油菜芥甘種間培育漸滲系研究進展

楊　超

【摘要】油菜是我國主要的油料作物。通過芥甘種間雜交，培育出一些具有父母本優良遺傳特性的種間雜種后代，豐富油菜種質資源，對于油菜育種具有重要意義。

【關鍵詞】油菜；芥苷種；漸滲系；研究進展

油菜是主要的油料作物之一。菜籽油是良好的食用油和工業用油；菜籽餅含有豐富的蛋白質和平衡的氨基酸組成，是發展畜禽漁業的良好蛋白飼料源。隨著農業產業結構的調整，養殖業的大力發展，我國需要更多的飼料蛋白源。對傳統的油菜產品品質分析表明，中國菜油中含有占總脂肪酸4O%～5O%的芥酸和10%左右的亞麻酸，嚴重影響了菜油的食用品質[1]；菜籽餅中含有硫代葡萄糖苷(簡稱硫苷)等可轉化為有毒的物質，使得菜籽餅難以作為家禽等動物的蛋白飼料源。為了改良油菜產品的品質，近3O多年來，各國科學工作者都先后開展了油菜品質改良的研究工作，不僅改善了菜籽油的食用品質，成為“最健康的食用油”[2]；而且降低了菜籽餅中有害物質的含量，使之成為有效的蛋白飼料源，大大發揮了油菜籽的利用價值。

芥菜型油菜甘藍型油菜雜交育種屬于不同種間的雜交育種，面臨著雜交不親和、雜種不育和雜種后代分離大、穩定性慢等遠緣雜交育種經常碰到的問題。為了克服這些問題，提高芥甘種間雜交效率，目前主要的研究集中在親本選擇選配、雜交模式和雜交環境、雜種鑒定、克服雜種不育的方法、雜種后代的選擇等方面。

一、芥甘雜交親本選擇選配

芥甘雜交親本選擇選配應考慮需改良的性狀、培育品種的類型等。如需通過芥菜型油菜雜交改良甘藍型油菜品種，對芥菜型油菜親本選擇應考慮兩個方面：供體性狀和生態適應性狀。芥菜型油菜可提供的性狀有：角果數多，黃籽類型多，含油量高、抗病、抗倒伏、抗旱、根系吸收能力強、polCMS類型育性恢復基因等，但與甘藍型油菜比，芥菜型油菜存在分枝纖細、角粒數少、籽粒小、催化油酸、亞油酸脫氫酶活性高、很少有抗病毒病、霜霉病的種質資源、沒有低硫苷資源等，因此在甘藍型油菜親本選配時應該注意加以克服，宜選用分枝粗、角果長、粒多粒大、雙低或三低（低芥酸、低硫苷、低亞麻酸）、高產抗病的品種。在生態適應性方面，芥菜型油菜一般為強感光春性類型、耐濕性差，與我國長江流域油菜的生態類型（半冬性弱感光、耐濕不早衰）相反，因此選擇芥菜型油菜親本時，應以開花要求的臨界日長短、耐濕性好的長江流域芥菜型油菜種質為主。雖然在各類油菜種至今未發現可交配性基因，但品種間或基因型間在可交配性上存在差異，因此在親本選配時應盡可能注意親

本的可交配性大小。

二、芥甘雜交模式和雜交環境選擇

植物種間雜交遇到的第一個問題是雜交的不親和性，甘藍型油菜×芥菜型油菜雜交同樣有這個問題。大量研究表明，盡管甘藍型油菜×芥菜型油菜雜交受精指數高于反交，但可交配指數反而低于芥菜型油菜×甘藍型油菜，這是因為雜種胚和胚乳發育遲緩，胚到心型期后不能繼續正常發育，胚乳停滯在游離核階段并最終敗育所致，甘藍型油菜×芥菜型油菜很難獲得雜種種子，且得到的少量種子成苗后60%是偏母植株，難以獲得真雜種[3]。利用甘藍型油菜雄性不育系作母本進行雜交，也能提高結實率，在從芥菜型油菜轉育細胞質雄性不育恢復基因時可以采用這種配組方式。

