隱性核不育系在我國棉花雜種優(yōu)勢利用中的研究進展*

李永旗，孫亮慶 ，謝業(yè)濤

（江西省棉花研究所，江西 九江 332105）

0 引言

雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在的現(xiàn)象，是增強作物抗逆性、改良作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量的重要途徑之一[1]。利用雜種優(yōu)勢是大幅提高作物產(chǎn)量和改良品質(zhì)的有效途徑[2]，但是近年來棉花雜交種的利用呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。其主要原因是棉花為無限花序，人工去雄、授粉時間長，工作量大，加之最近勞動力成本上漲，更加限制、妨礙了棉花雜交種的生產(chǎn)與推廣[3]。因此尋找簡化、高效、低成本的棉花雜交種生產(chǎn)方式已成為雜交育種急需攻克的難題和發(fā)展方向[4]。

棉花隱性核不育系，具有可以穩(wěn)定遺傳，繁育簡單，恢復源廣闊，容易獲得高優(yōu)勢的雜交種，雜交制種簡捷，可以有效降低制種成本等優(yōu)勢[5]。因此在我國勞動力成本日趨升高的形勢下，應用前景極為廣闊[1]。

近5年來，江西省棉花研究所在棉花隱性核不育系骨干親本培育及強優(yōu)勢雜交棉選育方面做了大量的研究工作。通過對產(chǎn)量、品質(zhì)性狀的精準定位，采用多親本復合雜交，定向選擇的方法，以改良綜合性狀為目標，成功創(chuàng)制出系列骨干親本[6-7]。在此基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)選育和雜交育種等方法，獲得了一系列在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病蟲性等綜合性狀優(yōu)良的高代育種材料。目前已有棉花隱性核不育系強優(yōu)勢組合參加了江西省的棉花品種區(qū)域試驗。

1 我國棉花雜交種利用的現(xiàn)狀及制種方法

2005年我國雜交棉播種面積為170萬 hm2，此后大幅度增加，2007年播種面積達到最大(235萬hm2) ，約占棉花播種總面積的31%，并連續(xù)2年雜交棉的播種面積占棉花總播種面積的比例均超過了30%[8]。此后由于制種成本的提高，雜交棉的播種面積略有下降。但是最近幾年無論是棉花的總播種面積還是雜交棉的面積均出現(xiàn)了較大幅度的下降。雜交棉的播種面積與其制種面積的變化趨勢基本一致，隨著制種面積的下降而下降。因此，降低棉花雜交制種成本成為促進雜交棉大面積推廣應用的關(guān)鍵因素。

目前棉花雜種制種的方法主要有：人工去雄授粉法，兩系法（棉花雄性不育系雜交），三系法（細胞質(zhì)不育系雜交）[9]。近年來隨著人工成本的上漲，人工去雄雜交制種的方法越來越難以為繼。由于產(chǎn)量、品質(zhì)性狀優(yōu)良、一般配合力高且恢復能力強的恢復系培育較為困難，所以細胞質(zhì)雄性不育系品種在生產(chǎn)上的推廣面積極少[10]。相比之下，隱性核不育系，不僅可以利用已經(jīng)培育好的綜合性狀優(yōu)良的骨干親本作為恢復系，而且可以減少制種用工，降低制種成本，因此在生產(chǎn)上有較大面積的應用[11]。

2 隱性核不育系的研究現(xiàn)狀

與可育株相比，棉花隱性核不育株主要表現(xiàn)為無花粉粒或花粉粒少而小，花絲短，花器略小，整個雄蕊緊縮在柱頭下部。湯澤生，等[12]以洞A兄妹系第6代、第8代的不育株和可育株為材料進行了研究，結(jié)果表明不育株與可育株的苞片、萼片、花瓣差異不明顯；但是不育株表現(xiàn)為花絲短，雌蕊長，柱頭外露，子房大，胚珠稍多，花藥小數(shù)量少且均不開裂。

棉花隱性核不育植株的主要特征是花粉敗育。研究結(jié)果表明花粉敗育主要發(fā)生在初生造孢細胞時期和雙核花粉粒時期，且兩個時期敗育的花粉表現(xiàn)略有不同。豆麗萍，等[13]研究表明，在花粉母細胞時期不育株的花藥有少量核仁穿壁現(xiàn)象，且少量小孢子母細胞會出現(xiàn)半月形。不育株的小孢子沒有刺突長出，最終會解體、退化，且花藥的絨氈層分泌胼胝質(zhì)的功能異常。最新的研究表明，棉花隱性核不育基因的表達涉及花藥細胞形態(tài)及生化代謝上的改變，具有一定的時空順序[14-15]。棉株不育性是由蛋白質(zhì)和酶等代謝物的改變引起的。所以較長一段時間研究者均以不育株與可育株的花粉為材料，從生理生化的角度研究其不育發(fā)生的機理。

目前發(fā)現(xiàn)的核不育基因有兩種類型：雙隱性基因 ms8ms9、ms5ms6；單隱性基因 ms16、ms15、 ms14、ms13、ms3、ms2、ms1，相關(guān)的遺傳分析表明ms6和 ms9位于Ⅸ連鎖群[16]，ms5和ms8位于V連鎖群[17]，ms3位于Ⅲ連鎖群[18]。近年來國內(nèi)許多研究者利用STS、SSR、SNP等分子標記技術(shù)對所發(fā)現(xiàn)的隱性核不育基因進行了大量的精細定位。Joinmap軟件分析表明，ms15位于棉花第12號染色體的NAU1278_270（1.9 cm）和 NAU 2176_240（0.8 cm）兩個標記之間。ms5同樣位于棉花第 12號染色體上，兩側(cè)標記分別為 NAU 3561（1.4 cm），NAU 2176（1.8 cm）。ms6位于棉花第 26 染色體上，兩側(cè)標記分別為BNL1227b（1.5 cm），NAU 460（1.8 cm）。這些較為詳細遺傳研究均為棉花隱性核不育系相關(guān)基因的定位、克隆及功能驗證提供了理論基礎(chǔ)。

3 隱性核不育系的利用現(xiàn)狀

目前隱性核不育系的利用具有一定的地域性。單隱性核不育系的利用主要集中在四川省[19]，雙隱性核不育系的利用主要集中在中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，但是推廣面積均較小。已經(jīng)培育出的品種有川雜棉40、川雜棉35、川雜棉32、川雜棉27等單隱性核不育系雜交種，中棉所12、中抗A、 中棉所38、中棉所54等雙隱性核不育系雜交種[20-21]。近幾年核不育系雜交種在產(chǎn)量及適應性方面均得以持續(xù)改進，推廣面積也向湖南、湖北等幾個長江流域的植棉區(qū)擴展。

3 關(guān)注重點

限制隱性核不育系雜交種大面積推廣的主要原因是制種前期需要識別并拔除 50%的可育株。識別及拔除可育株，不僅嚴重浪費了土地資源，而且費時費工，增加了制種成本。但是通過與不育基因緊密連鎖遺傳的指示性狀的識別，能夠在苗期間苗和定苗過程中去掉可育株，可以解決這個問題。目前已發(fā)現(xiàn)的連鎖性狀為葉片部分畸形、芽黃性狀和抗卡那霉素標記性狀等[22-24]。但是這些發(fā)現(xiàn)的連鎖性狀均未應用于生產(chǎn)上，因此與不育性狀緊密連鎖的指示性狀的開發(fā)及相關(guān)遺傳機理的研究仍然是隱性核不育系雜交制種研究的重點。此外核不育基因與恢復基因的調(diào)控機理仍然是我們關(guān)注的重點。