利用苯磺隆定向转育甘蓝型油菜抗除草剂恢复系18Z82

张超 代文东 王军 肖华贵 唐容 黄莎 杨克相 饶勇

摘要 为选育抗磺酰脲类除草剂的甘蓝型油菜波里马细胞质雄性不育（polima cytoplasmic male sterility，pol CMS）恢复系，以pol CMS恢复系2255C为母本与抗磺酰脲类除草剂油菜M342杂交，使用苯磺隆筛选F2单株及F2∶3株系，结合F2除草剂抗性单株与pol CMS不育系的测交鉴定，成功筛选到聚合了纯合的除草剂抗性基因和pol CMS恢复基因的株系，经多代自交定向选育出抗磺酰脲类除草剂的pol CMS恢复系18Z82，用18Z82配制的11个组合中有2个组合产量显著高于油研50、有1个组合产量与油研50基本持平，表明18Z82可以用来配制高产抗草剂pol CMS“三系”组合。

关键词 甘蓝型油菜;磺酰脲类除草剂;波里马细胞质雄性不育恢复系;苯磺隆

中图分类号 S 634.3文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）23-0030-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Breeding pol CMS Restorer Line 18Z82 with Herbicide Resistant by Tribenuron methyl

ZHANG Chao，DAI Wen dong，WANG Jun et al

（Institute of Oil Crops，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006）

Abstract In order to breed herbicide resistant pol CMS restorer line in Brassica napus L.，pol CMS restorer line 2255C was used as the female parent and crossed with sulfonylurea herbicide resistant line M342.The F2 segregating population and F2：3 families were identified with tribenuron methyl to obtain the homozygous herbicide resistant lines，and the herbicide resistant F2 plants were crossed with pol CMS sterile line to screen homozygous restorer plants，finally the homozygous herbicide resistant and pol CMS restorer cross progenies were screened out.After multiple generations of self crossing，sulfonylurea herbicide resistant recombinant pol CMS restorer line 18Z82 was bred successfully.Yield test showed that the yield of 2 combinations was significantly higher than that of “Youyan 50” and 1 combination was the same as that of “Youyan 50” among the 11 combinations prepared by 18Z82，which indicated that the 18Z82 could be used for preparing high yield herbicide resistant pol CMS “three line” hybrid combinations.

Key words Brassica napus L.;Sulfonylurea herbicides;Polima （pol） cytoplasmic male sterility （CMS） restorer line;Tribenuron methyl

油菜是我國第一大油料作物，同时又具有菜用、蜜用、休闲观光等多重功能[1];近年来，我国经济发展迅速，农村劳动力缺乏，劳动力成本增加，油菜种植效益偏低。因此，减少油菜生产田间管理劳动力投入的轻简化种植方式越来越受欢迎，但粗放的田间管理导致油菜田草害加重，有时会造成油菜严重减产[2]，油菜田的杂草防治已成为油菜生产面临的棘手问题之一。采用化学除草剂可以经济、高效地防治杂草，但目前我国尚缺乏商业化的抗除草剂油菜品种;此外，磺酰脲类除草剂具有毒性低、半衰期短、残留少等优点，在防治油菜田中的阔叶类杂草优势明显[3]。因此，筛选、培育抗磺酰脲类除草剂的油菜品系已是我国当前油菜育种的重要目标之一[4]。

