甘蓝型油菜矮秆新种质LSW2018矮缩性状遗传规律研究

王转转，李超，黄莎，唐容，王璐璐，杨斌，杨元雨，王芳，王敏,3，赵德刚，曾晓芳，张瑞茂

（1.贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室，贵州 贵阳，550025；2.贵州省农业科学院/油料研究所/油菜研究所/贵州省植物保育技术应用工程研究中心，贵州 贵阳，550006；3.贵州师范大学生命科学学院，贵州 贵阳，550025）

株高是作物重要的农艺性状之一，它直接影响作物的抗倒性和丰产性。20世纪50年代，为了解决作物耐肥抗倒问题，育种家提出了“矮化育种”。随后，半矮秆水稻和矮秆小麦大面积推广，带来了巨大的经济效益和社会效益[1～3]。相对高秆品种，矮秆品种经济系数更高，更耐肥抗倒和耐密植[4]，可大幅提高作物产量和收获指数。油菜成为继小麦和水稻之后的又一主导绿色革命的作物，目前我国油菜种植以甘蓝型油菜为主，面积占比90%以上，长江中上游地区平均株高约200 cm，存在不耐肥、易倒、不适宜机械化收获等问题，严重制约油菜产业化发展。因此，矮秆或半矮秆油菜新种质的创制及高产抗倒品种的培育是育种的重要研究方向之一。

前人已发现了一些矮源材料，但由于植株过矮，冬前长势弱、自交不亲和、抗病性差等不利因素，至今还未创制出综合性状优良的矮秆油菜品系以及适宜多生态区机械化收获的品种[5～15]。段秋宇[16]研究发现适当矮化的甘蓝型油菜，具有耐肥、抗倒伏、耐密植、经济系数高等特点，更易于进行机械化收获，能为油菜的大规模机械化生产创造条件。华中农业大学创制出半矮秆材料如ds-1、ds-3、sca与ds-4等[17～20]，其中SCA基因与DS-4基因通过影响生长素信号通路调节油菜株高。中国农业科学院油料作物研究所研究发现BnaIAA7与BR 信号的串扰是通过BnaARF8 和BnaBZR1 之间的相互作用调节油菜植株形态的发生[21]。本团队前期也创制出优良矮秆材料DW871 等[15]。但是目前选育成功并大面积推广应用的适宜机械化收割的矮秆油菜品种鲜有报道，对油菜株型遗传方面的研究仍然有限。因此，继续创制和挖掘甘蓝型油菜矮秆种质资源，研究其遗传规律，并将矮秆油菜种质与高含油量、高抗病性等诸多优良性状的甘蓝型油菜进行杂交，选育出综合性状优良且适宜机械化收获的油菜品种，是油菜育种的重要方向和目标。

本研究以德油5 号F1作母本，自育新品系273R作父本配制杂交组合，在其F2代分离群体中发现6株自然变异株。经5 代自交纯合后，获得甘蓝型矮秆油菜新种质LSW2018，该种质苗期呈匍匐状，冬前长势中偏弱，具有叶面皱缩、叶片厚、叶柄短、叶色深等性状。现蕾后，与同源正常高秆HSW2018 相比，除株高和分枝部位与HSW2018存在极显著差异外，其余开花习性、花序、分枝、果枝、角果等性状无明显区别。LSW2018植株矮秆，移栽、直播平均株高分别为136.24 cm 和110.4 cm，茎秆粗壮、节间短、分枝位低，抗倒性极强，是理想的矮秆种质资源，具有重要的利用价值。为挖掘LSW2018 的育种优势，对LSW2018 矮秆性状的遗传规律进行研究，对选育适宜高效轻简化栽培的油菜品种具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 遗传群体的构建

2018 年春，选用正常高秆甘蓝型油菜品种（系）119份、白菜型油菜品种（系）12份、芥菜型油菜品种（系）6 份与矮秆品系LSW2018（P1）进行正反交，获得137个正交组合F1和124个反交组合F1。

2018 年秋季，将获得的261 份正反交组合及其中的5 个亲本209R（P21）、6215R（P22）、5602R（P23）、382R（P24）、389R（P25）和矮秆品系LSW2018（P1）进行定量穴播。选择正交组合230 F1（LSW2018×209R）、231 F1（LSW2018×6215R）、232 F1（LSW2018×5602R）、233 F1（LSW2018×382R）、234 F1（LSW2018×389R）5个组合套袋自交获得F2种子。同时对该5 个组合F1进行正反回交，获得对应组合的正反回交aBC1和bBC1组合种子。

