質(zhì)核互作型紅麻雄性不育系LC0301A的選育

李德芳，李建軍，陳安國，唐慧娟，黃思齊

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南長沙410205)

作物雜種優(yōu)勢的應(yīng)用和推廣，優(yōu)化了作物種植業(yè)結(jié)構(gòu)，使農(nóng)作物產(chǎn)量水平躍上了一個(gè)新臺(tái)階，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。雜種優(yōu)勢在很多作物中都得到了證實(shí)和利用，其中玉米［1］、水稻［2］、高粱［3］等作物雜種優(yōu)勢的利用對世界糧食產(chǎn)量的增加起到了很大的推動(dòng)作用。Pate(1958)最早報(bào)道紅麻雄性不育，Ugle(1976)最早報(bào)道紅麻細(xì)胞質(zhì)雄性不育，但未見雜交制種方面利用。2002年，周瑞陽報(bào)道發(fā)現(xiàn)了稱之為“營養(yǎng)虧缺型雄性不育”等紅麻不育材料。2003年麻類研究所紅麻育種課題組［4］在海南三亞南繁基地的編號為151的育種材料中發(fā)現(xiàn)了紅麻雄性不育株突變 (KCNms)，并對其進(jìn)行了遺傳分析和細(xì)胞學(xué)觀察，確定其不育株為質(zhì)核互作型雄性不育［5］，在此基礎(chǔ)上著力開展了紅麻不育系的選育和雜種優(yōu)勢利用的研究。

本研究以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所的紅麻品種紅莖晚熟型優(yōu)良品種LC0301為輪回親本，以發(fā)現(xiàn)的紅麻不育系作為供體親本，通過回交轉(zhuǎn)育，現(xiàn)已經(jīng)育成了育性穩(wěn)定、綜合性狀優(yōu)良的紅麻質(zhì)核互作不育系LC0301A。

1 材料和方法

1.1 育種材料

本研究采用供體為中國農(nóng)科院麻類研究所2003年在海南三亞發(fā)現(xiàn)的不育株155，利用紅麻品種紅莖晚熟型LC0301作為輪回親本。

1.2 試驗(yàn)方法

2004至2007年在海南三亞、湖南望城和沅江試驗(yàn)基地三地進(jìn)行田間試驗(yàn)，包括種植測交，育性分離調(diào)查，植株性狀調(diào)查，不育花取樣，回交群體育性調(diào)查。田間實(shí)驗(yàn)授粉均為人工，對選擇的不育系、保持系等進(jìn)行人工套袋自交。

1.3 育性調(diào)查

自始花期調(diào)查育性，每單株連續(xù)調(diào)查7天，記錄育性情況。主要指標(biāo)包括花粉的多少，單株的座果性，其次取樣實(shí)驗(yàn)室鏡檢觀測花粉狀況。根據(jù)花的育性、單株座果性和理化測試指標(biāo)綜合判斷單株的育性。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅麻質(zhì)核互作雄性不育系選育過程

2003年在海南三亞南繁基地發(fā)現(xiàn)了紅麻雄性不育株突變體 (KCNms)，如何把不育基因轉(zhuǎn)育于具有優(yōu)良性狀且配合力高的紅麻品種或品系中，采用測交、自交、回交法，先后選用了不同性狀優(yōu)異類型的25份紅麻種質(zhì)為父本，用紅麻雄性不育材料為母本，F(xiàn)1育性為全可育，根據(jù)普通遺傳學(xué)原理F1核中遺傳物質(zhì)被父本置換了1/2。F1自交得F2，選用F2分離出的比較傾父本不育株與原父本回交得BC1，BC1自交得F2，選用其分離出的比較傾父本不育株再與原父本回交得BC2，此時(shí)的不育株核中遺傳物質(zhì)被父本置換了75%，每一次回交后再自交一次，回交5－－6次以上，育成了育性穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)異，高產(chǎn)、抗病的配合力高的紅麻質(zhì)核互作雄性不育系紅莖晚熟型LC0301A，其特性和經(jīng)濟(jì)性狀與原父本相似。

2.2 保持系的選育過程

相應(yīng)的保持系的選育也是很重要的，在先后選用了不同性狀優(yōu)異類型的25份紅麻種質(zhì)為父本，發(fā)現(xiàn)7804具有保持系單株7804BN(rfrf)。而其它種質(zhì)材料中，相應(yīng)的保持系難以找到，采用人工合成保持系N(rfrf)，2005年采用復(fù)合雜交即輪回親本N(RfRf)× (不育系 (rfrf)×LC0301N(RfRf))其F1植株的基因?yàn)镹(RfRf)和N(Rfrf)，從F2的植株中選用100以上單株分別與不育系S(rfrf)成對測交，如后代全部出現(xiàn)不育單株的，其相應(yīng)的父本自交系為保持系N(rfrf)，或后代出現(xiàn)部分不育單株的，其相應(yīng)的父本自交系N(Rfrf)的后代很容易找到保持系N(rfrf)，其選育過程如下:

2.3 育性表現(xiàn)

