以小麦不育细胞质为背景的恢复系选育方法*

田笑明，聂迎彬，孔德真，崔凤娟，桑 伟，刘鹏鹏，穆培源，徐红军，韩新年

（新疆农垦科学院作物研究所/谷物品质与遗传改良兵团重点实验室，新疆 石河子 832000）

发展杂交小麦是大幅度提高小麦产量和改进品质、增强抗性的重要途径。新疆农垦科学院作物所小麦研究室于1993年从河南科技学院引入了小麦AL型CMS（cytoplasmicmalesterility）雄性不育系及其保持系和恢复系。此后，在课题组成员20多年坚持不懈努力下，现已回交转育稳定不育系51份（回交四代以上），选育稳定恢复系58份。2013年自治区品种审定委员会命名了该研究室选育的新疆第一个优质强筋三系杂交小麦新品种“新冬43号”。

三系杂交小麦种质资源创制主要任务是不育系和恢复系的选育。绝大多数小麦品种是小麦AL型细胞质雄性不育系的保持系。以保持系为轮回亲本与不育系为非轮回亲本，连续回交6代以上就可以创制出新不育系，而轮回亲本就是新不育系的同型保持系。选育恢复系采用以不育细胞质为背景的杂交系谱选择方法，在自交晚代（F5和F6）与不育系测交，精确鉴定新恢复系的恢复力。

以不育细胞质为背景是指选育恢复系的母本必须具有不育细胞质[S]而不能有可育细胞质[N]。不育细胞质[S]为母本的杂交、自交后代与父本细胞核内不育基因（rf）或恢复基因（Rf）互作产生不育和可育2种类型后代，不育株没有恢复基因，可育株一定具有恢复基因，连续选择优良可育株自交纯化即创制出新的恢复系。如果以可育细胞质[N]为背景，杂交后代均表现可育，无法区别是否具有恢复基因，势必需要单株选择与测交鉴定恢复力交替进行，不仅选择效率低，还延长了选育年限。

实践中以不育细胞质为背景选育恢复系的方法，有以下几个途径：

1 单交

1.1 不育系×恢复系，以A×R表示

所选恢复系具有不育细胞质背景。例：（新冬36A×99AR144-1）→2012AR8-3（新恢复系编号，下同）

1.2 恢复系×保持系，以R×B表示

母本具[S]细胞质，选可育单株人工去雄授粉。例：99AR144-1×矮抗58B→2014AR5。

1.3 同组合内不育株与可育株姊妹交，以A'×R'表示

用于打破连锁增加重组率，所选恢复系具不育细胞质[S]。

2 复交

2.1 A×B//R

例：781A×305-2//91TRZ→99AR144-1

2.2 R×B//R，母本具[S]细胞质

例：2012AR8-3×周麦32B//2014AR5，母本选可育单株人工去雄授粉。

2.3 A×R//A×R*

例：周麦28A×99AR142-1//周麦28A×99AR144-1，R*表示不同恢复系，下同。母本选可育单株人工去雄授粉。

3 回交

3.1 A5×R

例：小偃54A5×99AR144-1，将小偃54A转育成恢复系。

3.2 [A2×（R×B）]//R2

例：[矮抗58A2×（99AR144-1×矮抗58B）]//99AR144-1，母本选可育单株人工去雄授粉。

3.3 A4×R//R*

表1 R×B 组合F1套袋自交结实率及育性分析

例：豫麦34A4×99AR142-1//99AR144-1，母本选可育单株人工去雄授粉。

3.4 A3×R//B

例：新冬52A3 × 99AR144 -1//新冬52B，母本选可育单株人工去雄授粉。

选用具不育细胞质[S]的恢复系配置R×B组合是选育和鉴定新恢复系的一个重要方法。如果恢复基因纯合，与保持系杂交F1代不会出现育性分离；恢复基因杂合，与保持系杂交F1代有全不育株分离。如果有2 对恢复基因1 对纯合另1 对杂合，则F1代有高不育株和半不育株分离，不会出现全不育株。在杂种选择世代始终选全可育散粉优良的单株（穗），可以确保恢复基因不丢失直至自交纯合。

例如，在2018年设计了6 个R×B 组合，分别对具有不育细胞质[S]的6 个恢复系：99AR144-1、09AR13、07AR64、09AR14、09测恢2-4、12AR8-3进行基因对数和纯合性鉴定。扬花盛期，观察R×B杂种一代组合开花散粉情况，每组合中每株套袋1穗，室内考种每穗基部小花数和每穗粒数，计算套袋自交结实率（国内法）。按张改生和吴兆苏（1993）[1]提出的小麦育性自交结实率5 级分型： 全不育0.0%，高不育0.1%～20.0%，半不育20.1%～50.0%，高可育50.1%～80.0%，全可育80.1%～100.0%进行育性分析。试验结果见表1。

选育的小麦AL 型不育系的骨干恢复系99AR144-1 具有不育细胞质[S]，已被证明细胞核内有2对主效恢复基因控制育性，其QTL 分子标记位在1BS和2A染色体上[2～3]。恢复系99AR144-1与保持系杂交F1无不育、高不育、半不育株分离，证明2对恢复基因是纯合的。恢复系09AR 13与保持系杂交F1全可育63 株，仅有1 株高不育（占1.5%）可以忽略不计，证明2对基因基本是纯合的。如果2对恢复基因杂合，与保持系杂交后代应该有全不育株分离，而一对纯合一对杂合则有高不育和半不育分离，不会出现全不育株。恢复系09AR14、09 测恢2-4 和12AR8-3 与保持系杂交F1没有全不育株分离，全可育株分别占63%、73%和78%，推测该恢复系一对恢复基因纯合另一对没有完全纯合，需继续自交纯合。恢复系07AR64与保持系杂交F1没有全不育株分离，但全可育与高不育）和半不育按1 ∶0.5 ∶0.5分离，说明该恢复系一对基因纯合另一对基因杂合，推测还存在微效基因效应。

单交法和复交法选出的准恢复系和回交法选出的准恢复系，前者在自交5代，后者在自交3代需要与3～4 个稳定不育系测交。测交种与父本相邻种植，抽穗后测交种套袋5穗左右，成熟后收获套袋穗测定平均结实数和自交结实率（国内法）。每个测交种与其父本成对收获测定产量，初步测算杂种优势以备后用。

以不育系胞质为背景选育恢复系的潜在风险是恢复系细胞质遗传基础单一，如果遇到与细胞质基因关联密切的生态逆境（主要是病害），则会遭受重大损失。目前，还没有小麦AL型不育细胞质对病害具不良副作用的报道。