馬里蘭煙系列雄性不育系轉(zhuǎn)育研究

劉圣高，劉剛，錢祖坤，張國平，周紹楨，文光紅

湖北省煙草公司宜昌市公司，湖北宜昌 443000

農(nóng)藝與調(diào)制

馬里蘭煙系列雄性不育系轉(zhuǎn)育研究

劉圣高，劉剛，錢祖坤，張國平，周紹楨，文光紅

湖北省煙草公司宜昌市公司，湖北宜昌 443000

為選育馬里蘭煙雄性不育系，以馬里蘭煙優(yōu)良品系Md609-1、Md609-2、Md609-3為輪回親本，以馬里蘭煙胞質(zhì)不育系Msmd609為不育源，進行連續(xù)回交轉(zhuǎn)育。經(jīng)過5個連續(xù)世代單株選擇和回交轉(zhuǎn)育，選育出了3份穩(wěn)定性狀的不育系，具備各對應(yīng)品系典型特征特性，已轉(zhuǎn)育成各對應(yīng)品系的雄性不育同型系。其中，不育材料Msmd609-3經(jīng)濟性狀好、品質(zhì)較優(yōu)，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

馬里蘭煙；細胞質(zhì)雄性不育系；轉(zhuǎn)育

馬里蘭煙原產(chǎn)于美國馬里蘭州，是一種古老類型的淡色晾煙［1］，具有焦油量低、含糖量低、含鉀量高，填充力強，燃燒性好等特點，是配制低焦油混合型卷煙的優(yōu)質(zhì)原料［2］。自1981年我國引種馬里蘭煙( Md609) 成功以來，湖北五峰已發(fā)展成為國內(nèi)唯一的優(yōu)質(zhì)馬里蘭煙生產(chǎn)基地。經(jīng)過30多年的種植，出現(xiàn)了馬里蘭煙種植品種單一、抗逆抗病性較差等問題。

與常規(guī)種相比，煙草雜交種具有雙親優(yōu)點互補、解決品質(zhì)與抗性矛盾，適應(yīng)性強，育種周期短等優(yōu)勢［3］。雜種優(yōu)勢的利用已作為提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的一個重要的途徑，隨著煙草雄性不育系的發(fā)現(xiàn)，煙草雜種優(yōu)勢的利用引起了重視。國外開展煙草不育系研究起步較早［4-5］，早在20世紀(jì)50年代初，美國首先在白肋煙中轉(zhuǎn)育成了雄性不育系。20世紀(jì)70年代，我國逐漸開展煙草雄性不育系的轉(zhuǎn)育與利用研究工作，主要集中在烤煙和白肋煙領(lǐng)域。借助白肋21不育系先后育成若干個雄性不育系，同時利用轉(zhuǎn)育的不育系材料組配出優(yōu)良的煙草雜交種［6］。2009年，利用白肋煙MSBurley21雄性不育源與馬里蘭煙609（Md609）進行轉(zhuǎn)育與連續(xù)回交，首次成功獲得了穩(wěn)定的馬里蘭煙609雄性不育系（Msmd609）［7］。

為促進馬里蘭煙的品種更新，加快馬里蘭煙新品種選育進程，本研究利用馬里蘭煙609雄性不育系（Msmd609）分別與系統(tǒng)選育出的3個優(yōu)良品系Md609-1、Md609-2、Md609-3回交轉(zhuǎn)育，獲得了能夠穩(wěn)定遺傳的雄性不育系，新型不育系不僅不育效果徹底，而且還具備各自對應(yīng)品系典型優(yōu)良特征特性。其中，不育材料Msmd609-3經(jīng)濟性狀好、品質(zhì)較優(yōu)，具有一定的推廣應(yīng)用價值。這對開展馬里蘭煙雜種優(yōu)勢利用，提供馬里蘭煙生產(chǎn)優(yōu)良后備品種具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 不育源

2000年，宜昌市煙草公司利用白肋煙MSBurley21雄性不育源回交轉(zhuǎn)育獲得馬里蘭煙雄性不育系Msmd609。

1.2 轉(zhuǎn)育父本

宜昌市煙草公司通過系統(tǒng)選育的優(yōu)良品系Md609-1、Md609-2、Md609-3。

1.3 轉(zhuǎn)育過程

2004年開始，以馬里蘭煙609雄性不育系為母本，用3個優(yōu)良品系（Md609-1、Md609-2、Md609-3）為父本分別進行單株成對測交，得雜種F1種子。2005年3個組合F1均表現(xiàn)雄性不育，繼續(xù)分別授予套袋自交繁殖的父本單株的花粉。2006～2009年，各組合回交后代均選擇性狀傾向父本的不育株，分別授予套袋自交繁殖的父本單株的花粉，經(jīng)過連續(xù)多代回交轉(zhuǎn)育至BC5，轉(zhuǎn)育率、不育株率和不育度達100%，性狀穩(wěn)定且與輪回親本一致。2010年育成了3個馬里蘭煙不育系。

