芸薹属作物远缘杂种优势研究

杨学乐，陶芬芳，彭 烨，何思敏

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)



芸薹属作物远缘杂种优势研究

杨学乐，陶芬芳，彭 烨，何思敏

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

以芸薹属作物甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的细胞质雄性不育系及相应的保持系为试验材料，研究三者之间的杂交亲和性和远缘杂种优势。杂交亲和性的调查结果表明，3种作物之间远缘杂交均具有一定的杂交亲和性，各组合的母本结实率在52.34%～92.46%之间，杂交亲和指数在3.41～7.85之间，且母本结实率与杂交亲和指数之间具有高度一致性。比较不同作物间的杂交亲和性，以甘蓝型油菜作母本的组合平均亲和指数最高。而在父本相同的情况下，以不育系作母本的组合比以相应的保持系作母本的组合，其杂交亲和性要高。在参与品种比较试验的各材料中，有3个组合的地上营养体产量比对照增产，其中组合：608A×RH03B和608A×JH01B比对照增产极显著，结合杂交亲和性的调查结果，这两个组合可考虑作菜用或饲用。

芸薹属作物；远缘杂交；杂交亲和性；杂种优势

芸薹属是十字花科作物的一个大属，包括多种不同用途的作物，如油用的甘蓝型油菜和白菜型油菜，菜用的小白菜、红菜薹和大白菜等，近年来也有利用其作青饲料的事例。由于芸薹属作物的遗传基础广，且属内大部分作物之间具有一定的同源性，可在不同作物间进行远缘杂交，所获得的远缘杂种大多具有强大的营养杂种优势[1]。考虑到以收获营养体作菜用或饲用的目的，芸薹属作物远缘杂种F1代的育性和结实性不是必须考虑的因素，因此只要不同种之间有较高的杂交亲和性，且其杂交F1代具有较强的营养杂种优势，即可直接利用，或作菜用，或作饲用。当然，通过远缘杂交，也可以实现芸薹属作物属内种间遗传物质的相互转移，从而达到丰富芸薹属作物变异类型的目的[2]。

本研究以3类芸薹属作物，即甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的细胞质雄性不育系及相应的保持系为试验材料，研究油菜、红菜薹和小白菜三者之间的远缘杂交亲和性和营养杂种优势，为芸薹属作物之间的远缘杂种优势利用提供基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

双低优质甘蓝型油菜细胞质雄性不育系608A及其保持系608B，小白菜细胞质雄性不育系JH01A及其保持系JH01B，红菜薹细胞质雄性不育系RH03A及其保持系RH03B，上述材料均来自湖南农业大学油料作物研究所。品种比较试验用对照油菜品种华协11号来自华中农业大学。

1.2 试验方法

1.2.1 远缘杂交亲和性调查

2012年春季在长沙分别以甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的细胞质雄性不育系及其保持系为母本，以各自的保持系为父本分别与其它不育系和保持系进行人工授粉杂交，共获得12个组合。每个组合的母本选100个花蕾进行人工剥蕾授粉。在初花期对父本和母本进行挂牌套袋，如母本为保持系，则在开花前需进行人工剥蕾和去雄，去雄后次日至第3天完成人工授粉，授粉后套袋并记录杂交组合、杂交日期及授粉花朵数，授粉一周后去掉纸袋。收获时调查结角数，收获后统计饱满种子数，计算平均结角率和亲和指数。

结角率=获得的角果数/授粉花朵数×100%

亲和指数=饱满种子数/授粉花朵数

角粒数=(饱满种子数+半饱满种子数)/角果数

1.2.2 远缘杂种营养优势研究

(1)组合配制。2013年春季在长沙以甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的细胞质雄性不育系为母本，以各自的保持系为父本，相互配对进行杂交，获得组合“608A×JH01B”、“608A×RH03B”、“JH01A×608B”、“JH01A×RH03B”、“RH03A×608B”和“RH03A×JH01B”等的杂交F1代种子。每个组合的母本至少选20个单株进行人工制种，以满足组合比较试验所需种子。

(2)组合比较试验。2013年秋季在长沙以6个测交F1代及其亲本为参试材料进行比较试验。随机区组设计，3次重复，小区面积13.3 m2，育苗移栽，种植20行，每行6株。以饲用油菜品种华协11号为对照。所有材料在终花后的第15～20天(角果未成熟，但大部分籽粒已基本充实)一次性收割地上部分，称鲜重，分析各组合的超亲优势和超对照优势：

