花椰菜雜種優勢利用與研究進展

摘 要：本文就花椰菜雜種優勢的表現、自交不親和系和雄性不育系的利用與研究、加代技術和配合力的測定做以綜述。

關鍵詞：花椰菜；雜種優勢；自交不親和；雄性不育；加代；配合力

花椰菜（Brassica oleracea L.var.botrytis L）又名菜花、白菜花，起源于地中海至北海沿岸，起初由野生甘藍進化而來，由于生長習性的演變和階段性的變異，經不同環境條件和不同目標的選擇和培育而形成的變種；加之營養豐富，適應性廣，在我國分布地區很廣，因而也成為育種者和消費者都十分喜愛的蔬菜。

花椰菜雌雄同花、昆蟲傳粉的異花授粉作物，花椰菜F1有較強的雜種優勢。許多國家在花椰菜育種工作中，早已開始利用其雜種一代；我國利用雜種一代較晚。目前利用花椰菜一代雜種有兩條主要途徑。一是利用自交不親和性，目前國內外已在生產上廣泛應用國內研究單位主要有天津市蔬菜研究所、西安市蔬菜研究、浙江省溫州三角種業有限公司、山東省萊州市東方種苗研究所、廈門市農業科學研究所等單位。二是利用雄性不育性。利用雄性不育系配制一代雜種能克服自交不親和系所帶來的親本繁殖難度大，親本多代自交易退化，雜交率易受留種環境制約等缺點。歐、美、日等國在該方面已有深入研究，并配出組合在生產上廣泛應用[1]，但國內花椰菜雄性不育性研究方面報道較少。川沙縣蔬菜技術推廣站（1987）在國內率先初步選育出84414-5雄性不育兩用系[2]。浙江省樂清市遠東花椰菜種苗場是國內首家利用雄性不育系進行花椰菜一代雜交制種的單位并選育出由不育系配制的“特早50天”和“早花45天”花椰菜，且已應用于生產[3]。隨后福州市蔬菜科學研究所、浙江溫州市農科所、中國科學院上海植物生理研究所、浙江省樂清市遠東花椰菜種苗場、樂清市遠東花椰菜研究所、浙江省農科院園藝研究所、福建省農科院等單位也都有花椰菜雄性不育系利用的研究。本文主要綜述了花椰菜的自交不親和系和雄性不育系利用與研究。

1 花椰菜雜種性狀優勢的表現

1.1 豐產性好

姜平等（1996）利用雄性不育系配制花椰菜一代雜種“榕花1號”平均每667m2產量2 688.0kg，比對照“福州80天”增產26.3%，比“廈花l號”增產41.1%[4]。黃文斌等（1990）選育出雜交一代花椰菜優良組合“東海明珠100天”，在各組合品比試驗中，“東海明珠100”天組合產量約為3 580kg/667m2，在所有組合中位后第一，比父本增產55%，比母本增產30%，在溫州市科委安排該市各地區試中，“東海明珠100天”667m2產量2 995kg，對照品種“溫州清江100天”667m2產量2 152kg。“東海明珠100天”比對照品種增產42.8%。1995～1999年年在省內外各地種植期間，普遍反映比當地同類品種增產30%以上[5]。

1.2 抗病性強

花椰菜一代雜種“榕花1號”與“福州80天”相比對霜霉病、黑腐病有較強的抗性[4]。雜交一代花菜優良組合“東海明珠100天”抗病性強，在浙江省及全國各地種植過程中，從未發現該品種因病害引起減產和影響商品性[5]。黃聰麗等1991年2個試驗點田間黑腐病調查結果：雜交4號病情指數比對照80天2號、80天1號明顯降低，分別低52.4%、72.1%；雜交1號病情指數比對照低42.9%。在抗黑腐病方面，雜交1號、4號表現出明顯的抗病優勢。同時，在大田生產上F1表現較強的抗蟲性[6]。

