蕓薹屬蔬菜自交不親和性克服方法研究進展

摘要：蕓薹屬自交不親和性較為普遍，花期自交則不能結籽或結籽率極低，在育種中影響種子產量。為了提高種子產量，綜述了近年來克服甘藍、大白菜和油菜自交不親和的物理和化學方法，以為相關技術人員參考。

關鍵詞：蕓薹屬；自交不親；克服方法

中圖分類號：S63 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2011.02.032

Research about The Overcome of Self-incompatibility in Brasssica

LI Feng-shu1， ZHANG Wei-wei1， WANG Wei-min1， ZHANG Cheng-he2

（1.Hebei Science and Engineering College，Baoding，Hebei071000，China；2. College of Horticulture，Agricultural University of Hebei，Baoding，Hebei071000，China）

Abstract：Self-incompatibility is common in Brasssica， the seed setting of inbred is zero or very low at florescence. So the seed setting is produced， in order to increase the seed of production， the overcome methods of self-incompatibility in cabbage， Chinese cabbage and rape was reviewed， it may help for the relevant technician.

Key words: Brasssica；self-incompatibility；overcome

所謂自交不親和性是指雌雄二性配子均有正常的生活受精能力，在不同基因型的株間授粉能正常結籽，但花期自交則不能結籽或結籽率極低[1]。據報道，自然界中已經在74科250屬約3 000種以上的顯花植物中發現了自交不親和現象。而且蕓薹屬蔬菜自交不親和性較為普遍，因此，在一些品種中由于遺傳基因不豐富，容易造成自交不親和復等位同質基因聚集，影響種子產量。

1植物自交不親和類型及其表現

植物自交不親和的實質是：雌蕊細胞分泌出識別物質以識別或拒接同源花粉的分子反應[2]。按照形態學和遺傳學的分類方法，自交不親和性分成異型和同型兩大類。同型自交不親和性又分成孢子體自交不親和性和配子體自交不親和性。異型自交不親和性又分為二形花柱的自交不親和性和三形花柱的自交不親和性。1763年，Ko1reuter首次從紫毛蕊花中發現了自交不親和現象[3]。

前人分析182 種十字花科作物的結果表明，有80種作物表現自交不親和。Takahata 和Hinata 曾考察十字花科蕓薹屬(Brassica) 植物及其近緣野生種組成的蕓薹族(Brassicaceae)植物59 種，有50 種表現為自交不親和[4]。

2甘藍自交不親和性克服方法研究進展

2.1物理、生物學和機械方法克服甘藍自交不親和性

為了在授粉期間降低甘藍自交不親和性，以利于其繁殖和自交不親和系的保存，現已有多種方法用于克服甘藍的自交不親和性[5]，例如高溫處理[6]、電刺激[7]、CO2處理 [8-9]、混合花粉授粉[10]、鋼刷授粉[11]、γ射線輻射[12]等物理、生物學和機械方法，這些方法可在一定程度上提高甘藍的自交結實率，但操作起來較為繁瑣，柱頭也容易受到損傷。

2.2生長調節劑克服甘藍自交不親和性

生長調節物質NAA、IBA和GA-3等植物生長調節物質均可以克服甘藍屬植物等的自交不親和性。

推測其效應是抑制花的脫落，因而生長很慢的花粉管可以到達子房，也可能是由于這些物質可以中和子房分泌到花柱里的阻礙花粉管發育的物質生成的結果[13]。

2.3NaCl溶液克服甘藍自交不親和性

楊銳等[14]經過1979—1981三年四代的試驗研究，篩選出可克服油菜、甘藍和大白菜等蕓薹屬作物自交不親和性的極其普通而有效的藥劑為3%NaCl溶液。后來，曹必好和王遠歐[15]在5%NaCl溶液中加入0.3%硼酸，周慶紅等[16]也用5%NaCl加0.3%的硼酸提高甘藍的親和指數。由于硼酸可促進一些植物花粉的萌發和花粉管的生長，致使植株體內可溶性糖含量增加，抗壞血酸氧化酶活性受到激活，故兩者一起噴施可提高甘藍自交不親和系的親和指數，同時也提高種子的千粒質量和生活力。不過，在實驗中這種方法具有一定的可逆性。藥劑處理的時間很重要，以NaCl噴施柱頭后0.5~1 h的授粉效果較明顯。處理1 h以后，相隔時間愈長，授粉效果愈低，推測是柱頭上蛋白質的“隔離層”被NaCl破壞后還可以逐漸重新形成所致。此現象可能與甘藍自交不親和性中的信號轉導有關，具體轉導機制尚不清楚。

2.4槲皮素克服甘藍自交不親和性

槲皮素是一種具有生物活性的天然黃酮類化合物，具有多種藥理作用，能抑制血小板聚集和癌細胞的DNA合成，還可抑制多種激動劑信號傳遞通路中蛋白激酶C(Protein kinaseC，PKC)的活性和某些受體酪氨酸蛋白激酶活性[17]。甘藍自交不親和系開花前2周的花蕾用槲皮素處理并授粉后，其乳狀突起細胞壁變薄而透明，有些破裂，花粉粒大多能萌發長出花粉管，并伸入到乳狀突起細胞內部。與花期對照相比，自交親和指數明顯提高，甚至轉變為自交親和系。柱頭蛋白的聚丙烯酰胺凝膠電泳顯示，槲皮素處理后柱頭蛋白質有所增加，初步推測其新增蛋白為逆境蛋白[18]。槲皮素作為蛋白激酶抑制劑，還可抑制自交不親和系柱頭中的SRK活性，從而阻止自交不親和性的信號轉導，并可克服甘藍的自交不親和性[19]。其中以1 500 μmol·L-1槲皮素處理的效果最佳[20]。

