加工番茄雄性不育基因的轉(zhuǎn)育研究

張錄霞，甘中祥，李倍金，魏 強(qiáng)，張 勇，彭 剛

(中糧屯河種業(yè)有限公司，新疆 昌吉 831100)

加工番茄雄性不育基因的轉(zhuǎn)育研究

張錄霞，甘中祥，李倍金，魏 強(qiáng)，張 勇，彭 剛

(中糧屯河種業(yè)有限公司，新疆 昌吉 831100)

對(duì)引進(jìn)加工番茄材料進(jìn)行分離研究，摸索出分離材料的遺傳規(guī)律，并利用回交轉(zhuǎn)育和自交分離優(yōu)選單株相結(jié)合的方法，將分離材料的雄性不育基因和苗期連鎖標(biāo)記性狀轉(zhuǎn)育到優(yōu)良自交系材料中，同時(shí)保持其他農(nóng)藝性狀不變。對(duì)轉(zhuǎn)育組合少量制種，并安排區(qū)域適應(yīng)性試驗(yàn)示范，結(jié)果表明：優(yōu)選組合產(chǎn)量均高于對(duì)照，固形物含量與對(duì)照差異不明顯。

加工番茄；雄性不育；回交轉(zhuǎn)育

植物雄性不育廣泛存在于開花植物中，是植物雄性生殖器官不能產(chǎn)生正?；ǚ鄣默F(xiàn)象，如植物花藥中無花粉、花粉敗育和不裂藥等均屬雄性不育。利用雄性不育可簡化程序、節(jié)省人工、提高純度，因此，雄性不育在蔬菜雜交育種中已廣泛應(yīng)用。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是嚴(yán)格的自花授粉作物，雜種優(yōu)勢明顯。當(dāng)前番茄生產(chǎn)上大多使用雜交種子，但在雜交種子生產(chǎn)上仍然以人工授粉為主，不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、制種成本高，而且雜交種純度難以保證[1]。目前許多糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜都利用雄性不育系進(jìn)行雜交制種。在番茄上，目前已發(fā)現(xiàn)并公布的番茄雄性不育類型絕大部分是隱性核不育，這種雄性不育類型找不到保持系，且普遍存在育性不穩(wěn)定、保持難等問題在中國番茄雄性不育系還未能在生產(chǎn)上真正得到應(yīng)用。

本研究從一份引進(jìn)的材料中，發(fā)現(xiàn)其具有雄性不育基因和苗期綠莖性狀，并把其轉(zhuǎn)育到優(yōu)良自交系親本中，可用綠莖苗與紫莖苗雜交進(jìn)行保持，也可繼續(xù)回交后再自交進(jìn)行保持，實(shí)現(xiàn)了加工番茄的雄性不育制種，不但解決了人工去雄授粉進(jìn)行番茄雜交制種的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、制種成本高、影響雜交種的純度等問題，而且解決了番茄育性不穩(wěn)定、保持難的問題，同時(shí)對(duì)種質(zhì)資源也具有一定的保護(hù)作用，這為新疆加工番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究材料從引種材料中自交分離所得。

1.2 方法

1.2.1 分離研究2007—2013年，在新疆中糧屯河科研基地和海南南繁基地兩地完成。對(duì)引進(jìn)材料進(jìn)行自交分離得到綠莖苗和紫莖苗，又對(duì)紫莖苗進(jìn)行自交分離，摸索分析綠莖苗和紫莖苗的遺傳規(guī)律，分析顯隱性、標(biāo)記性狀連鎖情況等。

1.2.2 轉(zhuǎn)育研究實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用的難點(diǎn)在于轉(zhuǎn)育工作，將雄性不育基因及苗期綠莖標(biāo)記現(xiàn)狀轉(zhuǎn)育到優(yōu)良自交系材料中，創(chuàng)造出雄性不育品系。詳見轉(zhuǎn)育方案（圖1）。

1.2.3 評(píng)比試驗(yàn)品種比較試驗(yàn)是采用育苗移栽，單因素比較試驗(yàn)，完全隨機(jī)區(qū)組排列，三次重復(fù)，每小區(qū)長4 m，寬1.52 m，面積6 m2，株距0.2 m，單行種植，每小區(qū)15株苗，四周設(shè)置保護(hù)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠莖苗和紫莖苗雜交后代分離

