小麦T型细胞质雄性不育系T9023A的选育及育性恢复研究

董普辉，朱先玉，程亚丹，望俊森，陶林伟，黄 丁

(河南科技大学 农学院，河南 洛阳 471023)

小麦T型细胞质雄性不育系T9023A的选育及育性恢复研究

董普辉，朱先玉，程亚丹，望俊森，陶林伟，黄 丁

(河南科技大学 农学院，河南 洛阳 471023)

为了丰富T型杂交小麦的不育系和恢复系资源，以优质多抗小麦品种郑麦9023为轮回亲本，对T型小麦细胞质雄性不育系T504A连续回交选育不育系，研究其雄性败育特点，并进行恢复系鉴定和育性恢复的遗传分析。结果表明：回交转育获得不育系T9023A，其不育性稳定,雄性败育彻底，花药干瘪细长、不开裂，I2-KI染色显示,花粉败育类型为圆败和典败。以具有野燕麦(Q型)细胞质的小麦品种川农26和川农27与T9023A测交，其测交F1自交结实率(国内法)分别为80.3%和62.6%，川农26对T9023A的恢复能力更强一些。T9023A/川农26的F2群体可育株与不育株分离比符合15∶1，表明川农26携带有T型细胞质雄性不育的2对主效恢复基因。

小麦； 细胞质雄性不育； 回交转育； 育性恢复

利用杂种优势是提高小麦产量的一条重要途径[1-2]。自1951年Kihara获得尾状山羊草(Aegilopscaudata)细胞质雄性不育系以来[3]，细胞质雄性不育(CMS)成为小麦杂种优势利用的重要途径。据统计，世界上先后发现了70多种不同类型的异源细胞质小麦雄性不育系，但其中绝大多数具有明显的不良细胞质效应，仅有T型(Triticumtimopheevii)、K型(Aegilopskotschyi)和V型(Aegilopsventricosa)CMS用于杂交小麦生产[1,4-5]。因此，加强T、K、V型不育系的研究对小麦杂种优势利用具有重要意义。

小麦T、K、V型3种不育系各有优缺点。小麦T型不育系育成较早[6]，其不育性稳定、败育彻底，不良细胞质效应较少，在世界范围内得到了广泛研究。然而,后来发现T型不育系存在种子皱缩、发芽率低、恢复源极少、恢复性复杂等问题[4-5,7]，使T型杂交小麦的发展受到很大限制。小麦K、V型不育系克服了T型不育系的一些缺点，二者既易保持又易恢复，但在普通小麦中K、V型不育系的高恢复力品种却很少，这给强优势组合的选配带来不少困难[4-5,7]。因此，国内外一直试图通过不育系改良和恢复源的挖掘来克服上述问题。

自2007年开始，河南科技大学农学院小麦遗传育种课题组以小麦T型不育系T504A为母本，通过连续回交将正在推广应用的几个小麦优良品种转育成了新的T型不育系(未发表)。川农26和川农27是具有野燕麦(Q型)细胞质的2个育性正常的普通小麦品种。据文献报道，Q型细胞质小麦不育系的恢保关系与T型不育系基本一致[8]。为拓宽小麦T型不育系的恢复源，很有必要鉴定川农26和川农27对T型不育系的恢复能力。为此，介绍了T型不育系T9023A的回交转育过程，研究其雄性败育特点，并进行了恢复系鉴定和育性恢复的遗传分析，以期丰富T型不育系的恢复源。

1 材料和方法

1.1 试验地点及供试材料

试验在河南科技大学周山校区试验田进行。小麦T型细胞质雄性不育系T504引自西北农林科技大学农学院。郑麦9023引自河南省农业科学院小麦研究所。川农26和川农27均是四川农业大学选育的具有野燕麦细胞质的普通小麦品种。

1.2 不育系选育方法

采用连续回交法进行不育系的回交转育。不育系转育过程育性鉴定以目测为主，结合花粉粒I2-KI染色方法进行。

1.3 恢复系鉴定

2013年4月,以川农26和川农27为父本分别与T9023A杂交，同年10月播种2个组合的F1种子。2014年4月，对杂交F1随机套袋10穗，灌浆后期调查自交结实率(国内法)。自交结实率=小穗基部小花结实总数/(有效小穗数×2)×100%。

1.4 恢复性遗传分析

2014年10月秋播(T9023A/川农26)F2，2015年在F2群体扬花前每株套袋1穗自交，灌浆后期调查育性。参照李红霞等[9]和詹克慧等[10]的研究方法，以结实率10%作为不育株与可育株的划分界限，采用χ2测验法对育性分离比例进行分析。

2 结果与分析

2.1 T9023A的选育过程

2007年4月,以T型细胞质雄性不育系T504A为母本，郑麦9023为父本杂交2穗；2007年10月播种F1，2008年4月，扬花期，目测F1表现为全不育，套袋自交也未发现结实，用郑麦9023成对回交3 对；2008年10月,播种3个BC1F1和对应的父本株系，2009年4月，经目测，3个BC1F1均表现为全不育，于是选择与郑麦9023性状相似的不育株，用对应父本株系继续成对回交5对；2009年10月，播种5个BC2F1和对应的父本株系，2010年4月，5个BC2F1均表现为全不育，在性状比较整齐且与郑麦9023相似的不育株行中，再选择与郑麦9023性状更相似的不育单株，分别用对应父本株系成对回交多对。重复上述方法进行选择和回交。2013年4月，BC5F1表现为完全不育，植株农艺性状整齐一致，与郑麦9023无明显差异，说明以郑麦9023为保持系的T型细胞质雄性不育系T9023A转育成功。

