01-3A芹菜雄性不育材料的遺傳特點(diǎn)研究

高國訓(xùn) 靳力爭 魯福成 陸子梅 任志雨 于槐

（1.天津市農(nóng)業(yè)高新技術(shù)示范園區(qū)管理中心，300381；2.天津市園藝工程研究所；3.天津農(nóng)學(xué)院）

01-3A芹菜雄性不育材料的遺傳特點(diǎn)研究

高國訓(xùn)1靳力爭2魯福成2陸子梅2任志雨3于槐3

（1.天津市農(nóng)業(yè)高新技術(shù)示范園區(qū)管理中心，300381；2.天津市園藝工程研究所；3.天津農(nóng)學(xué)院）

研究了芹菜雄性不育材料01-3A的不育度、遺傳特點(diǎn)和穩(wěn)定性。I2-KI染色法鏡檢發(fā)現(xiàn)，01-3A花藥內(nèi)沒有成熟花粉粒，敗育徹底。利用01-3A進(jìn)行測交、回交、正反交得到的后代群體育性表現(xiàn)說明，01-3A不育性由細(xì)胞核內(nèi)一對隱性基因控制，符合隱性核不育遺傳模式，不受其他基因影響，不存在復(fù)等位基因或其他互作基因效應(yīng)，而且與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。01-3A不育性不受季節(jié)性溫度變化影響。

芹菜 雄性不育 遺傳特性

雄性不育系是作物雜交育種的一種理想親本材料，可以提高雜交率，減少人工制種成本，目前已成功應(yīng)用于多種蔬菜一代雜種生產(chǎn)。有關(guān)芹菜雄性不育系的研究報(bào)道目前還較少，美國加州大學(xué)Quiros等[1]于1986年報(bào)道過一例野生芹菜中發(fā)現(xiàn)的雄性不育材料，此材料的不育性由一對隱性核基因控制，其結(jié)籽率比正常植株低30%，此后沒有發(fā)現(xiàn)用于雜交育種的相關(guān)報(bào)道。2002年，筆者在一個(gè)西芹高代自交系01-3采種田內(nèi)發(fā)現(xiàn)雄性不育材料01-3A，在隨后的幾年里，對01-3A的農(nóng)藝學(xué)特性[2]和花藥發(fā)育細(xì)胞學(xué)[3]進(jìn)行了系統(tǒng)觀察，同時(shí)還著力研究了01-3A不育性的遺傳特點(diǎn)，旨在為更加高效地利用此材料進(jìn)行芹菜雜交育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

芹菜雄性不育材料01-3A發(fā)現(xiàn)于自交系01-3中，用于遺傳測交的試驗(yàn)材料有自交系01-3中多個(gè)可育株系以及01-9，01-17，02-5，03-1等30多個(gè)優(yōu)良自交系。

1.2 試驗(yàn)方法

①不育度測定 采用I2-KI染色法，在芹菜大蕾期，取不育株01-3A和正?？捎甑幕ㄋ帲旁谳d玻片上，對準(zhǔn)花藥加1滴I2-KI溶液，蓋上蓋玻片，輕壓，使花藥壁破碎，使花粉粒直接浸在I2-KI溶液中進(jìn)行染色，根據(jù)花粉顏色變化判斷雄性不育度。

②細(xì)胞核隱性基因效應(yīng) 以自交系01-3中的雄性不育株01-3A為母本，分別以同系內(nèi)正?？捎?，01-9，01-17，02-5自交系為父本進(jìn)行測交。翌年調(diào)查各組合F1代群體育性表現(xiàn)情況，并從每個(gè)雜交組合后代群體中選擇10株左右可育株分別進(jìn)行自交得到F2，第2年分別調(diào)查F2群體育性分離情況。同時(shí)以F2群體中不育株為母本進(jìn)行回交得到BC1，下一年分別調(diào)查BC1群體育性表現(xiàn)。通過x2測驗(yàn)判斷雄性不育性狀的細(xì)胞核隱性基因效應(yīng)。

③細(xì)胞核復(fù)等位（或互作）基因效應(yīng) 以01-3A作母本，以01-12等30個(gè)自交系作父本進(jìn)行測交，觀察F1、F2群體育性表現(xiàn)，通過x2測驗(yàn)，依據(jù)張書芳等[4]和馮輝[5]提出的遺傳模式假說，判斷雄性不育性狀的細(xì)胞核復(fù)等位基因或互作基因效應(yīng)。

