一玉米C型胞質雄性不育系的恢復利用研究

趙云哲 任金濤 王新亮

摘要? ? 隨著玉米單粒播種技術的推廣，對玉米雜交種的純度要求越來越高;隨著農村用工成本的增加，減少玉米制種人工去雄用工的需求越來越迫切。利用玉米雄性不育特性進行玉米雜交制種，既可提高雜交種純度，又能減少人工去雄用工，是玉米育種者一直追求的目標。以往研究表明，玉米C型胞質雄性不育性穩定，是利用雄性不育配制玉米雜交種的主要類型，但恢復系難選，導致三系配套的品種不多，生產中應用的面積有限。近年來，隨著我國種質的不斷改良擴增，現代自交系的遺傳基礎發生了變化，試驗用一批現代自交系對一C型胞質雄性不育系測交，研究當代自交系對C型雄性不育系的恢復性及選育優勢雜交組合的效率。結果表明，測交組合完全恢復的占16.95%，部分恢復的占66.95%，產量超過對照鄭單958的占1.77%，未出現完全恢復而產量又超過鄭單958的組合。由此表明，現代自交系對C型雄性不育完全恢復的概率與前人研究報道的稍有提高，選育育性完全恢復、產量超標（對照品種）、無嚴重缺陷的優勢組合效率仍較低;進行不育性育種，育種者不僅要講究方式方法，還要有足夠的耐心。

關鍵詞? ? 玉米C型胞質雄性不育;當代自交系;恢復利用

中圖分類號? ? S513? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）14-0040-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

玉米是我國的主要糧食和飼料作物，玉米生產上主要采用雜交種子。目前，玉米雜交種子生產依靠人工去雄，不僅耗費大量的人工，還難以做到及時、徹底，雜交種純度難以保障。自1930年Rhoades發現玉米雄性不育材料以來[1]，人們開啟了利用玉米雄性不育進行雜交制種的研究，以提高雜交種純度和減少人工去雄用工?，F已明確了玉米遺傳性的雄性不育有細胞核控制的雄性不育和質核互作雄性不育兩類[2]。細胞核控制的雄性不育因未能找到簡單有效保持不育系完全不育的保持系，在生產中的應用受到制約;質核互作控制的雄性不育可通過不育系、保持系、恢復系三系配套實現雜交種生產，并培育出一些雜交種在生產中應用。質核互作雄性不育按育性恢復理論，分為T型、C型、S型等。T型不育性穩定，但易感染T型小斑病，生產上被迫停止應用;S型不育類型較多，抗T型小斑病，容易獲得恢復系，但育性穩定性差，生產中應用風險較大;C型不育性穩定，且對小斑病T小種病毒不敏感，是人們研究利用的主要類型，但在實際生產中很難選到相應的恢復系[3]，導致三系配套及農藝性狀優良組合的品種少，推廣的面積有限。面對玉米單粒播種技術的推廣及農村勞動力缺乏，張世煌、堵純信等呼吁加強玉米雄性不育的利用研究[4]，以適應單粒播種技術對高純度雜交種的要求及減少人工去雄用工的制種趨勢。近年來，我國玉米種質改良擴增取得了很大進步，培育出了一系列適應現代育種目標的種質和自交系，但這些現代自交系對C型不育系的恢復性研究報道較少。該研究利用聊城華豐玉米研究所和聊城大學玉米研究所收集及創新的現代自交系對一C型不育系進行測交篩選，以明確現代自交系對C型胞質雄性不育系的恢復性及培育優勢組合的的效率，為C型胞質雄性不育系的恢復利用提供技術支撐。

