辣椒雄性不育系的篩選與鑒定

摘 要：將細胞質(zhì)雄性不育機制應(yīng)用于辣椒育種工作，可加快辣椒雜交種的生產(chǎn)及利用雜種優(yōu)勢來提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)，并降低制種成本。在眾多F2代辣椒中篩選鑒定出雄性不育源（HG），通過切片分析不育株辣椒細胞組織的發(fā)育情況，進一步篩選鑒定出辣椒的雄性不育株。同時，選用性狀優(yōu)良的父本與篩選出的不育株進行雜交、回交育種，為辣椒三系育種提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：辣椒；雄性不育；切片；雜交

中圖分類號：S641.303 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）7-59-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.07.013

0 引言

辣椒（Capsicum annuum L.）為茄科（Solanaceae）辣椒屬（Capsicum）一年生或有限多年生草本或灌木植物，因其獨特的營養(yǎng)價值而深受消費者喜愛［1］。2022年，貴州省辣椒種植面積約為36.2萬 hm2。

細胞質(zhì)雄性不育（cytoplasmic male sterility，CMS）在辣椒F1代雜交育種中發(fā)揮著重要作用。雄性不育（male sterility）是指植物在生長發(fā)育過程中，產(chǎn)生的雄配子沒有正常可育的遺傳功能［2］。植物雄性不育是一種對植物自身不利的性狀，但因其能與正常花粉受精結(jié)實，在雜交育種方面又具有獨特的優(yōu)勢［3］。植物雄性不育主要特征是小孢子發(fā)育異常，花粉萌發(fā)逐漸變?nèi)跎踔羻适劝l(fā)功能［4］。雄性不育現(xiàn)象基本發(fā)生在植物界。目前，至少在43科162屬320個種和297個種間雜交種中發(fā)現(xiàn)雄性不育現(xiàn)象［5］。

作物雜種優(yōu)勢在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，后代產(chǎn)量比親本產(chǎn)量高15%～50% 。目前，雜交育種已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如在辣椒、玉米、油菜籽、高粱、向日葵等的生產(chǎn)中均用到雜種優(yōu)勢。然而，作物花朵去雄問題是限制雜種優(yōu)勢廣泛應(yīng)用的難題之一。作物花朵去雄會消耗大量的人力、物力和財力，而要解決這個問題的最好方法是篩選雄性不育系來進行育種［6］。在辣椒細胞質(zhì)雄性不育方面，已有學(xué)者進行了大量研究。例如，李瑩瑩等［7］認為敗育在減數(shù)分裂的任何時期都有可能發(fā)生，且敗育方式不同，主要表現(xiàn)形式為絨氈層異常發(fā)育；Wang等［8］在不育系138A中篩選出強候選基因。目前，此技術(shù)辣椒三系育種中的實際應(yīng)用還有待進一步研究。基于此，筆者通過田間試驗來選育出新的辣椒不育系，以期為辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

于2020—2021年在海南大學(xué)農(nóng)科基地開展試驗。該地屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為24.8 ℃。由于溫度適宜，1 a可種植兩茬辣椒。

1.2 試驗材料

所用到的試驗材料均為筆者所在的課題組在網(wǎng)上購買的純種辣椒，用于篩選不育材料的辣椒品種有HG、SQ、CJHJ、LJ、LST，用于雜交試驗的辣椒品種有種質(zhì)5號、292號、CH5-19、紅貴-4、292-36、紅貴-1、Ca76、Ca68、Ca130、海紅CH2、Ca40、Ca333、Ca250、海紅ch2-17、4-50-1、亮劍-1、Ca46、0102-4-1、0102-4、ZW0074、彩椒88、Ca81、Ca188、Cc48、Cc195、格魯吉亞001、Ca234、Ca343、雜3-jwh、385-非、393、410、Ca161、Ca322、Cb216、Cb430、Cc100、Cc445。在實驗室進行試驗時，根據(jù)辣椒栽培種和試驗?zāi)康倪M行編號。

1.3 試驗方法

1.3.1 播種育苗

對5個不同品種（HG、SQ、CJHJ、LJ、LST）的辣椒種子進行篩選，剔除其中不飽滿和生活力低的種子，并對辣椒種子進行浸種催芽。每個辣椒品種催芽100粒種子，并恒溫浸種。浸種后放在溫室內(nèi)進行催芽，催芽時要及時換水，并用紗布包裹后搓洗，待種子露白后播種，播種時使用的是24孔穴盤。播種后，將穴盤放到恒溫實驗室內(nèi)進行培育，并定期澆水。待幼苗長出6～8片真葉后移栽到基地，每個品種選擇80株（共400株）長勢好的辣椒苗進行移栽，移栽前進行蹲苗，移栽后要及時澆水、施肥、防治病蟲害等。

1.3.2 篩選不育材料

在移栽的400株辣椒中，篩選出花朵沒有花粉的辣椒植株（前期只能根據(jù)辣椒花朵是否有花粉來進行初步篩選）。在篩選出無花粉的辣椒植株后，用鏡檢法對辣椒花蕾進行檢測，觀察其是否有花粉，從而初步判斷是否為不育的辣椒植株。

