01-3A芹菜雄性不育材料的遺傳特點研究

高國訓 靳力爭 魯福成 陸子梅 任志雨 于槐

（1.天津市農業高新技術示范園區管理中心，300381；2.天津市園藝工程研究所；3.天津農學院）

01-3A芹菜雄性不育材料的遺傳特點研究

高國訓1靳力爭2魯福成2陸子梅2任志雨3于槐3

（1.天津市農業高新技術示范園區管理中心，300381；2.天津市園藝工程研究所；3.天津農學院）

研究了芹菜雄性不育材料01-3A的不育度、遺傳特點和穩定性。I2-KI染色法鏡檢發現，01-3A花藥內沒有成熟花粉粒，敗育徹底。利用01-3A進行測交、回交、正反交得到的后代群體育性表現說明，01-3A不育性由細胞核內一對隱性基因控制，符合隱性核不育遺傳模式，不受其他基因影響，不存在復等位基因或其他互作基因效應，而且與細胞質無關。01-3A不育性不受季節性溫度變化影響。

芹菜 雄性不育 遺傳特性

雄性不育系是作物雜交育種的一種理想親本材料，可以提高雜交率，減少人工制種成本，目前已成功應用于多種蔬菜一代雜種生產。有關芹菜雄性不育系的研究報道目前還較少，美國加州大學Quiros等[1]于1986年報道過一例野生芹菜中發現的雄性不育材料，此材料的不育性由一對隱性核基因控制，其結籽率比正常植株低30%，此后沒有發現用于雜交育種的相關報道。2002年，筆者在一個西芹高代自交系01-3采種田內發現雄性不育材料01-3A，在隨后的幾年里，對01-3A的農藝學特性[2]和花藥發育細胞學[3]進行了系統觀察，同時還著力研究了01-3A不育性的遺傳特點，旨在為更加高效地利用此材料進行芹菜雜交育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

芹菜雄性不育材料01-3A發現于自交系01-3中，用于遺傳測交的試驗材料有自交系01-3中多個可育株系以及01-9，01-17，02-5，03-1等30多個優良自交系。

1.2 試驗方法

①不育度測定 采用I2-KI染色法，在芹菜大蕾期，取不育株01-3A和正常可育株的花藥，放在載玻片上，對準花藥加1滴I2-KI溶液，蓋上蓋玻片，輕壓，使花藥壁破碎，使花粉粒直接浸在I2-KI溶液中進行染色，根據花粉顏色變化判斷雄性不育度。

②細胞核隱性基因效應 以自交系01-3中的雄性不育株01-3A為母本，分別以同系內正常可育株，01-9，01-17，02-5自交系為父本進行測交。翌年調查各組合F1代群體育性表現情況，并從每個雜交組合后代群體中選擇10株左右可育株分別進行自交得到F2，第2年分別調查F2群體育性分離情況。同時以F2群體中不育株為母本進行回交得到BC1，下一年分別調查BC1群體育性表現。通過x2測驗判斷雄性不育性狀的細胞核隱性基因效應。

③細胞核復等位（或互作）基因效應 以01-3A作母本，以01-12等30個自交系作父本進行測交，觀察F1、F2群體育性表現，通過x2測驗，依據張書芳等[4]和馮輝[5]提出的遺傳模式假說，判斷雄性不育性狀的細胞核復等位基因或互作基因效應。

表1 系內兄妹交、可育株自交后代的育性分離表現

④細胞質效應 以01-3A作母本，02-5和02-9兩個黃色種品系作父本進行雜交，可以得到正常可育的正交F1。因為芹菜黃色種的葉柄黃色相對于綠色種的葉柄綠色為隱性性狀，由一對隱性基因控制，所以正交F1的葉柄顏色全部為綠色。以02-5和02-9作母本，正交F1為父本進行反交，從反交F1中選取綠色葉柄單株各12株，分別進行自交，對各個F2后代群體育性表現分別調查并進行x2測驗，根據測驗結果分析雄性不育性狀的細胞質效應。

