油菜含油量的遗传与生态学研究

摘 要：提高含油量是提高单位面积产油量的关键措施之一，高油育种是我国甘蓝型油菜育种主攻目标之一。本研究：1）3个高油品系、1个中油品种和2个低油品系为材料，采用同一母本植株相同部位不同分枝授自身花粉和另一父本花粉研究含油量母体和花粉直感效应遗传，结果表明：种子含油量主要由母体植株基因型控制，母体效应值达 0.86；父本花粉对F1种子含油量具有一定花粉直感效应，影响含油量平均为 1.86 个百分点，花粉直感效应值为 0.14 ；2）利用386份材料及连续四年国家冬油菜区域试验材料开展含油量生态学研究，结果表明：春油菜区含油量显著高于冬油菜区含油量，长江中游区含油量高于上游区，长江下游区含油量高于中游区，黄淮区含油量高于长江下游区。

关键词：含油量遗传；母体效应；生态学；甘蓝型油菜

油菜是我国和世界上最重要的油料作物，是世界上仅次于大豆和棕榈的第三大油料作物，油菜菜油是菜籽的主要加工产品，大约80%的菜籽价值通过榨取菜油来体现。据统计，油菜含油量提高1%，相当于菜籽增产2.3～2.5个百分点。长江流域主产区油菜种植面积占我国油菜生产总面积的90%，长江流域主产区菜籽的含油量为41%～42%，比世界第一大菜籽出口国加拿大的菜籽含油量低4～6个百分点（王汉中，2010），成为影响国产菜籽竞争力的最主要因素之一。因此，

提高我国油菜品种含油量、增加单位面积产油量已成为我国油菜育种的主攻目标。

一、材料与方法

1.供试材料

本试验用于花粉直感效应和母体效应研究的材料包括：3个高含油量甘蓝型油菜品系0911、zy-13和T8，1个中含油量品种1009号，2个低含油量品系1023和0802。

2.方法

（1）花粉直感效应和母体效应研究。2010年9月18日将6个供试材料进行苗床育苗，10月21日移栽，行1.67米，行距0.4米，每行栽10 株，每一个材料移栽20行。2011年3月采用完全双列杂交法配制杂交种F1于初花期选择花期和生长状况一致的优良单株主花序套袋自交，每一个杂交组合选取4株， 编号分成2组。在每一分组中，将一个单株的第 1、3、5、7 分枝分别去雄授自身花粉（P1×P1）， 2、4、6、8分枝分别去雄授另一父本花粉（P1×P2）（图 2.1-A）；相反地，另一株则将 1、3、5、7 分枝分别去雄授另一父本花粉（P1×P2）， 2、4、6、8 分枝分别去雄授自身花粉（P1×P1）（如图 2.1-B）。另一分组重复上述工作；反交操作同前述， 同一正反交组合在同一天上午或下午完成。成熟时收获无发病和无倒伏单株。按单株分枝分别进行脱粒，相同组合的种子按单株上的 1、3、5、7 分枝和 2、4、6、8 分枝混合，进行含油量测定。

（2）含油量的遗传研究。

以甘蓝型油菜8个品系（种）为材料，采用8×8完全双列杂交设计， 2010年春在重庆配制杂交组合，单株成对杂交。成熟时，从杂交株上分别收获正、反交F1种子和自交种子。同年5月份， 将F1种子分成2份， 一份种植于贵州威宁， 选择优良单株套袋自交，收获成熟F2种子。同年9月28日将亲本种子、另一份F1种子及夏繁所得F2种子同时种植于重庆农科院垫江试验基地，初花时套袋自交。亲本和F1种子各种6行， F2种子种30行。行宽2.0米， 行距0.33米， 每行种14株。成熟时收获无发病和无倒伏的单株，分单株脱粒，测定种子含油量。亲本和F1代单株分別调查10～15株，F2代单株调查224～286株，每一单株种测2次，以平均数代表性状表现。

（3）含油量测定方法。采用Foss NIRSystems 5000 近红外分析仪（Foss-tecator Infrasoft International，LLC）分析测定油菜籽含油量，分析定标模型购于该公司（www.winisi.com， Wu et al.，2002）。定标模型用 WinISI III 专门化学计量学软件开发，采用改良无偏最小二乘法（Modified PLS） 进行定标回归分析（吴建国等，2004），定标相关性为 0.9877，定标标准差 0.5779。本课题组每年对 100多份材料与索氏抽提法比对，二者高度一致，误差<1%，（数据未发表），5 年共测试 40 多万份育种材料，表明近红外法分析含油量结果准确，可以用于本课题研究项目。

（4）统计方法。采用SSPS 9.0统计分析软件对同一母体植株上自交和杂交种子的含油量进行分析比较， 应用浙江大学朱军教授开发的统计分析软件对世代平均数资料进行估算和预测。

二、结果与分析

1.亲本和杂交组合的含油量表现

2011年用于母体效应和花粉直感效应研究的6个亲本平均含油量为42.32%（变幅为30.93%～49.16%）， F1种子平均含油量为43.13%（变幅为30.19%～50.98%）；2007年用于含油量遗传效应研究的8个亲本平均含油量为41.53%（变幅为32.48%～52.61%）， F1植株种子平均含油量为41.06%（变幅为28.55%～50.74%）， F2代植株种子平均含油量为41.63%（变幅为27.05%～55.10%）。

