甘藍型與白菜型冬油菜雜交1代植物學性狀及自交親和性分析

趙艷寧，米超，孫萬倉*，劉自剛，武軍艷，方彥，李學才，劉海卿，董云

(1.甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室，甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅省油菜工程中心，

甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院作物研究所，甘肅 蘭州 730070)

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甘藍型與白菜型冬油菜雜交1代植物學性狀及自交親和性分析

趙艷寧1，米超1，孫萬倉1*，劉自剛1，武軍艷1，方彥1，李學才1，劉海卿1，董云2

(1.甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室，甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅省油菜工程中心，

甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院作物研究所，甘肅 蘭州 730070)

摘要：通過甘藍型冬油菜與北方白菜型冬油菜及其正反交雜種F1植物學形態、生長習性、自交親和性的比較，分析雜種抗寒性、植物學形態、生長習性、自交親和性的變化。選擇白菜型冬油菜隴油9號與甘藍型冬油菜Vision組配的(隴油9號×Vision)、(Vision×隴油9號)甘白雜交正反交組合，通過親本與雜種形態比較、越冬率統計、套袋自交以及花粉-柱頭互作等，對雜種抗寒性、植物學形態、生長習性、自交親和性作出評價。隴油9號與Vision雜交，雜種F1植物學形態、干物質積累特性為中間型，生長習性和生長點下凹程度均偏白菜型。F1正、反交越冬率分別為68.75%和65.00%，根長為14.83和14.30 cm，根頸直徑為6.08 和5.67 mm。自交親和性為：Vision>F1 (Vision×隴油9號)>F1 (隴油9號×Vision)>隴油9號，其相應的自交親和指數為20.83，1.09，1.06，0.87；雜種及其親本的自交親和性的大小與其花粉在柱頭上的萌發數量與萌發速度相一致。隴油9號與Vision雜交，雜種F1抗寒性強于甘藍型冬油菜，但較白菜型冬油菜弱。同時，白菜型冬油菜與甘藍型冬油菜雜交，雜種F1代自交親和，但雜種的自交親和程度遠遠低于甘藍型冬油菜，而且F1雜種的自交親和性因雜交組合方式而有差異。

關鍵詞：甘藍型冬油菜;白菜型冬油菜;遠緣雜交;干物質積累;自交親和性

超強抗寒白菜型冬油菜(Brassicarapa)品種的選育成功，解決了冬油菜抗寒性問題，使冬油菜安全越冬有了保障[1]。但白菜型冬油菜存在產量低，莖稈強度與株型差、易倒伏以及品質不良等問題，因此，強抗寒白菜型冬油菜品種的品質及農藝性狀改良成為育種工作者面臨的重要課題。甘藍型冬油菜(Brassicanapus)則具有產量高、農藝性狀優良、品質優良等特性，但抗寒性差。通過甘藍型冬油菜與北方白菜型冬油菜雜交將甘藍型冬油菜的優良性狀導入白菜型冬油菜或將白菜型冬油菜的優良抗寒性導入甘藍型冬油菜，選育品質優良、農藝性狀好的白菜型冬油菜或抗寒性優良的甘藍型冬油菜，對北方冬油菜生產具有重要意義。甘藍型冬油菜與北方白菜型冬油菜雜交存在不親和問題，雜交后代多偏向甘藍型冬油菜，且抗寒性會嚴重下降。因此，研究甘藍型與白菜型冬油菜雜交后代的有關性狀和抗寒性、親和性的變異是開展甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜的遠緣雜交育種的關鍵環節。遠緣雜交是培育油菜新品種的重要途徑。劉漢東[2]在遠緣雜交后代的變異與選擇中發現，甘藍型油菜與遠緣親本雜交的親和性，表現為親和關系由近及遠，雜交當代的結角率隨之下降，且以甘×白組合后代有利變異較多。劉忠松[3]研究發現芥菜型油菜做母本，甘藍型油菜和芥菜型油菜種間雜交種可交配性強，容易獲得雜交種子和真雜種。F1代種子發芽率、成苗率及花粉育性均相對較高，平均株高低于雙親；而甘芥雜交較難獲得雜種，且F1代自交親和性差，結實率低，平均株高介于雙親之間[4]，且在芥甘雜種后代中研究發現來自甘藍型親本的遺傳物質比來自芥菜型親本的遺傳物質在自交后代中丟失更快[5]。牛妍等[6]以芥菜型油菜作母本、白菜型油菜作父本的雜交組合較易獲得雜交種子，雜種F1植株營養生長具有較明顯的雜種優勢，但花粉完全不育，以白菜型油菜回交獲得的BC1 F1植株間表型差異明顯。付紹紅等[7]對甘白油菜種間雜交后代進行加倍處理后發現，植株在染色體數目、植株形態、花器官、生殖器官上都明顯區別于非加倍雜交植株。可以在一定程度上提高雜交后代自交結實，獲得正常的 F2代植株。Liu和Liu[8]研究發現，油菜遠緣雜交普遍存在雜交不親和現象，表現為遠緣雜交時花粉難以附著在柱頭上；花粉粒不能正常萌發，花粉管不能正常伸長。近年來胼胝質熒光反應已經廣泛用于花粉和雌蕊相互作用的研究[9-15]，但對甘藍型冬油菜與北方白菜型冬油菜遠緣雜交方面的研究尚未見報道。本研究以甘藍型冬油菜Vision和強冬性白菜型冬油菜隴油9號及遠緣雜交F1代為材料，對白菜型冬油菜與甘藍型油菜遠緣雜種F1代的親和性、抗寒性、苗期形態特征進行了研究。旨在探明甘藍型冬油菜和白菜型冬油菜種間雜種F1代主要性狀與自交親和性變化，為選育具有抗寒性強、產量高、農藝性狀優良的適宜北方寒旱區的冬油菜新品種提供依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

