甘蓝型油菜温敏核不育系100S的遗传特性分析

陶芬芳，杨学乐，彭烨，邬贤梦

(湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)



甘蓝型油菜温敏核不育系100S的遗传特性分析

陶芬芳，杨学乐，彭烨，邬贤梦*

(湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)

摘 要：100S是一个甘蓝型油菜新型温敏核不育系。利用油菜2个自交系(09157和09254)、3个温敏核不育系(湘油402S、104S和Z094S)和4个隐性核不育系(402AB、104AB、209AB和127AB)与之测交进行遗传分析。结果表明，100S的育性受2对隐性不育基因和2对主效温敏基因及微效基因的共同调控，而不受细胞质的影响。基因等位性分析表明，100S与温敏核不育系湘油402S、104S、Z09S的育性受不同的遗传系统调控，它们的不育基因均为非等位基因，同时100S的温敏基因对其他不育系的不育基因不起调控作用，且其他不育系的温敏基因对100S的不育基因也不起调控作用。100S的不育基因与隐性核不育系127A的不育基因为等位基因，且100S的温敏基因对127A的育性具有调控作用。继续用100S与127B进行测交，其后代的育性调查进一步验证了上述结果。

关 键 词：甘蓝型油菜；温敏核不育；育性基因；基因对数；基因等位性

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油菜生态雄性不育二系法的研究起始于20世纪90年代初，先后发现和选育出了一系列生态雄性不育系，如湘油91S[1]、373S[2]、417S[3]、H90S[4]、K121S[5]、湘油402S[6]、N196S[7]和104S[8]等。油菜温敏核不育系是生态雄性不育系的一种，这类不育系的育性受核不育基因和温敏基因的共同调控，环境温度的变化是导致其育性改变的主要外因[1]，因其不育基因为隐性基因，一般品种都可作为它的恢复系，因此恢复源广，易于选育出优势组合。

100S是2009年春季发现的一个新的油菜温敏不育系。初步研究表明，该不育系属低温可育、高温不育的生态不育类型，即当不育系花芽发育阶段处于低温环境下表现为可育状态，而处于高温环境下则表现不育；当环境温度高于某一上限温度时，该不育系处于彻底不育状态；当环境温度低于某一下限温度时，不育系则表现为完全可育；当环境温度处于下限温度至上限温度之间时，不育系表现为半不育。利用此特点，该不育系在长江中游地区9月下旬至10月上旬播种，花芽发育大约在12月底至翌年2月初，处于低温阶段，所开之花大部分为可育花，能正常结实进行繁殖；在西北地区，如甘肃和青海等地，于5月中旬播种，花芽发育大约在7月底至8月下旬，此阶段平均气温较高，不育系处于不育状态，可进行杂交制种，从而达到“一系两用”的目的。本研究在以往研究的基础上，对100S进行较为系统的遗传分析，以明确其遗传特性，旨在为该材料的下一步研究和开发利用提供参考依据。

1　材料与方法

1.1材料

甘蓝型油菜自交系09117(波里马胞质不育系的保持系)、09254(波里马胞质不育系的恢复系)；温敏核不育系100S、湘油402S(育性由2对隐性核不育基因和2对主效温敏基因共同控制)[6]、104S(育性由1对隐性核不育基因和1对主效温敏基因共同控制)[8]、Z09S(育性由2对隐性核不育基因和1对主效温敏基因共同控制，已完成遗传分析，论文待发表)；隐性核不育二型系湘油402AB(育性由2对隐性核不育基因控制)[6]、104AB(育性由1对隐性核不育基因控制)[8]、Z09AB和127AB。湘油402S和湘油402AB来自湖南省作物研究所，其余材料均由湖南农业大学油料作物研究所和国家油料改良中心湖南分中心提供。