1.4 大田管理

馬里蘭煙采用漂浮直播育苗，于3月上旬播種，5月上中旬移栽。每667m2施純氮12kg，每小區(qū)按相應(yīng)比例處理施用鉀肥、磷肥，其中移栽前施底肥按70%氮肥、60%鉀肥及100%磷肥，采用雙層施肥法逐條施入，余下肥料在移栽后25～30d打穴追施。其它栽培管理措施按當(dāng)?shù)卮胧┻M行。

1.5 測定項目和取樣送檢

農(nóng)藝性狀：觀察、記載各處理煙株在成熟期的農(nóng)藝性狀，測量各處理煙株的株高、莖圍、有效葉數(shù)和各部位葉長寬（葉面積=葉長*葉寬*0.6345（校正系數(shù)））。

經(jīng)濟性狀：按照《馬里蘭煙地方標(biāo)準(zhǔn)》（十級制）分級，分區(qū)統(tǒng)計各小區(qū)產(chǎn)量、產(chǎn)值及上、中等煙率。

常規(guī)化學(xué)成分檢測：由湖北省煙草科學(xué)研究院進行常規(guī)化學(xué)成分檢測，總糖（YC/T 159-2002 ）、總氮（YC/T 33-1996）、還原糖（YC/T 159-2002）、鉀（YC/T173-2003）、總植物堿（YC/T 160-2002）、氯（YC/T162-2011）。

感官評吸評分：由農(nóng)業(yè)部煙草產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心進行評吸測定，打分采用百分制。其中評吸指標(biāo)包括香氣質(zhì)、香氣量、濃度、余味、雜氣、刺激性、燃燒性、灰色，滿分依次為15、25、10、20、10、10、5、5分，各指標(biāo)按評吸質(zhì)量檔次分別給予不同的分值，并計算評吸質(zhì)量總分。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期

表1 調(diào)查結(jié)果表明，各不育系與其保持系的大田生育期性狀表現(xiàn)基本穩(wěn)定。各品系大田生育期相近，均表現(xiàn)為中熟，差異表現(xiàn)1～2d，大田生育期均在90d左右，其中移栽至團棵期為29d左右，移栽至打頂期約60d。

表1 各參試品系主要生育期Tab.1 Growth period of different test tobacco varieties 日/月

2.2 主要農(nóng)藝性狀

表2 各參試品系的主要農(nóng)藝性狀Tab.2 Main agronomic traits of different test tobacco varieties

表2表明，各不育系與其保持系在株高、葉數(shù)、下部葉和頂部葉等性狀上相似。不打頂株高均在190.0 cm左右，節(jié)距在4.4-4.5 cm之間以保持植株透氣透光性能，總?cè)~數(shù)均在27片以上，下部葉長度均在61.8 cm以上、寬度在37.2 cm以上，腰葉長度達80.4 cm、寬度37.2 cm以上，頂葉長度42.8 cm、寬度20.6 cm以上，各株系葉面積適宜。據(jù)調(diào)查記載，花器形態(tài)除無雄蕊外，其它性狀如株型、葉形、葉色、葉緣和葉尖等方面，各不育系與其同型保持系表現(xiàn)相同。

2.3 抗病性

表3 各參試品系的大田病害調(diào)查Tab.3 Statistical results of natural disease occurrence

2009年育種圃病害調(diào)查（表3）表明，不育系均高抗煙草黑脛病，煙草馬鈴薯Y病毒病、煙草空莖病、煙草赤星病等病情指數(shù)較輕。田間調(diào)查表明，各不育系表現(xiàn)高于對照品種。

2.4 經(jīng)濟性狀分析

表4 各品系主要經(jīng)濟性狀Tab.4 Main economic characters of different test tobacco varieties

表4結(jié)果表明，Msmd609-3經(jīng)濟性狀最好，產(chǎn)量為182.4 kg/667m2，產(chǎn)值為2234元/667 m2，均價為12.2元/kg，上中等煙率為90%。各不育系在產(chǎn)量指標(biāo)上差異無統(tǒng)計學(xué)意義，Msmd609-3產(chǎn)量最高。各不育系在產(chǎn)值指標(biāo)上差異有統(tǒng)計學(xué)意義，以Msmd609-3產(chǎn)值最高，較對照高9.1%。Msmd609-3上中等煙率與對照Md609、Msmd609-1和Msmd609-2之間差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義，其它沒有差異。