參試材料為白菜型冬油菜隴油9號(Longyou 9)、甘藍型冬油菜Vision、雜交后代材料F1(隴油9號×Vision)、F1(Vision×隴油9號)，種子均由甘肅農業大學農學院提供。

試驗于2013-2014年在甘肅農業大學農學院黃家灘試驗基地進行，材料于2013年8月25日播種，開溝條播，行距20 cm 株距10 cm，實驗材料采用常規管理。

1.2試驗方法

1.2.1形態特征和生物學特性調查2013年10月下旬，對隴油9號、Vision、F1(隴油9號×Vision)和F1(Vision×隴油9號)群體相關形態特征和生物學特性進行記載[16]。

1.2.2干物質積累的測定2013年11月上旬，分別從隴油9號、Vision、F1(隴油9號×Vision)、F1(Vision×隴油9號)中隨機挑選5個單株，挖根后整株帶回實驗室。清水沖洗干凈后從生長點處切開，測定地上部、地下部鮮重，分別測定根長和側根數后并用數顯游標卡尺測定不同世代油菜的根頸直徑，然后將不同世代油菜的根和葉80℃烘干測定干重。

1.2.3花粉活性檢測2014 年 4 月20日(早上10:00-11:00)在親本及F1正反交群體中隨機選取5個單株并采集開花當天花朵帶回實驗室，將花藥放在載玻片上，用解剖針碾壓花藥，釋放出花粉粒，滴一滴清水，再滴一滴I2-IK染色液，在顯微鏡下觀察，統計花粉活力并拍照。

1.2.4授粉處理及結角率、結實率的調查盛花期選擇長勢健壯、枝量、花序量相當的單株5株，每個單株選取4個花序，每個花序選留即將開放的花蕾10～15朵，其余摘除，然后套袋(試驗期間平均氣溫為 10～25℃)。每株自花授粉3個花序，用于角果成熟后統計結實率和種子數；1個花序用于套袋自交處理。授粉7 d后，去掉紙袋并調查各處理的結角率；角果成熟后調查其結實率、自交親和指數。自交親和指數計算公式為：自交親和指數=自交結實種子總數/套袋自交總花蕾數，按照自交親和指數>1.00者屬于自交親和，自交親和指數<1.00者為自交不親和的標準統計[17]。

1.2.5花粉管行為的熒光顯微觀察在F1(隴油9號×Vision)和(Vision×隴油9號)、甘藍型冬油菜Vision、白菜型冬油菜隴油9號群體中隨機選擇3株，每個單株選取4個花序，每個花序選留即將開放的花蕾10～12朵，其余摘除，自花授粉后套袋處理。分別在授粉 0，0.5，1，1.5，2，4，6，8，12，24 h 后取樣(每個樣品 8 根花柱)，FAA 固定液(5 mL 福爾馬林、5 mL冰乙酸、90 mL 70%乙醇)固定后帶回實驗室。將固定后的花柱用清水沖洗后轉移至2 mL離心管中，用 8 mol/L的 NaOH室溫軟化16 h，之后再用0.5%的水溶性苯胺藍溶液染色 4 h。花柱壓片參照Williams等[18]的方法，花柱整體壓片。選取基本等長的已染色花柱, 用鑷子去掉花瓣并將其從花柱基部取下, 放在載玻片上, 滴 1 滴甘油, 用蓋玻片壓片, 在Olympus BHF熒光顯微鏡下觀察花粉在柱頭上的粘合、萌發及花粉管的生長情況并照相。

1.3數據分析

采用Microsoft Office 2007 軟件制表， SPSS 19.0軟件對花粉活力鏡檢結果及自交親和指數進行顯著性分析。

2結果與分析

2.1親本及F1主要形態特征

2.1.1甘白雜交后代與親本主要植物學性狀分析越冬率是評價植物抗寒性最直觀的田間測定指標，白菜型冬油菜隴油9號的越冬率最高，為80%；甘藍型冬油菜Vision的越冬率最低，為45.61%；F1正反交越冬率介于親本間，分別為68.75%和65.00%，正反交差異不大(表1)。Vision在心葉色、葉色、真葉刺毛、葉面蠟粉等各形態指標方面均與隴油9號差異較大，Vision生長點在地表之上，直立生長；隴油9號生長點在地表之下，匍匐生長。