2019年秋播分别种植前5个组合自交的F2和正反回交aBC1和bBC1组合种子。2020 年春对5 个组合自交的F2群体植株全部套袋自交获得各组合F3种子，并于当年秋天进行单株条播。

2021 年选用以LSW2018 转育并已完全稳定的的组合进行株高遗传分析，其中，228、240 矮秆品系来源于021R×LSW2018、361 矮秆品系来源于LSW2018×389R，020、771 矮秆品系来源于5771R×LSW2018、核三系组合326 来源于LSW2021CA×931R、质三系组合046 来源于LSW243×2516R。采用育苗移栽，每公顷种植120 000 株，鉴定其田间实际株高表现，以研究该矮缩材料遗传规律。

1.2 方法

1.2.1 试验田设置 试验分别于贵州省农业科学院贵阳花溪金竹镇油料研究所试验基地、贵州省油菜研究所思南县塘头试验基地同步进行。试验地中等肥力，正常施肥及田间管理，以直播的方式进行种植，穴播采用40 cm × 16.7 cm，留双株，密度180 000株/hm2，条播采用40 cm 行距，300 cm 行长定量播2 g种子，不匀苗。株高分离考查的群体种植总株数均不少于500 株，各群体按“矮缩性状”和“株高”两个方面进行表型鉴定及统计分析。

1.2.2 “矮缩”性状 作为LSW2018 矮秆显著标记，无论是亲本还是组合后代分离群体，在苗期具有叶片矮缩、匍匐状，冬前长势中偏弱，叶面皱缩，叶片厚，叶柄短，叶色深的标记性状，笔者将这一系列表型统称为“矮缩”性状；相对应“正常植株”指苗期、花期和成熟期的表型与普通甘蓝型油菜相同，没有显著的标记性状（图1）。

图1 LSW2018和HSW2018田间苗期表型Fig.1 Field phenotype of LSW2018 and HSW2018

1.2.3 株高 在收获期于田间直接测量群体中各单株的实际高度。

2 结果与分析

2.1 以标记性状鉴定各世代的分离表现

2.1.1 LSW2018 与正常高秆油菜品种（系）正反交后F1表现 为全面鉴定LSW2018 矮缩性状的遗传规律，选用甘蓝型、白菜型、芥菜型三种类型的油菜品种（系）与其进行杂交，从细胞质遗传及显隐性角度分析遗传规律。137 份正常高秆油菜品种（系）与矮秆品系LSW2018进行正反交得到的137个正交组合和124 个反交组合，F1代植株均表现为矮缩（表1），表明LSW2018 的矮缩标记性状属显性基因控制，不存在细胞质效应。

表1 LSW2018与正常高秆油菜品种（系）正反交F1表现Table1 F1 Phenotypes of reciprocal crosses between LSW2018 and normal high stem rape varieties（lines）

2.1.2 LSW2018 与正常高秆甘蓝型油菜品种（系）杂交F2、F3植株表现 对LSW2018 与5 个高秆品系杂交组合的F2和F3代群体植株进行调查，结果表明（表2），5个组合F2代群体正常植株数∶矮缩植株数=1∶3，且正常植株自交后代全部表现为正常植株，无“矮缩”植株，进一步表明该类型矮缩性状为1 对显性基因控制。结合卡方测验，进一步推断该矮缩性状属于显性基因遗传。

表2 LSW2018与正常甘蓝型油菜品种（系）杂交F2、F3植株表现Table 2 F2 and F3 plant phenotypes of LSW2018 hybrid with normal rape varieties（lines）of Brassica napus

2.1.3 LSW2018 与正常高秆甘蓝型油菜品种（系）正反回交世代分离表现 以LSW2018与5个正常高秆品种杂交组合F1代为父本，与对应组合亲本为母本组配正反回交组合，获得aBC1和bBC1群体植株，以矮缩标记性状为特征进行鉴定，结果表明（表3），正交组合aBC1全部植株表现为矮缩，反交组合bBC1正常植株数∶矮缩植株数=1∶1。由此进一步表明其矮缩标记性状是由1对显性基因控制。

表3 LSW2018与正常高秆甘蓝型油菜品种（系）正反回交世代分离表现Table 3 Separation phenotypes of positive and negative backcross generations between LSW2018 and normal tall varieties（lines）of Brassica napus

