3種重要生化性狀在甘藍育種中的應用

3種重要生化性狀在甘藍育種中的應用

由于甘草具有很強的雜種優(yōu)勢，國內(nèi)外大多數(shù)甘蔗優(yōu)良品種都是一代混合，現(xiàn)在這些世代的混合是由自己的不親水系制成的。為克服自交不親和系途徑存在的親本人工蕾期授粉繁殖成本高、長期連續(xù)自交易產(chǎn)生生活力退化、雜種的雜交率很難達到100%等缺陷,長期以來,國內(nèi)外甘藍育種工作者都在開展甘藍雄性不育材料的研究。本課題組在大力研究和推廣利用自交不親和系配制甘藍雜交種的同時,70年代以來就一直進行甘藍雄性不育系選育,先后發(fā)現(xiàn)或引進多份不同類型甘藍雄性不育材料,并對它們的不育性表現(xiàn),主要經(jīng)濟性狀、開花結實特性及其配合力進行了研究,以明確它們的利用價值。90年代初以來,甘藍顯性雄性不育系選育取得了重要進展,獲得了多份不育株率達100%、不育度達到或接近100%的雄性不育系,配制出幾個優(yōu)良的雜交組合并在國內(nèi)部分地區(qū)進行了區(qū)域試驗和生產(chǎn)示范,用顯性雄性不育系配制的甘藍新品種中甘16號、中甘17號,已分別在1999年和2000年通過全國農(nóng)作物品種審定委員會審定。1材料和方法1.1試驗材料1.1.1材料的不育材料1978年由美國威斯康辛大學引進的3份蘿卜胞質(zhì)甘藍不育材料CMSR1409、CMSR1411和CMSR1413;1979年從早熟甘藍79-399-3的自然群體中發(fā)現(xiàn)的顯性雄性不育材料79-399-3Ms;1980年由荷蘭引進的黑芥胞質(zhì)甘藍雄性不育材料CMSN78091;1983年從小平頭甘藍自然群體中發(fā)現(xiàn)的隱性雄性不育材料83121ms;1994年由美國引進的2份經(jīng)過改良的蘿卜胞質(zhì)甘藍不育材料CMSR29551和CMSR29556;1998年再次由美國引進6份經(jīng)改良的蘿卜胞質(zhì)甘藍不育材料CMSR3625、CMSR3626、CMSR3627、CMSR3628、CMSR3629、CMSR3630。1.1.2不同類型藍水系的建立本課題組通過系統(tǒng)選擇篩選出的8101-2、8180-1、02-12、05-46-3、21-3、23202-1等30余個不同類型甘藍自交系。1.2測試方法1.2.1主要經(jīng)濟狀況研究在正常田間管理條件下進行,特別注意在低于15℃的低溫條件下鑒定各不育材料植株葉色變化、生長速度等。1.2.2調(diào)查問卷的遺傳機制用各不育材料中的不育株作母本,不同類型自交系作父本進行雜交、回交,在開花期調(diào)查其后代的不育性表現(xiàn),研究其遺傳機制。不育株率=(不育株/調(diào)查總株數(shù))×100%;單株不育度=(不育花數(shù)/單株總花數(shù))×100%。1.2.3關于開花的性能的研究在開花期及結莢期進行,主要調(diào)查花朵開放程度、雌蕊正常程度、蜜腺大小、種莢形狀及種子數(shù)等。2試驗結果2.1材料的育人性1983年從小平頭甘藍自然群體中發(fā)現(xiàn),為中熟平頭類型甘藍。不育株生長正常,低溫條件下葉色正常。不育花朵小但能正常開放,雄蕊退化無花粉,雌蕊正常,蜜腺發(fā)達,花蜜多,授粉后結實良好,種莢正常(表1)。以不育株作母本與正?？捎觌s交,F1全部可育。F2群體中可育株與不育株之比為3∶1,F2群體中的不育株與該群體中的可育株進行測交,大部分組合后代育性呈1∶1分離,小部分組合后代全部可育。這一結果表明,該材料的不育性受隱性單基因控制。