一般而言，在冬油菜越冬前心葉色越深，其抗寒性相對較強。心葉的顏色在F1代正反交中均出現了分離且分離單株比為黃∶綠∶紫=1∶4∶10，F1代正反交中，心葉色為紫色的單株增多，因此F1代無論正反交較甘藍型親本Vision其抗寒性均增強，這與越冬率統計的結果相一致；F1葉片刺毛性狀有分離，而且因正反交有差異，F1(隴油9號×Vision)葉片刺毛有∶無=3∶12，而反交組合 (Vision×隴油9號)葉片均表現為無刺毛；F1葉片蠟粉正反交也有差異，(隴油9號×Vision)葉片蠟粉有與無單株之比為5∶10，而(Vision×隴油9號)葉片蠟粉有與無單株之比為14∶1；甘藍型與白菜型冬油菜遠緣雜交F1生長習性也有分離，F1代無論正反交，生長習性均出現匍匐生長和半直立生長兩種習性，生長習性均偏向親本隴油9號的趨勢，F1代正反交的抗寒性相對于Vision有所提高；生長點位置，F1(隴油9號×Vision)生長點地表∶地上∶地下=9∶4∶2，F1(Vision×隴油9號)生長點地表∶地上=9∶6，沒有出現生長點凹的后代。可見，以隴油9號做母本時生長點凹陷的趨勢更強，這一結果也從越冬率測定結果得到了驗證。

表1　甘白雜交F1代及親本形態特征表現

2.1.2花期和角果期主要形態特征由圖1可見，白菜型冬油菜親本隴油9號薹莖葉為全抱莖，葉色較淺、葉面無蠟粉(A)，開放的花朵位于花蕾的上方(C)；甘藍型冬油菜親本Vision的薹莖葉為半抱莖，葉色較深、葉面被蠟粉(B)，開放的花朵位于花蕾的下方(D)；(隴油9號×Vision)及反交組合(Vision×隴油9號)的花蕾與花朵的位置有3種類型，即花朵在上、中間型、花蕾在上(E1、E2、E3)，薹莖葉著生狀態也出現了3種類型，即全抱莖型、中間型、半抱莖型(F1、F2、F3)，(隴油9號×Vision) E1∶E2∶E3=1∶7∶3，F1∶F2∶F3=1∶9∶1。但在反交組合(Vision×隴油9號)中，E1∶E2∶E3=1∶5∶5，F1∶F2∶F3=1∶6∶4，說明無論白菜型冬油菜還是甘藍型冬油菜做母本，雜種后代的花蕾與花朵的相對位置處于中間型、并呈偏母本型，薹莖葉形狀偏母本，但葉片顏色均偏甘藍型親本。隴油9號角果長度為5.5～6.5 cm，角粒數為26～32粒；Vision角果長度為4.5～5.5 cm，角粒數為24～30粒；(隴油9號×Vision)及反交組合(Vision×隴油9號)的F1則均為蘿卜角果(G)，角果長度為3.0～3.5 cm，角粒數為10～12粒；甘白雜種或白甘雜種的角果形態、角果長度、角粒數等均為中間型，且結籽較少，親和性低于雙親。

2.2甘白雜交F1與親本苗期干物質積累特點

Vision冬前地上部發育較快、長勢旺盛，而隴油9號冬前地上部生長緩慢、長勢較弱。由表2中干物質的積累情況可以看出，隴油9號側根數較少，為直根系，Vision的側根數較多，為須根系。(隴油9號×Vision)的側根數介于兩親本之間且偏向于白菜型親本，反交組合(Vision×隴油9號)的側根數介于兩親本之間且偏向于甘藍型親本。Vision地下部鮮重是地上部鮮重的 23.6%，而隴油9號地下部鮮重是地上部鮮重的62.3%；F1(隴油9號×Vision)與F1(Vision×隴油9號)的地下部鮮重是地上部鮮重30%左右，說明在越冬前Vision葉片生長較白菜型冬油菜隴油9號快，而隴油9號較Vision的根系發育快，(隴油9號×Vision)和(Vision×隴油9號)F1正反交雜種的葉片與根系生長均介于兩個親本間，且(隴油9號×Vision)生長較快。(隴油9號×Vision)與反交組合(Vision×隴油9號)的根長、根頸直徑、根部干物質重量、根冠比均大于甘藍型冬油菜小于白菜型冬油菜。結合表1中結果分析發現，Vision冬前地上部發育較快、長勢旺盛、越冬率較低、抗寒性差，而隴油9號冬前地上部生長緩慢、長勢較弱、越冬率反而高、抗寒性好，種間雜種根冠比和越冬率均處于中間值。因此，越冬率較高的品種在越冬前根系發育較越冬率低的品種快，干物質積累量較大。可見，白菜型冬油菜隴油9號抗寒性優于甘藍型冬油菜Vision也優于甘白雜種(隴油9號×Vision)和(Vision×隴油9號)，與其苗期的根系生長和干物質積累特點是有密切關系的。

圖1　甘白雜交各時期主要形態特征Fig.1　Morphological characteristics of B. napus and B. rapa and F1 hybrids in main periods 　A：隴油9號薹莖葉；B：Vision薹莖葉；C：隴油9號花朵著生狀態形態；D：Vision花朵著生狀態形態； E：F1代花朵著生狀態形態；F：F1薹莖葉 G：隴油9號、Vision、F1 (隴油9號×Vision)、F1 (Vision×隴油9號) 角果形態。A: Longyou 9 stem-leaf；B：Vision stem-leaf；C：Longyou 9 flower growth pattern；D：Vision flower growth pattern；E：F1 flower growth pattern；F：F1 stem-leaf； G：Longyou 9, Vision, F1 (Longyou 9×Vision), F1 (Vision×Longyou 9) silique characters.

