蕓薹屬作物遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢(shì)研究

楊學(xué)樂(lè)，陶芬芳，彭 燁，何思敏

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

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蕓薹屬作物遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢(shì)研究

楊學(xué)樂(lè)，陶芬芳，彭 燁，何思敏

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

以蕓薹屬作物甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及相應(yīng)的保持系為試驗(yàn)材料，研究三者之間的雜交親和性和遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢(shì)。雜交親和性的調(diào)查結(jié)果表明，3種作物之間遠(yuǎn)緣雜交均具有一定的雜交親和性，各組合的母本結(jié)實(shí)率在52.34%～92.46%之間，雜交親和指數(shù)在3.41～7.85之間，且母本結(jié)實(shí)率與雜交親和指數(shù)之間具有高度一致性。比較不同作物間的雜交親和性，以甘藍(lán)型油菜作母本的組合平均親和指數(shù)最高。而在父本相同的情況下，以不育系作母本的組合比以相應(yīng)的保持系作母本的組合，其雜交親和性要高。在參與品種比較試驗(yàn)的各材料中，有3個(gè)組合的地上營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)，其中組合：608A×RH03B和608A×JH01B比對(duì)照增產(chǎn)極顯著，結(jié)合雜交親和性的調(diào)查結(jié)果，這兩個(gè)組合可考慮作菜用或飼用。

蕓薹屬作物；遠(yuǎn)緣雜交；雜交親和性；雜種優(yōu)勢(shì)

蕓薹屬是十字花科作物的一個(gè)大屬，包括多種不同用途的作物，如油用的甘藍(lán)型油菜和白菜型油菜，菜用的小白菜、紅菜薹和大白菜等，近年來(lái)也有利用其作青飼料的事例。由于蕓薹屬作物的遺傳基礎(chǔ)廣，且屬內(nèi)大部分作物之間具有一定的同源性，可在不同作物間進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，所獲得的遠(yuǎn)緣雜種大多具有強(qiáng)大的營(yíng)養(yǎng)雜種優(yōu)勢(shì)[1]?？紤]到以收獲營(yíng)養(yǎng)體作菜用或飼用的目的，蕓薹屬作物遠(yuǎn)緣雜種F1代的育性和結(jié)實(shí)性不是必須考慮的因素，因此只要不同種之間有較高的雜交親和性，且其雜交F1代具有較強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)雜種優(yōu)勢(shì)，即可直接利用，或作菜用，或作飼用。當(dāng)然，通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交，也可以實(shí)現(xiàn)蕓薹屬作物屬內(nèi)種間遺傳物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到豐富蕓薹屬作物變異類(lèi)型的目的[2]。

本研究以3類(lèi)蕓薹屬作物，即甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及相應(yīng)的保持系為試驗(yàn)材料，研究油菜、紅菜薹和小白菜三者之間的遠(yuǎn)緣雜交親和性和營(yíng)養(yǎng)雜種優(yōu)勢(shì)，為蕓薹屬作物之間的遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢(shì)利用提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雙低優(yōu)質(zhì)甘藍(lán)型油菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育系608A及其保持系608B，小白菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育系JH01A及其保持系JH01B，紅菜薹細(xì)胞質(zhì)雄性不育系RH03A及其保持系RH03B，上述材料均來(lái)自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油料作物研究所。品種比較試驗(yàn)用對(duì)照油菜品種華協(xié)11號(hào)來(lái)自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 遠(yuǎn)緣雜交親和性調(diào)查

2012年春季在長(zhǎng)沙分別以甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及其保持系為母本，以各自的保持系為父本分別與其它不育系和保持系進(jìn)行人工授粉雜交，共獲得12個(gè)組合。每個(gè)組合的母本選100個(gè)花蕾進(jìn)行人工剝蕾授粉。在初花期對(duì)父本和母本進(jìn)行掛牌套袋，如母本為保持系，則在開(kāi)花前需進(jìn)行人工剝蕾和去雄，去雄后次日至第3天完成人工授粉，授粉后套袋并記錄雜交組合、雜交日期及授粉花朵數(shù)，授粉一周后去掉紙袋。收獲時(shí)調(diào)查結(jié)角數(shù)，收獲后統(tǒng)計(jì)飽滿種子數(shù)，計(jì)算平均結(jié)角率和親和指數(shù)。