2 结果分析

2.1 不同类型材料间异交亲和性

分别用甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的细胞质雄性不育系及相应的保持系进行两两配对进行人工杂交，获得12个组合，各组合的母本结实率和杂交亲和指数见表1。

表1 不同杂交组合的母本结实率和杂交亲和指数(长沙，2012)Table 1 The seed setting rate and hybridization affinity index with different crosses of female parent (Changsha，2012)

(续表1)

从表1可以看出，各组合的母本结实率与杂交亲和指数之间具有高度一致性，即结实率高的其杂交亲和指数也高。各组合的母本结实率在52.34%～92.46%之间，杂交亲和指数在3.41～7.85之间，说明甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜三类作物之间均有一定的杂交亲和性。比较各组合的母本结实率和杂交亲和性，以组合RH03A×JH01B最高，分别达到92.46%和7.85，说明用红菜薹不育系作母本与小白菜具有很高的杂交亲和性；其次为组合608A×RH03B，分别为87.47%和7.77，再次为组合608A×JH01B，分别为85.63%和6.32，说明用甘蓝型油菜不育系作母本与小白菜和红菜薹均有较高的杂交亲和性。组合RH03B×JH01B的母本结实率和杂交亲和指数分别达到80.23%和6.24，说明用红菜薹作母本与小白菜也具有较高的杂交亲和性。

比较不同类型作物的不育系与相应的保持系之间的杂交亲和性，也可发现较明显的规律性。一是以不同类型作物作母本的组合杂交亲和性有较大的差异，在本研究所用的三类作物中，以甘蓝型油菜作母本的组合平均亲和指数最高(4组合平均亲和指数6.27)，其次为以红菜薹作母本的组合(4组合平均亲和指数5.95)，以小白菜作母本的组合最低(4组合平均亲和指数4.01)；二是在相同的父本情况下，以不育系作母本的组合比以相应的保持系作母本的组合，其杂交亲和性要高。

2.2 不同远缘杂交组合的营养杂种优势

根据2012年春季对甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的细胞质雄性不育系及相应的保持系进行杂交亲和性的研究结果，明确了以不育系为母本的组合其杂交亲和性均高于以相应的保持系为母本的组合，2013年春季即全部以不育系为母本配制组合。通过2013～2014年品种比较试验，各参试材料的营养体产量结果见表2。

表2 各测交F1代及亲本地上营养体的产量表现(长沙，2014)Table 2 The yield of above ground vegetative of F1 and their parents (Changsha，2014)

方差分析表明，品种间的产量差异达极显著水平，区组间差异不显著，说明试验误差较小。

从表2可以看出，与对照相比，各参试材料的地上营养体的产量有3个组合比对照增产，以组合608A×RH03B产量最高，达62 563.91 kg/hm2，比对照增产38.53%，其次为组合608A×JH01B，达56 744.36 kg/hm2，比对照增产25.64%，再次为组合RH03A×608B，比对照增产1.34%。其余组合及所有亲本均比对照减产，说明对照的产量水平较高。

根据各参试组合与相应的亲本产量比较，可以得出各组合的超亲优势。从表3可以看出，所有的参试组合都具有超中亲优势，以组合RH03A×608B的优势最强，其次为组合608A×RH03B，再次为组合608A×JH01B；除组合JH01A×608B外，其余组合都具有超高亲优势，以组合608A×RH03B最强，其次为608A×JH01B。

表3 各杂交组合的营养体超亲优势Table 3 The vegetative heterobeltiosis of each cross combinations

3 小结与讨论

从本研究结果可以得出以下几点结论：(1)甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜等三类芸薹属作物之间进行远缘杂交均具有一定的杂交亲和性，杂交的母本结实率均在50%以上，比较而言，以甘蓝型油菜作母本的亲和性最好，红菜薹作母本次之，小白菜作母本的亲和性最弱；(2)在相同的父本下，以不育系作母本的组合比以保持系作母本的组合，其杂交亲和性要强；(3)在以甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜的不育系为母本，以相应的保持系为父本配制的互交组合中，其地上营养体的产量均具有超中亲优势，大部分组合具有超高亲优势，但与对照品种相比，只有以甘蓝型油菜不育系配制的组合具有显著的超对照优势，其余组合及所有亲本均减产或增产不显著。