引進(jìn)材料通過自交，從中分離出綠莖苗和紫莖苗，分別命名為06114和06117。經(jīng)觀察研究，06114綠莖，同時(shí)具有雄性不育性狀，為花粉敗育型不育，花藥筒退化成絲狀，纏繞在胎座上，無花粉，花柱及柱頭非常粗壯，裸露直立于胎座上，但在綠莖苗中，含有2%~3%的正?？捎?；06117紫莖，正?？捎?duì)06114和06117各14株進(jìn)行單株編號(hào)，采取一對(duì)一的方式分別授粉雜交，即綠莖1×紫莖1，綠莖2×紫莖2，綠莖3×紫莖3……，綠莖14×紫莖14，分別收取雜交種子。對(duì)雜交后代觀察，仍存在綠莖苗和紫莖苗的分離，調(diào)查數(shù)據(jù)見表1。

2.2 紫莖苗的自交分離

2008年選2株06117進(jìn)行自交分離，分別收取下一代種子，同年在海南觀察紫莖苗和綠莖苗的分離比例如下：

根據(jù)以上分析，結(jié)合遺傳育種規(guī)律，用綠莖作為苗期標(biāo)記性狀，將綠莖和不育基因這兩個(gè)有利性狀同時(shí)轉(zhuǎn)育到其他親本材料中，使親本具有綠莖和雄性不育兩個(gè)性狀，從而實(shí)現(xiàn)雄性不育材料在生產(chǎn)制種上的應(yīng)用。

2.3 雄性不育的轉(zhuǎn)育

通過5代回交轉(zhuǎn)育，創(chuàng)造出了一個(gè)新材料，該材料除了具有雄性不育和苗期綠莖性狀外，其余性狀保持原材料的優(yōu)良性狀。本研究共對(duì)06096、06098A、06099、06108、06100、06115等6份親本材料進(jìn)行了轉(zhuǎn)育。2012年，回交后代與原材料的基因相似度已達(dá)到93.75%，在繼續(xù)進(jìn)行回交提高相似度的同時(shí)，開始利用該材料進(jìn)行育種研究。

2.4 利用該雄性不育材料進(jìn)行育種研究

2012年在繼續(xù)回交轉(zhuǎn)育提純的基礎(chǔ)上，用以上6份不育材料作母本，選用20個(gè)優(yōu)良的父本材料，開始雜種優(yōu)勢育種的選配工作，共配制120份雜交組合。2013年在新疆進(jìn)行品種比較試驗(yàn)，以在美國加州排名第一的SUN6366為對(duì)照。

根據(jù)對(duì)株型、長勢、抗病性等的觀察以及相關(guān)數(shù)據(jù)采集，從中篩選出6份優(yōu)良的組合。以上表中數(shù)據(jù)可以看出，篩選的優(yōu)秀組合在產(chǎn)量上均超過對(duì)照SUN6366，固形物含量與對(duì)照無明顯差異。

2.5 制種

2014年，優(yōu)選6份材料中的2份組合親本進(jìn)行繁種。父本材料10063和10053較簡單，進(jìn)行自交收籽即可。母本材料06100和06115為集保持系和不育系于一體的復(fù)合型材料，采用穴盤育苗方式，定植時(shí)，紫莖苗和綠莖苗分開定植。開花后，逐株檢查綠莖苗，剔除2%~3%的綠莖可育株，保留不育株。用綠莖不育株（不育系）作母本，紫莖可育株（保持系）作父本，雜交制種，收取的種子即為母本材料。在制種基地父本材料按常規(guī)的種植管理即可，母本材料按常規(guī)播種量的2.1倍下種，出苗后，剔除全部紫莖苗銷毀，保留綠莖苗進(jìn)行苗期管理。定植到大田，母本開出第一朵花之后，立即進(jìn)行田檢，逐株檢查母本的花器，剔除2%~3%的可育株。

2.6 存在的問題

本研究擁有的雄蕊退化型不育系為兩用系，同時(shí)做不育系和保持系，在制種時(shí)主要利用綠莖作為苗期標(biāo)記性狀，在出苗后即可鑒別出綠莖不育株，非常明顯。但綠莖性狀同時(shí)伴隨出苗不整齊，發(fā)芽率低等不良性狀，進(jìn)而出現(xiàn)了花期長，制種時(shí)間延長等問題。在理論上，該不育系在制種時(shí)可以節(jié)省去雄的人工成本。但一般雜交制種地塊較為分散，在有些地塊中，仍然發(fā)現(xiàn)有柱頭短，畸形的花藥筒甚至包住了柱頭，在授粉前還得人工撕開畸形藥筒。盡管在回交轉(zhuǎn)育過程中注意到了這個(gè)問題，并且對(duì)長柱頭進(jìn)行了針對(duì)性的選擇，使得柱頭的長度有所提高，并且不同的年份很不穩(wěn)定，隨氣候、土壤和水肥管理影響較大。因此對(duì)一些地塊來說節(jié)省去雄成本不明顯。另外，母本為雜合材料，紫莖和綠莖按照1∶1進(jìn)行分離，在雜交制種時(shí)，苗期需要拔除紫莖苗，在花期田檢時(shí)還需拔掉2%~3%的綠莖可育株，因此在理論上母本的利用率只有47%~48%，如再考慮綠莖母本的發(fā)芽和出苗問題，實(shí)際利用率會(huì)更低。應(yīng)付這個(gè)問題的辦法只有多播種，采用育苗移栽，在理論上難以突破48%的上限。