1.3 花球品質好

“豐花60”花球品質好.維生素C含量895mg/kg，蛋白質含量1.97%。“雜交1號、4號”花球經測定均呈高圓型，外型圓整緊實。其花球品質經廈門大學化驗分析，維生素C含量，1號、4號，分別比對照增加15.2mg/100g、13.29mg/100g粗纖維合量分別減少12.0mg/g、16.3mg/g；總糖含量，雜交4號高于對照，雜交1號比對照低0.29mg/g。分析結果說明，F1品質明顯超過對照品種。從風味上品嘗比較，雜交1號、4號具有福州類型和閩南類型的雙重特性，比閩南類型花椰菜的對照2號纖維少、質地細嫩、味甜、風味好[7]。

2 花椰菜自交不親和系利用與研究

2.1 花椰菜自交不親和性

兩性花植物的雌雄花器官在形態和功能上完全正常，但花期自交不結實或少結實的特性稱為自交不親和性。十字花科廣泛存在著自交不親和性，但花椰菜自交不親和性是隱性，與結球甘藍等相比自交不親和性并不普遍。

2.2 花椰菜自交不親和性的測定

花椰菜自交不親和性的常規測定方法是進行花期人工自交，根據親和指數（結籽數/授粉花數）判斷是否親和。胡立敏研究結果表明，蕾期自交親和指數的大小受諸多因素的影響，如氣候因子、營養條件、品種差異、授粉方式、授粉時間等，同時證明遺傳特性不同，其蕾期自交親和指數存在明顯的差異。對自交不親和系和弱親和系一定要在溫室或紗網隔離條件下進行人工蕾期授粉才可采種，而對于強親和系則在紗網隔離條件下稍加人工輔助授粉即可采種。不同授粉方式及不花齡的蕾，其蕾期自交授粉后的親和指數亦有差異，其中用開花前1～3天的蕾、當天剝蕾授當天花粉的親和指數較高。因而在繁殖原種或育種材料種株采種時，宜選開花前1～3天的蕾，并在當天剝蕾當天授粉，以提高種株的結實率[8]。這種方法固然實用，但有很大的不足：該法田間工作量大，測定周期長，必須在種子收獲并考種后才能計算出結果，測定效率低。由于結籽情況往往受自交授粉技術差異；植株營養狀況以及環境因素的影響，親和指數并不能完全反映不親和情況。另外；對于判斷親和與否的標準，目前還沒有形成一致的觀點。有人認為親和指數小于0.5或1才能算作不親和，有人則以親和指數小于4為標準。何啟偉等認為花期親和指數小于1而蕾期親和指數大于5且系內親和指數小于2即可[9]。采用不同的標準判斷同一個材料，常會得出相反的結論，這給有種工作帶來許多麻煩。

2.3 花椰菜自交不親和性的機制

根據植物自交不親和表現型遺傳控制方式的不同，自交不親和性分為配子體自交不親和性和孢子體自交不親和性。配子體自交不親和性由花粉粒本身的單倍體基因型決定.孢子體自交不親和性取決于孢子體的基因型，即取決于產生花粉的二倍體植株。花椰菜屬孢子體自交不親和性植物。研究表明，絕大多數孢子體自交不親和性是受到S位點（S-locus）復等位基因控制的。S基因在減數分裂前就在花粉母細胞中表達，或存在于減數分裂后期花藥的絨氈層細胞中.后來被轉運到花粉外壁中。Arusp等（1982）研究表明孢子體自交不親和基因有S2、S13、S15、S18、S24、S39和S51，其中S24、S18和S39為顯性基因。S39對S2為完全顯性或在雌蕊皆為完全顯性在花粉則等顯。黃聰麗應用隨機擴增多態性DNA（RAPD）分析方法，分別對3組花椰菜自交不親和系和自交系的基因組DNA進行差異分析。篩選出20個10bp隨機引物進行RAPD反應，擴增片段分子量在0.3～3kb之間，其中分別有3、2、3個引物在各組中擴增出差異片段5、4、5條。結果表明，花椰菜自交不親和系與自交系DNA之間存在明顯差異，擴增出的差異片段與花椰菜自交不親和性相關[10]。