表1 系內(nèi)兄妹交、可育株自交后代的育性分離表現(xiàn)

④細(xì)胞質(zhì)效應(yīng) 以01-3A作母本，02-5和02-9兩個(gè)黃色種品系作父本進(jìn)行雜交，可以得到正?？捎恼籉1。因?yàn)榍鄄它S色種的葉柄黃色相對于綠色種的葉柄綠色為隱性性狀，由一對隱性基因控制，所以正交F1的葉柄顏色全部為綠色。以02-5和02-9作母本，正交F1為父本進(jìn)行反交，從反交F1中選取綠色葉柄單株各12株，分別進(jìn)行自交，對各個(gè)F2后代群體育性表現(xiàn)分別調(diào)查并進(jìn)行x2測驗(yàn)，根據(jù)測驗(yàn)結(jié)果分析雄性不育性狀的細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)。

表2 01－3A與其他自交系雜交的F2代和回交一代育性表現(xiàn)

表3 01－3A與01－5等30多個(gè)自交系雜交所得的F2代育性表現(xiàn)（x=3.841）

表3 01－3A與01－5等30多個(gè)自交系雜交所得的F2代育性表現(xiàn)（x=3.841）

組合 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， 組合 不育株/可育株

表4 反交F2代的育性表現(xiàn)

⑤雄性不育穩(wěn)定性試驗(yàn) 在芹菜進(jìn)入開花期以后，隨機(jī)選擇20株雄性不育株，定株連續(xù)觀察整個(gè)花期內(nèi)各級花穗中的雄性不育性表現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雄性不育度的測定結(jié)果

在解剖鏡下的觀察結(jié)果表明，正?？捎甑幕ㄋ巸?nèi)花粉粒豐富而飽滿，被I2-KI溶液染成深藍(lán)色，證明其生活力旺盛，而不育株01-3A的花藥內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)花粉粒，只能看到?jīng)]被染色的破碎花藥壁，說明01-3A徹底敗育，不育度達(dá)到100%。

2.2 細(xì)胞核隱性基因效應(yīng)

2003年利用不育株進(jìn)行系內(nèi)兄妹交，按照不同組合分別采種，2004年各組合育性分離比例經(jīng)過x2測驗(yàn)符合1∶1模式，同年繼續(xù)進(jìn)行了多對兄妹交，并使可育株自交。2005年兄妹交F1群體育性分離比例仍然符合1∶1，而可育株自交F1出現(xiàn)符合1∶3的育性分離（表1）。這樣的育性分離比例符合隱性核不育遺傳模式，不育株01-3A的基因型應(yīng)該為msms，而對應(yīng)的正常可育株01-3B的基因型則為Msms。

為進(jìn)一步驗(yàn)證不育性遺傳穩(wěn)定性，2003年以3個(gè)芹菜自交系01-9、01-17和02-5為父本，分別與01-3A進(jìn)行雜交，得到的3個(gè)F1在花期全部表現(xiàn)為正?？捎?，3個(gè)F1分別自交得到的F2群體在花期出現(xiàn)了如表2顯示的育性分離，經(jīng)x2檢驗(yàn)符合1∶3模式，而3個(gè)F1分別與01-3A進(jìn)行回交，其后代的育性比例符合1∶1，上述試驗(yàn)結(jié)果說明01-3A不育性遺傳非常穩(wěn)定。

2.3 細(xì)胞核復(fù)等位（或互作）基因效應(yīng)

以01-3A作母本，以01-5等30個(gè)自交系作父本進(jìn)行測交，所得到的F1全部表現(xiàn)可育，F(xiàn)2則全部出現(xiàn)育性分離（表 3），而且分離比例符合1∶3模式，說明01-3A中的不育基因沒有受到細(xì)胞核其他基因的影響，不存在復(fù)等位基因或其他互作基因效應(yīng)。

2.4 細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)