分析紅麻雄性不育材料育性，鑒定結(jié)果表明，不育系與保持系在紅麻開花期，花的形狀、大小、顏色等均與正?；ㄒ粯?，雌蕊發(fā)育良好，大部分柱頭比較長，距離雄蕊遠(yuǎn)，有一些柱頭比較短，緊挨著雄蕊，但不育系花藥干癟，瘦小呈褐色、暗紅色或白色等，花藥一般不開裂，內(nèi)無花粉或只有少量極小的顆粒，套袋自交不結(jié)實(shí)，開花后2－3天脫落，與正常品種雜交，其F1表現(xiàn)為全育，F(xiàn)2分離可育株與不育株比例為3:1，保持系的花粉飽滿，花藥開裂，散發(fā)出大量的花粉，粘性大，屬于蟲媒花粉，靠昆蟲傳播。花粉顏色分為淺黃、深黃和褐色等3種。采用I2+KI染色花粉粒，兩者染色差別不明顯。對不育系的多年觀察，自交結(jié)實(shí)率1%以下。通過與保持系雜交，后代表現(xiàn)為不育，證實(shí)為細(xì)胞質(zhì)雄性不育類型。

表1 不育系穩(wěn)定性調(diào)查Tab.1 Stabilization investigation on kenaf male sterility lines

2.4 LC0301A配合力的測定

LC0301A與29個(gè)品系進(jìn)行測交，制種產(chǎn)量達(dá)到50－60kg/667m2。測產(chǎn)發(fā)現(xiàn) (表2)，纖維產(chǎn)量250－423公斤/667m2，其16個(gè)產(chǎn)量表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢，與28－12、28－14、29－13和182的配合力好，產(chǎn)量在400kg/667m2以上，表現(xiàn)出良好的配合力和超強(qiáng)的雜種優(yōu)勢。

表2 LC0301A不同組合纖維產(chǎn)量 (2010年)Tab.2 Fiber yields of LC0301A＇s different hybrid combinations

3 結(jié)論與討論

3.1 紅麻雄性不育系的選擇標(biāo)準(zhǔn)

在不育系的選育上，本研究采用測交和成對回交相結(jié)合的方法，在F1后代進(jìn)行不育性鑒定，對于完全不育的保持系單株加以保存，然后對個(gè)別不良性狀的改良，然后可以在F4中查看后代的整齊度和一致性，對完全符合不育性的不育系進(jìn)入生產(chǎn)試驗(yàn)。本研究中選育的不育系與水稻中的紅蓮型不育性相似，只和品種7804雜交完全不育，而通過對大多優(yōu)良品種與保持系雜交，再與不育系一一雜交，得到后代中完全不育的株系，這樣縮短了育種的年限，同時(shí)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 保持系的選擇

用不育系與眾多常規(guī)品種測交篩選，是選育保持系的一個(gè)重要途徑。紅麻是常異花作物，保持系是細(xì)胞質(zhì)可育、而細(xì)胞核含有隱性不育基因，而得到的含有雄性不育的雄性不育系一般通過自然突變和人工選擇的結(jié)果，因此常規(guī)品種或推廣品種中細(xì)胞核可能攜帶其雄性不育基因，因此采用的方法是不育系與常規(guī)品種的單株進(jìn)行測交，在后代的開花期進(jìn)行選擇。如果其后代全部為不育株，那么對應(yīng)的單株即是保持系;如果為半不育，表明攜帶其保持系等特性，然后與保持系雜交進(jìn)行改良，可以達(dá)到預(yù)期的目的。雷捷成［6］(1984)提出在雜種早期世代排除恢復(fù)因子的簡捷做法，在保持系的選育中加以利用，確實(shí)大大減少了育種年限，加快了育種進(jìn)程。

3.3 結(jié)論

通過對紅麻不育系和保持系選育，在不育系的選育過程中要注意單株的選擇，特別是傾向于父本的單株選擇，在早期單株的數(shù)量選擇上至少在50—100株，才能確?？梢缘玫椒弦蟮牟挥担?］。

以發(fā)現(xiàn)的紅麻不育材料為供體，充分利用豐富優(yōu)良的種質(zhì)和快速育成的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的品種、品系，育成了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、適應(yīng)性強(qiáng)、配合力高的不育系紅莖晚熟型LC0301A和相應(yīng)的紅莖晚熟型LC0301B，是繼紅麻化學(xué)殺雄制種雜種優(yōu)勢利用的重大突破，特別是在大面積利用雜種優(yōu)勢利用F1雜交制種提供了新的途徑。

［1］楊愛國，張世煌，李明順，榮廷昭，潘光堂.CIMMYT和我國玉米種質(zhì)群體的配合力和雜種優(yōu)勢分析 ［J］.作物學(xué)報(bào)，2006，32(9):1329－1337.

［2］李建軍，肖層林.水稻陸18S核不育基因連鎖的分子標(biāo)記［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28(3):38－40.

［3］梁小紅，儀治本，趙威軍，段運(yùn)平，崔貴梅，孫毅.高粱型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系小孢子發(fā)生的細(xì)胞學(xué)觀察和減數(shù)分裂染色體行為分析［J］.作物學(xué)報(bào)，2006，32(8):1107－1110.

［4］李德芳，陳安國，等.紅麻質(zhì)核互作型雄性不育系的發(fā)現(xiàn)及初步創(chuàng)制［J］.中國麻業(yè)科學(xué)，2007，29(2):78.

［5］祁建民，陳幼玉，周瑞陽，林荔輝，梁康逕，吳建梅，方平平.紅麻產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀的遺傳效應(yīng)與雜種優(yōu)勢分析［J］. 作物學(xué)報(bào)，2005，31(4):469－475.

［6］雷捷成，游年順，鄭秀平.野敗型水稻雄性不育系保持系選育的遺傳分析［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1984，(5):30－34.

［7］Li Defang，Chen Anguo.Studies on Hybrid Kenaf in China［C］.The 5th Annual American Kenaf Society Conference，Memphis USA，2002，Nov.7－9.