表2 01－3A與其他自交系雜交的F2代和回交一代育性表現

表3 01－3A與01－5等30多個自交系雜交所得的F2代育性表現（x=3.841）

表3 01－3A與01－5等30多個自交系雜交所得的F2代育性表現（x=3.841）

組合 不育株/可育株期望比例，x2值 x2值01-3A×01-5 27/105 1∶3，0.3636 01-3A×02-18 22/73 1∶3，0.087701-3A×01-9 30/111 1∶3，0.8534 01-3A×02-23 22/78 1∶3，0.333301-3A×01-12 19/81 1∶3，1.6133 01-3A×02-24 18/60 1∶3，0.068401-3A×01-17 35/125 1∶3，0.6750 01-3A×02-25 13/45 1∶3，0.092001-3A×01-18 24/80 1∶3，0.1154 01-3A×03-1 32/89 1∶3，0.223101-3A×01-20 16/53 1∶3，0.0435 01-3A×03-2 26/79 1∶3，0.003201-3A×01-24 21/70 1∶3，0.0916 01-3A×03-3 19/58 1∶3，0.004301-3A×01-27 25/83 1∶3，0.1111 01-3A×03-4 28/81 1∶3，0.076501-3A×02-3 16/55 1∶3，0.1174 01-3A×03-7 17/65 1∶3，0.585401-3A×02-5 40/117 1∶3，0.0531 01-3A×03-8 25/70 1∶3，0.171901-3A×02-7 30/102 1∶3，0.2525 01-3A×03-11 20/66 1∶3，0.062001-3A×02-8 18/82 1∶3，2.2533 01-3A×04-3 26/83 1∶3，0.247701-3A×02-9 25/86 1∶3，0.2432 01-3A×04-11 32/99 1∶3，0.002501-3A×02-12 20/71 1∶3，0.2967 01-3A×04-13 16/50 1∶3，0.000001-3A×02-13 26/86 1∶3，0.1071 01-3A×04-17 18/52 1∶3，0.076201-3A×02-17 14/52 1∶3，0.3232 01-3A×04-23 26/68 1∶3，0.5106期望比例， 組合 不育株/可育株

表4 反交F2代的育性表現

⑤雄性不育穩定性試驗 在芹菜進入開花期以后，隨機選擇20株雄性不育株，定株連續觀察整個花期內各級花穗中的雄性不育性表現。

2 結果與分析

2.1 雄性不育度的測定結果

在解剖鏡下的觀察結果表明，正常可育株的花藥內花粉粒豐富而飽滿，被I2-KI溶液染成深藍色，證明其生活力旺盛，而不育株01-3A的花藥內沒有發現花粉粒，只能看到沒被染色的破碎花藥壁，說明01-3A徹底敗育，不育度達到100%。

2.2 細胞核隱性基因效應

2003年利用不育株進行系內兄妹交，按照不同組合分別采種，2004年各組合育性分離比例經過x2測驗符合1∶1模式，同年繼續進行了多對兄妹交，并使可育株自交。2005年兄妹交F1群體育性分離比例仍然符合1∶1，而可育株自交F1出現符合1∶3的育性分離（表1）。這樣的育性分離比例符合隱性核不育遺傳模式，不育株01-3A的基因型應該為msms，而對應的正常可育株01-3B的基因型則為Msms。

為進一步驗證不育性遺傳穩定性，2003年以3個芹菜自交系01-9、01-17和02-5為父本，分別與01-3A進行雜交，得到的3個F1在花期全部表現為正常可育，3個F1分別自交得到的F2群體在花期出現了如表2顯示的育性分離，經x2檢驗符合1∶3模式，而3個F1分別與01-3A進行回交，其后代的育性比例符合1∶1，上述試驗結果說明01-3A不育性遺傳非常穩定。

2.3 細胞核復等位（或互作）基因效應

以01-3A作母本，以01-5等30個自交系作父本進行測交，所得到的F1全部表現可育，F2則全部出現育性分離（表 3），而且分離比例符合1∶3模式，說明01-3A中的不育基因沒有受到細胞核其他基因的影響，不存在復等位基因或其他互作基因效應。

2.4 細胞質效應

在正向雜交時，F1的雄性不育基因型為雜合型，其細胞質為母本01-3A的遺傳背景，經過反向雜交，反交F1的細胞質分別轉換為02-5和02-9的遺傳背景，各自的F2代依然保持著02-5和02-9的細胞質背景。在反交過程中，因為芹菜花很小，母本難以去雄，不能完全避免自交結實，所以在收獲的反交F1黃柄植株中不能排除母本自交后代，而綠柄植株肯定為反交后代，因此，從2個反交F1中分別隨機選取綠色葉柄單株各12株，進行隔離自交得到F2。在與02-5反交的12株綠柄F1中，有5株自交F2代出現育性分離，其他7株自交后全部表現可育。在與02-9反交的12株綠柄F1中，有4株自交F2代出現育性分離，其余8株自交后全部表現可育。對發生育性分離的兩個反交組合F2代不育株和可育株分別進行合并處理，經x2檢驗符合1∶3模式（表4）。這一結果表明，01-3A所攜帶的不育基因不僅在原始細胞質背景下可以得到表達，而且在其他品系細胞質背景下也可正常表達，說明該基因只與細胞核遺傳物質有關，而與細胞質無關。