世代Generation根長Lengthofroot(cm)根頸粗Rootdiameter(mm)側根數Lateralroots地上部鮮重Freshweightofleaf(g)地上部干重Dryweightofleaf(g)地下部鮮重Freshweightofroot(g)地下部干重Dryweightofroot(g)根冠比Rootshootratio(%)Longyou917.78±3.2614.64±3.492.0±2.424.43±9.643.52±1.3915.21±1.402.06±0.170.69Vision12.04±2.135.42±1.096.0±2.034.14±14.845.15±2.238.13±0.301.67±0.060.29F1(Longyou9×Vision)14.83±1.656.08±0.644.0±1.025.08±2.894.43±0.508.59±0.421.85±0.070.35F1(Vision×Longyou9)14.30±4.125.67±0.495.2±3.127.95±3.813.98±0.498.41±0.301.83±0.110.38

2.3甘白雜交后代自交親和性

2.3.1甘白雜交后代花粉活力I2-IK染色鏡檢結果(圖2)表明，Vision花粉可染率高、平均可染率達91.9%(圖3)，花粉粒著色普遍較深。隴油9號花粉可染率低于Vision，為84.9%，花粉粒著色較深，但存在發育不規則花粉與三核花粉(圖2A，C)。 甘藍型與白菜型冬油菜雜交F1， 無論白甘雜種還是甘白雜種， 花粉大小不一致， 也出現了不規則花粉和三核花粉，且F1(隴油9號×Vision)花粉平均可染率僅68.9%，而Vision×隴油9號花粉平均可染率為78.4%。說明甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜雜交，雜種花粉活力均低于親本，但以甘藍型冬油菜作母本F1花粉活力高于其反交組合，這與甘白遠緣雜交F1代自交結實率的結果相一致(表3)。

圖2　親本及F1代花粉I2-IK染色結果Fig.2　Results of pollens staining by I2-IK of parents and F1 hybrids 　1.隴油9號 Longyou 9； 2.Vision； 3. F1(Longyou 9×Vision)； 4. F1(Vision×Longyou 9)；下同。The same below.A：不規則花粉粒Irregular pollen grains；B：染色較淺花粉Lighter staining pollen grains；C：三核花粉Three nuclear pollen grains.

2.3.2甘白雜交后代自交親和指數盛花期對親本及雜種進行套袋處理，共套袋處理118個單株，1487朵花。Vision所有單株均自交親和，結角率達95%，平均自交親和指數達20.83；隴油9號均表現出自交不親和，結角率僅4%，平均自交親和指數0.87。雜種F1代無論正反交，自交親和株率、結角率較白菜型冬油菜隴油9號均大幅提高，結角率達60%左右，親和指數分布在1.06～1.09之間，但遠遠低于甘藍型冬油菜親本；甘白雜交F1自交親和性程度也因雜交的組合方式而有較大差異，(隴油9號×Vision)的自交親和株率(自交親和株率依據表3中自交親和指數變異范圍的親和單株數計算得出)、結角率、自交親和指數分別為39.3%,61%,1.06，(Vision×隴油9號)自交親和株率、結角率、自交親和指數分別為60%,67%,1.09，可見母本對雜種自交親和性的影響較大(表3)。

圖3　甘白雜交花粉活力　　Fig.3　Pollen vitality of B. napus and B. rapa and F1 hybrids　　　不同字母表示差異顯著(P<0.05)。Different letters above bars indicate significant differences at P<0.05.

表3　甘白雜交親本及后代自交親和個體分布顯著性比較

2.3.3甘白雜交后代自花授粉柱頭上花粉萌發及花粉管生長Vision在自交授粉0 h，即有少量花粉粘附在柱頭表面(圖4A-1)；0.5 h后大量花粉粒粘附到柱頭表面(圖4A-2)；授粉后1 h，花粉粒體積增大(圖4A-3)，極少數花粉粒萌發孔處出現綠色熒光(圖4A-4)；1.5 h后約30%的花粉粒萌發(圖4A-5)；2 h后大量花粉開始萌發，長出花粉管(圖4A-6)；4～8 h花粉管開始伸長,(圖4A-7，8，9)；24 h后花粉管長度超過100 μm(圖4A-10)。

隴油9號自花授粉0 h，柱頭上無花粉粒(圖4B-1)；授粉0.5 h，少量花粉粒粘附在柱頭上(圖4B-2)，授粉后1 h，大量花粉粒粘附在柱頭上，花粉粒體積增大(圖4B-3)；1.5 h后約60%的花粉粒萌發孔處變亮，即將進入萌發階段(圖4B-4)； 2 h后約50%的花粉粒長出花粉管， 柱頭乳突細胞中出現大量的胼胝質沉積(圖4B-5)； 授粉后4 h胼胝質反應加劇(圖4B-6)；授粉6 h后，花粉管開始伸長，部分花粉管由于受胼胝質阻礙而彎曲生長(圖4B-7)。授粉8 h后，花粉管長度達50 μm(圖4B-8)；24 h后，極少數花粉粒還未萌發，少部分花粉管尾部出現纏繞、回折現象；部分花粉管中長出胼胝質塞(圖4B-9)。