3 討論

雄性不育是一種植物在有性繁殖過程中不能產(chǎn)生正常的花藥、花粉或雄配子的遺傳現(xiàn)象。據(jù)Kaul[2]報(bào)道，已經(jīng)在 43個(gè)科 162個(gè)屬 320個(gè)種的 617個(gè)品種或種間雜種中發(fā)現(xiàn)雄性不育。雄性不育現(xiàn)象在蔬菜作物中十分普遍，在蔬菜雜種優(yōu)勢利用上有重要應(yīng)用價(jià)值，目前已經(jīng)在甜椒[3]、辣椒[4]、洋蔥[5]、大蔥[6]、胡蘿卜[7]、大白菜[8]、甘藍(lán)[9]等蔬菜作物上廣泛應(yīng)用，不但節(jié)省了勞動(dòng)力，而且提高了雜交種子的純度。番茄雄性不育早在1945年在生產(chǎn)中就得到了應(yīng)用，包括ms-10、ms-15、ms-33、ps-2及長花柱類型，但ms、sl等不育類型不能產(chǎn)生100%的不育后代，保持較困難，而且會(huì)發(fā)生自交，ps、ex不育類型同樣受環(huán)境影響，效果均不十分理想[10]。但保加利亞他們特別重視雄性不育材料的選育,于50年代就有這方面的報(bào)道[11]。目前，每年生產(chǎn)番茄一代雜種種子3~4t，全部用雄性不育系制種，最成功的利用不育基因ms-10和綠莖基因aa[11]。2005年，李會(huì)遠(yuǎn)等[12]利用番茄帶標(biāo)記性狀的核質(zhì)型雄性不育材料，進(jìn)行雄性不育系的研究和利用，并對(duì)其不育基因進(jìn)行轉(zhuǎn)育研究。另外，由于花粉不育類型和雄蕊退化型保持較困難，功能不育型受環(huán)境影響較大，不易達(dá)到 100%不育度，致使這些不育類型極少在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用[13]。

本研究利用自交分離與回交轉(zhuǎn)育方法創(chuàng)造出新型加工番茄雄性不育系。該新型加工番茄雄性不育系雄性不育母本的花柱頭比正常的花柱花粗壯，不容易折斷，而且授粉后座果率高；在制種中，杜絕了“假雜種”問題，可得到100%純度的雜交種；節(jié)省了去雄的人工，緩解了授粉高峰期勞動(dòng)力緊張的局面，制種農(nóng)戶對(duì)此評(píng)價(jià)非常高；而且有利于母本材料的種質(zhì)資源保護(hù)。因此，應(yīng)用前景非常廣闊。同時(shí)，對(duì)存在的一些問題，還有待繼續(xù)研究，逐一突破。

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The Introgression of Male Sterility Genes into Processing Tomato

ZHANG Lu-xia,GAN Zhong-xiang,LI Bei-jin,WEI Qiang,ZHANG Yong,PENG Gang
（COFCO Tunhe Seed Co.,Ltd,Changji,Xinjiang 831100,China）

This study was carried out on the separation research of the processing tomato material,and on the genetic law of separation materials.By combining backcross breeding with self-fertilization segregation and optimization plant methods,male sterility genes with a green-stalk seeding marker were transformed to excellent inbred lines in the material,and other agronomic traits were still kept unchanged.A small amount of seed production was finished,and regional adaptability experiment and demonstration were arranged.Results showed the optimizing combination yields were higher than the control,and there was no obvious difference when compared with solid contents.

processing tomato;male sterility;backcross breeding

S641.2

A

2095-3704（2017）01-0076-04

10.3969/j.issn.2095-3704.2017.01.017

張錄霞,甘中祥,李倍金,等.加工番茄雄性不育基因的轉(zhuǎn)育研究[J].生物災(zāi)害科學(xué),2017,40(1):76-79.

2017-02-20

張錄霞，農(nóng)藝師，主要從事加工番茄新品種選育及配套栽培技術(shù)研究，zhanglx@cofco.com。