由于其測交后代不育株率最多達到50%左右,如用該材料配制雜交種,則必須拔除約50%的可育株,費工費時,故實際應用困難。2.2花的授粉情況1980年由荷蘭引進,中早熟近圓球類型。不育株生長正常,低溫條件下葉色正常。不育花雄蕊退化無花粉,雌蕊正常,人工授粉后結實中等,但多數(shù)不育花呈半開放狀態(tài)(圖1、表1),蜜腺小或無,影響昆蟲授粉及自由授粉情況下的結實。不育材料的測交后代中,不育株率保持在33.7%~60%之間。因此,該材料在甘藍實際制種中利用也有困難。2.3類型藍本的回交轉育1978年由美國威斯康辛大學引進。其中CMSR1409為早熟圓球類型,回交轉育父本為早熟甘藍金畝,其余兩份為晚熟平頭類型。3份材料的不育性十分穩(wěn)定,而且所有甘藍材料都可以是它們的保持系。但是,它們的植株葉色特別是心葉在低溫條件下嚴重黃化,蜜腺不發(fā)達,雌蕊不正常,影響生長速度和正常結實。為尋找克服這些缺陷的途徑,1979年開始用16個不同類型甘藍自交系作父本進行回交轉育,并在回交后代中針對上述問題進行篩選,經(jīng)4~5代回交轉育和篩選之后,發(fā)現(xiàn)在轉育后代中,植株之間雌蕊正常程度、蜜腺大小、結實性狀的好壞存在差異,而且這種差異與回交父本有密切關系。以自交系21-3作父本的轉育后代CMSR121-3,相當一部分花朵可正常開放,大部分花朵雌蕊正常,但蜜腺仍較小(表1),在正常自由授粉條件下,植株種莢約有50%基本正常,每莢種子數(shù)可達10粒以上。但是,所有轉育材料植株在低于15℃的條件下,葉色特別是心葉均表現(xiàn)黃化(圖2)。早春季節(jié)與同類型甘藍材料相比,苗期生長速度緩慢,成熟期約晚7d(天)左右。在夏季,我國很多地方夜間最低溫度高于15℃,將該類型后代在此期間播種,發(fā)現(xiàn)其幼苗只表現(xiàn)輕度黃化,且葉色與回交父本的葉色緊密相關,在回交篩選了3~4代之后,獲得了幾份結實性狀較好且在夏秋高溫季節(jié)生長速度基本正常的轉育后代和夏秋甘藍雜交組合。但在連續(xù)回交6~7代之后,發(fā)現(xiàn)這類轉育后代如CMSR121-3即使在夏秋高溫條件下,其生長勢和葉球產(chǎn)量明顯低于其轉育親本自交系21-3(表2)。因此,這類蘿卜胞質(zhì)不育材料在春季低溫及夏秋高溫條件下的應用都存在問題。2.4連續(xù)回交轉育1994年由美國康奈爾大學引進。兩份材料均為晚熟類型。經(jīng)濟性狀不整齊,但不育性非常穩(wěn)定,且所有甘藍材料都是它的保持系。這兩份不育材料與2.3所述的蘿卜胞質(zhì)不育材料相比,最大的改進是在低溫條件下植株葉色不黃化,但開花結實性尚存在不少問題。多數(shù)花朵是半開放狀態(tài),不少花朵雌蕊不正常,蜜腺不發(fā)達,相當一部分莢果畸形。為改良該不育材料的園藝性狀及開花結實性狀,1995年開始用11個不同類型甘藍自交系作父本進行連續(xù)回交轉育,并在回交后代中針對上述缺陷進行篩選。在回交轉育過程中發(fā)現(xiàn),11個自交系的回交后代中,花朵開放程度、蜜腺大小、雌蕊正常程度及授粉后結實好壞有一定差異,其中用8282和21-3兩個自交系作父本的回交后代CMSR28282和CMSR221-3的上述性狀有一定改進,有些自交系的回交后代如R223202的結莢性狀很差(表1,圖3)。近年,對CMSR221-3和CMSR28282兩份材料的主要經(jīng)濟性狀和配合力作了進一步研究,發(fā)現(xiàn)在連續(xù)回交第5~6代之后,其植株生長勢和葉球質(zhì)量逐步降低,雖然高于2.3所述的蘿卜胞質(zhì)不育回交后代CMSR121-3,但明顯不如回交父本本身(表2)。