結(jié)角率=獲得的角果數(shù)/授粉花朵數(shù)×100%

親和指數(shù)=飽滿種子數(shù)/授粉花朵數(shù)

角粒數(shù)=(飽滿種子數(shù)+半飽滿種子數(shù))/角果數(shù)

1.2.2 遠(yuǎn)緣雜種營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)研究

(1)組合配制。2013年春季在長(zhǎng)沙以甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系為母本，以各自的保持系為父本，相互配對(duì)進(jìn)行雜交，獲得組合“608A×JH01B”、“608A×RH03B”、“JH01A×608B”、“JH01A×RH03B”、“RH03A×608B”和“RH03A×JH01B”等的雜交F1代種子。每個(gè)組合的母本至少選20個(gè)單株進(jìn)行人工制種，以滿足組合比較試驗(yàn)所需種子。

(2)組合比較試驗(yàn)。2013年秋季在長(zhǎng)沙以6個(gè)測(cè)交F1代及其親本為參試材料進(jìn)行比較試驗(yàn)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積13.3 m2，育苗移栽，種植20行，每行6株。以飼用油菜品種華協(xié)11號(hào)為對(duì)照。所有材料在終花后的第15～20天(角果未成熟，但大部分籽粒已基本充實(shí))一次性收割地上部分，稱(chēng)鮮重，分析各組合的超親優(yōu)勢(shì)和超對(duì)照優(yōu)勢(shì)：

2 結(jié)果分析

2.1 不同類(lèi)型材料間異交親和性

分別用甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及相應(yīng)的保持系進(jìn)行兩兩配對(duì)進(jìn)行人工雜交，獲得12個(gè)組合，各組合的母本結(jié)實(shí)率和雜交親和指數(shù)見(jiàn)表1。

表1 不同雜交組合的母本結(jié)實(shí)率和雜交親和指數(shù)(長(zhǎng)沙，2012)Table 1 The seed setting rate and hybridization affinity index with different crosses of female parent (Changsha，2012)

(續(xù)表1)

從表1可以看出，各組合的母本結(jié)實(shí)率與雜交親和指數(shù)之間具有高度一致性，即結(jié)實(shí)率高的其雜交親和指數(shù)也高。各組合的母本結(jié)實(shí)率在52.34%～92.46%之間，雜交親和指數(shù)在3.41～7.85之間，說(shuō)明甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜三類(lèi)作物之間均有一定的雜交親和性。比較各組合的母本結(jié)實(shí)率和雜交親和性，以組合RH03A×JH01B最高，分別達(dá)到92.46%和7.85，說(shuō)明用紅菜薹不育系作母本與小白菜具有很高的雜交親和性；其次為組合608A×RH03B，分別為87.47%和7.77，再次為組合608A×JH01B，分別為85.63%和6.32，說(shuō)明用甘藍(lán)型油菜不育系作母本與小白菜和紅菜薹均有較高的雜交親和性。組合RH03B×JH01B的母本結(jié)實(shí)率和雜交親和指數(shù)分別達(dá)到80.23%和6.24，說(shuō)明用紅菜薹作母本與小白菜也具有較高的雜交親和性。

比較不同類(lèi)型作物的不育系與相應(yīng)的保持系之間的雜交親和性，也可發(fā)現(xiàn)較明顯的規(guī)律性。一是以不同類(lèi)型作物作母本的組合雜交親和性有較大的差異，在本研究所用的三類(lèi)作物中，以甘藍(lán)型油菜作母本的組合平均親和指數(shù)最高(4組合平均親和指數(shù)6.27)，其次為以紅菜薹作母本的組合(4組合平均親和指數(shù)5.95)，以小白菜作母本的組合最低(4組合平均親和指數(shù)4.01)；二是在相同的父本情況下，以不育系作母本的組合比以相應(yīng)的保持系作母本的組合，其雜交親和性要高。

2.2 不同遠(yuǎn)緣雜交組合的營(yíng)養(yǎng)雜種優(yōu)勢(shì)