細胞質(zhì)雄性（CMS）不育株能用于辣椒育種，細胞核雄性（GMS）不育株不能用于辣椒育種。所以，為了進一步確定篩選出的辣椒不育株是GMS不育株還是CMS不育株，要對不育株進行雜交授粉，用其他可育辣椒與不育株進行雜交，收集后代種子，并進行催芽種植，通過有無花粉來判定不育株是GMS不育株還是CMS不育株。

1.4 花粉鑒定

當移栽的400株辣椒完全開花后，分別鑒別其是否有花粉，最終只找到一株（HG）沒有花粉，如圖1所示。辣椒不育系植株的外觀與可育系植株不存在差別，二者的主要區(qū)別是有無花粉。HG可育株花瓣在未開放時很飽滿，待花蕾開放后，能清晰看到可育株有很多花粉［見圖1（a）］；HG不育株花瓣還沒有開放時呈皺縮狀態(tài)，在花瓣完全打開后，雄蕊干癟，沒有花粉［見圖1（b）］。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 雜交試驗分析

以辣椒HG不育株為母本，選用優(yōu)良的辣椒品種作為父本進行雜交，得到F1代。選擇沒有花粉的株系，用其與父本連續(xù)回交，得到F2代、F3代、F4代。通過這種方式得到的后代細胞核具有父本細胞核的優(yōu)良特征，即含有隱性的不育核基因（ss）。這是因為母性遺傳是細胞質(zhì)雄性不育的特性［9］，本身就有不育基因，可以把不育的特征回交轉(zhuǎn)育到優(yōu)良的父本中［10］，從而篩選出穩(wěn)定的不育系和保持系。不同優(yōu)良種質(zhì)與HG的雜交情況見表1。

2.2 切片分析

可育株和不育株系的切片如圖2所示。由圖2可知，辣椒敗育發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，小孢子母細胞發(fā)育受辣椒細胞絨氈層的影響，導(dǎo)致小孢子母細胞不能正常發(fā)育，辣椒細胞絨氈層因過度膨大而嚴重擠壓花粉粒細胞，導(dǎo)致生長發(fā)育過程中的減數(shù)分裂過程發(fā)生異常，從而使辣椒不能形成正常的花粉粒，導(dǎo)致辣椒出現(xiàn)敗育現(xiàn)象，且沒有花粉的辣椒花蕾切片幾乎沒有花粉粒形成［見圖2（a）］，而在減數(shù)分裂后期，正常辣椒花蕾的切片有明顯的花粉粒［見圖2（b）］，進一步驗證篩選出的、沒有花粉的辣椒植株是雄性不育辣椒株系。

3 結(jié)束語

辣椒敗育發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，由于小孢子母細胞發(fā)育過程受辣椒細胞絨氈層的影響，導(dǎo)致小孢子母細胞不能正常發(fā)育，細胞絨氈層過度膨大會嚴重擠壓花粉粒細胞，導(dǎo)致減數(shù)分裂發(fā)生異常，從而使辣椒不能形成正常的花粉粒。上述過程是辣椒細胞質(zhì)雄性不育的形成過程［11］，該研究中的辣椒可育株和不育株的切片分析結(jié)果與上述論證一致。

筆者在5個不同品種（共400株辣椒）中篩選出名為HG的辣椒雄性不育株。通過可育株系和不育株系同一個發(fā)育時期的切片對比分析可知，篩選出的HG是雄性不育辣椒株系，再利用篩選出的不育源與優(yōu)良的父本進行回交，并連續(xù)回交3～4代，即可培育出雄性不育系。這與劉紫垠等［12］的研究結(jié)果基本一致；不同的是，劉紫垠等［12］研究時用到的辣椒不育源是引進的，而該研究的不育源是通過田間試驗篩選得到的。下一步，要篩選出保持系和恢復(fù)系，以期為辣椒三系育種提供一定的技術(shù)支持。

辣椒不育系篩選在辣椒三系育種中具有非常重要的作用，有很高的經(jīng)濟效益。利用細胞質(zhì)雄性不育法育種可降低成本，提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，隨著高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，為辣椒線粒體基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組的測序和分析提供強有力的技術(shù)支持。未來，可結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、代謝組、蛋白組等組學(xué)和辣椒線粒體基因組來研究細胞質(zhì)雄性不育，從而挖掘出更多有價值的信息，為辣椒育種提供更多有價值的參考。

參考文獻：

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［12］劉紫垠，梁宏衛(wèi)，張雪玲，等.辣椒雄性不育系304A的選育［J］.辣椒雜志，2018（1）：11-13.

基金項目：貴陽市科技計劃項目（筑科項目〔2022〕3號）。

作者簡介：李彩朝（1994—），男，碩士，助理農(nóng)藝師，研究方向：蔬菜育種。

通信作者：譚萍（1986—），女，碩士，農(nóng)藝師，研究方向：蔬菜育種及栽培技術(shù)推廣。