2010年高建芹等[5]在油菜-大豆轮作田里发现了抗磺酰脲类除草剂的自然突变油菜资源M9，经过除草剂鉴定发现其具有一定的实用价值;胡茂龙等[6]采用EMS诱变也成功创制了多个磺酰脲类抗除草剂的油菜资源;孙妍妍等[7]、Li等[8]分别在筛选EMS诱变库和采用苯磺隆化学杀雄时发现了抗磺酰脲类除草剂的油菜种质资源，但这些种质资源的生产应用情况未见深入报道。采用EMS诱变Hu等[9]获得了抗磺酰脲类除草剂油菜M342，研究发现其具有较高的除草剂抗性，且该M342的除草剂抗性源自BnALS3的单基因突变，抗性表现为显性基因，因此具有较高的实用价值。波里马细胞质雄性不育（polima cytoplasmic male sterility，pol CMS）是第一个有实用价值的油菜细胞质雄性不育类型，在油菜杂交种配制中应用广泛[10]，而选育pol CMS恢复系是配制pol CMS“三系”品种的关键，研究认为油菜的pol CMS恢复基因是1对显性基因[11]，可通过杂交来进行恢复基因的转移。鉴于此，笔乾采用pol CMS恢复系2255C与抗磺酰脲类除草剂种质M342进行杂交，在F2分离世代采用苯磺隆鉴定抗性单株并按单株与pol CMS不育系测交，结合测交组合的育性情况及F2∶3株系的除草剂抗性情况，筛选聚合了纯合除草剂抗性基因及pol CMS恢复基因的株系，经过多代自交定向选育成稳定的抗除草剂pol CMS恢复系，并与pol CMS不育系配制组合，为选育抗除草剂pol CMS“三系”品种打下基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

甘蓝型油菜抗磺酰脲类除草剂种质M342[9]由江苏省农业科学院经济作物研究所提供，2255C为贵州省油料研究所利用从华中农业大学引进的5300C与7005C（黔油15号恢复系）杂交选育而成的双低pol CMS恢复系，pol CMS不育系J068A 、LDX370A、LDX374A、LDX380A、LDX414A、LDX422A、LDX6-18A、LDX82-11A、LDX92-11A、LDX95-58A、常规03A由贵州省油料研究所李大雄研究员提供，组合比较对照品种油研50（CK）由贵州省油菜研究所张瑞茂研究员提供。

1.2 试验材料田间种植 F2分离群体种植：按2 m宽、10 m长厢面均匀撒播，3～6叶期喷施苯磺隆，喷施14 d后选抗性单株按行长2 m、行距40 cm、株距25 cm移栽。转育后代田间种植：行长2 m、行距40 cm、每行按穴距25 cm小穴点播3～5粒油菜种子，3～6叶期定苗，每穴留苗1株。测恢组合种植：行长2 m、行距40 cm、每行按穴距25 cm小穴点播3～5粒油菜种子，不匀苗，花期调查育性。pol CMS“三系”组合鉴定试验：设置5行1小区，随机区组排列，3次重复，对照品种为油研50;行长2 m、行距40 cm、每行按穴距25 cm小穴点播3～5粒油菜种子，3～6叶期定苗，每穴留苗1株。

1.3 除草剂抗性鉴定 幼苗3～6叶期，采用苯磺隆（有效成分10%，可湿性粉剂）按18 g a.i./hm2的用量喷施，14 d后调查死亡情况和受抑制情况。

1.4 抗除草剂pol CMS恢复系18Z82的选育过程

2015年春选2255C做母本，以M342为父本，人工去雄杂交获得F1杂交种后在贵州省威宁县加代，收获自交种后于2015年9月底在贵州省油料研究所贵阳试验地种植形成F2分离群体，于幼苗3～6叶期喷施苯磺隆除草剂，淘汰不抗除草剂单株，2016年春选择健壮的抗除草剂单株套袋自交，并按单株取花粉与pol CMS不育系测交。2016年5月收获F2单株自交种及测交组合到威宁进行夏繁，F2自交种形成的F2∶3株系苗期采用苯磺隆除草剂鉴定，淘汰不抗株系及有抗/不抗植株分离的株系;测交组合于花期调查育性，淘汰100%不育及有可育/不育分离的测交组合所对应的F2∶3株系，最终选择100%可育组合所对应的抗除草剂F2∶3株系套袋自交。经过品质分析、夏繁加代、套袋自交至F7代选整齐稳定株系18Z82与pol CMS不育系配制组合，2018年9月种植18Z82的F8株系及配制组合，进行苗期苯磺隆除草剂抗性鉴定及花期恢复性鉴定，确定18Z82为新选育的抗磺酰脲类除草剂pol CMS恢复系。选育流程见图1。

