蘿卜胞質(zhì)結(jié)球芥和長柄芥雄性不育系的選育

章時蕃 張淑江 李 菲 張 慧 高富欣 孫日飛 鈕心恪

（中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

蘿卜胞質(zhì)結(jié)球芥和長柄芥雄性不育系的選育

章時蕃 張淑江 李 菲 張 慧 高富欣 孫日飛*鈕心恪

（中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

以新蘿卜胞質(zhì)雄性不育大白菜為不育源，育成了結(jié)球芥及長柄芥雄性不育系。這些芥菜不育系的植株和花器官生長正常，表現(xiàn)100%的雄性不育，且育性穩(wěn)定；所配制的雜交組合雜種優(yōu)勢明顯，雜交種制種產(chǎn)量正常。

雄性不育；結(jié)球芥；長柄芥

芥菜〔Brassica juncea（L．）Czern．et Coss．〕起源于我國，是我國的特有蔬菜。結(jié)球芥是其中的翹楚，因其葉肉肥厚、質(zhì)地脆嫩、纖維較少而成為鹽漬類酸菜的佳品，享譽海內(nèi)外，同時也是鮮食的良好食材（可煮、炒或川燙涼拌），尤其適合作火鍋的配菜；長柄芥也因其形美、色綠、味清香而開始受到人們的青睞。但長期以來，芥菜類蔬菜因其自交親和，不像甘藍和白菜類蔬菜那樣能利用自交不親和特性配制雜交種，所以芥菜的雜種優(yōu)勢利用相對較晚。

自1991年始，國內(nèi)很多學者嘗試利用國外引進的芥菜或蘿卜胞質(zhì)雄性不育源及國內(nèi)的芥菜型油菜胞質(zhì)雄性不育源（歐新A）來轉(zhuǎn)育莖瘤芥、筍芥、根芥及分蘗芥等芥菜類蔬菜，但 1996年前從國外引進的芥菜或蘿卜胞質(zhì)雄性不育源或因苗期低溫黃化、或因蜜腺不發(fā)達、或因雜種優(yōu)勢不明顯（配合力不強），國內(nèi)的芥菜型油菜胞質(zhì)雄性不育源（歐新A）也因蕾期柱頭外露在自然狀態(tài)下蜜蜂授粉結(jié)實率低，致使利用這些不育源轉(zhuǎn)育成的芥菜類雄性不育系未能在生產(chǎn)上大面積推廣應用（陳竹君 等，1995；曾志紅 等，1998；Nikornpun＆Senapa，2004；金海霞 等，2006）。

鑒于以上原因，筆者自2007年始以新蘿卜胞質(zhì)雄性不育大白菜為不育源，育成了雄性不育性穩(wěn)定、雜種優(yōu)勢明顯、在自然狀態(tài)下蜜蜂授粉結(jié)實率較高的結(jié)球芥和長柄芥雄性不育系。這些不育系目前已用于選育新品種。

1 材料與方法

供試的雄性不育源為新蘿卜胞質(zhì)大白菜材料CMS. Y61037，被轉(zhuǎn)育的結(jié)球芥材料M61039（簡稱M039）、M61053（簡稱M053）和長柄芥材料

2007～2012年轉(zhuǎn)育工作在本所溫室及大棚內(nèi)進行，采用人工授粉雜交及回交、套袋隔離的方法。每代每組合（雜交或回交）授粉250朵花，最后統(tǒng)計平均單花結(jié)籽數(shù)。

結(jié)球芥和長柄芥已完成5～6個世代的回交轉(zhuǎn)育，轉(zhuǎn)育模式如圖1所示。

圖1 結(jié)球芥和長柄芥細胞質(zhì)雄性不育系回交轉(zhuǎn)育模式

2011年春季，在芥菜雄性不育系基本純化穩(wěn)定后測定不育系及其相應保持系的花器官大小和花蜜量，花蜜量用0.1～2.5μL移液器量取，花器官大小用直尺測量。每個系測4株，每株測4朵蕾或花。另外，配制結(jié)球芥雜交組合14個、長柄芥雜交組合8個，用于檢測雄性不育系的配合力。同年秋季對上述組合進行鑒定，每組合每小區(qū)種植26株，2次重復。結(jié)球芥在葉球成熟期對1對雄性不育系及其相應保持系配制的組合的株高、開展度、外葉數(shù)、球高、球直徑、單株質(zhì)量、凈球質(zhì)量等經(jīng)濟性狀進行測定，單株質(zhì)量、凈球質(zhì)量用彈簧秤稱量，其他性狀用直尺測量；長柄芥在播后37 d對雄性不育系配制的2個組合及1個常規(guī)品種的最大葉長、最大葉寬、單株質(zhì)量等經(jīng)濟性狀進行測定，單株質(zhì)量用彈簧秤稱量，其他性狀用直尺測量。

2 結(jié)果與分析

2.1 種間雜交及回交后代的不育株率和不育度

新蘿卜胞質(zhì)雄性不育大白菜與3份芥菜材料的雜交第1代及其各回交世代植株花器官的雄蕊退化徹底，花藥近絲狀，鏡檢無花粉；花柱發(fā)育基本正常，柱頭健壯裸露（圖2）。群體不育株率和單株不育度皆達到100%。

