大白菜胞質(zhì)雄性不育系rc7的選育

大白菜胞質(zhì)雄性不育系rc7的選育

利用細胞雄性不育種繁殖是國內(nèi)外植物育種最常見的方法之一，也是植物育種研究的重點和先鋒。20多年來,在大白菜(Brassicacampestrisssp.pekinensis)胞質(zhì)雄性不育利用上,國內(nèi)外研究最多最廣泛的是Polima甘藍型油菜胞質(zhì)雄性不育和Ogura蘿卜胞質(zhì)雄性不育。Polima甘藍型油菜不育源的優(yōu)點是轉(zhuǎn)育容易,保持譜和恢復(fù)譜廣,已被轉(zhuǎn)育到多種十字花科作物上;其缺點是育性易受環(huán)境條件影響,不育度不能達到100%。Ogura胞質(zhì)不育源的優(yōu)點是雄蕊退化徹底,無花粉,不育性穩(wěn)定,不育株率和不育度均為100%;其缺點是植株苗期葉片黃化、生長遲緩、蜜腺退化和配合力差。針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足,本研究利用1997年引進的新的甘藍型油菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育材料RC97-1為不育源,與不同類型大白菜雜交、多代回交轉(zhuǎn)育其不育性,育成了不育性穩(wěn)定、幼苗無黃化、蜜腺正常、配合力好,不育株率及不育度均達100%的大白菜細胞質(zhì)雄性不育系RC7,并利用RC7配制出優(yōu)勢明顯、符合市場需求的大白菜一代雜種‘金秋70’和‘金秋90’,2007年2月通過山西省農(nóng)作物品種審定委員會認定。1材料和方法1.1葉片及枝條生長雄性不育源為甘藍型油菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育材料RC97-1,于1997年由原陜西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所引進,其特點是不育性穩(wěn)定,不育株率及不育度均達100%,蜜腺正常,葉片不黃化,花藥白色退化,柱頭正常,植株生長旺盛,結(jié)籽良好。轉(zhuǎn)育父本為本課題經(jīng)多年選育的不同類型、配合力好的17份大白菜親本材料。1.2種子回交的選擇從1997年春季開始,在對引進的甘藍型油菜細胞質(zhì)雄性不育材料RC97-1的花器構(gòu)造、不育性狀等進行觀察鑒定,確認為不育完全、性狀穩(wěn)定的細胞質(zhì)不育材料后,選擇生長勢強、蜜腺發(fā)育正常、敗蕾少、雜交結(jié)實率好的全不育單株為母本,先后以不同類型、配合力好的17份大白菜親本材料為父本,用人工花期套袋授粉技術(shù),進行不育系RC97-1與不同類型大白菜自交系雜交和多代回交,轉(zhuǎn)育其不育性。在轉(zhuǎn)育各世代,調(diào)查植株的植物學(xué)性狀,從幼苗期到開花期各生育階段進行嚴格經(jīng)濟性狀篩選,淘汰葉柄有缺刻、偏向甘藍型油菜的裂葉型等中間材料,選留表現(xiàn)與轉(zhuǎn)育父本相似的無敗蕾的優(yōu)良單株作為下一輪的回交母本。同時,對其對應(yīng)的輪回父本進行自交純化。為了加快轉(zhuǎn)育速度,采取了溫室、露地和異地加代轉(zhuǎn)育相結(jié)合的方法,具體做法是:對入選的回交母本和輪回父本于8月10日左右進行露地直播,11月中、下旬成株期,嚴格進行經(jīng)濟性狀的選擇,將入選的種株定植于溫室中,溫室的溫度應(yīng)保持在20~25℃,并給予充分的光照,一般12月底到1月中旬抽薹開花,可與輪回父本進行人工回交授粉,到2月下旬即可收獲種子。將收獲的種子在22~25℃下催芽,待種子萌動露芽時,將其放到2~3℃冰箱中進行不完全春化處理20d,于3月下旬播種到22~25℃的溫室中育苗,4月中、下旬采用地膜栽培方式,定植在海拔高度1300~1500m的冷涼地區(qū),一般5月下旬到6月中旬抽薹開花,可與輪回父本繼續(xù)進行人工回交授粉,7月下旬可收獲種子。這樣,可保證一年加代轉(zhuǎn)育2次。到回交7代時,RC7的經(jīng)濟性狀已同輪回父本完全一致,其它材料繼續(xù)回交轉(zhuǎn)育。1.3由于雄性不育系rc7的主要特征，觀察和測定1.3.1花卉器官的特征觀察從始花期到終花期檢查不育材料的雄蕊是否完全退化及其花藥內(nèi)是否存在花粉;觀察測定花冠、花色、雄蕊、雌蕊和蜜腺的大小、形狀以及敗蕾情況。1.3.2不完全不育研究調(diào)查不同溫度和不同播種期對不育性的影響。