1? ? 材料與方法

2016年6月，在聊城大學育種試驗田，種植一玉米C型胞質雄性不育系[5]、聊城華豐玉米研究所提供的玉米自交系及聊城大學玉米研究所收集、創新的自交系126份。開花授粉期間分別用收集和創新自交系的花粉給不育系授粉，成熟期收獲測交種122份。2017年6月種植測交種，田間順序排列，每隔9個組合，種一鄭單958雜交種作對照，每個測交種及對照種種植3行，行長6 m，行距60 cm，株距24.69 cm，每穴2～3粒，三葉期間苗，五葉期定苗，3次重復。開花散粉期，觀察記載各測交組合的雄花育性，參照六級育性標準進行分級[6]（表1）。成熟時目測選取產量較高、無嚴重倒伏、病蟲害等農藝性狀優良的組合測產。測產方法：在選中組合中，取中間行連續取10個果穗，待風干后脫粒稱重計算理論產量（理論產量=穗數×穗重×出籽率×0.85）。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 測交組合的育性與分析

開花期觀察122個組合的育性，其中有19個組合保持完全不育，20個組合育性完全恢復，79個組合表現部分育性，按雄花育性分級標準統計，完全不育、高度不育、半不育、半可育、高度可育、完全可育分別占16.10%、14.41%、8.47%、14.41%、29.66%、16.95%（表2）;另外4個組合表現可育與不育株的育性分離。追查4個不育株與可育性株分離組合的父本系譜，均為新選育的自交系，是恢復基因處于雜合狀態，未完全純合造成的。

2.2? ? 測交組合的產量表現

成熟時觀察比較122個測交組合田間表現，多數組合產量比對照鄭單958低，少數組合產量與對照鄭單958相當或超過對照鄭單958。目測篩選出產量較高，又無嚴重倒伏、病蟲害等缺陷的組合7個（表3），占測交組合的5.74%。這7個組合經理論測產，產量超過鄭單958對照的有2個組合（2-17和4-5），占測交組合的1.64%。

2.3? ? 產量較高組合的育性

較高產量組合的育性多表現完全不育或高度不育，完全恢復的僅一個組合3-20（表4），但產量未能超過對照鄭單958;產量超過鄭單958的2-17組合為完全不育，不能實現三系配套;4-5組合為半不育;未出現產量高、農藝性狀優良，且育性也完全恢復的組合。

3? ? 結論與討論

（1）現代自交系含有較多對C型胞質雄性不育恢復基因，選育恢復系的概率較高。在新的種質引進、新舊種質融合的玉米種質遺傳背景下，選育的現代自交系對C 型胞質雄性不育恢復表現從完全恢復到完全保持連續分布，完全恢復的概率為16.95%。比邵思全在107份測交種中選出14個強恢復系的概率（13.08%）[7]稍有提高。大量研究表明，C型胞質雄性不育的育性恢復機理比較復雜。Khey- pour 等報道，C型胞質雄性不育的恢復受l對顯性基因Rf4控制[8];陳偉程等研究認為，C型胞質不育的恢復性受2對顯性重疊基因Rf4、Rf5控制[9];趙素貞等發現，一個顯性抑制基因Rf-I，對恢復基因Rf5有抑制作用[10];陳紹江等研究認為，C型胞質不育的恢復性由3對或3對以上的顯性互補基因控制[11];Vidakovic等研究認為，C型胞質不育的恢復基因Rf4、Rf5和Rf6為2個不同的遺傳系統[12]。不同自交系所含恢復基因不同，可能是導致不同測交組合的育性恢復不同的原因。明確C性不育系恢復機理及不同自交系的育性恢復基因，有助于C型胞質雄性不育恢復系的選育。

（2）育性完全恢復，產量又超標組合的效率低。胞質雄性不育恢復系的選育目的是選育出生產上利用的三系配套雜交種，雖然三系配套的雜交種容易選育，但三系雜交種育性完全恢復、產量等農藝性狀又超過對照雜交種（目前對照中鄭單958）出現的效率低。因此，C型胞質雄性不育恢復系的選育要擴大測交范圍，以獲得恢復能力強、產量等農藝性狀優良的優質雄性不育組合。在測交過程中，要加強對具有強恢復能力的自交系和保持不育的自交系轉育，以培育出不同基因型的不育系和恢復系，為三系配套提供更多組配親本，增加組配篩選三系配套的機會。不育系、恢復系的轉育及雜交組合的測配育成三系配套品種的時間都比常規育種育成品種的時間滯后。因此，利用不育系進行雜交組合的選育除講究方式方法外，育種者還需有足夠的耐心。

