董普輝，朱先玉，程亞丹，望俊森，陶林偉，黃 丁

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

小麥T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系T9023A的選育及育性恢復(fù)研究

董普輝，朱先玉，程亞丹，望俊森，陶林偉，黃 丁

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

為了豐富T型雜交小麥的不育系和恢復(fù)系資源，以優(yōu)質(zhì)多抗小麥品種鄭麥9023為輪回親本，對(duì)T型小麥細(xì)胞質(zhì)雄性不育系T504A連續(xù)回交選育不育系，研究其雄性敗育特點(diǎn)，并進(jìn)行恢復(fù)系鑒定和育性恢復(fù)的遺傳分析。結(jié)果表明：回交轉(zhuǎn)育獲得不育系T9023A，其不育性穩(wěn)定,雄性敗育徹底，花藥干癟細(xì)長(zhǎng)、不開(kāi)裂，I2-KI染色顯示,花粉敗育類(lèi)型為圓敗和典敗。以具有野燕麥(Q型)細(xì)胞質(zhì)的小麥品種川農(nóng)26和川農(nóng)27與T9023A測(cè)交，其測(cè)交F1自交結(jié)實(shí)率(國(guó)內(nèi)法)分別為80.3%和62.6%，川農(nóng)26對(duì)T9023A的恢復(fù)能力更強(qiáng)一些。T9023A/川農(nóng)26的F2群體可育株與不育株分離比符合15∶1，表明川農(nóng)26攜帶有T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育的2對(duì)主效恢復(fù)基因。

小麥； 細(xì)胞質(zhì)雄性不育； 回交轉(zhuǎn)育； 育性恢復(fù)

利用雜種優(yōu)勢(shì)是提高小麥產(chǎn)量的一條重要途徑[1-2]。自1951年Kihara獲得尾狀山羊草(Aegilopscaudata)細(xì)胞質(zhì)雄性不育系以來(lái)[3]，細(xì)胞質(zhì)雄性不育(CMS)成為小麥雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上先后發(fā)現(xiàn)了70多種不同類(lèi)型的異源細(xì)胞質(zhì)小麥雄性不育系，但其中絕大多數(shù)具有明顯的不良細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)，僅有T型(Triticumtimopheevii)、K型(Aegilopskotschyi)和V型(Aegilopsventricosa)CMS用于雜交小麥生產(chǎn)[1,4-5]。因此，加強(qiáng)T、K、V型不育系的研究對(duì)小麥雜種優(yōu)勢(shì)利用具有重要意義。

小麥T、K、V型3種不育系各有優(yōu)缺點(diǎn)。小麥T型不育系育成較早[6]，其不育性穩(wěn)定、敗育徹底，不良細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)較少，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛研究。然而,后來(lái)發(fā)現(xiàn)T型不育系存在種子皺縮、發(fā)芽率低、恢復(fù)源極少、恢復(fù)性復(fù)雜等問(wèn)題[4-5,7]，使T型雜交小麥的發(fā)展受到很大限制。小麥K、V型不育系克服了T型不育系的一些缺點(diǎn)，二者既易保持又易恢復(fù)，但在普通小麥中K、V型不育系的高恢復(fù)力品種卻很少，這給強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的選配帶來(lái)不少困難[4-5,7]。因此，國(guó)內(nèi)外一直試圖通過(guò)不育系改良和恢復(fù)源的挖掘來(lái)克服上述問(wèn)題。

自2007年開(kāi)始，河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥遺傳育種課題組以小麥T型不育系T504A為母本，通過(guò)連續(xù)回交將正在推廣應(yīng)用的幾個(gè)小麥優(yōu)良品種轉(zhuǎn)育成了新的T型不育系(未發(fā)表)。川農(nóng)26和川農(nóng)27是具有野燕麥(Q型)細(xì)胞質(zhì)的2個(gè)育性正常的普通小麥品種。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Q型細(xì)胞質(zhì)小麥不育系的恢保關(guān)系與T型不育系基本一致[8]。為拓寬小麥T型不育系的恢復(fù)源，很有必要鑒定川農(nóng)26和川農(nóng)27對(duì)T型不育系的恢復(fù)能力。為此，介紹了T型不育系T9023A的回交轉(zhuǎn)育過(guò)程，研究其雄性敗育特點(diǎn)，并進(jìn)行了恢復(fù)系鑒定和育性恢復(fù)的遺傳分析，以期豐富T型不育系的恢復(fù)源。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試材料

試驗(yàn)在河南科技大學(xué)周山校區(qū)試驗(yàn)田進(jìn)行。小麥T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系T504引自西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院。鄭麥9023引自河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所。川農(nóng)26和川農(nóng)27均是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的具有野燕麥細(xì)胞質(zhì)的普通小麥品種。