1.2方法

1.2.1育性调查

由于油菜温敏核不育系的育性受环境温度的调控，在育性表型上随环境温度的变化有3种表现：一是完全可育状态，与正常可育材料在花器上没有区别，花粉量大；二是半不育状态，可观察到在不育系的花朵中，6枚雄蕊有些已经退化，花粉量较少或有微量花粉；三是彻底不育状态，没有花粉，与隐性核不育材料的不育株在花器上相似。油菜温敏核不育系在长江中游地区秋季播种的情况下，第二年春季所开的花大部分为可育花，少部分为半不育花，彻底不育花很少。在长沙地区秋季播种，对温敏核不育杂交后代的分离群体进行育性调查，首先要将正常可育株、温敏不育株和彻底不育株区分开来。育性调查从群体始花期开始，先确认彻底不育株。由于彻底不育株在整个花期雄蕊都已退化为小三角形状，没有花粉，而温敏不育株在开花前期有较多花粉，后期则处于半不育状态，因此，能将二者轻易区分开来。对温敏不育株与正常可育株，开花前期逐株调查，凡花朵中有雄蕊退化的单株，即标记为温敏不育株，对于不能确认的单株则全部进行割蔸处理，切除上部分枝，之后浇少量尿素水，以利于重新发枝，重新发出的分枝上所开花朵均是在较高温度条件下形成的，因此，可以通过调查每个单株是否有雄蕊退化花朵来确认温敏不育株和正常可育株。

1.2.2育性遗传分析

2010年春季，在湖南农业大学油菜试验基地用100S与自交系09117和09254分别进行正、反交，获得相应的F1代种子；2010年夏季，在云南昆明进行夏繁，调查各组合F1代育性，并套袋自交，获得F2代种子；2010年秋季，在长沙播种；2011年春季调查各组合F2代育性。调查结果进行适合性测验[9]。

1.2.3育性相关基因的等位性分析

2010年春季分别配制100S×湘油402S、100S× 104S、100S×Z09S、湘油402A×100S、104A×100S、Z09A×100S、127A×100S，获得相应的F1代种子；2010年夏季，在云南昆明进行夏繁，调查各组合F1代育性，并套袋自交，获得F2代种子；2010年秋季，在长沙播种；2011年春季，调查各组合F2代育性。调查结果进行适合性测验。2012年春季配制组合100S×127B；2013年春季调查F1代育性，并选可育株套袋自交；2014年调查F2代育性。调查结果进行卡方适合性测验。

2　结果与分析

2.1100S的育性遗传特性

表1列出了100S与测交系09117和09254正、反交的F1的育性调查结果。在4个组合的F1代群体中所有植株均表现为可育，没有发现温敏不育株和彻底不育株，说明100S的育性不受细胞质的影响，且不育基因为隐性基因。

表1　用100S配制的各测交组合F1代的育性表现Table 1　The fertility of F1generation of test-crossing combinations w ith 100S

在上述各测交组合的F2代群体中，均发现了可育株、温敏不育株和彻底不育株(表2)。用卡方适合性测验进行检验，4个组合的可育株与不育株的比例均符合15∶1，这一结果说明，100S的育性受隐性核不育基因和温敏基因共同调控，且不育基因为2对隐性基因。

表2　各测交组合F2代的育性表现Tab le 2　The fertility of F2 generation of test-crossing combinations w ith 100S

分析4个组合F2代群体中的温敏不育株与彻底不育株的分布情况(表3)，卡方测验表明，4个群体中的温敏不育株与彻底不育株的比例均符合15∶1分离比例，说明调控100S育性变化的温敏基因为2对主效基因。

表3　100S与测交系正、反交F2代中不育株的分布情况Table 3　The distributions of male sterile p lants w ith different sterile degree in F2generations

2.2100S育性相关基因的等位性分析

表4列出了几个不育系杂交后代的育性表现。在所有的组合中，除100S×127B和127A×100S外，其他组合的F1代植株均表现正常可育，说明它们的不育基因均为非等位基因。

表4　100S基因等位性测验后代的育性表现Table 4　The fertility of offspring for gene allelism test of 100S