根據(jù)2012年春季對(duì)甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及相應(yīng)的保持系進(jìn)行雜交親和性的研究結(jié)果，明確了以不育系為母本的組合其雜交親和性均高于以相應(yīng)的保持系為母本的組合，2013年春季即全部以不育系為母本配制組合。通過(guò)2013～2014年品種比較試驗(yàn)，各參試材料的營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各測(cè)交F1代及親本地上營(yíng)養(yǎng)體的產(chǎn)量表現(xiàn)(長(zhǎng)沙，2014)Table 2 The yield of above ground vegetative of F1 and their parents (Changsha，2014)

方差分析表明，品種間的產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，區(qū)組間差異不顯著，說(shuō)明試驗(yàn)誤差較小。

從表2可以看出，與對(duì)照相比，各參試材料的地上營(yíng)養(yǎng)體的產(chǎn)量有3個(gè)組合比對(duì)照增產(chǎn)，以組合608A×RH03B產(chǎn)量最高，達(dá)62 563.91 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)38.53%，其次為組合608A×JH01B，達(dá)56 744.36 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)25.64%，再次為組合RH03A×608B，比對(duì)照增產(chǎn)1.34%。其余組合及所有親本均比對(duì)照減產(chǎn)，說(shuō)明對(duì)照的產(chǎn)量水平較高。

根據(jù)各參試組合與相應(yīng)的親本產(chǎn)量比較，可以得出各組合的超親優(yōu)勢(shì)。從表3可以看出，所有的參試組合都具有超中親優(yōu)勢(shì)，以組合RH03A×608B的優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，其次為組合608A×RH03B，再次為組合608A×JH01B；除組合JH01A×608B外，其余組合都具有超高親優(yōu)勢(shì)，以組合608A×RH03B最強(qiáng)，其次為608A×JH01B。

表3 各雜交組合的營(yíng)養(yǎng)體超親優(yōu)勢(shì)Table 3 The vegetative heterobeltiosis of each cross combinations

3 小結(jié)與討論

從本研究結(jié)果可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜等三類(lèi)蕓薹屬作物之間進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交均具有一定的雜交親和性，雜交的母本結(jié)實(shí)率均在50%以上，比較而言，以甘藍(lán)型油菜作母本的親和性最好，紅菜薹作母本次之，小白菜作母本的親和性最弱；(2)在相同的父本下，以不育系作母本的組合比以保持系作母本的組合，其雜交親和性要強(qiáng)；(3)在以甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜的不育系為母本，以相應(yīng)的保持系為父本配制的互交組合中，其地上營(yíng)養(yǎng)體的產(chǎn)量均具有超中親優(yōu)勢(shì)，大部分組合具有超高親優(yōu)勢(shì)，但與對(duì)照品種相比，只有以甘藍(lán)型油菜不育系配制的組合具有顯著的超對(duì)照優(yōu)勢(shì)，其余組合及所有親本均減產(chǎn)或增產(chǎn)不顯著。

甘藍(lán)型油菜、紅菜薹和小白菜等3種蕓薹屬作物之間具有較高的雜交親和性，同時(shí)也有一定的差異，可能與它們的染色體組及其進(jìn)化有關(guān)。甘藍(lán)型油菜(B.napus，2n=38，AACC)與小白菜(B.chinensis，2n=20，AA)和紅菜薹(B.compestris，2n=20，AA)在染色體組中均有共同起源的A組染色體，因此它們之間有較高的雜交親和性是容易理解的。至于三者之間雜交親和性的差異則需利用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)等方法進(jìn)行更加深入的探討。

在本研究中，利用不育系作母本比用保持系作母本的雜交親和性普遍要高，可能與不育系作母本時(shí)雌蕊對(duì)外界花粉的刺激更加敏感有關(guān)。王國(guó)槐等[1]利用甘藍(lán)型油菜與不同類(lèi)型的蕓薹屬作物雜交，表明用不育系作母本可以顯著提高種間雜交的親和性。本試驗(yàn)的研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了該結(jié)論。

