白芥自交不亲和性状遗传变异类型初步研究

范 惠 玲 白 生 文

（1.河西学院农业与生态工程学院；2.河西学院生命科学与工程学院，甘肃 张掖 734000）

白芥（S.alba）属十字花科白芥属植物，能高抗十字花科植物多种病虫害［1］，也能抗高温及干旱胁迫［2］，是十字花科植物育种的优良种质资源.白芥籽具有镇咳［3］、抗炎［4］、抗衰老［5］、抗皮肤病［6］、防治高血压［7］等生理功能，在临床上有重要应用价值.近年来有关白芥的研究报道，主要集中在以下4个方面：（1）白芥离体快繁体系的建立［8］；（2）白芥叶片总RNA提取方法的比较研究［9］；（3）白芥与油菜体细胞远缘杂交研究［10］；（4）白芥优良性状研究进展［11］.而针对白芥自交不亲和性遗传变异类型的研究比较少.

自交不亲和植物的自交亲和性研究在被子植物［12］繁殖生物学上具有重要的意义：（1）自交亲和性可减轻或消除自交对自交不亲和植物的不利影响，提高自交的效果；（2）通过自交，控制不良性状的隐性基因或隐性致死和半致死基因得以纯合并表现出来被淘汰，有益基因得以保留和累积，使有利基因型的频率增加，又不使自交衰退产生；（3）便于选育优良自交系，组配优良杂交种［13］，同时自交亲和性对促进种间亲和性有良好的作用；（4）自交亲和材料也是研究花粉-雌蕊互作机制，植物进化与演化的重要材料.鉴于此，本研究以20份白芥为材料，通过套袋自交，剥蕾授粉和开放授粉的方法，根据结籽数和处理花蕾数计算自交亲和指数以及相对亲和指数，对不同白芥材料进行自交亲和性变异分析，按亲和性强弱进行分类，挑选出自交亲和性材料，为将来利用这一宝贵的种质资源，提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试材料共20份，全部为白芥（表1）.所有参试材料均由河西学院农业与生物技术学院农学教研室提供.

表1 研究材料名称及来源地Table 1 The name of materials and their origins

1.2 田间试验方法

试验于2015～2016连续两年在河西学院农业与生物技术学院教学科研示范园区进行.试验按顺序排列，每份材料1行，行长3m，株距25cm，留苗10株.花期每份材料选生长健壮的单株，每个单株上任选三个一级分枝，一个用以套袋自交，一个用以剥蕾自交，每株套10个花蕾，第三个自然条件下杂交授粉，每个分枝挂牌标记.套袋12～15d后，待全部花朵花瓣脱落时可脱去纸袋，成熟期单独收获每一个被标记分枝上的角果，带回室内统计有效角果数和每角果中的饱满籽粒数.

1.3 自交亲和性判断方法和标准

自交亲和指数=自交结实种子总数/套袋自交总花蕾数，相对亲和指数=（剥蕾自交所结种子数/角）/（开放授粉所结种子数/角，以自交亲和指数大小判断自交亲和性的高、低，亲和类型的划分主要参照陶国华［14］、方智远［15］、刘后利等［16］的方法进行.自交亲和指数＜1，品系或单株表现自交不亲和性；自交亲和指数≥1，品系或单株表现自交亲和性.

2 结果与分析

2.1 白芥品种（系）间自交不亲和性的变异类型

研究表明，不同白芥品系的自交不亲和性差异较大，亲和指数在0.00～5.71之间变化（表2）.根据自交亲和性的判断标准［16］，在所研究的白芥中存在着自交不亲和的类型，同时也存在自交亲和性的基因型群体.

按照自交亲和指数≥1.00者属自交亲和、自交亲和指数＜1.00者为自交不亲和的标准，可将参试材料划分为两大类：即自交亲和类型与自交不亲和类型.在所研究的20个品系中，属于自交亲和类型的品系共有11个，分别是1、2、5等.无论自交不亲和类型还是自交亲和类型，不同品系之间自交亲和性差异较大，如在自交亲和类型中自交亲和指数介于1.00～2.99 之间的品系有7 个，表现中等自交亲和性；自交亲和指数≥3.00的品系有4个，表现高度自交亲和性；而在自交不亲和类型中，自交亲和指数大于0.00而小于1.00的品系有8个，表现中等自交不亲和性；自交亲和指数等于0.00的品种有1个，表现高度自交不亲和性.