為了克服甘藍型油菜芥菜型油菜雜交不親和性，曾使用過離體胚拯救技術和提出過培育可交配系的途徑，但都未能廣泛利用。湖南農業大學在計算長沙春季和昆明夏繁時配制的甘藍型油菜×芥菜型油菜雜交組合的雜交親和性時，偶然發現在昆明夏繁時配組雜交親和性顯著提高，受精指數高達2倍以上，分析這兩地雜交時的生態環境，認為昆明夏繁時的高溫長日照條件改變了母本甘藍型油菜的生理狀態，有利于加速花粉管進入胚囊，增加受精的胚珠數，同時減緩雜種胚的敗育有關。后來在天祝夏繁時又觀察到類似結果。天祝與昆明兩地夏季具有晝夜溫差大，日照時間長的共同特點，是晝夜溫差還是日照長度或者兩者共同影響甘藍型油菜×芥菜型油菜雜交不親和性有待進一步研究，Rashid等在人工氣候室的高溫長日條件下進行雜交，親和指數也高。在海南島12月末至2月初氣

溫最低，進行棉花種間雜交，可以使結實率明顯提高，從而獲得種間雜種。

三、芥甘雜種鑒別的方法

甘芥種間雜交F1代除了真雜種外，還有假雜種和偏母植株，因此對甘芥種間雜交F1代植株必須進行鑒別。鑒別的方法除了細胞學鑒別外，還有形態發育特征鑒別、分子標記分析鑒別和花期育性鑒別等[4]。

甘芥雜種F1代植株形態發育性狀可分為三類：(1)類似親本，表現親本性狀顯性遺傳，如甘藍型油菜的五蠟粉性狀，中頻顏色，芥菜型油菜的紫葉、抗裂莢、抗黑脛病和對長日照敏感等性狀；（2）介于雙親之間，如葉片形態和花瓣大小；（3）超過雙親，如營養生長繁茂和根部結瘤，這類性狀是種間雜種優勢的表現。湖南農業大學根據顯性標記性狀對真假雜種的鑒別結果表明[5]，芥甘雜種F1代幾乎全是真雜種，但甘芥雜交F1代真雜種率低，只有40%。

隨機擴增多態性DNA(RAPD)標記在芥甘種間雜種中表現為顯性，雜種F1代表現出雙親特征帶，可用于芥甘雜種真假鑒別。

甘芥雜種F1植株花藥形態和大小正常，產生花粉，但由于減數分裂異常，不能形成正常的花粉粒，花粉沒有活力。可以通過花粉染色觀察判斷甘芥雜種F1植株的真假，真雜種的花粉用醋酸洋紅染色可染率最多只有20%左右。

四、克服芥甘雜種不育的方法

F1自交幾乎不結實，自由授粉只有30%角果結實，每角果1或2粒種子。為了克服遠緣雜種不育、控制分離范圍、縮短育種周期，一般是將F1植株回交，但芥菜型油菜×甘藍型油菜F1與甘藍型油菜回交授粉100朵花一般也只能得到大約10粒種子，BC1代植株根尖細胞有36-60條以上染色體，其中半數以上植株有38條染色體，BC1代植株有中間型、偏甘藍型、偏芥菜型等多種類型，育性低且分離，用它們再回交依然結實困難。因此如不需要嚴格定向轉育，只要將F1代單獨或與甘藍型油菜一同隔離種植，任其自由授粉，收獲雜種一代植株上的種子即可[6]。

為了提高雜種一代的結實性，應適當提早秋播，延長營養生長期，但必須注意雙親的溫光生態特點，感光、感溫性弱的組合播種過早會找出年前開花。雜種一代不可夏繁加代，因為夏繁加代時，營養生長期縮短，不利于得到種子。

甘芥雜種F1能產生部分有活力的花粉，由F1植株分離小胞子進行培養能再生植株，也能加速穩定過程，縮短育種周期。

五、芥甘雜種后代的選擇方法

理論上芥甘雜種F1植株體細胞染色體數目為2n=37，減數分裂時應形成10Ⅱ+17Ⅰ的染色體構型，但由于B和C染色體組具有部分同源性，導致異源聯會，減數分裂時最多可形成14Ⅱ[7]。以單價體數目為9計算，芥甘雜種F1形成具有18或19條染色體配子的頻率為24.61%，合計為49.22%，這樣的雌雄配子相互受精形成具有36~38條染色體的合子頻率為24.22%。芥甘雜種親本、雜種F1、F2和BC1代的RAPD初步分析顯示，芥甘種間雜種后代分離并不是完全隨機的，而是扭曲的，來自芥菜型油菜親本的遺傳物質比來自甘藍型油菜親本的遺傳物質更容易丟失。

