油菜芥甘種間培育漸滲系研究進(jìn)展

楊　超

【摘要】油菜是我國(guó)主要的油料作物。通過(guò)芥甘種間雜交，培育出一些具有父母本優(yōu)良遺傳特性的種間雜種后代，豐富油菜種質(zhì)資源，對(duì)于油菜育種具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】油菜；芥苷種；漸滲系；研究進(jìn)展

油菜是主要的油料作物之一。菜籽油是良好的食用油和工業(yè)用油；菜籽餅含有豐富的蛋白質(zhì)和平衡的氨基酸組成，是發(fā)展畜禽漁業(yè)的良好蛋白飼料源。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，養(yǎng)殖業(yè)的大力發(fā)展，我國(guó)需要更多的飼料蛋白源。對(duì)傳統(tǒng)的油菜產(chǎn)品品質(zhì)分析表明，中國(guó)菜油中含有占總脂肪酸4O%～5O%的芥酸和10%左右的亞麻酸，嚴(yán)重影響了菜油的食用品質(zhì)[1]；菜籽餅中含有硫代葡萄糖苷(簡(jiǎn)稱(chēng)硫苷)等可轉(zhuǎn)化為有毒的物質(zhì)，使得菜籽餅難以作為家禽等動(dòng)物的蛋白飼料源。為了改良油菜產(chǎn)品的品質(zhì)，近3O多年來(lái)，各國(guó)科學(xué)工作者都先后開(kāi)展了油菜品質(zhì)改良的研究工作，不僅改善了菜籽油的食用品質(zhì)，成為“最健康的食用油”[2]；而且降低了菜籽餅中有害物質(zhì)的含量，使之成為有效的蛋白飼料源，大大發(fā)揮了油菜籽的利用價(jià)值。

芥菜型油菜甘藍(lán)型油菜雜交育種屬于不同種間的雜交育種，面臨著雜交不親和、雜種不育和雜種后代分離大、穩(wěn)定性慢等遠(yuǎn)緣雜交育種經(jīng)常碰到的問(wèn)題。為了克服這些問(wèn)題，提高芥甘種間雜交效率，目前主要的研究集中在親本選擇選配、雜交模式和雜交環(huán)境、雜種鑒定、克服雜種不育的方法、雜種后代的選擇等方面。

一、芥甘雜交親本選擇選配

芥甘雜交親本選擇選配應(yīng)考慮需改良的性狀、培育品種的類(lèi)型等。如需通過(guò)芥菜型油菜雜交改良甘藍(lán)型油菜品種，對(duì)芥菜型油菜親本選擇應(yīng)考慮兩個(gè)方面：供體性狀和生態(tài)適應(yīng)性狀。芥菜型油菜可提供的性狀有：角果數(shù)多，黃籽類(lèi)型多，含油量高、抗病、抗倒伏、抗旱、根系吸收能力強(qiáng)、polCMS類(lèi)型育性恢復(fù)基因等，但與甘藍(lán)型油菜比，芥菜型油菜存在分枝纖細(xì)、角粒數(shù)少、籽粒小、催化油酸、亞油酸脫氫酶活性高、很少有抗病毒病、霜霉病的種質(zhì)資源、沒(méi)有低硫苷資源等，因此在甘藍(lán)型油菜親本選配時(shí)應(yīng)該注意加以克服，宜選用分枝粗、角果長(zhǎng)、粒多粒大、雙低或三低（低芥酸、低硫苷、低亞麻酸）、高產(chǎn)抗病的品種。在生態(tài)適應(yīng)性方面，芥菜型油菜一般為強(qiáng)感光春性類(lèi)型、耐濕性差，與我國(guó)長(zhǎng)江流域油菜的生態(tài)類(lèi)型（半冬性弱感光、耐濕不早衰）相反，因此選擇芥菜型油菜親本時(shí)，應(yīng)以開(kāi)花要求的臨界日長(zhǎng)短、耐濕性好的長(zhǎng)江流域芥菜型油菜種質(zhì)為主。雖然在各類(lèi)油菜種至今未發(fā)現(xiàn)可交配性基因，但品種間或基因型間在可交配性上存在差異，因此在親本選配時(shí)應(yīng)盡可能注意親