依据本研究结果，可将参试材料分为4种类型（表2）：（1）高自交不亲和类型（自交亲和指数=0.00）；（2）自交不亲和类型（0.00＜自交亲和指数＜0.99）；（3）自交亲和类型（1.00≤自交亲和指数＜2.99）；（4）高自交亲和类型（自交亲和指数≥3.00）.

2.2 白芥品种（系）内个体间自交不亲和性的差异

白芥的自交不亲和程度不仅因品系而呈现较大差异，即使在同一品系内个体间自交不亲和性也存在较大变异.研究表明，自交亲和性较差的品系内存在自交亲和的单株（表3，图版I）；相应地，在自交亲和性较强的品系内，自交亲和性也存在较大差异（表4，图版I）.如自交不亲和类型的品系13，平均自交亲和指数为0.70，套袋自交的8个单株中，有2株表现自交亲和，1株其自交亲和指数为3.80，表现高度自交亲和性；自交不亲和类型的品系19，平均自交亲和指数为0.88，套袋自交的9个单株中，有3株表现亲和性，其中自交亲和单株占群体的33%；属于自交亲和类型的品系17，群体内88%植株表现自交亲和，自交亲和指数为0.00～4.40，平均自交亲和指数高达2.79，个体间自交亲和性强弱差异亦较大，9个单株中4个自交亲和指数大于3，属于高自交亲和类型，1株自交亲和性指数小于1，表现自交不亲和；属于自交亲和类型的品系18，自交亲和指数为0.00～4.60，群体内75%植株表现自交亲和，6株表现为自交亲和性，其中3株为高自交亲和株.总的趋势是，群体自交亲和指数越高的材料，自交亲和的个体越多，也就是自交亲和个体出现的频率越高；而群体自交亲和指数低的材料中自交亲和的个体亦少.由此可见，就自交亲和系的选育来讲，在群体自交亲和性高的材料中选择可能易筛选出自交亲和性高的基因型，效率亦较高.

表3 自交亲和指数介于0-0.99之间的9个白芥品种（系）内个体间自交亲和指数的差异Table 3 Difference in self-compatibility index among plants within 9 self-incompatible cultivars

表4 11个自交亲和白芥品种（系）内自交亲和个体的分布Table 4 Distribution of self-compatibility plants from11 self-compatible cultivars

图版I 白芥不同单株间自交亲和指数变化差异Figure I Variation of compatibility index in White mustard No.13，19，17 and 18

2.3 白芥不同品种（系）间剥蕾自交亲和性和相对亲和性的差异

从剥蕾自交的亲和指数来分析，在所研究的所有品（种）系中，亲和指数＜1.00 的品种（系）有9 个，占45%，＞1.00的品种（系）有11个，占55%（表5），剥蕾自交后亲和指数的平均值为1.16.同时，从相对亲和指数来看，相对亲和指数＞1.00的白芥品种（系）只有1个，9个品种（系）的相对亲和指数小于0.5.另外，图版II 所示，开放授粉结角数和结籽数明显大于剥蕾授粉的结角数和结籽数，通过早期剥蕾授粉，得到的自交种子极少.这些结果均表明，采用早期剥蕾授粉技术虽可改善白芥品种（系）的自交不亲和情况，但效果不太明显.

表5 白芥不同品种（系）剥蕾自交亲和指数和相对亲和指数Table 5 Compatibility index by bud-pollination and relative compatibility index among different materials