在正向雜交時(shí)，F(xiàn)1的雄性不育基因型為雜合型，其細(xì)胞質(zhì)為母本01-3A的遺傳背景，經(jīng)過反向雜交，反交F1的細(xì)胞質(zhì)分別轉(zhuǎn)換為02-5和02-9的遺傳背景，各自的F2代依然保持著02-5和02-9的細(xì)胞質(zhì)背景。在反交過程中，因?yàn)榍鄄嘶ê苄。副倦y以去雄，不能完全避免自交結(jié)實(shí)，所以在收獲的反交F1黃柄植株中不能排除母本自交后代，而綠柄植株肯定為反交后代，因此，從2個(gè)反交F1中分別隨機(jī)選取綠色葉柄單株各12株，進(jìn)行隔離自交得到F2。在與02-5反交的12株綠柄F1中，有5株自交F2代出現(xiàn)育性分離，其他7株自交后全部表現(xiàn)可育。在與02-9反交的12株綠柄F1中，有4株自交F2代出現(xiàn)育性分離，其余8株自交后全部表現(xiàn)可育。對發(fā)生育性分離的兩個(gè)反交組合F2代不育株和可育株分別進(jìn)行合并處理，經(jīng)x2檢驗(yàn)符合1∶3模式（表4）。這一結(jié)果表明，01-3A所攜帶的不育基因不僅在原始細(xì)胞質(zhì)背景下可以得到表達(dá)，而且在其他品系細(xì)胞質(zhì)背景下也可正常表達(dá)，說明該基因只與細(xì)胞核遺傳物質(zhì)有關(guān)，而與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。

表5 01－3A開花期及育性表現(xiàn)

2.5 雄性不育穩(wěn)定性

從5月下旬開始，芹菜進(jìn)入開花期，頂生花穗首先開放，隨后一級側(cè)生花穗、二級側(cè)生花穗、直到六級側(cè)生花穗依次開放，我們對不育株雄蕊的育性進(jìn)行連續(xù)觀察，時(shí)間長達(dá)74 d，田間氣溫從5月下旬的18.3℃逐漸升高到7月下旬的34.3℃，所有不育株的全部小花雄蕊始終表現(xiàn)為敗育性質(zhì)（表5），不育率達(dá)到100%，說明此雄性不育是遺傳穩(wěn)定的，不受季節(jié)變化的影響。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，芹菜雄性不育材料01-3A花藥敗育徹底，不受季節(jié)性溫度變化影響，符合隱性核不育遺傳模式，雄性不育性狀由細(xì)胞核內(nèi)一對隱性基因控制，不存在復(fù)等位基因或其他互作基因效應(yīng)，與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。我們利用01-3A這樣的遺傳特點(diǎn)，使之與01-3中正?？捎赀M(jìn)行兄妹交，已育成雄性不育兩用系01-3AB，并通過與其他自交系進(jìn)行雜交組配，進(jìn)一步選育成功兩個(gè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的芹菜一代雜交新品種“津奇1號”[6]和“津奇2號”[7]。

由于芹菜具有花器小、花量大、花期長而分散的開花特性，進(jìn)行人工雜交操作非常麻煩，而且難以達(dá)到較高的雜交率，因此，人們以往對芹菜遺傳規(guī)律研究很少，了解不多。01-3A所具有的隱性核不育遺傳特點(diǎn)對于我們深入開展芹菜遺傳規(guī)律研究非常有幫助。以01-3A為母本與其他自交系進(jìn)行雜交，雜交率為100%，獲得的F1育性正常，可以自交得到F2，通過觀測分析F1和F2群體性狀表現(xiàn)，就能夠準(zhǔn)確判斷許多性狀的遺傳規(guī)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]高國訓(xùn)，靳力爭，陸子梅，等.芹菜雄性不育株的發(fā)現(xiàn)及其植物學(xué)特征[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，12（4）：9-11.

[3]陸子梅，高國訓(xùn)，靳力爭，等.芹菜雄性不育花藥發(fā)育的細(xì)胞學(xué)觀察[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，22（1）：120-122.

[4]張書芳，宋兆華，趙雪云.大白菜細(xì)胞核基因互作雄性不育系選育及應(yīng)用模式[J].園藝學(xué)報(bào)，1990，17（2）：117-125. [5]馮輝.大白菜核基因雄性不育性的研究[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，1996.

[6]高國訓(xùn)，靳力爭，陸子梅，等.優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)雜交芹菜新品種津奇1號[J].長江蔬菜，2009（1）：3.

[7]高國訓(xùn)，靳力爭，陸子梅，等.早春芹菜一代雜種‘津奇 2號’[J].園藝學(xué)報(bào)，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

天津市基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（07JCYBJC12100）

高國訓(xùn)（1967-），男，碩士，副研究員，主要從事蔬菜遺傳育種研究，電話：022-27950031。E-mail:ggx67@126.com

2009-04-09