目前已经明确，湘油402S的育性由2对隐性核不育基因和2对主效温敏基因共同控制；104S的育性由1对隐性核不育基因和1对主效温敏基因共同控制；Z09S的育性由2对隐性核不育基因和1对主效温敏基因共同控制。假设100S和湘油402S、104S、Z09S的温敏基因只对其相应的不育基因起调控作用，则其期望比例如表4所示。用卡方适合性测验进行检测，这些组合的育性分离均符合相应的期望比例，说明100S与这些不育系的育性是受不同的遗传系统调控的，同时100S的温敏基因对它们的不育基因不起作用，反之，它们的温敏基因对100S也不起作用。

在组合100S×127B的F1代群体中，未发现彻底不育株，可育株和温敏不育株分别为58株和55株，符合1∶1的分离比例(χc2值为0.035 4，χ20.05,1为3.84，χc2小于χ20.05,1)，而在组合127A×100S的F1代和F2代群体中均未发现可育株，说明127A和100S的不育基因为等位基因，同时100S中的温敏基因对127A的不育基因具有调控作用，其F2代中的温敏不育株与彻底不育株的比例符合15∶1的期望值，这进一步验证了表2中对100S温敏基因的遗传分析结果。

3　结论与讨论

自1986年石明松等[10]发现水稻光敏核不育系农垦58S以来，对作物生态雄性不育的研究受到了世界范围内的广泛关注。现已发现和育成的几个油菜生态雄性不育系，如湘油91S、湘油402S、104S、417S等，它们的遗传特性已有了比较明确的结论。席代汶等[11]对湘油91S进行遗传分析，结果表明湘油91S的基因型由隐性核不育基因和温敏基因组成，即它的育性受隐性核不育基因和温敏基因共同控制，并推断不育基因ms有1～4对，温敏基因Ts有1～2对。邬贤梦等[8]对温敏核不育系104S进行了遗传分析，结果表明，104S的育性受1对隐性不育基因和1对主效基因及若干微效温敏基因共同控制，而且104S的不育基因与温敏核不育系湘油402S中的不育基因为非等位基因，两者的温敏基因也只对其相对应的不育基因起调控作用，而对其他不育基因不起作用。董军刚等[12]对417S的遗传分析结果表明，417S的温敏不育为隐性性状，且受细胞质和2对等位重叠核基因控制，417S为高温敏感型。

本研究结果表明，100S的不育基因与隐性核不育系127A的不育基因为等位基因，且100S的温敏基因对127A的育性具有调控作用。就127A的不育基因来源而言，127A是从油研七号的分离后代群体中选育而成，因此，127A的不育基因应该与油研七号的母本22A及其不育基因的来源117A[13]的不育基因均具有等位性。从现已发现的几组温敏核不育系和隐性核不育系湘油402S和湘油402A、104S和104A、Z09S和Z09A的对应关系来看，各温敏核不育系的温敏基因对相应的隐性不育基因均具有上位抑制作用，但不同的温敏基因对其他来源的不育基因并不具有调控作用，说明油菜的隐性不育基因和温敏基因的多样性及温敏基因对不育基因调控作用的专一性。100S的发现和遗传研究为温敏核不育与隐性核不育的对应关系提供了新的证据。对于100S，遗传分析仅仅是一个起步，仍有许多方面值得深入研究，如100S育性转换临界温度的确定，不育基因和温敏基因的精细定位和克隆等。

100S的发现和选育为油菜生态核不育二系法育种提供了新的资源。对于100S的应用，可以考虑以下途径：一是直接进行“一系两用”，广泛测交，以筛选强优势组合，采用“南繁北制”构建其实用技术体系；二是作为波里马胞质不育系的保持系，以选育无微量花粉的稳定胞质不育系，进行三系利用，其育种程序可参考湘油66A的选育[14]。

