非常麻烦，而且难以达到较高的杂交率，因此，人们以往对芹菜遗传规律研究很少，了解不多。01-3A所具有的隐性核不育遗传特点对于我们深入开展芹菜遗传规律研究非常有帮助。以01-3A为母本与其他自交系进行杂交，杂交率为100%，获得的F1育性正常，可以自交得到F2，通过观测分析F1和F2群体性状表现，就能够准确判断许多性状的遗传规律。

[1]Quiros C F,Rugama A,Dong Y Y,et al.Cytological and genetical studies of a male sterile celery[J].Euphytica, 1986,35:867-875.

[2]高国训，靳力争，陆子梅，等.芹菜雄性不育株的发现及其植物学特征[J].天津农业科学，2006，12（4）：9-11.

[3]陆子梅，高国训，靳力争，等.芹菜雄性不育花药发育的细胞学观察[J].华北农学报，2007，22（1）：120-122.

[4]张书芳，宋兆华，赵雪云.大白菜细胞核基因互作雄性不育系选育及应用模式[J].园艺学报，1990，17（2）：117-125. [5]冯辉.大白菜核基因雄性不育性的研究[D].沈阳：沈阳农业大学博士学位论文，1996.

[6]高国训，靳力争，陆子梅，等.优质高产杂交芹菜新品种津奇1号[J].长江蔬菜，2009（1）：3.

[7]高国训，靳力争，陆子梅，等.早春芹菜一代杂种‘津奇 2号’[J].园艺学报，2008，35（5）：777.

Genetic Characters of 01-3A Male Sterile Celery

GAO Guoxun1,JIN Lizheng2,LU Fucheng2,LU Zimei2,REN Zhiyu3,YU Huai3
(1.Managing Centre,Tianjin High Technology of Agriculture Spreading Area,Tianjin 300381; 2.Tianjin Institute of Horticulture Engineering;3.Tianjin Agriculture Academy)

The sterile degree,genetic characteristic and stability of 01-3A male sterile celery were studied.It was found that under the microscope,01-3A was a completely male sterile type without vigor pollens in its anther.The fertility in progenies of test cross,backcross,selfcross and reciprocal cross between 01-3A and other lines indicated that the male sterility was controlled by a pair of nuclear recessive gene,without effects of multiple alleles,epistatic gene and cytoplasm.The male sterility was stable in different temperature and seasons.

Celery;Male sterility;Genetic effect

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.007

天津市基础研究计划项目（07JCYBJC12100）

高国训（1967-），男，硕士，副研究员，主要从事蔬菜遗传育种研究，电话：022-27950031。E-mail:ggx67@126.com

2009-04-09