本的可交配性大小。

二、芥甘雜交模式和雜交環(huán)境選擇

植物種間雜交遇到的第一個(gè)問(wèn)題是雜交的不親和性，甘藍(lán)型油菜×芥菜型油菜雜交同樣有這個(gè)問(wèn)題。大量研究表明，盡管甘藍(lán)型油菜×芥菜型油菜雜交受精指數(shù)高于反交，但可交配指數(shù)反而低于芥菜型油菜×甘藍(lán)型油菜，這是因?yàn)殡s種胚和胚乳發(fā)育遲緩，胚到心型期后不能繼續(xù)正常發(fā)育，胚乳停滯在游離核階段并最終敗育所致，甘藍(lán)型油菜×芥菜型油菜很難獲得雜種種子，且得到的少量種子成苗后60%是偏母植株，難以獲得真雜種[3]。利用甘藍(lán)型油菜雄性不育系作母本進(jìn)行雜交，也能提高結(jié)實(shí)率，在從芥菜型油菜轉(zhuǎn)育細(xì)胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)基因時(shí)可以采用這種配組方式。

為了克服甘藍(lán)型油菜芥菜型油菜雜交不親和性，曾使用過(guò)離體胚拯救技術(shù)和提出過(guò)培育可交配系的途徑，但都未能廣泛利用。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)在計(jì)算長(zhǎng)沙春季和昆明夏繁時(shí)配制的甘藍(lán)型油菜×芥菜型油菜雜交組合的雜交親和性時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)在昆明夏繁時(shí)配組雜交親和性顯著提高，受精指數(shù)高達(dá)2倍以上，分析這兩地雜交時(shí)的生態(tài)環(huán)境，認(rèn)為昆明夏繁時(shí)的高溫長(zhǎng)日照條件改變了母本甘藍(lán)型油菜的生理狀態(tài)，有利于加速花粉管進(jìn)入胚囊，增加受精的胚珠數(shù)，同時(shí)減緩雜種胚的敗育有關(guān)。后來(lái)在天祝夏繁時(shí)又觀察到類(lèi)似結(jié)果。天祝與昆明兩地夏季具有晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)的共同特點(diǎn)，是晝夜溫差還是日照長(zhǎng)度或者兩者共同影響甘藍(lán)型油菜×芥菜型油菜雜交不親和性有待進(jìn)一步研究，Rashid等在人工氣候室的高溫長(zhǎng)日條件下進(jìn)行雜交，親和指數(shù)也高。在海南島12月末至2月初氣

溫最低，進(jìn)行棉花種間雜交，可以使結(jié)實(shí)率明顯提高，從而獲得種間雜種。

三、芥甘雜種鑒別的方法

甘芥種間雜交F1代除了真雜種外，還有假雜種和偏母植株，因此對(duì)甘芥種間雜交F1代植株必須進(jìn)行鑒別。鑒別的方法除了細(xì)胞學(xué)鑒別外，還有形態(tài)發(fā)育特征鑒別、分子標(biāo)記分析鑒別和花期育性鑒別等[4]。

甘芥雜種F1代植株形態(tài)發(fā)育性狀可分為三類(lèi)：(1)類(lèi)似親本，表現(xiàn)親本性狀顯性遺傳，如甘藍(lán)型油菜的五蠟粉性狀，中頻顏色，芥菜型油菜的紫葉、抗裂莢、抗黑脛病和對(duì)長(zhǎng)日照敏感等性狀；（2）介于雙親之間，如葉片形態(tài)和花瓣大??；（3）超過(guò)雙親，如營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)繁茂和根部結(jié)瘤，這類(lèi)性狀是種間雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)根據(jù)顯性標(biāo)記性狀對(duì)真假雜種的鑒別結(jié)果表明[5]，芥甘雜種F1代幾乎全是真雜種，但甘芥雜交F1代真雜種率低，只有40%。

隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA(RAPD)標(biāo)記在芥甘種間雜種中表現(xiàn)為顯性，雜種F1代表現(xiàn)出雙親特征帶，可用于芥甘雜種真假鑒別。