图版II 白芥不同品种（系）剥蕾自交和开放授粉结角数和结籽数A：14白芥3-1，左：剥蕾授粉结角数，右：开放授粉结角数；B：13白芥18-2，左：开放授粉结角数，右：剥蕾授粉结角数C：13白芥13-6，左：剥蕾授粉结角数，右：开放授粉结角数；D：14白芥12-1，左：剥蕾授粉结角数，右：开放授粉结角数E：13白芥15-5，左：开放授粉结籽数，右：剥蕾授粉结籽数；F：13白芥21-4，左：开放授粉结籽数，右：剥蕾授粉结籽数Figure II.The number of pods and seeds by bud-pollinated and open-pollinated in different S.albaA：14 white mustard 3-1，Left：Pods by bud-pollinated，Right：Pods by open-pollinated；B：13 white mustard18-2，Left：Pods by open-pollinated；Right：Pods by bud-pollinated；C：13 white mustard 13-6，Left：Pods by bud-pollinated，Right：Pods by open-pollinated；D：14 white mustard 12-1，Left：Pods by bud-pollinated，Right：Pods by open-pollinated；E：13 white mustard 15-5，Left：Seeds by open-pollinated；Right：Seeds by bud-pollinated；F：13 white mustard 21-4，Left：Seeds by open-pollinated；Right：Seeds by bud-pollinated.

3 结论与讨论

20份不同来源的材料中，套袋自交亲和指数≤1的品种（系）有9个，＞1的品种（系）11个，其中只有4个品种（系）的亲和指数＞3.从剥蕾自交的亲和指数来分析，亲和指数＜1的品种（系）有9个，占45%，＞1.00的品种（系）有11个，占55%.从相对亲和指数来看，白芥品种（系）的相对亲和指数＞1.00的品系只有1个.在十字花科的其它植物，如白菜型油菜中，剥蕾授粉的亲和指数与开放授粉接近［17］.这说明通过剥蕾授粉技术，并不能明显改善白芥的自交不亲和性.

三系统分类法常被用来研究植物的自交亲和性变异情况：自交不亲和类型、自交亲和类型和高自交亲和类型.本研究表明，白芥的自交不亲和性存在广泛变异.参试材料的自交亲和指数、结角率差异较大，套袋自交亲和指数介于0.00～5.71之间.依据本研究结果，可将参试材料分为4种类型：高自交亲和类型、自交亲和类型、自交不亲和类型和高自交不亲和类型.孙万仓［17］根据自交亲和指数的大小，将85份白菜型油菜也划分成上述四种类型.白芥、芸芥和白菜型油菜，三者是十字花科近缘植物，且都表现高度自交不亲和性状，本研究证明这三种植物的自交亲和性分类系统也是一致的.

自交不亲和的白芥由于长期异花授粉，使其群体为一个由不同基因型个体组成的杂合群体，产量潜力有限.就产量改善而言，提高这类作物的产量水平的有效途径是通过培育自交系来利用杂种优势，而自交系的选育面临着自交不亲和与自交衰退两大难题，因此，研究白芥的自交亲和性将对提高产量有很大帮助.白芥多数品种（系）属自交不亲和类型，但也存在自交亲和性较强的品种群体，尤其是2、5、7和11这四个白芥品种（系）中分布着较高频率的自交亲和基因.因此在这些品种（系）内可筛选出自交亲和的材料，从而可育成白芥自交系用于杂种优势研究，进一步挖掘白芥品种（系）的生产潜力.

为了尽早鉴定作物品种的自交亲和性，可采用花粉管数量统计法.Seavey 和Bawa［18］研究发现，有些情况下花粉管数量符合自交亲和的标准，但结籽数很低.Kodad 和Socias［19］认为，这种现象与自交不亲和的延迟因素有关，主要包括花粉管到达胚珠前的抑制作用、胚珠的受精前抑制作用和合子后排斥作用等.本研究中，笔者应用套袋自交方法判断芸芥的自交亲和性，该方法可避免上述延迟因素对准确判断自交亲和性的影响，这与刘后利［16］的报道结果一致.Sun等［20］研究发现，利用化学药剂处理柱头或花粉，可使一个自交不亲和系变成自交亲和系，但自交亲和性状是暂时的，即只在处理的当代表现，在育种过程中需要用药剂再次处理后代单株其才能表现亲和性状.另外，控制芸薹属植物自交亲和性的部分基因已被克隆和测序［21，22］，因此利用基因工程技术也可培育出自交亲和系.本研究结果表明，采用套袋自交法同样能选育出自交亲和性稳定的品系，且该方法不仅方便而且经济实用.