品種比較試驗(yàn)結(jié)果表明，利用不同不育系配制的組合，在營(yíng)養(yǎng)體的雜種優(yōu)勢(shì)上存在明顯的差異，此結(jié)果與親本尤其是母本的表現(xiàn)有密切的關(guān)系。在3個(gè)不育系中，甘藍(lán)型油菜不育系608A的產(chǎn)量最高(30 849.62 kg/hm2)，所配的2個(gè)組合：608A×RH03B和608A×JH01B均比對(duì)照增產(chǎn)極顯著。紅菜薹不育系的產(chǎn)量居其次(27 210.53 kg/hm2)，所配的2個(gè)組合中有1個(gè)(RH03A×608B)比對(duì)照增產(chǎn)，但增產(chǎn)不顯著。小白菜不育系的產(chǎn)量最低(21 097.74 kg/hm2)，所配的2個(gè)組合均比對(duì)照極顯著減產(chǎn)。

結(jié)合雜交親和性的調(diào)查和品種比較試驗(yàn)結(jié)果，組合608A×RH03B和608A×JH01B的母本結(jié)實(shí)率均在85%以上，地上營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量均比對(duì)照增產(chǎn)極顯著，可以考慮作為飼用或菜用。其余組合因均具有中親優(yōu)勢(shì)，可考慮作菜用，其口味及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有待進(jìn)一步研究。

遠(yuǎn)緣雜交作為作物改良、實(shí)現(xiàn)不同物種間優(yōu)良性狀轉(zhuǎn)移以及創(chuàng)造細(xì)胞質(zhì)不育源的有效方法，一直受到人們的關(guān)注。但是，與小麥、玉米等糧食作物與其近緣種的遠(yuǎn)緣雜交及其利用相比，蕓薹屬植物遠(yuǎn)緣雜交的研究還有更多的工作要做。今后應(yīng)加強(qiáng)蕓薹屬植物遠(yuǎn)緣雜交受精不親和生理機(jī)制、不可交配遺傳機(jī)理以及雜種胚胎發(fā)育的生理學(xué)和細(xì)胞胚胎學(xué)機(jī)理[3]等方面的研究。隨著分子生物學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展，人們將會(huì)利用更多有效的技術(shù)手段來(lái)研究蕓薹屬植物的遠(yuǎn)緣雜交，為蕓薹屬蔬菜育種改良創(chuàng)造更多的親本資源，實(shí)現(xiàn)蕓薹屬蔬菜育種的新的重大突破。

[1] 王國(guó)槐，官養(yǎng)云，陳社員，等.十字花科蕓薹屬種間雜種營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)的利用研究[J].作物學(xué)報(bào)，2003，29(1)：54-58.

[2] 林 超，孫 萍，程 斐，等.蕓薹屬植物的遠(yuǎn)緣雜交[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007(4)：27-31.

[3] Heslop-Harrison J.Pollen-stigma interaction and cross in compatibility in the grasses[J].Science，1982，215：1358-1364.

Studies on the Heterosis of Distant Hybridization ofBrassicaCrops

YANG Xuele，TAO Fenfang，PENG Ye，HE Simin

(College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China)

The sterility line and maintainer line ofBrassicanapus，purple flowering stalk，Chinese cabbage CMS were used as materials to study their cross compatibility and distant heterosis.The results showed that there are certain hybridization affinities among the distant crosses of the three crops.The seed setting rates of the female parents of each cross combinations are between 52.34%～92.46%，the hybridization affinity index is between 3.41～7.85，and there are high consistency between the seed setting rate of the female parent and hybridization affinity index.Comparing the hybridization affinity between different crops as female parents，the average affinity index of theBrassicanapuswas the highest，and that of the Chinese cabbage was the lowest.With the same parent，the cross compatibility of the sterility line as female parent is higher than the maintainer line as female parent.Among the varieties or lines in comparison tests，the ground vegetative yields of three combinations were higher than that of CK.The combinations of 608A×RH03B and 608A×JH01B are significantly increased than that of CK，they can be used as food or forage when combined the results of hybridization affinity.

Brassicacrop；distant hybridization；cross compatibility；heterosis

2016-02-26

楊學(xué)樂(lè)(1989-)，女，碩士研究生。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD35B04)；國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2011AA10A104)。

S565.403.51

A

1001-5280(2016)05-0520-04

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2016.05.09