圖2 結(jié)球芥雄性不育系及其保持系的花器官形態(tài)

2.2 種間雜交及回交后代的花器官大小和花蜜量

已回交6代（或5代）的芥菜雄性不育系CMS. M039、CMS. M053、CMS. B810與其相應保持系M039、M053、B810即將開放的花蕾及已正常開放花朵的花器官大小和花蜜量的測定結(jié)果見表1。

從表1可以看出，與其相應保持系相比，雄性不育系除花藥長、花柱長變化不大外，花蕾、花瓣、雄蕊等大部分花器官皆明顯變?。–MS. M039因花柱彎曲，花蕾直徑未變，花柱長變短）；2個結(jié)球芥雄性不育系的花蜜量變化不大，而長柄芥雄性不育系的花蜜量卻反而顯著增多。這說明受此雄性不育胞質(zhì)的影響，芥菜的大部分花器官大小雖有變

化，但結(jié)球芥的花蜜量變化并不大，結(jié)球芥雄性不育系將來在田間制種時對蜜蜂正常授粉的影響可能較小。2011年和2012年結(jié)球芥雄性不育系雜交制種的實踐也證實了這一點。由CMS. M039雄性不育系配制的雜交組合在田間自然授粉狀態(tài)下的結(jié)莢情況很好（圖3），2012年雜交制種的種子產(chǎn)量正常，為40.7 kg·（667 m2）-1（父母本行比為1∶2）。

取采血后動物的心臟，冰浴生理鹽水洗凈，棄除脂肪、血管及心房組織，將心室（自冠脈結(jié)扎線下方至心尖處）平行切成厚度相同的5片，置37℃環(huán)境下加入0.1%NBT染色15 min。通過數(shù)碼相機采集圖像，利用ImagePro Plus 7.0軟件測算心室總面積和梗死區(qū)面積（正常心肌呈現(xiàn)藍色，梗死心肌呈現(xiàn)灰白色），并計算心肌梗死率（%）［6］。

表1 芥菜雄性不育系及其相應保持系的花器官大小和花蜜量的測定結(jié)果

2.3 種間雜交及回交后代的植株形態(tài)

經(jīng)多代回交后，無論是結(jié)球芥BC6植株還是長柄芥BC5植株都與其輪回親本（保持系）的性狀和色澤非常相似，已基本沒有不育源大白菜材料的性狀特征（圖4）。

圖3 結(jié)球芥雄性不育系CMS. M039雜交制種的結(jié)籽情況

圖4 結(jié)球芥BC6和長柄芥BC5及其相應保持系的植株形態(tài)

2.4 種間雜交及回交后代的結(jié)實性

新蘿卜胞質(zhì)雄性不育大白菜與芥菜材料雜交及回交各世代植株的結(jié)籽情況見表2。

表2 新蘿卜胞質(zhì)雄性不育大白菜與芥菜材料雜交及回交轉(zhuǎn)育后代的單花結(jié)籽數(shù)

從表2可以看出，新蘿卜胞質(zhì)雄性不育大白菜與芥菜材料雜交及回交的F1、BC1、BC2世代單花結(jié)籽數(shù)都非常低，BC3世代單花結(jié)籽數(shù)開始提高，至BC5、BC6世代單花結(jié)籽數(shù)已基本趨于正常。這說明至BC5、BC6世代芥菜雄性不育系已基本克服雜交不稔性，可能此時芥菜不育系的染色體已基本趨于正常。

2.5 芥菜雄性不育系配制的組合表現(xiàn)

結(jié)球芥雄性不育系CMS. M039及其相應保持系M039分別與父本系A02818配制的組合A14649、A14650的經(jīng)濟性狀見表3。長柄芥雄性不育系CMS. B810分別與2個父本系A10799、A10798配制的組合A14601、A14603與對照川崎香菜（常規(guī)品種）的經(jīng)濟性狀見表4。

表3 結(jié)球芥雄性不育系及其相應保持系所配組合的經(jīng)濟性狀

表4 長柄芥雄性不育系及其相應保持系所配組合的經(jīng)濟性狀

從表3可以看出，與其相應保持系通過蕾期人工剝蕾授粉配制的組合相比，結(jié)球芥雄性不育系所

配組合除單株質(zhì)量顯著降低外，包括凈球質(zhì)量在內(nèi)的其他經(jīng)濟性狀無顯著差異，說明此雄性不育胞質(zhì)對其雜交種經(jīng)濟性狀產(chǎn)生的負效應較小。

從表4可以看出，雖然長柄芥雄性不育系所配2個組合的最大葉長、最大葉寬與對照川崎香菜無顯著差異，但單株質(zhì)量皆顯著高于對照，說明芥菜雜交種比常規(guī)種在產(chǎn)量上的雜種優(yōu)勢非常明顯。