圖4　親本及F1正反交自花花粉萌發及花粉管生長情況Fig.4　Pollens germination and growth in parents and F1 reciprocal cross self-cross

A～D: Vision、隴油9號、F1(隴油9號×Vision)及F1(Vision×隴油9號)自花花粉萌發及花粉管生長情況；A-1: 授粉后 0 h，少量花粉粘附在柱頭上，50×；A-2: 授粉后0.5 h，大量花粉粘附在柱頭表面，50×；A-3: 授粉后1 h，花粉粒體積增大，200×；A-4: 授粉后 1 h，花粉粒萌發孔處出現綠色熒光，400×；A-5: 授粉后1.5 h，部分花粉粒萌發，200×；A-6: 授粉后2 h，大量花粉開始萌發，200×；A-7和 A-8: 授粉后4，6 h，花粉管開始伸長，200×；A-9: 授粉后8 h， 花粉管開始伸長，400×；A-10: 授粉后 24 h，花粉管繼續伸長，長度超過100 μm，400×； B-1: 授粉后 0 h，柱頭上無花粉粒，50×；B-2: 授粉后0.5 h，少量花粉粘附在柱頭表面，50×；B-3: 授粉后1 h，大量花粉粘附在柱頭表面，100×；B-4: 授粉后1.5 h，部分花粉粒萌發孔處出現綠色熒光，100×；B-5: 授粉后2 h，50%花粉粒長出花粉管，大量胼胝質沉積，100×；B-6: 授粉后4 h，胼胝質反應加劇，200×；B-7: 授粉后6 h，花粉管開始伸長，胼胝質反應劇烈，200×；B-8: 授粉 8 h 后，花粉管長達50 μm，400×；B-9: 授粉后 24 h，少部分花粉管尾部纏繞回折，400×；C-1: 授粉后 0 h，柱頭上無花粉粒，50×；C-2: 授粉后0.5 h，極少數花粉粘附在柱頭表面，50×；C-3: 授粉后1 h，較多花粉粘附在柱頭表面，100×；C-4: 授粉后1.5 h，大量花粉粘附在柱頭表面，100×；C-5: 授粉后2 h，長出花粉管，大量胼胝質沉積，100×；C-6: 授粉后4 h，約80%的花粉粒體積變大，200×；C-7: 授粉后6 h，少數花粉粒長出花粉管，200×；C-8: 授粉 8 h 后，大部分花粉粒長出花粉管，400×；C-9: 授粉后 24 h，花粉管伸長，長度僅30 μm，400×；D-1: 授粉后 0 h，柱頭上粘附較少花粉粒，50×；D-2: 授粉后0.5 h， 較多花粉粘附在柱頭表面，50×；D-3: 授粉后1 h，少量胼胝質沉積，100×；D-4: 授粉后1.5 h，大量胼胝質沉積，100×；D-5: 授粉后2 h，大部分花粉粒體積增大，100×；D-6: 授粉后4 h，進入萌發高峰期，大量花粉開始萌發，200×；D-7: 授粉后6 h，花粉管開始伸長，200×；D-8: 授粉后8 h，花粉管長達50 μm，400×；D-9：授粉后 24 h，少部分花粉管尾部纏繞回折，400×；Pg:花粉粒；PT:花粉管；Cr:胼胝質反應；Cp:胼胝質塞。A-D: Pollens germination and growth in Vision, Longyou 9, F1(Longyou 9×Vision) and F1(Vision×Longyou 9) self-cross. A-1: 0 h after the cross, a few pollen adheres to the stigma, 50×; A-2: 0.5 h after the cross, lots of pollen adheres to the stigma, 50×; A-3: 1 h after the cross, pollen volume increases, 200×; A-4: 1 h after the cross, green fluorescent appeared at pollen grain hole, 400×; A-5: 1.5 h after the cross, part of pollen began to germinate, 200×; A-6: 2 h after the cross, lots of pollen began to germinate, 200×; A-7 and A-8: 4 and 6 h after the cross pollen tube began to elongate, 200×; A-9: 8 h after the cross pollen tube began to elongate, 400×; A-10: 24 h after the cross pollen tube continues to elongate longer than 100 μm, 400×;B-1: 0 h after the cross, no pollen adheres to the stigma, 50×; B-2: 0.5 h after the cross, a few pollen adheres to the stigma, 50×; B-3: 1 h after the cross, lots of pollen adheres to the stigma, 100×; B-4: 1.5 h after the cross, most of the pollen grains germinate hole appeared green fluorescence, 100×; B-5: 2 h after the cross, 50% of pollen began to germinate and lots of calloses emerged around papilla cells, 100×; B-6: 4 h after the cross, callose reaction increased, 200×; B-7: 6 h after the cross, pollen tube began to elongate and callose violent reaction, 200×; B-8: 8 h after the cross, pollen tube longer than 50 μm, 400×; B-9: 24 h after the cross, a few pollen tube spiraled, 400×;C-1: 0 h after the cross, no pollen adheres to the stigma, 50×; C-2: 0.5 h after the cross a few pollen adheres to the stigma, 50×; C-3: 1 h after the cross, more pollen adheres to the stigma, 100×; C-4: 1.5 h after the cross, lots of pollen adheres to the stigma, 100×; C-5: 2 h after the cross, pollen began to germinate and lots of calloses emerged around papilla cells, 100×; C-6: 4 h after the cross, more than 80% pollen volume increases, 200×; C-7: 6 h after the cross, a few pollen grow pollen tube, 200×; C-8: 8 h after the cross, lots of pollen began to grow pollen tube, 400×; C-9: 24 h after the cross, pollen tube continues to elongate longer than 30 μm, 400×; D-1: 0 h after the cross, a few pollen adheres to the stigma, 50×; D-2: 0.5 h after the cross, more pollen adheres to the stigma, 50×; D-3: 1 h after the cross, a few calloses emerged around papilla cells, 100×; D-4: 1.5 h after the cross, lots of calloses emerged around papilla cells, 100×; D-5: 2 h after the cross, most of pollen volume increases, 100×; D-6: 4 h after the cross, enter the germination peak period and lots of pollen began to germinate, 200×; D-7: 6 h after the cross, pollen tube began to elongate, 200×; D-8: 8 h after the cross, pollen tube longer than 50 μm, 400×; D-9: 24 h after the cross, a small part of the pollen tube tail is spiraled and back to the fold, 400×; Pg: Pollen grain; PT: Pollen tube; Cr: Callose reaction; Cp: Callose plug.