用它作母本試配出的雜交組合仍有一定的雜交優(yōu)勢,但植株生長勢、早熟性、葉球產(chǎn)量也不如用回交父本本身配制的同樣的雜交組合(表2)。以上結果表明,這一類型改良蘿卜胞質(zhì)甘藍不育系在實際應用中有局限性,在研究中應進一步擴大對回交父本的篩選。2.5對種材料的補救劑1998年由美國引進,其中,CMSR3625為早熟圓球類型改良,CMSR3630為紫甘藍,其余4份為中熟或晚熟甘藍。這6份材料的不育性也都很穩(wěn)定,且所有甘藍材料都能保持它的不育性。與2.3、2.4所列蘿卜胞質(zhì)不育系相比,它們突出的優(yōu)點除低溫下葉色不黃化外,大多數(shù)不育花能正常開放,雌蕊幾乎全部正常,CMSR3626、CMSR3630兩份材料開花前期死蕾較多,死蕾數(shù)量達50%以上,其它4份材料死蕾約在20%;開花后期,死蕾逐漸減輕。這6份材料中,以CMSR3625和CMSR3629的經(jīng)濟性狀及配合力較好,在以它們作母本試配的雜交組合中,有幾個組合在秋季表現(xiàn)早熟、抗病,但整齊度欠佳;在春季表現(xiàn)早熟、豐產(chǎn),但植株性狀、葉球大小及球內(nèi)中心柱長短尚存在較大的分離,說明這些材料尚需要改進。目前,正用30余個不同類型甘藍自交系與它們進行回交轉育,并已取得良好的結果。從當前情況看,這幾份材料經(jīng)進一步回交轉育后,將會有很好的應用前景。但在多代連續(xù)回交后,是否也會出現(xiàn)2.3、2.4所列材料轉育后代中所出現(xiàn)的異源胞質(zhì)不良影響,還有待今后進一步深入研究。2.679-49-3ms的線性遺傳材料2.6.1建立建立藍種相關育種基因79-399-3Ms是1979年春在甘藍原始材料79-399自然群體中發(fā)現(xiàn)的不育株,屬早熟圓球類型甘藍。經(jīng)研究表明,控制其不育性的主效基因是一顯性核基因CDMs399-3。該材料的不育株經(jīng)濟性狀良好,葉色正常,低溫下不黃化,不育花正常開放,雄蕊退化,雌蕊完全正常,蜜腺發(fā)達,花蜜多(圖4、圖5),結實正常,并有很好的配合力。90年代初,對該材料的研究取得重要進展,1992年春,在該不育材料中發(fā)現(xiàn)一個不育株率達100%的系統(tǒng)92-438。進而根據(jù)遺傳學原理,采用測交、回交等途徑,于1995年首次獲得幾份甘藍純合顯性不育系318P5、330L13、323P6、323P2等。近年,又獲得99z180-1、99z180-3、99z516-8、99z518-15、99z520-3、99z521-5、99z521-12、99z522-6、99z523-6、99z523-16等20余份純合顯性不育系,篩選出幾個配合力好、不育株率達到100%,不育度達到或接近100%,可在甘藍制種中實際應用的顯性雄性不育系,配制出一批優(yōu)良的雜交組合。1997~2000年利用顯性雄性不育系配制甘藍雜交種的試驗采種獲得成功。逐漸建立了一整套利用甘藍顯性雄性不育系配制雜交種的新方法,申報了國家發(fā)明專利,并獲得了該不育基因的RAPD、SCAR和ERPAD分子標記。兩個用顯性雄性不育系配制出的甘藍雜交種中甘16號、中甘17號。2.6.2雄性不育系的鑒定經(jīng)過近幾年的反復鑒定,已篩選出(318P5×156)Ms、01-20Ms、01-216Ms、01-425Ms、23202Ms等優(yōu)良的顯性雄性不育系,它們的共同特點是不育性穩(wěn)定,不育株率達100%,不育度除23202Ms為98%外,其余均為100%,其中(318P5×156)Ms已經(jīng)過1996~2000年連續(xù)5a(年)在陽畦、露地、溫室等不同條件下鑒定,不育株率及不育度均為100%。