3种重要生化性状在甘蓝育种中的应用

3种重要生化性状在甘蓝育种中的应用

由于甘草具有很强的杂种优势，国内外大多数甘蔗优良品种都是一代混合，现在这些世代的混合是由自己的不亲水系制成的。为克服自交不亲和系途径存在的亲本人工蕾期授粉繁殖成本高、长期连续自交易产生生活力退化、杂种的杂交率很难达到100%等缺陷,长期以来,国内外甘蓝育种工作者都在开展甘蓝雄性不育材料的研究。本课题组在大力研究和推广利用自交不亲和系配制甘蓝杂交种的同时,70年代以来就一直进行甘蓝雄性不育系选育,先后发现或引进多份不同类型甘蓝雄性不育材料,并对它们的不育性表现,主要经济性状、开花结实特性及其配合力进行了研究,以明确它们的利用价值。90年代初以来,甘蓝显性雄性不育系选育取得了重要进展,获得了多份不育株率达100%、不育度达到或接近100%的雄性不育系,配制出几个优良的杂交组合并在国内部分地区进行了区域试验和生产示范,用显性雄性不育系配制的甘蓝新品种中甘16号、中甘17号,已分别在1999年和2000年通过全国农作物品种审定委员会审定。1材料和方法1.1试验材料1.1.1材料的不育材料1978年由美国威斯康辛大学引进的3份萝卜胞质甘蓝不育材料CMSR1409、CMSR1411和CMSR1413;1979年从早熟甘蓝79-399-3的自然群体中发现的显性雄性不育材料79-399-3Ms;1980年由荷兰引进的黑芥胞质甘蓝雄性不育材料CMSN78091;1983年从小平头甘蓝自然群体中发现的隐性雄性不育材料83121ms;1994年由美国引进的2份经过改良的萝卜胞质甘蓝不育材料CMSR29551和CMSR29556;1998年再次由美国引进6份经改良的萝卜胞质甘蓝不育材料CMSR3625、CMSR3626、CMSR3627、CMSR3628、CMSR3629、CMSR3630。1.1.2不同类型蓝水系的建立本课题组通过系统选择筛选出的8101-2、8180-1、02-12、05-46-3、21-3、23202-1等30余个不同类型甘蓝自交系。1.2测试方法1.2.1主要经济状况研究在正常田间管理条件下进行,特别注意在低于15℃的低温条件下鉴定各不育材料植株叶色变化、生长速度等。1.2.2调查问卷的遗传机制用各不育材料中的不育株作母本,不同类型自交系作父本进行杂交、回交,在开花期调查其后代的不育性表现,研究其遗传机制。不育株率=(不育株/调查总株数)×100%;单株不育度=(不育花数/单株总花数)×100%。1.2.3关于开花的性能的研究在开花期及结荚期进行,主要调查花朵开放程度、雌蕊正常程度、蜜腺大小、种荚形状及种子数等。2试验结果2.1材料的育人性1983年从小平头甘蓝自然群体中发现,为中熟平头类型甘蓝。不育株生长正常,低温条件下叶色正常。不育花朵小但能正常开放,雄蕊退化无花粉,雌蕊正常,蜜腺发达,花蜜多,授粉后结实良好,种荚正常(表1)。以不育株作母本与正常可育株杂交,F1全部可育。F2群体中可育株与不育株之比为3∶1,F2群体中的不育株与该群体中的可育株进行测交,大部分组合后代育性呈1∶1分离,小部分组合后代全部可育。这一结果表明,该材料的不育性受隐性单基因控制。由于其测交后代不育株率最多达到50%左右,如用该材料配制杂交种,则必须拔除约50%的可育株,费工费时,故实际应用困难。2.2花的授粉情况1980年由荷兰引进,中早熟近圆球类型。不育株生长正常,低温条件下叶色正常。不育花雄蕊退化无花粉,雌蕊正常,人工授粉后结实中等,但多数不育花呈半开放状态(图1、表1),蜜腺小或无,影响昆虫授粉及自由授粉情况下的结实。不育材料的测交后代中,不育株率保持在33.7%~60%之间。因此,该材料在甘蓝实际制种中利用也有困难。2.3类型蓝本的回交转育1978年由美国威斯康辛大学引进。其中CMSR1409为早熟圆球类型,回交转育父本为早熟甘蓝金亩,其余两份为晚熟平头类型。3份材料的不育性十分稳定,而且所有甘蓝材料都可以是它们的保持系。但是,它们的植株叶色特别是心叶在低温条件下严重黄化,蜜腺不发达,雌蕊不正常,影响生长速度和正常结实。为寻找克服这些缺陷的途径,1979年开始用16个不同类型甘蓝自交系作父本进行回交转育,并在回交后代中针对上述问题进行筛选,经4~5代回交转育和筛选之后,发现在转育后代中,植株之间雌蕊正常程度、蜜腺大小、结实性状的好坏存在差异,而且这种差异与回交父本有密切关系。