比較Vision和隴油9號花粉粒在柱頭上的萌發動態發現：花粉粒在Vision柱頭上發生水合作用的時間大概在1 h，授粉2 h后進入萌發高峰期，長出花粉管；直至觀察結束(24 h)，整個花粉萌發、花粉管生長階段中胼胝質反應較弱，花粉管在柱頭上能正常生長。相較于Vision，花粉在隴油9號柱頭上粘附時間略滯后，大概在1.5 h左右；授粉2 h后柱頭乳突細胞中胼胝質大量沉積；授粉4 h后長出花粉管；整個觀察階段中都伴有較強的胼胝質反應；24 h后，少部分花粉管尾部出現纏繞、回折現象；從花粉粒萌發過程中的胼胝質反應程度和花粉管生長過程中的回折現象以及花粉管中出現的胼胝質塞足以說明對隴油9號的授粉受精過程造成了較大影響。

(隴油9號×Vision)雜種，授粉0 h時柱頭上無花粉粒附著(圖4C-1)；授粉0.5 h時有極少數花粉粒粘附在柱頭上(圖4C-2)，授粉后1 h開始有較多花粉粒粘附在柱頭上，柱頭乳突細胞中出現少量胼胝質，少數花粉粒體積增大(圖4C-3)；1.5 h后，花粉粒大量粘合在柱頭上，胼胝質反應增強(圖4C-4)；2 h后柱頭乳突細胞中的胼胝質沉積繼續增加，少量花粉粒萌發孔處變亮(圖4C-5)；授粉后4 h，約80%的花粉粒體積變大，胼胝質反應最劇烈(圖4C-6)；授粉6 h后，少數花粉粒長出花粉管(圖4C-7)。授粉8 h后，大部分花粉粒萌發(圖4C-8)；24 h后，花粉管伸長，但長度僅30 μm左右 (圖4C-9)。反交雜種F1(Vision×隴油9號)自花授粉0 h，柱頭上粘合的花粉粒仍然較少(圖4D-1)；授粉0.5 h較多的花粉粒粘附在柱頭上(圖4D-2)；授粉后1 h柱頭乳突細胞中出現少量胼胝質，花粉粒體積增大(圖4D-3)；1.5 h后柱頭乳突細胞中出現大量胼胝質沉積，極少數花粉粒萌發長出花粉管(圖4D-4)；2 h后花粉粒大量粘合在柱頭上，大部分花粉粒體積增大(圖4D-5)；授粉后4 h，胼胝質反應最劇烈，絕大部分花粉粒體積膨脹，萌發孔處變亮，進入萌發階段(圖4D-6)；授粉6 h后，一半以上花粉粒長出花粉管，花粉管開始伸長(圖4D-7)。授粉8 h后，花粉管開始伸長(圖4D-8)；24 h后，花粉管伸長，長度達50 μm以上，部分花粉管中長出胼胝質塞，少數花粉管出現纏繞現象(圖4D-9)。可見，甘藍型與白菜型冬油菜雜交，以甘藍型冬油菜作母本，在相應時段內，雜種柱頭上花粉附著速度、附著量、花粉萌發時間、萌發量要大于白菜型冬油菜作母本的處理。