2.4 花椰菜自交不親和系的選育方法

目前，花椰菜自交不親和系的選育仍采用連續多代自交篩選方法。但花椰菜與結球甘藍相比其自交不親和性并不普遍，因此有不少品種或自交系很難找到自交不親和株，為了使這些品種或自交系也能育成自交不親和系，那就需要進行自交不親和性的轉育。具體作法是：將經濟性狀優良配合力好無自交不親和株的品種或自交系與已育成的自交不親和系雜交，然后對雜交后代進行自交不親和株篩選和經濟性狀的選擇選擇的目標是育成經濟性狀優良，配合力好的新的自交不親和系。在轉育過程中如經濟性狀不符和要求時可用原品種或自交系進行一次回交；如果不親和性不符和要求時，可用自交不親和系回交然后繼續選擇。魏西榮等曾利用此法，將埃阿爾利白峰的自交不親和性轉育到60天菜花（親和指數為6.2）上，在雜種F3代，自交不親和株已占50%以上，進而育成了經濟性狀近于60天菜花的自交不親和系。程玉萍等（1997）認為在自交親和性變異較大的群體中強度選擇下是能夠選育出遺傳穩定的自交系。且1993年在C16中發現了自交不親和株，通過自交選擇得到了遺傳穩定的自交不親和系[11]。

2.5 自交不親和系的繁殖

自交不親和系多代強制自交導致嚴重退化，且蕾期人工自交耗時長、得率低。許衛東等（1996）研究證明3%食鹽水處理花椰菜能明顯提高花期自交結實指數且在繁殖花椰菜自交不親和系親本上的應用是可行的，方法簡單，節省勞力，提高制種工效，降低原種成本，具有一定實用價值[12]。利用組織培養也可快速繁殖自交系。官和等（1984）認為花球外植體的繁殖系數大，具有無性繁殖的價值。蔡軍（1984）以荷蘭香雪球花椰菜的葉片作為外殖體于修改后的培養基中，試管苗與原種比較未發現變異現象。張津來（1989）認為花椰菜下胚軸切斷離體培養對花椰菜種性的提純、良種繁育及雜種一代快繁具有一定意義。高京草等（1990）研究表明荷蘭48號花椰菜以其花序柄用M+BA0.1mg/L+NAAl.0mg/L和

MS+BA0.5mg/L+NAA0.5mg/L誘導成苗率最高，分別達360.0%和277.2%，芽苗健壯。經過鍛煉試管苗田問移栽成活率達100%[16]。張小玲等（2000）研究證明花托與子房均是未經過愈傷組織階段直接分化出不定芽的，避免了脫分化與再分化過程引起的不良變異.可保持培養材料的遺傳穩定性。因此，花托和子房是通過組織培養技術保持和繁殖天然不育突變株的最佳的外植體[13]。

3 花椰菜雄性不育系地的利用與研究

3.1 雄性不育性

在兩性花植物中雄蕊敗育現象叫做雄性不育。和其它作物類似花椰菜的雄性不育的遺傳類型分為細胞細胞質雄性不育和細胞核雄性不育。其雄性不育類型有不同的敗育表現，根據敗育發生的早晚，可以分為：（1）雄蕊退化或變形型；（2）花藥異常型；

（3）孢子囊退化型；（4）小孢子退化型；（5）花粉功能缺陷型。趙前程等對花椰菜小孢子發育過程的細胞學觀察和POD酶活性測定表明，雄性不育系花粉母細胞的減數分裂行為正常，小孢子敗育發生在四分體形成以后。導致小孢子敗育的直接原因是絨氈層細胞的肥大生長和高度液泡化，致使絨氈層與小孢子正常發育的協調關系遭到了破壞。不育花藥的過氧化物酶活性高于其保持系[17]。