以自交系21-3作父本的转育后代CMSR121-3,相当一部分花朵可正常开放,大部分花朵雌蕊正常,但蜜腺仍较小(表1),在正常自由授粉条件下,植株种荚约有50%基本正常,每荚种子数可达10粒以上。但是,所有转育材料植株在低于15℃的条件下,叶色特别是心叶均表现黄化(图2)。早春季节与同类型甘蓝材料相比,苗期生长速度缓慢,成熟期约晚7d(天)左右。在夏季,我国很多地方夜间最低温度高于15℃,将该类型后代在此期间播种,发现其幼苗只表现轻度黄化,且叶色与回交父本的叶色紧密相关,在回交筛选了3~4代之后,获得了几份结实性状较好且在夏秋高温季节生长速度基本正常的转育后代和夏秋甘蓝杂交组合。但在连续回交6~7代之后,发现这类转育后代如CMSR121-3即使在夏秋高温条件下,其生长势和叶球产量明显低于其转育亲本自交系21-3(表2)。因此,这类萝卜胞质不育材料在春季低温及夏秋高温条件下的应用都存在问题。2.4连续回交转育1994年由美国康奈尔大学引进。两份材料均为晚熟类型。经济性状不整齐,但不育性非常稳定,且所有甘蓝材料都是它的保持系。这两份不育材料与2.3所述的萝卜胞质不育材料相比,最大的改进是在低温条件下植株叶色不黄化,但开花结实性尚存在不少问题。多数花朵是半开放状态,不少花朵雌蕊不正常,蜜腺不发达,相当一部分荚果畸形。为改良该不育材料的园艺性状及开花结实性状,1995年开始用11个不同类型甘蓝自交系作父本进行连续回交转育,并在回交后代中针对上述缺陷进行筛选。在回交转育过程中发现,11个自交系的回交后代中,花朵开放程度、蜜腺大小、雌蕊正常程度及授粉后结实好坏有一定差异,其中用8282和21-3两个自交系作父本的回交后代CMSR28282和CMSR221-3的上述性状有一定改进,有些自交系的回交后代如R223202的结荚性状很差(表1,图3)。近年,对CMSR221-3和CMSR28282两份材料的主要经济性状和配合力作了进一步研究,发现在连续回交第5~6代之后,其植株生长势和叶球质量逐步降低,虽然高于2.3所述的萝卜胞质不育回交后代CMSR121-3,但明显不如回交父本本身(表2)。用它作母本试配出的杂交组合仍有一定的杂交优势,但植株生长势、早熟性、叶球产量也不如用回交父本本身配制的同样的杂交组合(表2)。以上结果表明,这一类型改良萝卜胞质甘蓝不育系在实际应用中有局限性,在研究中应进一步扩大对回交父本的筛选。2.5对种材料的补救剂1998年由美国引进,其中,CMSR3625为早熟圆球类型改良,CMSR3630为紫甘蓝,其余4份为中熟或晚熟甘蓝。这6份材料的不育性也都很稳定,且所有甘蓝材料都能保持它的不育性。与2.3、2.4所列萝卜胞质不育系相比,它们突出的优点除低温下叶色不黄化外,大多数不育花能正常开放,雌蕊几乎全部正常,CMSR3626、CMSR3630两份材料开花前期死蕾较多,死蕾数量达50%以上,其它4份材料死蕾约在20%;开花后期,死蕾逐渐减轻。这6份材料中,以CMSR3625和CMSR3629的经济性状及配合力较好,在以它们作母本试配的杂交组合中,有几个组合在秋季表现早熟、抗病,但整齐度欠佳;在春季表现早熟、丰产,但植株性状、叶球大小及球内中心柱长短尚存在较大的分离,说明这些材料尚需要改进。目前,正用30余个不同类型甘蓝自交系与它们进行回交转育,并已取得良好的结果。从当前情况看,这几份材料经进一步回交转育后,将会有很好的应用前景。但在多代连续回交后,是否也会出现2.3、2.4所列材料转育后代中所出现的异源胞质不良影响,还有待今后进一步深入研究。2.679-49-3ms的线性遗传材料2.6.1建立建立蓝种相关育种基因79-399-3Ms是1979年春在甘蓝原始材料79-399自然群体中发现的不育株,属早熟圆球类型甘蓝。经研究表明,控制其不育性的主效基因是一显性核基因CDMs399-3。该材料的不育株经济性状良好,叶色正常,低温下不黄化,不育花正常开放,雄蕊退化,雌蕊完全正常,蜜腺发达,花蜜多(图4、图5),结实正常,并有很好的配合力。90年代初,对该材料的研究取得重要进展,1992年春,在该不育材料中发现一个不育株率达100%的系统92-438。进而根据遗传学原理,采用测交、回交等途径,于1995年首次获得几份甘蓝纯合显性不育系318P5、330L13、323P6、323P2等。