1.2 不育系選育方法

采用連續(xù)回交法進(jìn)行不育系的回交轉(zhuǎn)育。不育系轉(zhuǎn)育過(guò)程育性鑒定以目測(cè)為主，結(jié)合花粉粒I2-KI染色方法進(jìn)行。

1.3 恢復(fù)系鑒定

2013年4月,以川農(nóng)26和川農(nóng)27為父本分別與T9023A雜交，同年10月播種2個(gè)組合的F1種子。2014年4月，對(duì)雜交F1隨機(jī)套袋10穗，灌漿后期調(diào)查自交結(jié)實(shí)率(國(guó)內(nèi)法)。自交結(jié)實(shí)率=小穗基部小花結(jié)實(shí)總數(shù)/(有效小穗數(shù)×2)×100%。

1.4 恢復(fù)性遺傳分析

2014年10月秋播(T9023A/川農(nóng)26)F2，2015年在F2群體揚(yáng)花前每株套袋1穗自交，灌漿后期調(diào)查育性。參照李紅霞等[9]和詹克慧等[10]的研究方法，以結(jié)實(shí)率10%作為不育株與可育株的劃分界限，采用χ2測(cè)驗(yàn)法對(duì)育性分離比例進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 T9023A的選育過(guò)程

2007年4月,以T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系T504A為母本，鄭麥9023為父本雜交2穗；2007年10月播種F1，2008年4月，揚(yáng)花期，目測(cè)F1表現(xiàn)為全不育，套袋自交也未發(fā)現(xiàn)結(jié)實(shí)，用鄭麥9023成對(duì)回交3 對(duì)；2008年10月,播種3個(gè)BC1F1和對(duì)應(yīng)的父本株系，2009年4月，經(jīng)目測(cè)，3個(gè)BC1F1均表現(xiàn)為全不育，于是選擇與鄭麥9023性狀相似的不育株，用對(duì)應(yīng)父本株系繼續(xù)成對(duì)回交5對(duì)；2009年10月，播種5個(gè)BC2F1和對(duì)應(yīng)的父本株系，2010年4月，5個(gè)BC2F1均表現(xiàn)為全不育，在性狀比較整齊且與鄭麥9023相似的不育株行中，再選擇與鄭麥9023性狀更相似的不育單株，分別用對(duì)應(yīng)父本株系成對(duì)回交多對(duì)。重復(fù)上述方法進(jìn)行選擇和回交。2013年4月，BC5F1表現(xiàn)為完全不育，植株農(nóng)藝性狀整齊一致，與鄭麥9023無(wú)明顯差異，說(shuō)明以鄭麥9023為保持系的T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系T9023A轉(zhuǎn)育成功。

2.2 T9023A敗育的生物學(xué)特性

在揚(yáng)花期，進(jìn)行田間觀察發(fā)現(xiàn)，T9023A穗子蓬松，穎殼開(kāi)張較大，花絲發(fā)育不良，花藥幾乎無(wú)外露，套袋自交始終未發(fā)現(xiàn)結(jié)實(shí)現(xiàn)象，敗育很徹底；而鄭麥9023開(kāi)花散粉良好，結(jié)實(shí)性正常。在花藥外部形態(tài)上，T9023A花藥干癟，細(xì)長(zhǎng)瘦小，均不開(kāi)裂(圖1)。取T9023A的成熟花藥，進(jìn)行花粉粒I2-KI染色，鏡檢發(fā)現(xiàn)所有花粉粒均對(duì)I2-KI溶液無(wú)染色反應(yīng)，部分花粉粒呈圓形，為圓敗；另一部分花粉粒皺縮，形狀不規(guī)則，為典敗(圖1)。說(shuō)明T9023A花粉敗育類(lèi)型為圓敗和典敗。

2.3 恢復(fù)系的鑒定

由表1可知，川農(nóng)26和川農(nóng)27與T9023A組配的2個(gè)雜交F1的平均自交結(jié)實(shí)率分別為80.3%和62.6%，表明這2個(gè)具有Q型細(xì)胞質(zhì)的普通小麥品種對(duì)T9023A均有恢復(fù)能力，但川農(nóng)26的恢復(fù)能力更強(qiáng)一些。由表1還可以看出，2個(gè)雜交F1的結(jié)實(shí)率變幅分別為73.2%～85.4%和0～88.2%，變異系數(shù)分別為15.3%和45.7%，表明川農(nóng)26對(duì)T9023A的恢復(fù)能力比川農(nóng)27更穩(wěn)定。這可能與川農(nóng)26含有較多的恢復(fù)基因有關(guān)。

圖1 T9023A的花藥形態(tài)(A)及花粉I2-KI染色結(jié)果(B)