（3）雄性不育性的育種要緊扣當前的育種目標?；謴拖档倪x育目的是實現三系配套，生產雜交種用于玉米生產。因此，恢復系的選育除對育性選擇外，必須緊扣育種目標，如高產、優質、耐密、抗倒、抗病蟲、抗逆、適應機械收獲等，包括優勢組合的篩選，還是不育系、恢復系的轉育。

（4）發展SPT技術。SPT（seed production technology）技術是美國杜邦先鋒公司首創的利用隱性細胞核雄性不育進行雜交種生產的技術[13]。其原理是將育性恢復基因、花粉致死基因及紅色蛋白標記基因連鎖在一起，構建遺傳轉化體，并導入純合的隱性核雄性不育系中，從而使不育系恢復育性并能有效繁殖。該轉基因株系自交產生50%的不育系種子（不含熒光的種子）和50%的保持系種子（含熒光的種子），然后通過熒光篩選技術將不育系種子和保持系種子分開，獲得純合不育系種子，常規自交系都是核不育系的恢復系，拓寬了雜種優勢利用配組親本的選擇范圍，解決了三系中恢復系缺乏的問題和玉米核雄性不育自然保持難的問題，且不育系不含轉基因成分，所配雜交種規避了轉基因生物安全問題，有望為雜種優勢的廣泛利用開創更廣闊的前景。

4? ? 參考文獻

[1] 李競雄，周洪生，孫榮錦.玉米雄性不育生物學[M].北京：中國農業出版社，1998.

[2] 張天真.作物育種學總論[M].北京：中國農業出版社，2003：165.

[3] 趙素貞，謝惠玲，吳鳳華，等.玉米C型胞質雄性不育恢復基因Rf15的抑制基因的發現與鑒定[J].玉米科學，2017，15（1）：61-69.

[4] 中國玉米.玉米雄性不育制種值得一試[J].北京農業，2011，23（8）：38.

[5] 楊萬立.1份玉米胞質雄性不育材料的分類研究[J].安徽農業科學，2011，39（12）：6991.

[6] 《玉米遺傳育種》編寫組.玉米遺傳育種學[M].北京：科學出版社，1979：268.

[7] 邵思全，李琰聰.玉米C型雄性不育系的應用研究[J].農業科技通訊，2014（8）：74-76.

[8] KHEY-POUR，GRACEN V E，EVERETT H I.Genetics of fertility restor-ation in the C-group of cytoplasmic male sterility in maize[J].Genelies，1981，98：379-388.

[9] 陳偉程，羅福和，季良越.玉米C型胞質雄性不育的遺傳及其在生產上的應用[J].作物學報，1979，5（4）：21-28.

[10] 趙素貞，謝惠玲，吳鳳華，等.玉米C型細胞質雄性不育恢復基因Rf5的抑制基因的發現與鑒定[J].玉米科學，2007，15（1）：67-69.

[11] 陳紹江，陳偉程.玉米C型胞質雄性不育恢復基因的定位研究[J].河南農業大學學報，1989，23（3）：201-208.

[12] VIDAKOVIC M，VANUETOVIC J，VIDAKOVIC M.Complementary ge-nes，Rf4，Rf5 and Rf6 are not the uniqae genetic system for fertility restoration in cms-C of maize（Zea mays L.）[J].Maize Genetics Coopera-tion News Letter，1997，71：10.

[13] 王超，安學麗，張增為，等.植物隱性核雄性不育基因育種技術體系的研究進展與展望[J].中國生物工程雜志，2013，33（10）：124-130.