甘蓝型油菜萝卜质雄性不育系的细胞质效应研究

陶芬芳，岳宁燕#，杨学乐，彭烨，邢蔓，朱艳菊，郑梦莎，邬贤梦*



甘蓝型油菜萝卜质雄性不育系的细胞质效应研究

陶芬芳1,2，岳宁燕1,2#，杨学乐1,3，彭烨1,2，邢蔓1,2，朱艳菊1，郑梦莎1，邬贤梦1,2*

(1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙 410128；3.湖南省作物研究所，湖南 长沙 410125)

利用3个甘蓝型油菜萝卜质雄性不育系(X2008A、X2011A、XYZ2A)及相应保持系(X2008B、X2011B、XYZ2B)分别与恢复系W01R和W02R杂交，得杂种F1代。以沣油520为对照，通过组合鉴定试验，分析萝卜质雄性不育胞质对杂种F1代的产量、农艺性状、品质性状及抗病性等方面的影响。结果表明：2个恢复系W01R和W02R的恢复力强，所配的组合F1代的恢复率均达100%，说明2个恢复系均适用于本试验；在参试的12个组合中，有10个组合比对照增产，其中用恢复系W01R所配的4个组合(X2008A×W01R、X2008B×W01R、XYZ2A×W01R、XYZ2B×W01R)增产达显著或极显著水平，说明W01R配制的组合比W02R具有更强大的杂种优势；不育胞质和可育胞质对杂种F1代各性状影响的分析结果表明，除对株高有明显降低效应外，不育胞质对产量、其他主要农艺性状及芥酸、硫苷和含油量无明显影响，但有降低油酸含量效应，对菌核病和病毒病的抗性均无明显影响。

甘蓝型油菜；萝卜质雄性不育；细胞质效应

植物细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)现象广泛存在于高等植物中，表现为雄性器官不能形成有活力的花粉，而植株的营养生长和雌性器官发育正常，其遗传方式为母性遗传[1]。大量的遗传学、细胞学、生物化学研究结果表明，线粒体DNA的变异与CMS有关，即线粒体基因区域的改变(突变、重排、转座等)或特异的线粒体基因表达会导致雄性不育[2–5]。植物细胞质雄性不育及其育性恢复现象涉及核质互作、基因表达调控以及环境因素影响等诸多方面。研究油菜不育胞质对杂种F1代的影响，对于培育强优势杂交组合具有重要意义。

许多学者对细胞质效应进行了研究，但得出结论并不一致[6–10]，说明细胞质效应的复杂性及对其继续研究的必要性。本研究中，利用3个甘蓝型油菜萝卜细胞质雄性不育系及其保持系分别与2个恢复系杂交，对杂种F1代的产量性状、主要农艺性状、品质性状和抗性进行比较研究，分析萝卜质不育细胞质对杂种F1代的影响效应，评估其利用潜力，旨在为杂交油菜育种提供参考依据。

1　材料与方法

1.1　材料

3个甘蓝型油菜萝卜质雄性不育系(X2008A、X2011A、XYZ2A)及相应的保持系(X2008B、X2011B、XYZ2B)和2个恢复系(W01R、W02R)，均由湖南农业大学油料作物研究所提供；组合鉴定试验所用对照品种为沣油520，由湖南省作物研究所提供。

1.2　方法

试验在长沙进行。2015年春季，以3个甘蓝型油菜新型萝卜质不育系及其保持系为母本，分别与2个恢复系进行配对，人工授粉制种获得F1代种子。每个组合的母本选10个单株进行人工授粉，其中3个保持系均需在开花之前先去雄，再授粉。

2015年秋季进行组合鉴定试验。随机区组设计。3次重复。小区面积6.67 m2。种植密度12 000株/667 m2。以生产上大面积应用的优质杂交油菜品种沣油520为对照。

1.3　测定项目及方法

2016年花期，调查各参试组合的育性恢复情况；角果期，调查病害发生情况，并按每个小区取样10株进行室内考种，考查农艺性状；角果成熟期分小区收割，单晒并测产，换算成每667 m2产量。取干样检测品质性状。重复3次，结果取平均值。