表1 2個(gè)雜交組合F1的育性表現(xiàn) %

2.4 川農(nóng)26的恢復(fù)性遺傳分析

圖2 T9023A/川農(nóng)26的F2代群體的育性分布

3 結(jié)論與討論

在眾多的小麥細(xì)胞質(zhì)雄性不育系中，T型不育系在世界范圍內(nèi)得到了廣泛研究，這主要是因?yàn)槠湫坌詳∮龔氐?，不育性不受環(huán)境變化影響，并且不良細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)較少等[4-5,7]。目前,T9023A已回交8代，各世代回交時(shí)始終表現(xiàn)完全不育，其他幾份T型不育系在轉(zhuǎn)育過(guò)程中也未發(fā)現(xiàn)有自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象。T型不育系穩(wěn)定的不育性表現(xiàn)可能與其花粉敗育時(shí)期較早有一定關(guān)系。本研究中，T9023A的花粉敗育類(lèi)型為圓敗和典敗，與前人研究結(jié)果一致[11-12]，說(shuō)明不同T型不育系材料的花粉敗育特點(diǎn)相似。T型不育系不僅不育性很穩(wěn)定，而且保持系資源極為豐富，因此，可以利用溫室加代條件，一年多代加快不育系的回交轉(zhuǎn)育進(jìn)程，從而獲得更多的優(yōu)良不育系。從應(yīng)用角度考慮，回交轉(zhuǎn)育的父本材料應(yīng)具備矮稈、抗病、優(yōu)質(zhì)、配合力高、散粉好等優(yōu)點(diǎn)。由于T型不育系常存在種子皺縮的問(wèn)題[5,7,13]，回交父本要有良好的籽粒飽滿度。

T型小麥不育系的最大問(wèn)題在于恢復(fù)源太少，一般普通小麥品種中不易找到恢復(fù)能力高且穩(wěn)定的恢復(fù)系，這極大地增加了強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合的選育難度[7-8,12]。經(jīng)過(guò)幾十年努力，至今發(fā)現(xiàn)了11個(gè)不同的T型恢復(fù)基因(Rf1—Rf11)，這些恢復(fù)基因大多數(shù)來(lái)源于小麥野生近緣種[5,14]。T型小麥不育系完全恢復(fù)其不育性所需的恢復(fù)基因數(shù)目較多，采用傳統(tǒng)方法選育恢復(fù)系的難度和工作量很大。隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，至今已開(kāi)發(fā)出Rf1、Rf3、Rf4、Rf6、Rf8等T型恢復(fù)基因的分子標(biāo)記[15-20]，利用分子輔助選擇技術(shù)將這些恢復(fù)基因累加，將可大大提高優(yōu)良恢復(fù)系的選擇效率。本研究結(jié)果證實(shí)，具有Q型細(xì)胞質(zhì)的川農(nóng)26和川農(nóng)27對(duì)T型不育系具有恢復(fù)能力，其中T9023A/川農(nóng)26的F1自交結(jié)實(shí)率達(dá)到80.3%，遺傳分析表明,川農(nóng)26攜帶有2對(duì)T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育主效恢復(fù)基因。目前,本課題組正在進(jìn)行川農(nóng)26恢復(fù)基因的分子標(biāo)記定位和恢復(fù)系選育工作，以期為T(mén)型雜交小麥研究提供新的恢復(fù)基因和優(yōu)良恢復(fù)系。

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Study on Breeding of T-type Wheat CMS Line T9023A and Its Fertility Restoration

DONG Puhui,ZHU Xianyu,CHENG Yadan,WANG Junsen,TAO Linwei，HUANG Ding

(College of Agriculture,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023,China)

In order to enrich the resources of cytoplasmic male sterile(CMS) lines and restorer lines for T-type hybrid wheat,the elite wheat variety Zhengmai 9023 was used as the recurrent male parent to backcross with T-type CMS line T504A to breed new CMS line,and its male abortive characters as studied,the restorer lines were identified,the genetic analysis of fertility restoration were done.The results showed that a completely male sterile line T9023A was obtained through successive backcrossing.The anther of T9023A was shriveled,slender and no crack.The pollen grains of T9023A were irregular or spherical in shape and unstainable with I2-KI solution.By crossing T9023A with wheat variety Chuannong 26 and Chuannong 27(both havingAvenafatuacytoplasm),two F1hybrids were obtained.And their selfed seed fertility(domestic method) were 80.3% and 62.6%,respectively.The restoring capability of Chuannong 26 for T9023A was much higher.Segregation for fertility∶sterile in F2populations of T9023A/Chuannong 26 fitted the ratio of 15∶1 .This result suggested that Chuannong 26 contained 2 pairs of major restorer genes for T-type CMS.

wheat; cytoplasmic male sterility(CMS); backcross breeding; fertility restoration

2016-10-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1304320,U1304318)；河南科技大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2015136)

董普輝(1975-)，男，陜西戶縣人，副教授，博士，主要從事小麥雜種優(yōu)勢(shì)利用和小麥新品種選育研究。 E-mail：dongpuhui@sina.com

S512.1

A

1004-3268(2017)03-0025-04