經(jīng)濟性狀比較整齊,有良好的配合力,用它們配制的雜交種,明顯優(yōu)于用胞質(zhì)不育系配制的同類組合,與用相似的自交系配制的雜交種相比,雜種優(yōu)勢相當或更強(表3)。2.6.3中甘17號與黑豐16號生長性狀比較中甘16號為早熟秋甘藍一代雜種(圖6),母本為雄性不育系01-20Ms,父本為自交系94-111。植株開展度平均為53.1cm,葉色綠,葉質(zhì)脆嫩,蠟粉中等,中心柱4.0~6.0cm,葉球緊實,近圓形,單球質(zhì)量平均1.46kg。早熟性好,從定植到收獲60~65d(天)。主要適于華北、東北、西北及西南部分地區(qū)早秋栽培。在1997、1998兩年的各6個區(qū)試點中,中甘16號表現(xiàn)早熟;是5個參試品種中產(chǎn)值最高,中心柱最短,緊實度最好的品種。1997年比對照夏光平均早熟15d(天),每667m2增值268.1元,1998年比對照黑豐早熟8.8d(天),增產(chǎn)12.2%,每667m2增值695.7元,比對照夏光早熟10.7d(天),增產(chǎn)6.7%,每667m2增值453.4元。在1998年的生產(chǎn)示范中,中甘16號在4個示范點的平均每667m2產(chǎn)量是3762.1kg,比早熟對照黑豐早熟8.8d(天),增產(chǎn)21.2%,每667m2產(chǎn)值2127.0元,比對照黑豐增收667.2元。中甘17號為春秋兼用以春季種植為主的早熟甘藍一代雜種(圖7),母本為雄性不育系1-216Ms,父本為自交系2-6-2。植株開展度平均為57.8cm,葉色綠,葉質(zhì)脆嫩,蠟粉中等,中心柱5.8cm左右,葉球緊實,近圓形,單球質(zhì)量平均0.95~1.27kg。早熟性好,秋季從定植到收獲60d(天)左右;春季從定植到收獲約55d(天)。主要適于華北、東北、西北春季種植,也可在上述地區(qū)秋季種植。在1997~19993a(年)的各6個區(qū)試點中,中甘17號在5個參試品種中表現(xiàn)最早熟;且產(chǎn)值高,中心柱短,緊實度好。3a(年)區(qū)域試驗總平均比對照黑豐早熟10.7d(天),平均每667m2增值170.8元。1998~1999兩年4個示范點平均每667m2產(chǎn)量為3759.1kg,比對照黑豐增產(chǎn)6.9%;平均熟性65.9d(天),比對照早熟8.3d(天);平均每667m2產(chǎn)值2185.0元,比對照增收337.7元。1999和2000年春季在本所農(nóng)場種植,從定植到收獲54d(天),折每667m2產(chǎn)4095.0kg,比對照8398增產(chǎn)5.8%;折每667m2產(chǎn)值2047.5元,比對照增收118.8元。3胡蘿卜胞質(zhì)改性材料70年代以來,先后發(fā)現(xiàn)或引進幾種類型甘藍雄性不育材料,經(jīng)研究表明:1983年由小平頭甘藍自然群體中發(fā)現(xiàn)由隱性單基因控制的雄性不育材料83121ms,其不育株葉色正常,結實性及配合力好,但不育株率僅能達到50%。1980年由荷蘭引進的黑芥胞質(zhì)甘藍不育材料CMSN78091,其不育株葉色正常,但多數(shù)不育花不能完全開放,蜜腺小,且不育株率僅33.9%~60%。1978年由美國威斯康辛大學引進的蘿卜胞質(zhì)不育材料CMSR1409等及其轉育后代不育性穩(wěn)定,但開花結實不良,且低溫下葉色黃化。以上3類材料在甘藍育種實踐中應用有較大困難。1994年由美國康奈爾大學引進的經(jīng)改良的蘿卜胞質(zhì)不育材料CMSR29551等,不育性穩(wěn)定,低溫下葉色