近年,又获得99z180-1、99z180-3、99z516-8、99z518-15、99z520-3、99z521-5、99z521-12、99z522-6、99z523-6、99z523-16等20余份纯合显性不育系,筛选出几个配合力好、不育株率达到100%,不育度达到或接近100%,可在甘蓝制种中实际应用的显性雄性不育系,配制出一批优良的杂交组合。1997~2000年利用显性雄性不育系配制甘蓝杂交种的试验采种获得成功。逐渐建立了一整套利用甘蓝显性雄性不育系配制杂交种的新方法,申报了国家发明专利,并获得了该不育基因的RAPD、SCAR和ERPAD分子标记。两个用显性雄性不育系配制出的甘蓝杂交种中甘16号、中甘17号。2.6.2雄性不育系的鉴定经过近几年的反复鉴定,已筛选出(318P5×156)Ms、01-20Ms、01-216Ms、01-425Ms、23202Ms等优良的显性雄性不育系,它们的共同特点是不育性稳定,不育株率达100%,不育度除23202Ms为98%外,其余均为100%,其中(318P5×156)Ms已经过1996~2000年连续5a(年)在阳畦、露地、温室等不同条件下鉴定,不育株率及不育度均为100%。经济性状比较整齐,有良好的配合力,用它们配制的杂交种,明显优于用胞质不育系配制的同类组合,与用相似的自交系配制的杂交种相比,杂种优势相当或更强(表3)。2.6.3中甘17号与黑丰16号生长性状比较中甘16号为早熟秋甘蓝一代杂种(图6),母本为雄性不育系01-20Ms,父本为自交系94-111。植株开展度平均为53.1cm,叶色绿,叶质脆嫩,蜡粉中等,中心柱4.0~6.0cm,叶球紧实,近圆形,单球质量平均1.46kg。早熟性好,从定植到收获60~65d(天)。主要适于华北、东北、西北及西南部分地区早秋栽培。在1997、1998两年的各6个区试点中,中甘16号表现早熟;是5个参试品种中产值最高,中心柱最短,紧实度最好的品种。1997年比对照夏光平均早熟15d(天),每667m2增值268.1元,1998年比对照黑丰早熟8.8d(天),增产12.2%,每667m2增值695.7元,比对照夏光早熟10.7d(天),增产6.7%,每667m2增值453.4元。在1998年的生产示范中,中甘16号在4个示范点的平均每667m2产量是3762.1kg,比早熟对照黑丰早熟8.8d(天),增产21.2%,每667m2产值2127.0元,比对照黑丰增收667.2元。中甘17号为春秋兼用以春季种植为主的早熟甘蓝一代杂种(图7),母本为雄性不育系1-216Ms,父本为自交系2-6-2。植株开展度平均为57.8cm,叶色绿,叶质脆嫩,蜡粉中等,中心柱5.8cm左右,叶球紧实,近圆形,单球质量平均0.95~1.27kg。早熟性好,秋季从定植到收获60d(天)左右;春季从定植到收获约55d(天)。主要适于华北、东北、西北春季种植,也可在上述地区秋季种植。在1997~19993a(年)的各6个区试点中,中甘17号在5个参试品种中表现最早熟;且产值高,中心柱短,紧实度好。3a(年)区域试验总平均比对照黑丰早熟10.7d(天),平均每667m2增值170.8元。1998~1999两年4个示范点平均每667m2产量为3759.1kg,比对照黑丰增产6.9%;平均熟性65.9d(天),比对照早熟8.3d(天);平均每667m2产值2185.0元,比对照增收337.7元。1999和2000年春季在本所农场种植,从定植到收获54d(天),折每667m2产4095.0kg,比对照8398增产5.8%;折每667m2产值2047.5元,比对照增收118.8元。3胡萝卜胞质改性材料70年代以来,先后发现或引进几种类型甘蓝雄性不育材料,经研究表明:1983年由小平头甘蓝自然群体中发现由隐性单基因控制的雄性不育材料83121ms,其不育株叶色正常,结实性及配合力好,但不育株率仅能达到50%。1980年由荷兰引进的黑芥胞质甘蓝不育材料CMSN78091,其不育株叶色正常,但多数不育花不能完全开放,蜜腺小,且不育株率仅33.9%~60%。1978年由美国威斯康辛大学引进的萝卜胞质不育材料CMSR1409等及其转育后代不育性稳定,但开花结实不良,且低温下叶色黄化。以上3类材料在甘蓝育种实践中应用有较大困难。1994年由美国康奈尔大学引进的经改良的萝卜胞质不育材料CMSR29551等,不育性稳定,低温下叶色