芥甘雜種F2代分離廣泛，出現超親變異類型。根據植株葉形，可將F2植株大致分為4類：偏甘藍型、中間型、偏芥菜型和其他類型，其中中間類型的植株最多，占80%以上，其次是偏芥菜型油菜類型和偏甘藍型油菜類型植株，白菜型油菜類型植株和生長不正常植株不到5%。F2植株育性介于F1與親本之間，花粉可染色率為11.2%-97.2%，約1/4的植株花粉可染率正常或接近正常。F2植株角果長度可分為3類，第一類角果長度介于F1與芥菜型油菜之間，約一半的F2植株屬于這一類，第二類角果長度介于雙親之間，占1/3左右；第三類角果長度超過甘藍型親本。F2代結實率恢復正常的植株為10%左右。隨著角果長度增加，每角粒數和能發育成種子的胚的白茯苓相應增加。花粉活性、角果長度、每角種子數和單株種子重之間顯著或極顯著正相關，因此在花期應進行花粉育性選擇，在成熟時應盡可能選留具有正常角果的植株。

目的性狀的選擇應根據其遺傳方式進行。甘藍型油菜、芥菜型油菜A組染色體攜帶的光葉基因、紫色葉基因在攜帶有這些基因的雜種植株苗期都會表達，因此可直接針對目標性狀進行選擇。雖然在F2、F3等早期世代，分離遵循孟德爾分離法則，但隨著世代的遞增，分離逐步正常。對脂肪酸含量等性狀可由雜種一代植株上收獲的種子進行半粒法分析、篩選，但分析麻煩、費用高，一般應從F2、F3植株上收獲種子進行分析，得到的優良重組體能夠穩定遺傳。芥菜型油菜黃色種皮受兩對隱性基因控制，而且種皮顏色是由母體基因型決定的，用黃籽芥菜型油菜與甘藍型油菜雜交試圖將黃籽性狀轉移到甘藍型油菜，理論上F2代可分離出黃籽植株，事實上湖南農業大學油料作物改良中心在一些組合的F2代找到黃籽單株，只是黃籽植株頻率低，但經過進一步自交純化和篩選，黃籽頻率可以顯著提高。

芥甘雜種F2代主要選育性，把選育的育性正常或基本正常、具有目標性狀的植株單株種植，每一株系種植的群體盡可能大，F3代提高選擇強度，對形態發育、育性和目標性狀進行綜合選擇，到F4代已趨于穩定，可沿用品種間雜交育種程序。

隨著育種研究工作的不斷深入發展，作物種內的遺傳資源利用日益枯竭，遠緣雜交可轉移異種屬的遺傳物質。油菜是我國主要的油料作物，在國民經濟中占有很重要的地位。目前我國主要栽培的甘藍型油菜由國外引進，種質資源極為有限；芥菜型油菜起源于我國，與栽培種甘藍型油菜相比，芥菜型油菜具有許多優良特性，如：角果數多，黃籽類型多，含油量高、抗病、抗倒伏、抗旱等特點。通過芥甘種間雜交，將芥菜型油菜有益基因轉移到甘藍型油菜中，通過連續多代自交純化結合定向選擇，培育出一些具有父母本優良遺傳特性的種間雜種后代，豐富油菜種質資源，對于油菜育種具有重要意義。

參考文獻

[1]劉后利．實用油菜栽培學．上海：上海科技出版社，l987：565-568.

[2]徐義傻等．中國主要油菜品種芥子苷含量分析．中國油料，1982，O)：23-27.

[3]劉忠松,官春云1 油菜遠緣雜交育種的主要障礙及其克服方法[J].作物研究,1995,9(4): 1-7

[4]劉忠松，官舂云．芥菜型油菜感光性初步研究．作物研究，1995，9(增刊)：69-71

[5]劉忠松，官春云，陳社員．芥菜型油菜感溫性初步研究//中國作物學會油料作物專業委員會．食物與能源安全戰略中的中國油料．北京：中國農業科學技術出版社 2004，203-207

[6]張榮琦,陳春環,趙曉農,等。The study on selection of wheat varieties wit h distant hybrid technique [J]。農藝科學,2006,22( 6):186-1881.