1.3.3綜合農(nóng)業(yè)性狀研究每個轉(zhuǎn)育世代于成株期觀察不育材料及其回交父本的葉形、葉色、球形、株高、株幅、單株鮮樣質(zhì)量等綜合農(nóng)藝性狀。1.3.4工業(yè)試驗進行人工授粉后,在種莢成熟時觀察其結(jié)莢情況,包括結(jié)莢總數(shù)、莢長、莢粗、每莢種子數(shù)、單株產(chǎn)種量、千粒重性狀等。1.3.5-4-2014主要病害鑒定方法及標準依據(jù)GB/T19557.5-2004。室內(nèi)鑒定在塑料拱棚內(nèi)進行,采用苗期人工接種抗病性鑒定方法;田間鑒定在連年種植大白菜的不同田塊進行,為田間自然發(fā)病。1.3.6送料力測定對RC7配制的雜交組合,在不同地區(qū)測定其配合力,篩選優(yōu)良雜交組合。2結(jié)果與分析2.1小學(xué)成分雄性不育系的rc7經(jīng)過7代的回交轉(zhuǎn)育和嚴格的經(jīng)濟性狀選擇,于2003年成功地選育出不育性穩(wěn)定,不育株率和不育度達100%,經(jīng)濟性狀和對應(yīng)保持系完全一致,生長整齊、可用于組合配制的新的大白菜細胞質(zhì)雄性不育系RC7(圖版Ⅰ,3)。不育系RC7的花朵與保持系相比,花瓣比對應(yīng)的回交父本稍小,雄蕊6枚、乳白色、短絲狀,花藥干癟、白色、纖瘦、退化成短絲狀,雄蕊和花藥長度明顯變短,在顯微鏡下觀察不到該不育系的花粉;雌蕊單生,柱頭表面多乳突,子房外觀形態(tài)大小與保持系基本相同,結(jié)構(gòu)、功能正常;蜜腺數(shù)量與保持系相同,發(fā)育狀況良好,色綠,并具芳香味,能吸引蜜蜂等昆蟲正常采蜜傳粉(表1;圖版Ⅰ,1)。2.2rc7的遺傳因素分析2.2.1不穩(wěn)定因素對rc7的不良反應(yīng)2003~2007年連續(xù)5年,于冬、春季節(jié)在不同溫度的溫室和大田以及不同的生態(tài)區(qū),對不育系RC7的不育性進行觀察鑒定,結(jié)果表明不育系RC7的不育性穩(wěn)定,不育株率達100%,不育度也為100%。說明不育系RC7的不育性不受溫度條件的影響。2.2.2田間不同生育期株率試驗2003年冬至2004年春季,分別于12月20日、1月5日、1月20日和2月5日播種不育系RC7,3月25日定植于大田,從始花起每間隔4d調(diào)查一次不育株率和單株不育度。4個播期的不育系RC7的不育株率和不育度均為100%,說明不育系RC7的不育性不受播種期的影響。2.3綜合農(nóng)業(yè)性狀2.3.1農(nóng)藝性狀的轉(zhuǎn)育2003年秋季,對回交7代的17份不育材料及其對應(yīng)回交父本的形態(tài)特征和主要農(nóng)藝性狀進行田間調(diào)查。結(jié)果表明,不同來源的大白菜自交系,其農(nóng)藝性狀的轉(zhuǎn)育快慢不盡相同。主要表現(xiàn)為:所有的不育材料在葉形、葉色、球形等方面與對應(yīng)的回交父本表現(xiàn)相同或相近,差異性主要表現(xiàn)在株高、開展度、單株鮮樣質(zhì)量、葉片大小等方面,而且存在差異的大小不同。從實際轉(zhuǎn)育過程也可看出,不育系轉(zhuǎn)育早代植株的生長勢比保持系強,這說明轉(zhuǎn)育早代表現(xiàn)出種間雜交優(yōu)勢的特點。2.3.2常用的幾種方法經(jīng)過7代的轉(zhuǎn)育和嚴格選擇,在主要植物學(xué)性狀上,新育成的不育系RC7經(jīng)濟性狀與對應(yīng)保持系B7基本相同。生育期85d,株高58.6cm,株幅45.3cm,葉色碧綠,葉緣波狀,葉球高樁型,葉長56.6cm,葉寬29.7cm,外葉數(shù)13片,葉球縱徑48.5cm,葉球橫徑16.3cm,球形指數(shù)2.98,單球質(zhì)量3.6kg左右,生長整齊,綜合抗病性強(表2)。2.4rc7及其維護系統(tǒng)的果實分解能力分析2.4.1保持系和雙株結(jié)籽的制備2004~2005年連續(xù)2年將不育系RC7與保持系B7按3∶1~4∶1的比例定植在紗網(wǎng)棚中,花期人工輔助授粉,不育系RC7的莢長、單莢結(jié)籽與保持系B7無明顯差異,而且不育系RC7生產(chǎn)的種子,千粒重普遍高于對應(yīng)保持系B7生產(chǎn)的種子(表3;圖版Ⅰ,2、4)。2.4.2不同采種精度用不育系RC7配制的雜交組合RC7×04S245和RC7×03S1207,2005~2007年在自然隔離區(qū)內(nèi)由蜜蜂自然傳粉,通過3年調(diào)查,2個雜交組合的雜交結(jié)實率均高達100%。