3.2 花椰菜雄性不育系的選育方法

利用雄性不育系配制一代雜種.將成為花椰菜雜種優勢利用的另一個重要制種途徑。其雄性不育的主要來源是通過子自交分離、雜交轉育或利用天然不育突變株。花椰菜同大白菜一樣，自然群體中雄性不育基因出現的頻率很低，并且多表現為隱性，含有不育基因的雜合可育棟同純合不育株間的比例相差極大。團此，在自交后代中獲得雄性不育株的機會比在自然群體中多。黃健文等對77414-5自交分離出細胞核基因控制的不育類型不育株，并采用選育雄性不育兩用系的方法進行選育出84414-5核雄性不育兩用系填補了國內花椰菜雄性不育研究的空白[2]。何承坤等以Ogura不育胞質為供體，不同生育期花椰菜品種為受體，通過回交轉育獲得花椰菜異源細胞質雄性不育材料。該材料每世代均具有雄性不育特性，雄蕊主要呈戟形，少量呈瓣狀、羽毛狀、絲狀及雄蕊心皮化，極少數花藥具花粉粒，花粉粒開裂。回交轉育克服了不育胞質供體存在雌蕊功能障礙、閉蕾、敗蕾、枝頭外露以及蜜腺缺失等缺陷。姜平等用具有Ogura胞質雄性不育基因的花椰菜雄性不育材料為母本，不同的花椰菜品種為父本，連續6代回交選育，育成異源胞質雄性不育系C50-2及相應保持系5011-2填補了國內早熟花椰菜雄性不育系選育研究方面的空白[14]。李遠甫等（2002）對田間發現的不育株，選用同系自交可育株和同類型自交系作父本，進行測交、回交，每年在花期調查選育材料的不育性，選擇不育性好的材料繼續進行回交選育，經過5～6代的選育，獲得不育性穩定、經濟性狀一致的不育系。黃慶榴（1992）以花椰菜雄性不育兩用系（84414-5）的不育與可育種子、土壤栽培苗和組織培養材料（葉片、花球等）為試材，對其蛋白質組分進行比較研究。結果表明，花椰菜雄性不育兩用系不育株幼苗、嫩葉、花球等的蛋白質組分與可育株存在著一定的差異，表現為不育的多于可育的趨勢，除蛋白質組分外，還觀察到萌發7天的幼苗中蘋果酸脫氫酶同工酶不育株與可育株亦有不同，不育株的聚丙烯酰胺凝膠電泳圖譜的陽極端比可育的少一條譜帶。認為利用幼苗或植株葉片蛋白質組分的差異可以作為早期鑒別花椰菜雄性不育兩用系不育株的生理生化指標[15]。

3.3 花椰菜雄性不育遺傳機制研究

對于花椰菜雄性不育機制的研究， 國內外報道很少。Borchers（1966）在早熟紫花球品種的自交系里發現了不育株，其特征是花藥正常開裂，但花粉彼此并合，形成膠粘粉帶，花粉粒大小不同，不染色和敗育，不育性由一對隱性基因控制。Chatterjee與Swarup（1972）在印度花椰菜中也發現了不育基因，該隱性基因引起柱頭伸出花蕾外。黃健文等證明它的育性受細胞核內一對等位基因的控制。雄性不育株的基因型是msms，是由一對隱性純合不育基因所組成。不育系中雄性可育株的基因型是Ms ms，是由一個顯性可育基因和一個隱性不育基因所組成[2]。劉奎彬對花椰菜雄性不育株的形態特征進行觀察，通過雜交后代的育性表現，探討不育的遺傳機制，結果表明，花椰菜不育株可分為3種類型，即雄蕊退化型、花藥萎縮型和嵌合型；不育性由核內一對隱性基因控制[16]。Ruffio—Chable連續5年，秋種類型花椰菜回交后代中雄性不育株占1/2，而在冬種類型花椰菜回交后代中雄性不育株所占較小。同時，也研究了溫度對雄性不育株的影響，在較低溫度下，一些雄性不育株表現為部分可育；在較高溫度下雄性不育株依然表現為不育。分析表明：秋種類型花椰菜回交和自交后代分離比例符合單基因顯性遺傳；而冬種類型花椰菜回交后代包括大量可育株表現型可能受環境條件或遺傳背景的影響。