甘蓝型油菜、红菜薹和小白菜等3种芸薹属作物之间具有较高的杂交亲和性，同时也有一定的差异，可能与它们的染色体组及其进化有关。甘蓝型油菜(B.napus，2n=38，AACC)与小白菜(B.chinensis，2n=20，AA)和红菜薹(B.compestris，2n=20，AA)在染色体组中均有共同起源的A组染色体，因此它们之间有较高的杂交亲和性是容易理解的。至于三者之间杂交亲和性的差异则需利用细胞生物学和分子生物学等方法进行更加深入的探讨。

在本研究中，利用不育系作母本比用保持系作母本的杂交亲和性普遍要高，可能与不育系作母本时雌蕊对外界花粉的刺激更加敏感有关。王国槐等[1]利用甘蓝型油菜与不同类型的芸薹属作物杂交，表明用不育系作母本可以显著提高种间杂交的亲和性。本试验的研究结果进一步验证了该结论。

品种比较试验结果表明，利用不同不育系配制的组合，在营养体的杂种优势上存在明显的差异，此结果与亲本尤其是母本的表现有密切的关系。在3个不育系中，甘蓝型油菜不育系608A的产量最高(30 849.62 kg/hm2)，所配的2个组合：608A×RH03B和608A×JH01B均比对照增产极显著。红菜薹不育系的产量居其次(27 210.53 kg/hm2)，所配的2个组合中有1个(RH03A×608B)比对照增产，但增产不显著。小白菜不育系的产量最低(21 097.74 kg/hm2)，所配的2个组合均比对照极显著减产。

结合杂交亲和性的调查和品种比较试验结果，组合608A×RH03B和608A×JH01B的母本结实率均在85%以上，地上营养体产量均比对照增产极显著，可以考虑作为饲用或菜用。其余组合因均具有中亲优势，可考虑作菜用，其口味及营养品质有待进一步研究。

远缘杂交作为作物改良、实现不同物种间优良性状转移以及创造细胞质不育源的有效方法，一直受到人们的关注。但是，与小麦、玉米等粮食作物与其近缘种的远缘杂交及其利用相比，芸薹属植物远缘杂交的研究还有更多的工作要做。今后应加强芸薹属植物远缘杂交受精不亲和生理机制、不可交配遗传机理以及杂种胚胎发育的生理学和细胞胚胎学机理[3]等方面的研究。随着分子生物学、细胞遗传学等学科的迅猛发展，人们将会利用更多有效的技术手段来研究芸薹属植物的远缘杂交，为芸薹属蔬菜育种改良创造更多的亲本资源，实现芸薹属蔬菜育种的新的重大突破。

[1] 王国槐，官养云，陈社员，等.十字花科芸薹属种间杂种营养优势的利用研究[J].作物学报，2003，29(1)：54-58.

[2] 林 超，孙 萍，程 斐，等.芸薹属植物的远缘杂交[J].山东农业科学，2007(4)：27-31.

[3] Heslop-Harrison J.Pollen-stigma interaction and cross in compatibility in the grasses[J].Science，1982，215：1358-1364.

Studies on the Heterosis of Distant Hybridization ofBrassicaCrops

YANG Xuele，TAO Fenfang，PENG Ye，HE Simin

(College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China)

The sterility line and maintainer line ofBrassicanapus，purple flowering stalk，Chinese cabbage CMS were used as materials to study their cross compatibility and distant heterosis.The results showed that there are certain hybridization affinities among the distant crosses of the three crops.The seed setting rates of the female parents of each cross combinations are between 52.34%～92.46%，the hybridization affinity index is between 3.41～7.85，and there are high consistency between the seed setting rate of the female parent and hybridization affinity index.Comparing the hybridization affinity between different crops as female parents，the average affinity index of theBrassicanapuswas the highest，and that of the Chinese cabbage was the lowest.With the same parent，the cross compatibility of the sterility line as female parent is higher than the maintainer line as female parent.Among the varieties or lines in comparison tests，the ground vegetative yields of three combinations were higher than that of CK.The combinations of 608A×RH03B and 608A×JH01B are significantly increased than that of CK，they can be used as food or forage when combined the results of hybridization affinity.

Brassicacrop；distant hybridization；cross compatibility；heterosis

2016-02-26

杨学乐(1989-)，女，硕士研究生。

国家科技支撑计划项目(2011BAD35B04)；国家“863”计划项目(2011AA10A104)。

S565.403.51

A

1001-5280(2016)05-0520-04

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2016.05.09