其中,單莢結(jié)籽數(shù)最多可達26粒,最少為9粒,采種株平均分枝數(shù)(1、2級)分別為37.8條和38.4條,千粒重分別為2.34和2.28g,單株產(chǎn)種量分別為43.2和44.3g。這表明不育系RC7自然結(jié)實性良好(表4)。2.5rc7及其保護系統(tǒng)的抗病性2.5.1接種抗病性鑒定2004年對不育系RC7及保持系B7在塑料拱棚條件下進行人工苗期接種抗病性鑒定。不育系RC7病毒病和霜霉病病情指數(shù)分別為10.8和9.9,均表現(xiàn)為高抗(HR);而B7的病情指數(shù)分別為11.5和12.1,均表現(xiàn)抗病(R)。說明RC7抗病性優(yōu)于B7(表5)。2.5.2病情病情狀及發(fā)病率2004年對不育系RC7及保持系B7在自然條件下進行田間抗病性鑒定。不育系RC7病毒病病情指數(shù)為11.2,表現(xiàn)為抗病(R);霜霉病病情指數(shù)為8.8,表現(xiàn)為高抗(HR);黑斑病病情指數(shù)為19.2,表現(xiàn)為抗病(R);軟腐病發(fā)病率為0。其抗病性亦比B7強或與之相近(表6)。2.6rc7雜交系的協(xié)同性優(yōu)勢2.6.1與現(xiàn)有對照品種2003~2006年用不育系RC7測配雜交組合在不同地方鑒定結(jié)果表明,該不育系配合力好,其與目前生產(chǎn)對照品種(中熟品種:‘津綠75’;晚熟品種:‘秦白3號’)比較,共計143個組次中,有123個組次增產(chǎn),占86.0%,其增產(chǎn)幅度在1.2%~94.6%,減產(chǎn)的有20個組次,占14.0%,減產(chǎn)幅度在0.6%~40.2%(表7)。2.6.2球葉及病物種采用RC7不育系已經(jīng)育成優(yōu)良一代雜種‘金秋70’和‘金秋90’?！鹎?0’屬中早熟,生長期70d左右;植株生長勢強,高樁直筒型,外葉深綠色,球葉淺綠色,葉柄白色,葉球縱徑46cm,橫徑16cm,單球重3.5~4kg,凈菜率80%,每公頃產(chǎn)量112.5~120t;纖維少,品質(zhì)好,包心緊實,耐貯運;抗病毒病、霜霉病和軟腐病三大病害?！鹎?0’屬晚熟,生育期90d;生長整齊一致,外葉少而綠,球葉淡綠色,白幫,合抱,高樁直筒型,葉球縱徑56cm,橫徑17cm,球形指數(shù)3.3,單球質(zhì)量4.5~5.5kg,凈菜率80%,每公頃產(chǎn)量127.5~135t;抗病毒病、霜霉病和軟腐病三大病害;品質(zhì)好,耐貯運。它們均于2007年2月通過山西省農(nóng)作物品種委員會審定。3種子選育和育種甘藍型油菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育源,最早是法國學(xué)者Bannerot等于1974年將歐洲甘藍型油菜細胞核導(dǎo)入日本蘿卜不育胞質(zhì)中,經(jīng)過連續(xù)回交轉(zhuǎn)育而育成的甘藍型油菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育系。該不育系不育徹底,不育率和不育度均為100%,不育性穩(wěn)定,對環(huán)境反應(yīng)不敏感,被公認為世界上不育性最穩(wěn)定的油菜不育材料。20世紀80年代初期引進國內(nèi),在不同甘藍型油菜上進行轉(zhuǎn)育改進。筆者1997年引入經(jīng)過改進的甘藍型油菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育源RC97-1,歷時多年,通過7代的回交轉(zhuǎn)育,連續(xù)嚴格的經(jīng)濟性狀選擇,轉(zhuǎn)育成可供直接應(yīng)用的大白菜蘿卜細胞質(zhì)雄性不育系RC7,為大白菜雜種優(yōu)勢利用提供了新途徑和新種質(zhì)。選育雄性不育系的最終目的是配制強優(yōu)勢雜交組合。一些學(xué)者認為利用Ogura細胞質(zhì)雄性不育源配制的雜交組合,雜種優(yōu)勢不明顯。2003~2006年筆者用新育成的不育系RC7測配的雜交組合在不同地方鑒定結(jié)果表明:143個組次中的86.0%增產(chǎn),其增產(chǎn)幅度在1.2%~94.6%。表現(xiàn)出很高的配合力和雜種優(yōu)勢。從眾多的雜交組合中篩選出的‘金秋70’和‘金秋90’大白菜一代雜種,表現(xiàn)植株生長旺盛,抗病性強,適應(yīng)性廣,豐產(chǎn)