油菜芥甘种间培育渐渗系研究进展

杨　超

【摘要】油菜是我国主要的油料作物。通过芥甘种间杂交，培育出一些具有父母本优良遗传特性的种间杂种后代，丰富油菜种质资源，对于油菜育种具有重要意义。

【关键词】油菜；芥苷种；渐渗系；研究进展

油菜是主要的油料作物之一。菜籽油是良好的食用油和工业用油；菜籽饼含有丰富的蛋白质和平衡的氨基酸组成，是发展畜禽渔业的良好蛋白饲料源。随着农业产业结构的调整，养殖业的大力发展，我国需要更多的饲料蛋白源。对传统的油菜产品品质分析表明，中国菜油中含有占总脂肪酸4O%～5O%的芥酸和10%左右的亚麻酸，严重影响了菜油的食用品质[1]；菜籽饼中含有硫代葡萄糖苷(简称硫苷)等可转化为有毒的物质，使得菜籽饼难以作为家禽等动物的蛋白饲料源。为了改良油菜产品的品质，近3O多年来，各国科学工作者都先后开展了油菜品质改良的研究工作，不仅改善了菜籽油的食用品质，成为“最健康的食用油”[2]；而且降低了菜籽饼中有害物质的含量，使之成为有效的蛋白饲料源，大大发挥了油菜籽的利用价值。

芥菜型油菜甘蓝型油菜杂交育种属于不同种间的杂交育种，面临着杂交不亲和、杂种不育和杂种后代分离大、稳定性慢等远缘杂交育种经常碰到的问题。为了克服这些问题，提高芥甘种间杂交效率，目前主要的研究集中在亲本选择选配、杂交模式和杂交环境、杂种鉴定、克服杂种不育的方法、杂种后代的选择等方面。

一、芥甘杂交亲本选择选配

芥甘杂交亲本选择选配应考虑需改良的性状、培育品种的类型等。如需通过芥菜型油菜杂交改良甘蓝型油菜品种，对芥菜型油菜亲本选择应考虑两个方面：供体性状和生态适应性状。芥菜型油菜可提供的性状有：角果数多，黄籽类型多，含油量高、抗病、抗倒伏、抗旱、根系吸收能力强、polCMS类型育性恢复基因等，但与甘蓝型油菜比，芥菜型油菜存在分枝纤细、角粒数少、籽粒小、催化油酸、亚油酸脱氢酶活性高、很少有抗病毒病、霜霉病的种质资源、没有低硫苷资源等，因此在甘蓝型油菜亲本选配时应该注意加以克服，宜选用分枝粗、角果长、粒多粒大、双低或三低（低芥酸、低硫苷、低亚麻酸）、高产抗病的品种。在生态适应性方面，芥菜型油菜一般为强感光春性类型、耐湿性差，与我国长江流域油菜的生态类型（半冬性弱感光、耐湿不早衰）相反，因此选择芥菜型油菜亲本时，应以开花要求的临界日长短、耐湿性好的长江流域芥菜型油菜种质为主。虽然在各类油菜种至今未发现可交配性基因，但品种间或基因型间在可交配性上存在差异，因此在亲本选配时应尽可能注意亲

本的可交配性大小。

二、芥甘杂交模式和杂交环境选择

植物种间杂交遇到的第一个问题是杂交的不亲和性，甘蓝型油菜×芥菜型油菜杂交同样有这个问题。大量研究表明，尽管甘蓝型油菜×芥菜型油菜杂交受精指数高于反交，但可交配指数反而低于芥菜型油菜×甘蓝型油菜，这是因为杂种胚和胚乳发育迟缓，胚到心型期后不能继续正常发育，胚乳停滞在游离核阶段并最终败育所致，甘蓝型油菜×芥菜型油菜很难获得杂种种子，且得到的少量种子成苗后60%是偏母植株，难以获得真杂种[3]。利用甘蓝型油菜雄性不育系作母本进行杂交，也能提高结实率，在从芥菜型油菜转育细胞质雄性不育恢复基因时可以采用这种配组方式。