甘芥雜種F1植株花藥形態(tài)和大小正常，產(chǎn)生花粉，但由于減數(shù)分裂異常，不能形成正常的花粉粒，花粉沒(méi)有活力?？梢酝ㄟ^(guò)花粉染色觀察判斷甘芥雜種F1植株的真假，真雜種的花粉用醋酸洋紅染色可染率最多只有20%左右。

四、克服芥甘雜種不育的方法

F1自交幾乎不結(jié)實(shí)，自由授粉只有30%角果結(jié)實(shí)，每角果1或2粒種子。為了克服遠(yuǎn)緣雜種不育、控制分離范圍、縮短育種周期，一般是將F1植株回交，但芥菜型油菜×甘藍(lán)型油菜F1與甘藍(lán)型油菜回交授粉100朵花一般也只能得到大約10粒種子，BC1代植株根尖細(xì)胞有36-60條以上染色體，其中半數(shù)以上植株有38條染色體，BC1代植株有中間型、偏甘藍(lán)型、偏芥菜型等多種類(lèi)型，育性低且分離，用它們?cè)倩亟灰廊唤Y(jié)實(shí)困難。因此如不需要嚴(yán)格定向轉(zhuǎn)育，只要將F1代單獨(dú)或與甘藍(lán)型油菜一同隔離種植，任其自由授粉，收獲雜種一代植株上的種子即可[6]。

為了提高雜種一代的結(jié)實(shí)性，應(yīng)適當(dāng)提早秋播，延長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，但必須注意雙親的溫光生態(tài)特點(diǎn)，感光、感溫性弱的組合播種過(guò)早會(huì)找出年前開(kāi)花。雜種一代不可夏繁加代，因?yàn)橄姆奔哟鷷r(shí)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期縮短，不利于得到種子。

甘芥雜種F1能產(chǎn)生部分有活力的花粉，由F1植株分離小胞子進(jìn)行培養(yǎng)能再生植株，也能加速穩(wěn)定過(guò)程，縮短育種周期。

五、芥甘雜種后代的選擇方法

理論上芥甘雜種F1植株體細(xì)胞染色體數(shù)目為2n=37，減數(shù)分裂時(shí)應(yīng)形成10Ⅱ+17Ⅰ的染色體構(gòu)型，但由于B和C染色體組具有部分同源性，導(dǎo)致異源聯(lián)會(huì)，減數(shù)分裂時(shí)最多可形成14Ⅱ[7]。以單價(jià)體數(shù)目為9計(jì)算，芥甘雜種F1形成具有18或19條染色體配子的頻率為24.61%，合計(jì)為49.22%，這樣的雌雄配子相互受精形成具有36~38條染色體的合子頻率為24.22%。芥甘雜種親本、雜種F1、F2和BC1代的RAPD初步分析顯示，芥甘種間雜種后代分離并不是完全隨機(jī)的，而是扭曲的，來(lái)自芥菜型油菜親本的遺傳物質(zhì)比來(lái)自甘藍(lán)型油菜親本的遺傳物質(zhì)更容易丟失。

芥甘雜種F2代分離廣泛，出現(xiàn)超親變異類(lèi)型。根據(jù)植株葉形，可將F2植株大致分為4類(lèi)：偏甘藍(lán)型、中間型、偏芥菜型和其他類(lèi)型，其中中間類(lèi)型的植株最多，占80%以上，其次是偏芥菜型油菜類(lèi)型和偏甘藍(lán)型油菜類(lèi)型植株，白菜型油菜類(lèi)型植株和生長(zhǎng)不正常植株不到5%。F2植株育性介于F1與親本之間，花粉可染色率為11.2%-97.2%，約1/4的植株花粉可染率正?；蚪咏！2植株角果長(zhǎng)度可分為3類(lèi)，第一類(lèi)角果長(zhǎng)度介于F1與芥菜型油菜之間，約一半的F2植株屬于這一類(lèi)，第二類(lèi)角果長(zhǎng)度介于雙親之間，占1/3左右；第三類(lèi)角果長(zhǎng)度超過(guò)甘藍(lán)型親本。F2代結(jié)實(shí)率恢復(fù)正常的植株為10%左右。隨著角果長(zhǎng)度增加，每角粒數(shù)和能發(fā)育成種子的胚的白茯苓相應(yīng)增加。花粉活性、角果長(zhǎng)度、每角種子數(shù)和單株種子重之間顯著或極顯著正相關(guān)，因此在花期應(yīng)進(jìn)行花粉育性選擇，在成熟時(shí)應(yīng)盡可能選留具有正常角果的植株。