3討論

3.1白菜型冬油菜與甘藍型冬油菜種間雜種F1代的植物學性狀介于親本之間

白菜型冬油菜與甘藍型冬油菜種間雜種F1有分離，生長習性偏白菜型冬油菜，大多數種間雜種匍匐生長，以白菜型油菜作母本生長點凹陷比甘藍型油菜作母本更明顯，生長點凹陷是白菜型冬油菜之所以抗寒的植物學形態保障；葉色及葉面蠟粉特性偏向于白菜型冬油菜，而葉片刺毛性狀則偏向于甘藍型親本；雜種后代無論正反交其花蕾與花朵的相對位置以及葉形均呈現出偏母本性狀，薹莖葉半抱莖、顏色均偏向于甘藍型親本；雜種角果短小，呈蘿卜角果，果喙較短，角果長度及每角粒數等為中間型；花期也介于兩親本間，較白菜型親本晚、較甘藍型親本早，但在整體形態上雜種植株偏甘藍型親本。雜種植株營養生長茂盛，葉片較厚，分枝較多，表現出較明顯的雜種優勢，根系的形態也介于甘藍型與白菜型親本之間。甘白雜種的抗寒性介于親本間，抗寒性的變化可能與形態特征的變化有關，這與前人對冬油菜幼苗習性的研究結果相一致[19]。

3.2白甘雜交和甘白雜交F1代干物質積累情況與越冬率一致

根冠比是判斷植物干物質積累的一項重要指標，而越冬率是判斷植物抗寒性的特征指標。研究表明，甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜冬前生長和干物質積累特點是完全不同的，甘藍型冬油菜冬前生長十分迅速，主要是長葉，而白菜型冬油菜則生長緩慢，主要是長根。越冬率調查結果顯示，越冬率高低也是Vision

3.3遠緣雜種F1代的自交親和性介于親本之間

本研究表明，甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜雜交，雜種F1是自交親和的，這種親和性無論在群體親和株率、結角率、親和指數、花粉在柱頭上的萌發情況均得到體現，但雜種的自交親和程度遠遠低于甘藍型冬油菜。甘白雜種群體親和株率、結角率、親和指數小于甘藍型冬油菜，同時，甘白雜種的自交親和性因雜交組合方式而有差異， (Vision×隴油9號)自交親和性>(隴油9號×Vision)，親本及雜種F1的自交親和指數大小為：Vision>F1(Vision×隴油9號)>F1(隴油9號×Vision) >隴油9號，其相應的自交親和指數為20.83，1.09，1.06，0.87。雜種及其親本的自交親和性的大小與其花粉在柱頭上的萌發數量與萌發速度相一致。前人研究表明，有性生殖中植物花的性表達特征與植物適合度間有著內在的聯系[21]，雖然很多植物在種間雜交時果實能膨大坐果，但不一定有可育種子[22]。本試驗中，甘白種間雜交后代自交結實率僅為1%左右，而且每角粒數很少，平均僅為0.6～1.3 粒，所以用結實率和每角粒數兩個指標能更準確反映甘白F1代正反交的親和性。王文和等[23]認為柱頭乳突細胞是阻礙花粉管生長的第一道屏障，花粉落到柱頭后，需經歷萌發、花粉管在花柱內的生長及穿過珠孔等過程，才能實現受精[24-25]。而本試驗中隴油9號自花授粉4 h，柱頭乳突細胞中出現大量胼胝質沉積，Vision則在授粉后0.5 h出現少量胼胝質；F1(隴油9號×Vision)和F1(Vision×隴油9號)分別在自花授粉4和2 h后出現大量胼胝質。鞏振輝等[26]、王幼平等[27]、孫萬倉等[28]研究發現十字花科植物屬于受精后不親和類型，孟金陵等[29]指出花粉粒在柱頭表面粘合后在乳突細胞內產生胼胝質，花粉管受阻于乳突細胞，這是十字花科植物中由雌蕊S等位基因編碼的S位點糖蛋白(SLG)和S受體激酶決定的，它們可能與磷酸化和去磷酸化參與了的某種信號傳遞有關，最后導致自交花粉的抑制[30]。并且遠緣雜交后代親和性的高低與母本自交親和性的高低有密切關系。而本試驗中，隴油9號自花授粉4～6 h，萌發量最大，Vision自花授粉2 h后萌發量達到最大，F1(隴油9號×Vision)自花授粉8 h后萌發量最大，而F1(Vision×隴油9號)自花授粉4 h后花粉萌發量最大。總體來說，自花授粉后柱頭上的花粉均以單粒形式存在[31]，萌發率隨授粉時間的延長而增加，這與陳迪新[32]對梨花粉萌發的結果相一致。本試驗觀察到，以隴油9號為母本，F1代自花花粉在柱頭上萌發率較低、萌發速率較慢，花粉黏附在柱頭上的時間延遲、花粉管生長發育遲緩，且柱頭乳突細胞表面存在大量胼胝質沉積，胼胝質反應強烈，個別生長發生嚴重扭曲、花粉管出現末端膨大、中間部分折疊，花粉管內出現胼胝質塞等現象；這與李守麗等[33]對百合屬的研究結果相類似；而以Vision做母本，F1代自花花粉在柱頭上萌發率較高且萌發速率較快，柱頭乳突細胞中的胼胝質出現時間較晚，數量也較少。