为了克服甘蓝型油菜芥菜型油菜杂交不亲和性，曾使用过离体胚拯救技术和提出过培育可交配系的途径，但都未能广泛利用。湖南农业大学在计算长沙春季和昆明夏繁时配制的甘蓝型油菜×芥菜型油菜杂交组合的杂交亲和性时，偶然发现在昆明夏繁时配组杂交亲和性显著提高，受精指数高达2倍以上，分析这两地杂交时的生态环境，认为昆明夏繁时的高温长日照条件改变了母本甘蓝型油菜的生理状态，有利于加速花粉管进入胚囊，增加受精的胚珠数，同时减缓杂种胚的败育有关。后来在天祝夏繁时又观察到类似结果。天祝与昆明两地夏季具有昼夜温差大，日照时间长的共同特点，是昼夜温差还是日照长度或者两者共同影响甘蓝型油菜×芥菜型油菜杂交不亲和性有待进一步研究，Rashid等在人工气候室的高温长日条件下进行杂交，亲和指数也高。在海南岛12月末至2月初气

温最低，进行棉花种间杂交，可以使结实率明显提高，从而获得种间杂种。

三、芥甘杂种鉴别的方法

甘芥种间杂交F1代除了真杂种外，还有假杂种和偏母植株，因此对甘芥种间杂交F1代植株必须进行鉴别。鉴别的方法除了细胞学鉴别外，还有形态发育特征鉴别、分子标记分析鉴别和花期育性鉴别等[4]。

甘芥杂种F1代植株形态发育性状可分为三类：(1)类似亲本，表现亲本性状显性遗传，如甘蓝型油菜的五蜡粉性状，中频颜色，芥菜型油菜的紫叶、抗裂荚、抗黑胫病和对长日照敏感等性状；（2）介于双亲之间，如叶片形态和花瓣大小；（3）超过双亲，如营养生长繁茂和根部结瘤，这类性状是种间杂种优势的表现。湖南农业大学根据显性标记性状对真假杂种的鉴别结果表明[5]，芥甘杂种F1代几乎全是真杂种，但甘芥杂交F1代真杂种率低，只有40%。

随机扩增多态性DNA(RAPD)标记在芥甘种间杂种中表现为显性，杂种F1代表现出双亲特征带，可用于芥甘杂种真假鉴别。

甘芥杂种F1植株花药形态和大小正常，产生花粉，但由于减数分裂异常，不能形成正常的花粉粒，花粉没有活力。可以通过花粉染色观察判断甘芥杂种F1植株的真假，真杂种的花粉用醋酸洋红染色可染率最多只有20%左右。

四、克服芥甘杂种不育的方法

F1自交几乎不结实，自由授粉只有30%角果结实，每角果1或2粒种子。为了克服远缘杂种不育、控制分离范围、缩短育种周期，一般是将F1植株回交，但芥菜型油菜×甘蓝型油菜F1与甘蓝型油菜回交授粉100朵花一般也只能得到大约10粒种子，BC1代植株根尖细胞有36-60条以上染色体，其中半数以上植株有38条染色体，BC1代植株有中间型、偏甘蓝型、偏芥菜型等多种类型，育性低且分离，用它们再回交依然结实困难。因此如不需要严格定向转育，只要将F1代单独或与甘蓝型油菜一同隔离种植，任其自由授粉，收获杂种一代植株上的种子即可[6]。

为了提高杂种一代的结实性，应适当提早秋播，延长营养生长期，但必须注意双亲的温光生态特点，感光、感温性弱的组合播种过早会找出年前开花。杂种一代不可夏繁加代，因为夏繁加代时，营养生长期缩短，不利于得到种子。

甘芥杂种F1能产生部分有活力的花粉，由F1植株分离小胞子进行培养能再生植株，也能加速稳定过程，缩短育种周期。

五、芥甘杂种后代的选择方法

理论上芥甘杂种F1植株体细胞染色体数目为2n=37，减数分裂时应形成10Ⅱ+17Ⅰ的染色体构型，但由于B和C染色体组具有部分同源性，导致异源联会，减数分裂时最多可形成14Ⅱ[7]。以单价体数目为9计算，芥甘杂种F1形成具有18或19条染色体配子的频率为24.61%，合计为49.22%，这样的雌雄配子相互受精形成具有36~38条染色体的合子频率为24.22%。芥甘杂种亲本、杂种F1、F2和BC1代的RAPD初步分析显示，芥甘种间杂种后代分离并不是完全随机的，而是扭曲的，来自芥菜型油菜亲本的遗传物质比来自甘蓝型油菜亲本的遗传物质更容易丢失。