目的性狀的選擇應(yīng)根據(jù)其遺傳方式進(jìn)行。甘藍(lán)型油菜、芥菜型油菜A組染色體攜帶的光葉基因、紫色葉基因在攜帶有這些基因的雜種植株苗期都會(huì)表達(dá)，因此可直接針對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行選擇。雖然在F2、F3等早期世代，分離遵循孟德?tīng)柗蛛x法則，但隨著世代的遞增，分離逐步正常。對(duì)脂肪酸含量等性狀可由雜種一代植株上收獲的種子進(jìn)行半粒法分析、篩選，但分析麻煩、費(fèi)用高，一般應(yīng)從F2、F3植株上收獲種子進(jìn)行分析，得到的優(yōu)良重組體能夠穩(wěn)定遺傳。芥菜型油菜黃色種皮受兩對(duì)隱性基因控制，而且種皮顏色是由母體基因型決定的，用黃籽芥菜型油菜與甘藍(lán)型油菜雜交試圖將黃籽性狀轉(zhuǎn)移到甘藍(lán)型油菜，理論上F2代可分離出黃籽植株，事實(shí)上湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油料作物改良中心在一些組合的F2代找到黃籽單株，只是黃籽植株頻率低，但經(jīng)過(guò)進(jìn)一步自交純化和篩選，黃籽頻率可以顯著提高。

芥甘雜種F2代主要選育性，把選育的育性正常或基本正常、具有目標(biāo)性狀的植株單株種植，每一株系種植的群體盡可能大，F(xiàn)3代提高選擇強(qiáng)度，對(duì)形態(tài)發(fā)育、育性和目標(biāo)性狀進(jìn)行綜合選擇，到F4代已趨于穩(wěn)定，可沿用品種間雜交育種程序。

隨著育種研究工作的不斷深入發(fā)展，作物種內(nèi)的遺傳資源利用日益枯竭，遠(yuǎn)緣雜交可轉(zhuǎn)移異種屬的遺傳物質(zhì)。油菜是我國(guó)主要的油料作物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位。目前我國(guó)主要栽培的甘藍(lán)型油菜由國(guó)外引進(jìn)，種質(zhì)資源極為有限；芥菜型油菜起源于我國(guó)，與栽培種甘藍(lán)型油菜相比，芥菜型油菜具有許多優(yōu)良特性，如：角果數(shù)多，黃籽類(lèi)型多，含油量高、抗病、抗倒伏、抗旱等特點(diǎn)。通過(guò)芥甘種間雜交，將芥菜型油菜有益基因轉(zhuǎn)移到甘藍(lán)型油菜中，通過(guò)連續(xù)多代自交純化結(jié)合定向選擇，培育出一些具有父母本優(yōu)良遺傳特性的種間雜種后代，豐富油菜種質(zhì)資源，對(duì)于油菜育種具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉后利．實(shí)用油菜栽培學(xué)．上海：上?？萍汲霭嫔?，l987：565-568.

[2]徐義傻等．中國(guó)主要油菜品種芥子苷含量分析．中國(guó)油料，1982，O)：23-27.

[3]劉忠松,官春云1 油菜遠(yuǎn)緣雜交育種的主要障礙及其克服方法[J].作物研究,1995,9(4): 1-7

[4]劉忠松，官舂云．芥菜型油菜感光性初步研究．作物研究，1995，9(增刊)：69-71

[5]劉忠松，官春云，陳社員．芥菜型油菜感溫性初步研究//中國(guó)作物學(xué)會(huì)油料作物專(zhuān)業(yè)委員會(huì)．食物與能源安全戰(zhàn)略中的中國(guó)油料．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社 2004，203-207

[6]張榮琦,陳春環(huán),趙曉農(nóng),等。The study on selection of wheat varieties wit h distant hybrid technique [J]。農(nóng)藝科學(xué),2006,22( 6):186-1881.