1.5 农艺性状调查

成熟期，自交系、组合比较试验各小区随机取10株，采用常规方法考察株高、一次有效分枝高度、一次有效分枝数、主花序长、主花序角果数、单株有效角果数，每株取一次分枝中部30个角果计算每角果粒数，单株脱粒测量单株籽粒产量并测量千粒重;采用FOSS NIR System近红外分析仪（美国）进行品质分析;考种取样后按小区收获并测量小区产量。

1.6 数据处理 用Excel 2013汇总整理数据，采用SPSS 22.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 抗除草剂pol CMS恢复系18Z82的选育

以2255C为母本、M342为父本配制杂交组合，采用苯磺隆除草剂鉴定发现M342及F1表现为抗除草剂，而2255C在喷施除草剂后14 d叶片发红变黄，逐渐死亡（图2）。种植F2分离群体于苗期（3～6叶期）喷施除草剂筛选出抗除草剂单株157株，盛花期选抗性单株套袋自交并取花粉与pol CMS不育系测交。种植F2抗性单株自交种形成F2∶3株系，于苗期（3～6叶期）喷施苯磺隆除草剂，14 d后调查发现F2∶3株系分3种类型，第1种类型为喷药后100%抗除草剂;第2种类型为喷药后叶片发红、变黄死亡不抗除草剂;第3种类型为出现抗/不抗除草剂单株分离（图2），根据除草剂鉴定情况获得100%抗苯磺隆除草剂F2∶3株系53个;盛花期调查抗除草剂的F2单株与pol CMS不育系测交组合的育性情况，发现157个测交组合的育性情况也分3种类型，其中全可育组合32个，全不育组合52个，有可育/不育分离的组合73个;综合发现，32个全可育组合对应的F2∶3株系中有7个表现为100%抗苯磺隆除草剂，对这7个株系套袋自交至F7，发现2018年夏繁编号为18Z82的株系整齐一致，株高、生育期适中，分枝多，株型紧凑，品质“双低”，随后利用18Z82与贵州省农业科学院贵州省油料研究所选育的pol CMS不育系配制杂交组合，经除草剂鉴定及恢复性鉴定表明18Z82为新选育的抗除草剂pol CMS恢复系。

2.2 18Z82及亲本的农艺性状

成熟期农艺性状调查结果见表1。由表1可知，，选育的18Z82分枝高度、含油量、芥酸含量及硫代葡萄糖苷的含量与亲本2255C、M342间差异不显著;18Z82的株高、二次有效分枝数、主花序长、主花序角果数及单株角果数均显著高于M342而低于2255C;18Z82每角粒数、千粒重及生育期接近亲本2255C，单株产量均显著低于2个亲本。综上所述，18Z82的综合性状接近2255C与M342的中间类型。

2.3 抗除草剂pol CMS恢复系18Z82的应用

利用新选育的pol CMS恢复系18Z82与11个优良pol CMS不育系配制组合，苗期采用苯磺隆鉴定发现对照品种油研50不抗除草剂，配制的11组合均表现较强的除草剂抗性。成熟期考种农艺性状见表2。由表2可知，18Z82与LDX95-58A及LDX6-18A配制的组合小区产量显著高于对照品种油研50，18Z82与J068A配制的组合产量与油研50基本持平，而18Z82与其他不育系配制的组合产量都显著低于对照，表明恢复系18Z82可以配制高产组合。利用18Z82配制的11个pol CMS“三系”组合及对照品种的小区产量与各主要农艺性状的相关性分析可知，小区产量与各农艺性状的相关性由大到小依次为：单株角果数（r=0.815）>一次分枝数（r=0.680）>千粒重（r=0.659）>主花序角果数（r=0.628）>每角粒数（r=0.618）>主花序长（r=0.598）>二次分枝数（r=0.582）>株高（r=0.471）>分枝高度（r=0.068）>含油量（r=-0.042）>硫代含量（r=-0.365）>芥酸含量（r=-0.435）。其中，小區产量与单株角果数呈极显著正相关，小区产量与一次分枝数、千粒重、主花序角果数、每角粒数、主花序长、二次分枝数等农艺性状均呈显著正相关，与株高、分枝高呈正相关但未达到显著水平，而小区产量与含油量、芥酸含量及硫代含量呈不显著的负相关。因此，在恢复系的选育中要着重选育一次分枝数、千粒重、主花序角果数、每角粒数、主花序长、二次分枝数等农艺性状配合力高的材料。