表5 01－3A開花期及育性表現

2.5 雄性不育穩定性

從5月下旬開始，芹菜進入開花期，頂生花穗首先開放，隨后一級側生花穗、二級側生花穗、直到六級側生花穗依次開放，我們對不育株雄蕊的育性進行連續觀察，時間長達74 d，田間氣溫從5月下旬的18.3℃逐漸升高到7月下旬的34.3℃，所有不育株的全部小花雄蕊始終表現為敗育性質（表5），不育率達到100%，說明此雄性不育是遺傳穩定的，不受季節變化的影響。

3 結論與討論

本研究結果表明，芹菜雄性不育材料01-3A花藥敗育徹底，不受季節性溫度變化影響，符合隱性核不育遺傳模式，雄性不育性狀由細胞核內一對隱性基因控制，不存在復等位基因或其他互作基因效應，與細胞質無關。我們利用01-3A這樣的遺傳特點，使之與01-3中正常可育株進行兄妹交，已育成雄性不育兩用系01-3AB，并通過與其他自交系進行雜交組配，進一步選育成功兩個優質高產的芹菜一代雜交新品種“津奇1號”[6]和“津奇2號”[7]。

由于芹菜具有花器小、花量大、花期長而分散的開花特性，進行人工雜交操作非常麻煩，而且難以達到較高的雜交率，因此，人們以往對芹菜遺傳規律研究很少，了解不多。01-3A所具有的隱性核不育遺傳特點對于我們深入開展芹菜遺傳規律研究非常有幫助。以01-3A為母本與其他自交系進行雜交，雜交率為100%，獲得的F1育性正常，可以自交得到F2，通過觀測分析F1和F2群體性狀表現，就能夠準確判斷許多性狀的遺傳規律。

[1]Quiros C F,Rugama A,Dong Y Y,et al.Cytological and genetical studies of a male sterile celery[J].Euphytica, 1986,35:867-875.

[2]高國訓，靳力爭，陸子梅，等.芹菜雄性不育株的發現及其植物學特征[J].天津農業科學，2006，12（4）：9-11.

[3]陸子梅，高國訓，靳力爭，等.芹菜雄性不育花藥發育的細胞學觀察[J].華北農學報，2007，22（1）：120-122.

[4]張書芳，宋兆華，趙雪云.大白菜細胞核基因互作雄性不育系選育及應用模式[J].園藝學報，1990，17（2）：117-125. [5]馮輝.大白菜核基因雄性不育性的研究[D].沈陽：沈陽農業大學博士學位論文，1996.

[6]高國訓，靳力爭，陸子梅，等.優質高產雜交芹菜新品種津奇1號[J].長江蔬菜，2009（1）：3.

[7]高國訓，靳力爭，陸子梅，等.早春芹菜一代雜種‘津奇 2號’[J].園藝學報，2008，35（5）：777.

Genetic Characters of 01-3A Male Sterile Celery

GAO Guoxun1,JIN Lizheng2,LU Fucheng2,LU Zimei2,REN Zhiyu3,YU Huai3
(1.Managing Centre,Tianjin High Technology of Agriculture Spreading Area,Tianjin 300381; 2.Tianjin Institute of Horticulture Engineering;3.Tianjin Agriculture Academy)

The sterile degree,genetic characteristic and stability of 01-3A male sterile celery were studied.It was found that under the microscope,01-3A was a completely male sterile type without vigor pollens in its anther.The fertility in progenies of test cross,backcross,selfcross and reciprocal cross between 01-3A and other lines indicated that the male sterility was controlled by a pair of nuclear recessive gene,without effects of multiple alleles,epistatic gene and cytoplasm.The male sterility was stable in different temperature and seasons.

Celery;Male sterility;Genetic effect

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.007

天津市基礎研究計劃項目（07JCYBJC12100）

高國訓（1967-），男，碩士，副研究員，主要從事蔬菜遺傳育種研究，電話：022-27950031。E-mail:ggx67@126.com

2009-04-09