芥甘杂种F2代分离广泛，出现超亲变异类型。根据植株叶形，可将F2植株大致分为4类：偏甘蓝型、中间型、偏芥菜型和其他类型，其中中间类型的植株最多，占80%以上，其次是偏芥菜型油菜类型和偏甘蓝型油菜类型植株，白菜型油菜类型植株和生长不正常植株不到5%。F2植株育性介于F1与亲本之间，花粉可染色率为11.2%-97.2%，约1/4的植株花粉可染率正常或接近正常。F2植株角果长度可分为3类，第一类角果长度介于F1与芥菜型油菜之间，约一半的F2植株属于这一类，第二类角果长度介于双亲之间，占1/3左右；第三类角果长度超过甘蓝型亲本。F2代结实率恢复正常的植株为10%左右。随着角果长度增加，每角粒数和能发育成种子的胚的白茯苓相应增加。花粉活性、角果长度、每角种子数和单株种子重之间显著或极显著正相关，因此在花期应进行花粉育性选择，在成熟时应尽可能选留具有正常角果的植株。

目的性状的选择应根据其遗传方式进行。甘蓝型油菜、芥菜型油菜A组染色体携带的光叶基因、紫色叶基因在携带有这些基因的杂种植株苗期都会表达，因此可直接针对目标性状进行选择。虽然在F2、F3等早期世代，分离遵循孟德尔分离法则，但随着世代的递增，分离逐步正常。对脂肪酸含量等性状可由杂种一代植株上收获的种子进行半粒法分析、筛选，但分析麻烦、费用高，一般应从F2、F3植株上收获种子进行分析，得到的优良重组体能够稳定遗传。芥菜型油菜黄色种皮受两对隐性基因控制，而且种皮颜色是由母体基因型决定的，用黄籽芥菜型油菜与甘蓝型油菜杂交试图将黄籽性状转移到甘蓝型油菜，理论上F2代可分离出黄籽植株，事实上湖南农业大学油料作物改良中心在一些组合的F2代找到黄籽单株，只是黄籽植株频率低，但经过进一步自交纯化和筛选，黄籽频率可以显著提高。

芥甘杂种F2代主要选育性，把选育的育性正常或基本正常、具有目标性状的植株单株种植，每一株系种植的群体尽可能大，F3代提高选择强度，对形态发育、育性和目标性状进行综合选择，到F4代已趋于稳定，可沿用品种间杂交育种程序。

随着育种研究工作的不断深入发展，作物种内的遗传资源利用日益枯竭，远缘杂交可转移异种属的遗传物质。油菜是我国主要的油料作物，在国民经济中占有很重要的地位。目前我国主要栽培的甘蓝型油菜由国外引进，种质资源极为有限；芥菜型油菜起源于我国，与栽培种甘蓝型油菜相比，芥菜型油菜具有许多优良特性，如：角果数多，黄籽类型多，含油量高、抗病、抗倒伏、抗旱等特点。通过芥甘种间杂交，将芥菜型油菜有益基因转移到甘蓝型油菜中，通过连续多代自交纯化结合定向选择，培育出一些具有父母本优良遗传特性的种间杂种后代，丰富油菜种质资源，对于油菜育种具有重要意义。

参考文献

[1]刘后利．实用油菜栽培学．上海：上海科技出版社，l987：565-568.

[2]徐义傻等．中国主要油菜品种芥子苷含量分析．中国油料，1982，O)：23-27.

[3]刘忠松,官春云1 油菜远缘杂交育种的主要障碍及其克服方法[J].作物研究,1995,9(4): 1-7

[4]刘忠松，官舂云．芥菜型油菜感光性初步研究．作物研究，1995，9(增刊)：69-71

[5]刘忠松，官春云，陈社员．芥菜型油菜感温性初步研究//中国作物学会油料作物专业委员会．食物与能源安全战略中的中国油料．北京：中国农业科学技术出版社 2004，203-207

[6]张荣琦,陈春环,赵晓农,等。The study on selection of wheat varieties wit h distant hybrid technique [J]。农艺科学,2006,22( 6):186-1881.