4 花椰菜加代技術的研究

4.1 小孢子培養

由于花椰菜屬于異花授粉作物，長期異交的結果，使多數植株的S基因是雜合的，自交不親和系的選育實際上就是從群體中選育出具有較強的自交不親和性的基因的純和的自交系。因此可以借助小孢子培養的方法來加速自交不親和系的選育。有關花椰菜小孢子培養的研究也不少。自從Duijs等首次報道了花椰菜小孢子培養后，楊清在1987年獲得直接經胚胎發生而再生的秋花椰菜花粉植株[17]。Okendon（1988）報道，他在英國用花藥培養方法獲得核花椰菜的小孢子胚及再生株以上研究都是在秋花椰菜上進行的[18]。楊清，曹明慶（1990）應用花藥培養技術在四個冬花椰菜基因型中獲得小孢子胚胎。同時提出培養基中加入硝酸銀能明顯促進胚胎發生。在含125mg/L硝酸銀的培養基上胚產量最高。培養基中加入0.5g/L活性碳，能提高小孢子胚胎發生頻率。另外在培養基中用瓊脂糖代替瓊脂，也能提高胚產量。W.A.Keller等曾研究了嫩莖花椰菜花藥培養中的胚胎發生，獲得的胚狀體大部分是球形胚，在胚培養基上不能很好存活下來（存活率28.88%）；植株分化率約為30.96%；

再生植抹中約有53%是單倍體植株。王懷名等在花藥和分離花粉培養中，獲得了一批有較高分化率和成活率的花藥胚狀體以及一些由分離花粉形成的胚性細胞和原胚。楊清，曹明慶（1991）通過花藥漂浮培養，成功地誘導兩個秋花椰菜基因型的小孢子胚胎發生，同時試驗表明對花椰菜小孢子胚胎發生而言，液體漂浮培養比固體培養更適宜。

研究表明，適當的預處理可以提高花椰菜花藥培養的愈傷組織誘導率。張小玲（2002）等試驗表明，磁場預處理可以明顯提高愈傷組織誘導率，以均勻磁場預處理30分鐘、磁場強度為300mT，使誘導率提高28.87%。熱處理是誘導胚狀體產地的決定性因素[19]。顧宏輝認為不同熱擊溫度與時間組合和更新培養液能顯著提高花椰菜小孢子培養胚的產量，更換培養液和冷擊預處理能明顯提高花椰菜小孢子培養胚體的質量.減少愈傷狀胚的形成。還有一些因素能影響小孢子出胚。顧宏輝等認為基因型是影響花椰菜小孢子出胚的重要因素[20]。楊清等提出培養基中加入硝酸銀能明顯促進胚胎發生。在含125mg/L硝酸銀的培養基上胚產量最高。培養基中加入0.5g/L活性碳，能提高小孢子胚胎發生頻率。另外在培養基中用瓊脂糖代替瓊脂，也能提高胚產量。在小孢子培養初期更新培養液能提高胚體質量，減少愈傷狀胚的形成。王懷名等認為在花椰菜小孢子中，不同品種對激素種類和水平的反應不同。楊清等認為活性碳能改進花椰菜花藥培養[17]。

4.2 其它方法

李素萍和康連和（1994）根據花椰菜的生物學特性結合當地日照長，雨量少的自然條件，研究了花椰菜當年播種，陽畦和露地不同采種方式其種子產量與栽培因素的關系已探索出一套成本低產量高的當年采種技術[21]。朱朝輝（2003）利用高山冷涼的氣候條件進行加代繁殖試驗研究，初步取得成功，達到一年繁殖兩代[22]。英國科學家借助一種“DNA指紋技術”育成了一種抗癌花椰菜，這種技術時促使培育過程顯著加快了雜交優勢利用的進程。Toricandia（1987）利用花椰菜與M。Arvennsis的原生質體融合得到兩株體細胞雜交植株。