3 結(jié)論與討論

芥菜自交親和指數(shù)高。據(jù)Nikornpun和Senapa（2004）報道，若用兩個芥菜常規(guī)品種作為親本配制雜交種，其雜交授粉率只有20%左右。因此，想利用自交系或自交不親和系配制芥菜雜交種比較困難。筆者曾于2003年用先前從美國引進的芥菜型油菜胞質(zhì)雄性不育材料轉(zhuǎn)育結(jié)球芥，后因育成的芥菜雄性不育系蜜腺不發(fā)達、花蜜分泌量少而終止。用1996年以前從美國引進的蘿卜胞質(zhì)雄性不育材料轉(zhuǎn)育成的大白菜雄性不育系，雖苗期無低溫黃化現(xiàn)象，蜜腺也比較發(fā)達，但所配組合的雜種優(yōu)勢不明顯，故一直未用于轉(zhuǎn)育芥菜。直至后來引進的蘿卜胞質(zhì)雄性不育材料育成的大白菜不育系所配的雜交種雜種優(yōu)勢明顯，2007年始用其轉(zhuǎn)育結(jié)球芥。由此新蘿卜胞質(zhì)雄性不育材料育成的結(jié)球芥不育系，苗期無低溫黃化現(xiàn)象，蜜腺發(fā)達，2012年在河北廊坊網(wǎng)棚進行雜交制種，繁種面積710 m2，父母本行比為1∶2，蜜蜂授粉，種子產(chǎn)量為40.7 kg·（667 m2）-1，說明利用該雄性不育系配制的芥菜組合用于雜交制種是可行的。且無論是結(jié)球芥雄性不育系還是長柄芥雄性不育系所配制的組合均具有明顯的雜種優(yōu)勢，由不育胞質(zhì)給雜交種經(jīng)濟性狀所帶來的負效應亦較小，說明利用該胞質(zhì)不育系配制的芥菜雜交種可在生產(chǎn)上應用。

值得一提的是：無論是結(jié)球芥雄性不育系還是長柄芥雄性不育系，與其相對應的保持系相比，雄性不育系的大部分花器官明顯變小，結(jié)球芥雄性不育系所配組合的單株質(zhì)量也顯著降低，說明雄性不育胞質(zhì)確實能給不育系及不育系所配制的雜交種的一些性狀帶來一定的負效應，鄒瑞昌等（2012）在對其他雄性不育胞質(zhì)的研究中也有類似的報道。而長柄芥不育系的花蜜量為何反而比其相應保持系增多，有待進一步研究。另外，在種間雄性不育轉(zhuǎn)育的試驗過程中發(fā)現(xiàn)，已回交一代的結(jié)球芥進一步轉(zhuǎn)育時結(jié)籽率依然較低，而用另一份普通的寬柄芥與之授粉卻結(jié)籽率較高，故在遠緣雜交回交轉(zhuǎn)育的初期應多選擇一些基因型，以提高回交轉(zhuǎn)育的成功率。

陳竹君，張明方，汪炳良，董偉敏，黃素青．1995．榨菜胞質(zhì)雄性不育及其農(nóng)藝性狀研究．園藝學報，22（1）：40-46．

金海霞，馮輝，徐書法．2006．通過大白菜胞質(zhì)不育系與芥菜遠緣雜交選育新的芥菜胞質(zhì)不育系．園藝學報，33（4）：737-740．

曾志紅，王永清，陳學群，康彪．1998．芥菜胞質(zhì)雄性不育系花器形態(tài)結(jié)構(gòu)與育性表現(xiàn)．西南農(nóng)業(yè)學報，11（2）：40-44．

鄒瑞昌，萬正杰，徐躍進，施展，傅廷棟．2012．葉用芥菜細胞質(zhì)雄性不育系0912A的胞質(zhì)效應和雜種優(yōu)勢分析．植物科學學報，30（3）：261-268．

Nikornpun M，Senapa N．2004．胞質(zhì)雄性不育系在葉用芥菜上的利用．中國蔬菜，（1）：10-11．

Selective Breeding of Heading Mustard and Long Petiole Mustard Ogu CMS Lines

ZHANG Shi-fan，ZHANG Shu-jiang，LI Fei，ZHANG Hui，GAO Fu-xin，SUN Ri-fei*，NIU Xin-ke

（InstituteofVegetablesandFlowers，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100081，China）

Heading mustard〔Brassica juncea（L.）Czern．et Coss．var．capitata Hort ex Li〕and long petiole mustard〔Brassica juncea（L.）Czern．et Coss．var．longepetiolata Yang et Chen〕were taken as material，the sterile cytoplasma was transferred from Ogu CMS in Chinese cabbage to heading mustard and long petiole mustard．Those CMS lines showed normal plant organ and flower growth，and expressed 100% male sterility and stable fertility．The F1hybrids obtained from CMS lines performed an obvious high heterosis and good seed yield.

Ogu CMS；Heading mustard；Long petiole mustard

章時蕃，副研究員，專業(yè)方向：白菜遺傳育種，E-mail：zhangshifan@ caas.cn

*通訊作者（Corresponding author）：孫日飛，研究員，專業(yè)方向：蔬菜遺傳育種，E-mail：sunrifei@caas.cn

2013-10-30；接受日期：2013-12-31

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（sq201303114）