2.2 T9023A败育的生物学特性

在扬花期，进行田间观察发现，T9023A穗子蓬松，颖壳开张较大，花丝发育不良，花药几乎无外露，套袋自交始终未发现结实现象，败育很彻底；而郑麦9023开花散粉良好，结实性正常。在花药外部形态上，T9023A花药干瘪，细长瘦小，均不开裂(图1)。取T9023A的成熟花药，进行花粉粒I2-KI染色，镜检发现所有花粉粒均对I2-KI溶液无染色反应，部分花粉粒呈圆形，为圆败；另一部分花粉粒皱缩，形状不规则，为典败(图1)。说明T9023A花粉败育类型为圆败和典败。

2.3 恢复系的鉴定

由表1可知，川农26和川农27与T9023A组配的2个杂交F1的平均自交结实率分别为80.3%和62.6%，表明这2个具有Q型细胞质的普通小麦品种对T9023A均有恢复能力，但川农26的恢复能力更强一些。由表1还可以看出，2个杂交F1的结实率变幅分别为73.2%～85.4%和0～88.2%，变异系数分别为15.3%和45.7%，表明川农26对T9023A的恢复能力比川农27更稳定。这可能与川农26含有较多的恢复基因有关。

图1 T9023A的花药形态(A)及花粉I2-KI染色结果(B)

表1 2个杂交组合F1的育性表现 %

2.4 川农26的恢复性遗传分析

图2 T9023A/川农26的F2代群体的育性分布

3 结论与讨论

在众多的小麦细胞质雄性不育系中，T型不育系在世界范围内得到了广泛研究，这主要是因为其雄性败育彻底，不育性不受环境变化影响，并且不良细胞质效应较少等[4-5,7]。目前,T9023A已回交8代，各世代回交时始终表现完全不育，其他几份T型不育系在转育过程中也未发现有自交结实现象。T型不育系稳定的不育性表现可能与其花粉败育时期较早有一定关系。本研究中，T9023A的花粉败育类型为圆败和典败，与前人研究结果一致[11-12]，说明不同T型不育系材料的花粉败育特点相似。T型不育系不仅不育性很稳定，而且保持系资源极为丰富，因此，可以利用温室加代条件，一年多代加快不育系的回交转育进程，从而获得更多的优良不育系。从应用角度考虑，回交转育的父本材料应具备矮秆、抗病、优质、配合力高、散粉好等优点。由于T型不育系常存在种子皱缩的问题[5,7,13]，回交父本要有良好的籽粒饱满度。

T型小麦不育系的最大问题在于恢复源太少，一般普通小麦品种中不易找到恢复能力高且稳定的恢复系，这极大地增加了强优势杂交组合的选育难度[7-8,12]。经过几十年努力，至今发现了11个不同的T型恢复基因(Rf1—Rf11)，这些恢复基因大多数来源于小麦野生近缘种[5,14]。T型小麦不育系完全恢复其不育性所需的恢复基因数目较多，采用传统方法选育恢复系的难度和工作量很大。随着分子生物技术的发展，至今已开发出Rf1、Rf3、Rf4、Rf6、Rf8等T型恢复基因的分子标记[15-20]，利用分子辅助选择技术将这些恢复基因累加，将可大大提高优良恢复系的选择效率。本研究结果证实，具有Q型细胞质的川农26和川农27对T型不育系具有恢复能力，其中T9023A/川农26的F1自交结实率达到80.3%，遗传分析表明,川农26携带有2对T型细胞质雄性不育主效恢复基因。目前,本课题组正在进行川农26恢复基因的分子标记定位和恢复系选育工作，以期为T型杂交小麦研究提供新的恢复基因和优良恢复系。

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Study on Breeding of T-type Wheat CMS Line T9023A and Its Fertility Restoration

DONG Puhui,ZHU Xianyu,CHENG Yadan,WANG Junsen,TAO Linwei，HUANG Ding

(College of Agriculture,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023,China)

In order to enrich the resources of cytoplasmic male sterile(CMS) lines and restorer lines for T-type hybrid wheat,the elite wheat variety Zhengmai 9023 was used as the recurrent male parent to backcross with T-type CMS line T504A to breed new CMS line,and its male abortive characters as studied,the restorer lines were identified,the genetic analysis of fertility restoration were done.The results showed that a completely male sterile line T9023A was obtained through successive backcrossing.The anther of T9023A was shriveled,slender and no crack.The pollen grains of T9023A were irregular or spherical in shape and unstainable with I2-KI solution.By crossing T9023A with wheat variety Chuannong 26 and Chuannong 27(both havingAvenafatuacytoplasm),two F1hybrids were obtained.And their selfed seed fertility(domestic method) were 80.3% and 62.6%,respectively.The restoring capability of Chuannong 26 for T9023A was much higher.Segregation for fertility∶sterile in F2populations of T9023A/Chuannong 26 fitted the ratio of 15∶1 .This result suggested that Chuannong 26 contained 2 pairs of major restorer genes for T-type CMS.

wheat; cytoplasmic male sterility(CMS); backcross breeding; fertility restoration

2016-10-20

国家自然科学基金项目(U1304320,U1304318)；河南科技大学大学生科研训练计划项目(2015136)

董普辉(1975-)，男，陕西户县人，副教授，博士，主要从事小麦杂种优势利用和小麦新品种选育研究。 E-mail：dongpuhui@sina.com

S512.1

A

1004-3268(2017)03-0025-04