2.5 原煙外觀質(zhì)量

表5 各參試品系原煙外觀品質(zhì)Tab.5 Appearance qualities of cured leaves of different test tobacco varieties

不育系煙葉樣品外觀質(zhì)量以中部煙葉身份偏薄，上部煙葉適中至稍厚，成熟度好，葉片結(jié)構(gòu)疏松至尚疏松，葉面較舒展，顏色以淺紅棕為主，光澤較對照亮。Msmd609-1、Msmd609-2及Msmd609-3不育株系的煙葉外觀質(zhì)量與對照相近。

2.6 內(nèi)在化學(xué)成分

經(jīng)過內(nèi)在化學(xué)成分分析（表6），不育系Msmd609-1與其常規(guī)品種Md609-1相比，總糖含量偏高，鉀、氯含量略低，其它含量無明顯差異；不育系Msmd609-2與其常規(guī)品種Md609-2相比，總糖含量偏高，其它含量無明顯差異；不育系Msmd609-3與其常規(guī)品種Md609-3相比，總氮、鉀含量略低，其它含量無明顯差異。不育系煙葉煙堿含量較適宜均低于對照品種Md609，其中中部三級煙堿含量在3%左右，上部二級顏色較深，煙葉煙堿含量略高。除Msmd609-1外，不育株系Msmd609-2、 Msmd609-3煙葉鉀含量均高于對照品種，中部三級煙葉及上部二級煙葉鉀含量在5%左右，煙葉燃燒性能強。

表6 各參試品系內(nèi)在化學(xué)成分分析Tab.6 Test results of inherence chemical components of different test tobacco varieties %

2.7 原煙感官評吸

青州煙草研究所評吸結(jié)果顯示（表7），3個雄性不育系與其常規(guī)品種香型、勁頭、濃度、香氣量、香氣質(zhì)、余味等指標(biāo)差異不明顯，綜合得分較為相近。不育品系質(zhì)量檔次以Msmd609-3最優(yōu)，綜合得分最高為76.30，馬里蘭煙香型風(fēng)格程度較顯著。

表7 各參試品系原煙感官評吸Tab.7 Sensory and smoking quality of cured leaves of different test tobacco varieties

3 討論

（1）選育雜交種利用雜種優(yōu)勢是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、抗病的有效途徑，利用雄性不育系制種是生產(chǎn)煙草雜交種子的最佳方法。積極選育煙草雄性不育系，對于節(jié)省勞力和繁育純度高的雜交種種子，開辟煙草雜種優(yōu)勢利用的新前景，具有重要的實際意義。

煙草與高粱、玉米、小麥這一類谷類作物不同，煙草產(chǎn)品收獲的是葉子而不是種子。利用雄性不育系配制煙草雜交種子時，父本不一定是恢復(fù)系，可以是保持系，因此生產(chǎn)的雜交種可以是雄性不育的。利用雄性不育系配制雜交種方面，煙草比其他作物方便、簡單，只要有不育系和保持系，就可以配套生產(chǎn)雜交種子。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所以雄性不育白肋21為基礎(chǔ)材料，將雄性不育性轉(zhuǎn)移到烤煙品種中，選育出了MS金星6007，MSG28，MSNC2326等一批烤煙雄性不育系，很快育成一批烤煙雜交種，如中煙9203（MSG28×紅花大金元）、遼煙15號（MSG28×8022-1）、廣遵4號（MSG28×NC82）［8］。

不育系與保持系除了在雄性的育性上不同外，其它性狀表現(xiàn)基本相同。馬文廣研究表明雄性不育系在栽培、調(diào)制和抗逆性等方面與其同型可育品種基本相似，并無不良影響，經(jīng)過 5 年的生產(chǎn)實踐，證實了大面積推廣種植烤煙不育系具有良好的應(yīng)用前景［9］。資料顯示，2001-2007年，全國推廣種植烤煙雄性不育系面積逐年提高，累計推廣種植面積已超過160萬hm2［10］。本研究表明，育成的3個馬里蘭煙雄性不育系Msmd609-1、Msmd609-2、 Msmd609-3及其同型可育品種在生物學(xué)特性、農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟性狀、外觀質(zhì)量、內(nèi)在品質(zhì)和感官評吸等方面無明顯差異，且穩(wěn)定遺傳。其中，“Md609-3”新品系定名為“五峰1 號”，于 2011年通過全國煙草品種審定委員會審定，在五峰煙區(qū)成為主栽品種，種植面積逐年增大［11］。其雄性不育系Msmd609-3，在經(jīng)濟性狀、抗病性、內(nèi)在品質(zhì)等方面，均優(yōu)于對照品種Md609，在生產(chǎn)上具有一定的推廣應(yīng)用價值。