参考文献：

[1] 席代汶，陈卫江，易冬莲，等．甘蓝型油菜细胞核生态雄性不育及利用研究Ⅰ．湘油91S选育及分类鉴定[J]．湖南农业科学，1996(3)：4–5．

[2] 于澄宇，李玮，常建军，等．油菜温敏雄性不育系373S的选育[J]．中国农学通报，2007，23(7)：245–248．

[3] 董军刚，董振生，刘创社，等．甘蓝型油菜温敏不育系417S选育与鉴定[J]．中国油料作物学报，2008，30(3)：306–311．

[4] 王华，汤小华，李厚英，等．油菜生态雄性不育材料H90S温光特性研究[J]．作物研究，2003，17(4)：24–27．

[5] 李石开，苏振喜，吴学英．油菜K121S温敏核不育的遗传初探[J]．西南农业学报，2004，17(21)：49–54．

[6] 邬贤梦，席代汶，宁祖良，等．甘蓝型油菜温敏核不育系湘油402S的选育[J]．中国油料作物学报，2005，27(3)：74–76．

[7] 刘尊文，吴平，袁卫红，等．甘蓝型油菜光温敏核不育两用系N196S的选育[J]．江西农业大学学报，2006，28(5)：654–657．

[8] 邬贤梦，肖钢，官春云．甘蓝型油菜温敏核不育材料104S的发现及遗传特性分析[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2009，35(6)：597–601．

[9] 明道绪．田间试验与统计分析[M]．北京：科学出版社，2007．

[10] 石明松，邓景扬．湖北光周期敏感核不育的发现、鉴定及其利用途径[J]．遗传学报，1986，13(2)：107–112．

[11] 席代汶，陈卫江，宁祖良，等．甘蓝型油菜细胞核生态雄性不育及利用研究Ⅲ．湘油91S的遗传分析[J]．湖南农业科学，1996(5)：12–14．

[12] 董军刚，李红兵，刘创社，等．甘蓝型油菜温敏不育系417S育性遗传及RAPD分析[J]．西北植物学报，2008，28(7)：1289–1295．

[13] 侯国佐，杜才富．双低杂交油研七号选育研究[J]．种子，1997，87(1)：26–28．

[14] 邬贤梦，席代汶，宁祖良，等．甘蓝型油菜无微量花粉细胞雄性不育系湘油66A的选育[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2006，32(4)：347–351．

责任编辑：尹小红英文编辑：梁 和

Analysis of the inherited character of a thermo-sensitive genic male sterile line 100S in Brassica napus

Tao Fenfang，Yang Xuele，Peng Ye，Wu Xianmeng*
(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract:100S is a new thermo-sensitive genic male sterile line of Brassica napus. Two rapeseed inbreeding lines(09157and 09254), three thermo-sensitive genic male sterile lines(Xiangyou 402S, 104S and Z094S) and four recessive genic male sterile lines (402AB, 104AB, 209AB and 127AB) were used for the test crossings with 100S and genetic analysis. The results showed that the fertility of 100S was controlled jointly by two pairs of recessive male sterile genes and two pairs of main effective thermo-sensitive genes, there was no effect of the cytoplasm in 100S. The fertility of 100S and Xiangyou 402S, 104S and Z09S was regulated by different genetic systems. Their male sterile genes were not allelic. The thermo-sensitive genes of 100S couldn’t regulate the male sterile genes of Xiangyou 402S, 104S and Z09S, and the thermo-sensitive genes of Xiangyou 402S, 104S and Z09S had no effects on 100S infertility genes too. The male sterile genes of 100S and the male genes of recessive genic male sterile line 127A were allelic. The thermo-sensitive genes of 100S could control the fertility of 127A. The above conclusions were further validated by the investigation of inheritance in the offspring from the combination ‘100S×127B’.

Keywords:Brassica napus; thermo-sensitive genic male sterility; fertility genes; number of genes; gene allelism

中图分类号：S565.403

文献标志码：A

文章编号：1007−1032(2016)02−0125−04

收稿日期：2015–09–17 修回日期： 2016–03–01

基金项目：国家“863”计划项目(2011AA10A104)；国家科技支撑计划项目(2011BAD36B04)

作者简介：陶芬芳(1991—)，女，湖南新邵人，硕士研究生，主要从事油菜遗传育种研究， 1453282987@qq.com；*通信作者，邬贤梦，教授，主要从事油菜遗传育种研究，wuxm126@163.com