2.母体效应和父本花粉直感效应对油菜种子含油量的影响

以低含油量父本给高含油量母本植株授粉，所有 F1种子含油量比自交种子含油量平均降低1.67 个百分点，达极显著差异水平；比中亲值高4.95 个百分点，亦存在极显著差异。以高含油量父本给低含油量母本植株授粉， 所有 F1种子含油量比自交种子含油量平均提高2.05个百分点，达到极显著差异水平；比中亲值低4.47 个百分点， 差异极显著。F1种子含油量与自交种子含油量之差，即（P1×P2）-（P1×P1），平均数间差异达到极显著水平，表明父本效应明显存在；F1种子含油量与中亲值的差异更大， 无论以高含油量或以低含油量材料做母本，F1种子含油量明显偏向于母本，说明母体效应起主要作用。 各组合的母体效应值和花粉直感效应（父本效应）值列于表2.2。结果表明：以低含油量材料为父本给高含油量母本植株授粉，9个组合中母体效应值最高为0.92，最低为0.81，平均母体效应值为0.88；花粉直感效应（父本效应）值最高为0.19，最低为0.08，平均值为0.12。以高含油量为父本给低含油量母本植株授粉，9 个组合中母体效应值最高为0.90，最低为0.82，平均母体效应值为0.84；花粉直感效应（父本效应）值最高为0.18，最低为0.10，平均值为0.16。组合平均母体效应值为0.86，花粉直感效应（父本效应）均值为0.14。表明 F1种子含油量主要由母体植株基因型控制，花粉直感效应对含油量产生一定影响， 本试验中影响含油量的平均值为1.86个百分点。

三、讨论

1.父本花粉直感效应和母体效应对油菜种子含油量的影响

当两个亲本杂交时，父本通过花粉直感可对杂交当代性状产生影响，如玉米油分存在花粉直感效应，宋同明估计出玉米油分基因的花粉直感效应值为 0.35；杂种直接着生于母体植株上，母体植株提供了种子发育所需要的全部营养物质，一方面是母体核基因对子代产生影响，另一方面母体细胞质基因也可能对子代产生影响。本试验中，母体效应平均值为0.86，花粉直感效应（父本效应）值为0.14，表明油菜含油量性状主要由母体植株基因型所决定，胚基因型的影响仅占 14%左右。一直以来，国内外研究人员都将重点放在胚珠和种子，寻找控制油菜含油量基因， 多年来没有取得突破性研究进展。本研究发现将为油菜高含油量分子生物学研究特别是基因表达分析提供全新的方向和思路，即含油量基因表达研究重点是油菜母体组织而不是胚，也表明任何影响母体植株生长状况的因素，都将有可能影响种子的含油量。另一方面，在高含油量大田生产或油菜区域试验中， 考虑到低含油量花粉基因对自由授粉种子的平均含油量降低、或高含油量花粉基因对自由授粉种子平均含油量提高有限，一般情况下不必隔离种植或套袋自交测定含油量，本研究成果为高含油量油菜生产应用和油菜区域试验含油量检测提供了理论依据。

2.细胞质效应对含油量的影响

细胞质基因可通过叶绿体或线粒体影响植株的光合作用或呼吸作用，从而影响种子的性状表现。本研究表明， 细胞质效应影响油菜含油量，这Wu等人研究结果一致。研究中发现细胞质效应有正、负效应之分，并获得了2个细胞质效应值较大的特异资源（F2代正反交含油量平均值相差3个百分点以上）。因此， 细胞质差异可能影响不同组合或杂种后代的含油量。育种中，一方面可利用细胞质正效应值较大的资源开展含油量细胞质育种，对于存在细胞质负效应但核基因型表现优异的资源，可采用反交方法，避免细胞质负效应影响，筛选出细胞质效应良好且核基因型优异的组合和杂交后代，从而达到提高油菜含油量的效果。为开展含油量遗传改良提供了一条新途经。

3.高含油量遗传改良潜力

本研究发现了细胞质正效应值达3.27 的品系。以该品系为母本，导入高含油量核基因，后代含油量可能提高 3.27 个百分点。在高含油量核基因型方面，除本研究中获得的含油量55.10%的单株外，还获得了5个来源完全不同且含油量达 50%以上的品系，其中 P086 含油量达到 55%以上。以自主开发的与高含油量紧密连锁的分子标记对上述 6 个高含油量材料鉴定结果表明，控制含油量的基因不等位。因此，通过聚合育种和分子标记辅助选择将不同的高含油量核基因聚合起来，再整合上述含油量为显著正效应的细胞质，有望获得含油量达到60%以上的冬油菜品系。

另外，作者还做了不同生态区含油量的分析。研究表明，春油菜区含油量高于冬油菜区含油量，平均高2个百分点左右。含油量与纬度、经度、海拔等均有明显的相关性，含油量相关程度随纬度变化最大，存在显著相关性；与经度也存在显著差异；与海拔间无显著相关性。上述发现与前人研究油菜、油料木本植物含油量结果有一定差异（沈惠聪等，989；吴志庄等，2009；顾庆龙等，2001），可能与油菜油脂积累过程特异性有关。 种质资源是作物育种的基础，本研究筛选到 7 份在不同生态区含油量能够稳定遗传的高含油量品种（系）。0911在四个不同生态区含油量均穩定在 46%以上，在民乐含油量超过 50%；T8 和 zy-13 两个品系在四个不同生态环境下含油量稳定在 50%以上。这些品种（系）在不同生态区均能稳定保持高含油量，成为高含油量育种的重要种质资源。长江中游区含油量比长江上游区含油量高；长江下游区含油量比长江中游区含油量高；黄淮区含油量比长江下游区含油量高。

作者简介：黄桃翠（1978—）女，湖北建始人，助理研究员，硕士，主要从事遗传育种研究。