2.2 各世代群体株高性状

2.2.1 LSW2018 与5 个正常高秆品系的正交F1的株高表现 在直播条件下，以LSW2018（株高110.4 cm）为母本，分别与株高介于191.5～213.6 cm 的5个父本209R（P21）、6215R（P22）、5602R（P23）、382R（P24）、389R（P25）进行杂交（表4），其F1平均株高138.0 cm，变幅为126.0～144.3 cm；反交F1平均株高136.0 cm，变幅为128.2～141.5 cm。利用邓肯法进行差异显著性检验，结果表明（表5），正交与反交的平均株高差值为2.0 cm，差异不显著。正反交F1平均株高分别比矮亲值高27.6 cm（变幅15.6～33.9 cm）、25.6 cm（变幅17.8～31.1 cm），差异显著。分别比中亲值低16.7 cm（变幅5.3～32.3 cm）、18.7 cm（变幅9.5～28.3 cm），差异显著。分别比高亲值低61.0 cm（变幅44.4～80.2 cm）、63.0 cm（变幅50.0～79.9 cm），差异极显著。表明LSW2018 的株高性状符合显性-加性模型，受多基因控制。

表4 LSW2018与5个正常高秆品系的正反交F1的株高表现Table 4 Plant height performance of reciprocal F1 between LSW2018 and 5 normal high stem lines

表5 F1与亲本及之间的株高差异显著性检验Table 5 Significance test of plant height differences between F1 and parents

2.2.2 LSW2018 与甘蓝型油菜正常高秆品种（系）杂交F2株高表现 分别将5个来源不同的F2群体的个体株高以10 cm为1个区间进行频率分布分析，结果表明（图2A-E），F2群体的植株株高在两个相对集中区域明显呈双峰分布，无论是矮缩还是正常植株，在株高90～189 cm 区间均有不同频率的叠加分布，但叠加分布区间大小因组合不同而有明显区别，其中组合（LSW2018 × 6215R）F2叠加分布区间明显要窄（图2B），且在株高110～179 cm 的区间内存在叠加分布。因此，不能简单以某一株高区间的个体数来进行遗传分析，而应结合其频率分布进行综合分析。从5 个组合F2群体矮缩个体的频率可知，其株高为50～189 cm，变幅较大。由此推断LSW2018 的矮缩性状的株高基因属数量性状遗传。

图2 LSW2018与5个甘蓝型油菜正常高秆油菜品种（系）杂交组合F2矮缩株与正常株株高分布频率图Fig.2 Plant height distribution frequency in F2 of combinations derived from LSW2018 and 5 normal cultivars(lines)

2.3 不同来源矮秆品系及同来源内不同品系间的株高表现

2017年选用以LSW2018转育并已完全稳定的3个不同组合来源后代的5个矮秆新品系，1个隐性核不育三系组合（LSW2021CA×931R）和1 个质不育三系组合（LSW243×2516R），在育苗移栽，密度为每公顷120 000 株条件下，测定各品系的株高，结果表明（表6），不论组合来源相同与否，不同品系之间株高差异较大，5 个品系群体的平均株高变幅86.9～144.3 cm，群体内个体株高变幅61.2～165.3 cm。两个杂交种F1平均株高分别为152.3、144.7cm，个体变幅112.1～167.8 cm。由此，也进一步证明，该类型种质的株高除主要受主基因控制外，还受其它多基因的影响，具有数量性状的遗传特征。这一表现也更加有利于选育株高适宜的该类型油菜品种。

表6 转育的不同来源矮秆品系及同来源内不同品系间的株高表现Table 6 Plant height performance of the dwarf strains from different sources and the different strains from the same source

3 小结与讨论

新型矮秆甘蓝型油菜种质LSW2018 苗期苗型矮缩、匍匐生长，长势较为稳健，叶面皱缩、叶片厚、叶柄短、叶色深，与正常甘蓝型油菜在苗期喷施多效唑后的苗型极为相似，本文简称“矮缩”性状。与现有正常高秆油菜品种（系）的杂交，矮缩性状在F1及分离世代都能够稳定遗传，表明矮缩性状受1 对显性基因控制，不存在细胞质效应，其株高受1对主基因+多基因遗传，控制株高性状的基因属数量性状遗传。前期张瑞茂、李超等研究显示，矮秆油菜DW871 的特异花序及株高受1 对显性主基因控制，其株高也受1 对主基因+多基因遗传模式。对比研究显示，LSW2018的遗传研究结果与DW871的遗传研究结果类似[15,22～25]。

对油菜矮秆新种质LSW2018 的遗传研究，可为其在油菜育种与生产实践中的应用提供明确的思路与技术路径，并具有以下三方面的重要意义：一是利用在杂交后代以“矮缩”显性基因控制的性状为特征标记，可大幅提高选择与改良的效率；二是利用杂种优势途径选育株高合适，既丰产又高度抗倒、稳产，适宜机收等轻简化种植的目标变得更为可期；三是进入生产应用的该类型油菜品种在苗期即可轻易识别及清除假杂种植株，从而保障大田苗近100%的杂种纯度。