采用气相色谱法对鉴定试验各参试组合的混合样本的芥酸和油酸等主要脂肪酸含量进行分析；采用氯化钡法对样本的硫代葡萄糖苷进行分析；采用索氏抽提法对样本的含油量进行分析。具体操作参照文献[11]中的方法进行。

各指标细胞质效应分析参照盛孝邦[12]提出的雄性不育胞质与正常胞质的效应差估算法，即将不育系(A)和相应的保持系(B)分别与相同的恢复系配组，以效应差值来估算雄性不育胞质效应。

1.4　数据处理

采用Execl 2010整理数据；运用SPSS 19.0统计软件进行最小显著差数法(LSD)分析。

2　结果与分析

2.1　恢复系对杂交F1代育性恢复情况

在12个组合的F1代群体中，所有植株均表现为可育，恢复株率达100%，表明恢复系W01R和W02R均具有强的配合力，适用于本研究。

2.2　萝卜质不育胞质对产量的影响

由各参试组合的产量结果(表1)可知，12个参试组合中，有10个组合比对照增产，其中X2008A× W01R、X2008B×W01R、XYZ2A×W01R、XYZ2B× W01R增产达显著或极显著水平，说明利用萝卜质雄性不育系配制的杂交组合可能具有较强的杂种优势潜力。2个恢复系所配的组合中，以W01R为恢复系的6个组合的产量比对照高，其中4个组合增产显著或极显著。而以W02R为恢复系的6个组合中，有4个组合的产量比对照高，2个组合的产量比对照低，但均未达显著水平。参试的12个组合中，不育胞质与可育胞质相比，仅组合X2011A× W01R比X2011B×W01R产量减少达显著水平，其余组合有的产量增加，有的产量减少，但均未达显著水平，表明不育胞质对产量的影响不大。方差分析结果(表2)表明，组合间的产量差异达到极显著水平，区组间差异不显著。

表1　参试组合的产量表现

“**”“*”分别表示增产达极显著或显著水平；同列不同大、小写字母表示差异达极显著或显著水平。

表2　参试组合产量的方差分析结果

2.3　萝卜质不育胞质对农艺性状的影响

不育胞质杂种与可育胞质杂种6个农艺性状列于表3。不育胞质对杂种一代农艺性状影响可分为3种类型：①负效应型，即不育系与保持系的效应差值多数为负值或全部为负值，且有些效应值达极显著水平，如株高；②稳定型，即不育系与保持系的效应差值很小，在–1.2～1.2，如千粒质量、有效一次分枝数；③不确定型，即不育系与保持系的效应差值不确定，有的为正效应，有的为负效应，有的达显著或极显著水平，有的未达显著水平，如单株产量、每角粒数、全株角果数。

表3　参试组合的主要农艺性状

“**”“*”分别表示胞质效应达极显著或显著水平。

综合以上分析可知，本试验所用的3个萝卜质不育胞质X2008A、X2011A及XYZ2A对杂种F1代的不同农艺性状的影响效应不同。供试的6个不育胞质组合中有5个组合的株高均比相应的可育胞质组合矮，效应差值为–7.3~–1.5，其中组合X2008A×W01R、X2011A×W01R与对应的可育胞质组合相比株高差异达极显著水平。千粒质量及有效一次分枝数变异较小，为稳定型，不育系杂交种与保持系杂交种千粒质量之间效应差值在–0.1~0.1 g，只有X2011A×W01R达极显著水平；各组合的有效一次分枝数胞质效应变幅为–1.2~ –0.5，且均未达显著或极显著水平。全株角果数、每角粒数、单株产量的效应差值有的为正效应，有的为负效应，有的达显著或极显著水平，为不确定型。

2.4　萝卜质不育胞质对品质性状的影响

不育胞质杂种与对应的可育胞质杂种的4个品质性状列于表4。不育胞质对于含油量的效应差值有正效应，也有负效应，且均未达显著或极显著水平，为稳定型；对硫苷含量的效应差值正、负效应各占50%，且有些达到了显著或极显著水平，为不确定型；对油酸含量的效应差值大多数为负效应。