（2）煙草細胞質(zhì)雄性不育系的轉(zhuǎn)育，是把某優(yōu)良品種為父本與胞質(zhì)雄性不育系雜交，再以前者為父本進行連續(xù)多代的回交，使前者的細胞核逐漸代換胞質(zhì)雄性不育系原來的細胞核，從而育成具有回交父本優(yōu)良性狀特點的新的雄性不育系，原來的雄性不育系親本就成為他的保持系［12］。在一般情況下，回交工作進行到BC3或BC4就基本可以，因為BC3或BC4的基因型的絕大部分已經(jīng)替換為輪回親本的基因。本試驗回交選育到BC5，選育過程中同時結(jié)合育性鑒定結(jié)果和田間性狀觀察結(jié)果，根據(jù)育性鑒定結(jié)果篩選株系，進一步根據(jù)性狀觀察結(jié)果選擇單株，在最短的時間內(nèi)獲得同型雄性不育系。試驗結(jié)果顯示，通過多次回交選育，3 個雄性不育系遺傳穩(wěn)定，且與同型保持系各方面差異不明顯。

煙草細胞質(zhì)雄性不育系基因大多來源于野生N.suaveolens的胞質(zhì)，各不育系育種材料具有相似的細胞質(zhì)遺傳背景，細胞質(zhì)源基因比較單一，遺傳基礎(chǔ)狹窄［13］。我國曬晾煙生產(chǎn)歷史悠久，晾曬煙資源的遺傳變異比較豐富，遺傳差異較大，親緣關(guān)系較遠[14-15］。為了進一步加強煙草雄性不育種質(zhì)創(chuàng)新力度，充分發(fā)掘和利用豐富的地方性曬晾煙種質(zhì)資源，研究其遺傳特性，擴大雄性不育胞質(zhì)基因的遺傳多樣性，對拓寬煙草育種的遺傳基礎(chǔ)具有重要意義。

4 小結(jié)

本研究育成了3個新質(zhì)馬里蘭煙雄性不育系，與其同型可育品種在生物學(xué)特性、農(nóng)藝性狀、外觀質(zhì)量、評吸質(zhì)量等方面保持一致，且穩(wěn)定遺傳，不育系的育成為馬里蘭煙雜種優(yōu)勢利用創(chuàng)造了條件。同時本研究育成馬里蘭煙雄性不育系Msmd609-3，在經(jīng)濟性狀、抗病性、內(nèi)在品質(zhì)等方面表現(xiàn)突出，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

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Transfer breeding of cytoplasmic male sterile Maryland tobacco

LIU Shenggao, LIU gang, QIAN Zukun, ZHANG Guoping, ZHOU Shaozhen , WEN Guanghong Hubei Yichang Tobacco Company, Yichang 443000, China

Recurrent breeding was used to select new materials of male sterile lines with Maryland tobacco CMS (cytoplasmic male sterile)line Msmd609 as the sterile source, and Md609-1、Md609-2、Md609-3 as recurrent parents.After 5 generations of crossing with related male line, 3 new CMS lines were obtained.Economic traits of these male sterile lines were similar to those of their recurrent parents.Among them, CMS line Msmd609-3 showed well agricultural trait, and good economical quality.

Maryland tobacco; cytoplasmic male sterile line; transfer

劉圣高，劉剛，錢祖坤,等.馬里蘭煙系列雄性不育系轉(zhuǎn)育研究[J].中國煙草學(xué)報，2015,21（5）

中國煙草總公司面上項目（中煙辦〔2009〕124號）；湖北省煙草公司重點項目（合同號：027059）

劉圣高(1967—)，農(nóng)藝師，主要從事煙葉科技管理工作，Email：liu1207gang@163.com

文光紅(1966—)，農(nóng)藝師，主要從事馬里蘭煙育種研究工作，Email: wfwgh496@163.com

2014-08-18

:LIU Shenggao, LIU gang, QIAN Zukun, et al.Transfer breeding of cytoplasmic male sterile Maryland tobacco [J].Acta Tabacaria Sinica, 2015,21(5)