3 讨论

利用除草剂进行油菜田的杂草防治可以显著降低油菜生产成本，减少因杂草造成的产量损失，但目前我国尚缺乏可用于生产的抗除草剂pol CMS “三系”杂交油菜品种，因此，选育抗除草剂pol CMS恢复系意义重大。M342为单基因控制的显性磺酰脲类除草剂抗性油菜种质，具有较高除草剂抗性[9]，pol CMS恢复基因同样也为显性单基因[11]，采用杂交转育的方法聚合M342中的除草剂抗性基因及pol CMS恢复系中的恢复基因在理论上可行，但选育过程工作量较大。因此，该研究对F2分离群体进行苯磺隆除草剂处理，淘汰不抗除草剂单株，保留抗性单株，缩小了选育范围;对F2单株进行测恢，可以有针对性的筛选携带纯合pol CMS恢复基因的抗性单株;结合F2∶3株系的除草剂鉴定，可以排除携带杂合除草剂抗性基因的株系，最终在F2∶3世代就可以筛选到聚合了纯合的除草剂抗性基因、pol CMS恢复基因的转育材料，从而显著提高了恢复系的选育效率。

农艺性状调查显示，该研究选育的18Z82的株高、二次有效分枝数、主花序长、主花序角果数及单株角果数等性状为2个亲本的中间类型，表明18Z82综合了2个亲本的部分优良性状，但仍有进一步改良的空间，可以采用转育后代与优良亲本回交的策略进一步改良亲本携带的优良性状，例如闫宏山等[12]利用转育后代与亲本回交的方法成功选育了抗除草剂的谷子新品种。18Z82的角粒数接近母本2255C，这可能是因为油菜角粒数受母本的影响较大[13]。18Z82与贵州省农业科学院贵州省油料研究所选育的11个优良pol CMS不育系配制的组合中，有2个组合小区产量显著高于油研50，1个组合与油研50产量差异不显著，表明可以利用18Z82配制高产组合。配制的组合小区产量与单株角果数呈极显著正相关，这与杨国浪等[14]的研究结果一致;此外，该研究发现组合的小区产量与一次分枝数、千粒重、主花序角果数、每角粒数、主花序长、二次分枝数等农艺性状均呈显著正相关;白桂萍等[15]研究也认为油菜高产主要依靠较多的分枝数和角果数，同时兼顾千粒重;塔娜等研究认为在油菜高产育种中，首先需要加强单株生物量、千粒重和角果粒数的选择，其次是株高、分枝高度、一次有效分枝数、主花序长度和主花序角果数等性状的改良[16]。因此，单株角果数、一次分枝数、千粒重、主花序角果数、每角粒数、主花序长、二次分枝数等农艺性状与产量性状密切相关，在恢复系的选育中应重点关注这些农艺性状的改良。

4 结论

以pol CMS恢复系2255C与抗磺酰脲类除草剂种质M342配制杂交组合，利用苯磺隆除草剂鉴定F2分离群体及F2∶3株系，同时结合F2抗性单株与pol CMS不育系的测交育性鉴定，可以高效、定向选育抗除草剂的pol CMS恢复系，利用新选育的抗除草剂pol CMS恢复系18Z82可以配制高产抗草剂pol CMS“三系”组合。

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