表4　各组合的主要品质性状

“**”“*”分别表示胞质效应达极显著或显著水平。

2.5　萝卜质不育胞质对菌核病和病毒病抗性的影响

从表5可以看出，萝卜质不育胞质对菌核病和病毒病的发生率的影响，不育胞质的效应值大多数为正值，但均未达显著水平，表明不育胞质对F1代的菌核病及病毒病的抗性无明显不良影响。

表5　各组合的病害发生率

3　小结与讨论

长期的实践证明，无论是油菜、玉米、水稻，还是其他作物，同一细胞质在不同性状上的效应不同，不同细胞质在同一性状上的效应也不同，对于细胞质在各性状上的具体效应表现，尚无统一认识。张书芬等[10]研究3种不育胞质(252A、2485A、32A)仅对少数几种性状(株高、分枝高度、一次有效分枝数)有影响，但对产量影响不明显，且对其他大多数经济性状、品质性状及抗病性无影响，因此，认为这3种不育胞质对杂种F1无不良影响。官春云等[6]曾选用2套油菜3系材料进行研究，结果表明，湘矮系统不育胞质对杂种经济性状影响较小，只要筛选出合适的恢复系，即可获得强优势的组合，而日本系统不育胞质对杂种产量优势的形成有不利影响。

本研究所用的3个萝卜质雄性不育系X2008A、X2011A及XYZ2A的胞质对F1代的大部分性状影响不大，虽然油酸含量有所下降，但对含油量、产量均无明显影响，而株高的降低，对于油菜的抗倒伏性有利，是一个可以开发利用的雄性不育细胞质。本研究结果进一步印证了细胞质效应的多样性和复杂性，在利用不育胞质之前先对其胞质效应进行研究，对筛选出优良的雄性不育细胞质，从而培育强优势杂交组合具有重要意义。

[1] 吴豪，徐虹，刘振兰，等．植物细胞质雄性不育及其育性恢复的分子基础[J]．植物学通报，2007，24(3)：399–413. DOI：10.3969/j.issn.1674–3466.2007.03.014．

[2] HANSON MR. Plant mitochondrial mutations and male sterility[J]. Annu Rev Genet，1991，25：461–486. DOI：10.1146/annurev.ge.25.120191.002333.

[3] SCHNABLE P. The molecular basis of cytoplasmic male sterility and fertility restoration[J]. Trends in Plant Science，1998，3(5)：175–180. DOI：10.1016/s1360–1385 (98)01235–7.

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[5] BUDAR F，TOUZET P，DE PAEPE R. The nucleo– mitochondrial conflict in cytoplasmic male sterilities revisited[J]. Genetica，2003，117(1)：3–16.

[6] 官春云，王国槐，李海．油菜不育胞质对杂种一代的影响[J]．遗传，1986．

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[10] 张书芬，宋文光，田保明，等．甘蓝型油菜雄性不育细胞质遗传效应研究[J]．河南农业科学，1995，24(3)： 7–9．

[11] 官春云．油菜品质改良和分析方法[M]．长沙：湖南科学技术出版社，1985．

[12] 盛孝邦，李泽炳．我国杂交水稻雄性不育细胞质研究的进展[J]．中国农业科学，1986，19(6)：12–16．

责任编辑：尹小红

英文编辑：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”国家重点研发计划项目(2016YFD0101300)；湖南省省长专项(湘财农指[2016]114)

陶芬芳(1991—)，女，湖南新邵人，硕士研究生，主要从事油菜遗传育种研究，1453282987@qq.com，

通信作者，邬贤梦，博士，教授，主要从事油菜遗传育种研究，wuxm126@163.com

投稿网址：http://xb.hunau.edu.cn

#并列第一作者，岳宁燕(1991—)女，湖南邵阳人，硕士研究生，主要从事油菜分子育种研究，493790266@qq.com；