本試驗中觀察到4個試驗群體的自花花粉在柱頭上萌發時花粉粒直徑均達到25～30 μm時，花粉萌發孔處才變亮，發出綠色熒光，可以將這一現象視作觀察花粉水合作用結束、開始萌發的標志。因此，深入研究甘白雜交正反交后代間的花粉萌發、花粉管生長特點，便于確定種子的形成和種子的發育狀況，進而為早期世代中選擇出親和性單株奠定基礎。此外，油菜親和性的大小也受到日照、溫度等環境因素的影響，長日照、高溫對受精過程起促進作用，可能是改變了柱頭上一些與溫度有關的誘導性酶的啟動先后順序，需對自交親和性機制做進一步的研究。

4結論

本研究表明，甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜雜交，雜種F1植物學形態、干物質積累特性為中間型，生長習性偏白菜型冬油菜，抗寒性強于甘藍型冬油菜，但較白菜型冬油菜弱。同時，甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜雜種F1是自交親和的，但雜種的自交親和程度遠遠低于甘藍型冬油菜，而且甘白雜種的自交親和性因雜交組合方式而有差異，自交親和性表現為：(甘藍型冬油菜×白菜型冬油菜)>(白菜型冬油菜×甘藍型冬油菜)。甘藍型冬油菜、白菜型冬油菜親本及雜種F1的自交親和指數大小為：甘藍型冬油菜>F1(甘藍型冬油菜×白菜型冬油菜)>F1(白菜型冬油菜×甘藍型冬油菜)>白菜型冬油菜，其相應的自交親和指數為20.83，1.09，1.06，0.87，雜種F1及其親本的自交親和性的大小與其花粉在柱頭上的萌發數量與萌發速度相一致。因此，通過甘藍型冬油菜與白菜型冬油菜雜交來改良甘藍型冬油菜的抗寒性是可能的，對改良白菜型冬油菜的自交親和性也有積極意義。

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Analysis of botanical traits and self-compatibility in winter rapeseedBrassicanapusandBrassicarapaand F1hybrid populations

ZHAO Yan-Ning1, MI Chao1, SUN Wan-Cang1*, LIU Zi-Gang1, WU Jun-Yan1, FANG Yan1, LI Xue-Cai1, LIU Hai-Qing1, Dong Yun2

1.ImprovementandKeyLaboratoryofCropGeneticsandGermplasmEnhancement,GansuProvinceKeyLaboratoryofAridLandCropSciences,RapeseedEngineeringResearchCenterofGansuProvince,GansuProvince,Lanzhou730070,China; 2.CropInstituteofGansuAcademyofAgricultureScience,GansuProvince,Lanzhou730070,China

Abstract:Changes in cold tolerance, botanical morphology (BM), growth habit (GH) and self-compatibility (SC) of Brassica napus, Brassica rapa and their hybrids were compared. Vision (B. napus), Longyou 9 (B. rapa) and their reciprocal crosses progenies were used in the study. The cold tolerance, BM, GH and SC of the hybrids were evaluated by comparing BM, winter performance, bagging selfing and pollen-stigma interactions with that of the parent lines. The BM and dry matter accumulation of F1 hybrids (Vision×Longyou 9) was intermediate while GH was similar to B. rapa. Winter survival of F1 plants in reciprocal crosses were 68.75% and 65.00%. Root length of reciprocal crosses in F1 plants were 14.83 and 14.30 cm. Crown diameter of F1 hybrids from reciprocal crosses were 6.08 and 5.67 mm. The SC was highest in Vision and declined in order; F1 (Vision×Longyou 9), F1 (Longyou 9×Vision), Longyou 9 with SC indices being 20.83, 1.09, 1.06 and 0.87, respectively. The self-compatibility of parents and F1 plants was consistent with the level of pollen germination. The cold tolerance of hybrids was stronger than B. napus but weaker than B. rapa. The F1 hybrids were self-compatible, but the degree of the SC was much less than that of B. napus.

Key words:winter rapeseed Brassica napus; winter rapeseed Brassica rapa; distant hybridization; dry matter accumulation; self-compatibility

收稿日期：2015-02-25；改回日期：2015-09-30

作者簡介：趙艷寧(1988-),女,甘肅會寧人,碩士。E-mail:zjnn228@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail:1134137111@qq.com

基金項目：國家“863”高技術研究發展計劃(2011AA10A104)，國家自然基金“白菜型油菜抗寒評價指標體系及數學模型構建”(31460356)，國家自然基金“油菜miR1140靶基因鑒定及其調控油菜分枝的生理功能”(31260334)，“973”計劃“油菜高產油量形成的分子生物學機制”(2015CB150206)和國家農業科技成果轉化項目(2014G10000317)資助。

DOI：10.11686/cyxb2015103

http://cyxb.lzu.edu.cn

趙艷寧，米超，孫萬倉，劉自剛，武軍艷，方彥，李學才，劉海卿，董云.甘藍型與白菜型冬油菜雜交F1代植物學性狀及自交親和性分析. 草業學報, 2016, 25(3): 108-119.

ZHAO Yan-Ning, MI Chao, SUN Wan-Cang, LIU Zi-Gang, WU Jun-Yan, FANG Yan, LI Xue-Cai, LIU Hai-Qing, Dong Yun. Analysis of botanical traits and self-compatibility in winter rapeseedBrassicanapusandBrassicarapaand F1hybrid populations. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(3): 108-119.