5 花椰菜配合力的測定

所謂配合力是指作為親本雜交后代F1表現優良與否的能力。配合力研究對正確選擇親本及盡早預測雜交組合的優劣具有重要意義。孫劍等采用4個親本自交系按照Griffing方法I配制雜交組合12個。結果表明：單球重，成熟期（定植——采收）的一般配合力大于特殊配合力，遺傳力大，優勢率低。株幅，株高、葉片數的一般配合力小于特殊配合力，遺傳力小，優勢率高。說明各性狀的遺傳均受加性效應和非加性效應的共同作用，只是這兩種作用程度上有差異。利用自交系的一般配合力效應進行性狀互補是有效的，總配合力是產量育種中不可忽視的參數[23]。李素文等（1996）采用6×6雙列雜交法研究了花椰萊10個經濟性狀的配合力，結果表明：現球期、成熟期、株高、株展、單株生物學產量、葉片數等性狀在相當程度上受非加性基因控制；單株經濟產量和與花球質量有關的花球直徑（球徑）、花球縱徑、緊實度等性狀則受加性基因效應影響大。親本的一般配合力與其組合的特殊配合力間無必然聯系，彼此獨立，而且均與F1表現呈正相關關系。特殊配合力與F1關系更為密切，選擇親本時應在注重特殊配合力選擇的同時，兼顧一般配合力的選擇。

6 花椰菜雜交優勢利用存在問題

花椰菜屬十字花科異花授粉作物，自交衰退現象極為嚴重。花椰菜的自交不親和性是隱性的。目前，自交不親和系的選育仍采用連續多代自交篩選方法，耗時長、得率低，且自交不親合系選育較其它十字花科作物困難，品種依靠群體雜合性保持穩定。由于上述特點，花椰菜育種中雜交后代的選擇代數、群體大小及雜交品種選育，都有尚待解決的技術難題。而雜合群體選育的工作量比單株、單系選育大得多，其理論也復雜得多，這就大大增加了育種難度。同時.由于花椰菜對氣候的適應范圍較窄，氣候的異常變化（如夏季高溫，花期大量降雨）都可能導致種子顆粒無收.造成育種失敗。

雜交種的應用是花椰菜豐產、穩產和優質的一項重要措施。雜交育種雖能促使豐產、穩產和提高品質，但多采用手工雜交，制種成本高，推廣面積受到制種量的限制。利用細胞質雄性不育系生產雜交種子，可以簡化制種程序，保證種子純度，降低制種成本，但其難度大，選育時間長，工作量巨大。

在花椰菜制種和生產過程中會有不育突變株發現，但以核心基因控制為主，難以找到保持系而無法保持利用。利用兩用系制種必須在花期拔除可育株，占地面積大，費時費工，成本較高。

7 花椰菜雜交優勢利用展望

楊加付等研究結果表明，花椰菜花球性狀存在很強的雜種優勢，一些組合表現出較強的F2超親優勢，特別是產量的主要“構成因素球重預計世代數>2的概率達25%，從而為雜種F2的選擇利用提供了很好的理論依據。因此，只要花椰菜雜種F2具有對照優勢，且品質性狀優良，生產上就有利用的價值。同時，F2制種方便，成本低。

黃聰麗等（2001）通過RAPD分析得到差異片段與花椰菜自交不親和性相關.因此對這些片段進行序列分析，設計相應引物，采用PCR的方法來選育花椰菜的自交不親和系。由于PCR方法快速、簡便，因此這一方法在花椰菜自交不親和系選育中有積極的應用前景。而且我們也可利用這種方法選育花椰菜的雄性不育系。當然，這一方法仍需進一步的試驗驗證[10]。

無融合生殖在自然界分布很廣，通過這項技術可固定雜種優勢，育成不分離花椰菜雜種，大幅度的簡化制種程序和方法降低生產成本擴大花椰菜雜交優勢的利用。當然，這有待于這項技術的進一步研究。

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