2.5其他化學物質克服自交不親和性

其他化學物質也可以克服自交不親和性。例如用KH2PO4溶液處理甘藍柱頭后，可能是K+能激活某些酶，酶催化分解柱頭上某些表膜蛋白后，糖蛋白活性受抑制，以致柱頭表膜失去對自交花粉的識別能力，從而促使自交花粉萌發，于是自交不親和得到克服[18]。尤其是KH2PO4溶液本身就是一種營養物質，其對植株和土壤非但沒有危害，而且還可以促進植株生長。多效唑是一種植物生長調節物質，有抑制赤霉素的生物合成和調節代謝平衡的作用。多效唑之所以能提高甘藍的自交結實率，可能是其可抑制柱頭識別蛋白形成的緣故，但其具體作用機制尚待進一步研究[21]。其他的化學物質也常常用于克服甘藍的自交不親和性。授粉前用乙烷處理柱頭就非常有效。一般認為，乙烷的作用是消除柱頭上的不親和因子或促使這些因子失去活性[22]，除了上述物質以外，乙醚和KOH溶液[23]也均有一定的克服蕓薹屬植物自交不親和性的效果。

3大白菜自交不親和性克服方法研究進展

3.1噴施NaCl溶液克服大白菜自交不親和性

近年來，國內外有關雜志報道，利用食鹽水克服蕓薹屬作物自交不親和性獲得成功。肖祥和嚴家蕓[24]認為，NaCl的作用主要是由于Na+和Cl-都是酶的激活劑，能改變柱頭表膜某些可溶蛋白的極性，進而使之變性和失去自交不親和性的識別作用，從而克服自交不親和性。原連莊等[25] 研究發現，2.0%和2.5%NaCl濃度與其他處理差異顯著，鹽水濃度高時，親和指數下降，這可能與高濃度鹽水對花器損傷有關。宋尚偉等[26]以大白菜的 4個自交不親和系為材料，在花期分別噴施不同濃度的NaCl溶液后進行自交，結果表明：大白菜自交親和指數比未經處理的顯著提高。其中 3個材料以NaCl濃度 5% 處理效果為好，親和指數分別達到 5.94，7.95， 5.79；1個材料以NaCl濃度 3% 處理效果為好，親和指數為6.27，這可能和基因型之間的差異有關。胡瓊[27]認為以6%NaCl處理效果最好。付紹紅[28]在花蕾期和花期，用不同濃度的 NaCl、6-BA、GA-3處理白菜型油菜雅安黃油菜(簡稱雅黃)，結果表明：花蕾期授粉對克服雅黃自交不親和性效果明顯；在不同濃度的 NaCl 處理中，只有3% NaCl 能在花期極顯著克服“雅黃”的自交不親和性；在花蕾期 50 mg·L-1 6-BA 能極顯著克服雅黃的自交不親和性；50 mg·L-1 GA-3處理效果最好。綜合分析表明，在花期 NaCl 和 GA-3處理克服雅黃自交不親和性的最適濃度分別是3%和50 mg·L-1。

3.2噴施NaCl溶液配合硼溶液可提高自交不親和性

硼能促進花粉發芽和花粉管的發育，對作物的開花、授粉、結實有良好的作用。在花期噴施NaCl溶液再添加一定濃度的硼溶液比單獨噴施NaCl溶液的效果要好，不僅可以提高自交不親和系的親和指數，而且能夠顯著提高結莢率，改善種子生活力，進而有效地增加自交不親和系的繁殖系數，提高種子產量和質量。

韋順戀等[29]以濃度為2%～10%的NaCl溶液進行了試驗，認為在10%的NaCl溶液中加入0.01%的硼酸處理大白菜自交不親和的柱頭，對種株有增加種子的效果。北京市種子公司劉錚[30]在對自交不親和系噴施3%NaCl溶液的基礎上，分別對花蕾、花枝和開放的花加噴0.3%和0.5%的硼溶液，結果發現對種子千粒質量和發芽率均有增效效果。而在原連莊等[25]的試驗中，硼對結實有一定的促進作用，但并不明顯，與前人研究結果有點不同，他們認為這可能與硼的使用方法、次數和時期等有關。高俊杰[31]用花粉提取液涂抹大白菜自交不親和系的柱頭，自交不親和系的每花結子數與不進行處理的花期自交相比，存在顯著差異。

4油菜自交不親和性克服方法研究進展

在油菜上，安彩泰等[32]在蘭州用0.5%，10%，15%3個濃度NaCl溶液對油菜進行處理，結果表明10%的濃度較為適宜。在甘藍型油菜上，1983年華中農學院于武昌和昆明在甘藍型油菜的兩個自交不親和系上的試驗表明，不論是在溫室還是大田條件下，用NaCl處理均以5%濃度的效果最佳。花期噴施濃度為5%～6%的NaCl溶液加0.2%硼砂后進行授粉，能提高甘藍型油菜自交不親和系的結實指數。侯國昨等[33]以5%的NaCl溶液噴、抹在甘藍型油菜自交不親和系的柱頭上，初花后用5%NaCl溶液每隔4～7 d噴1次，連續噴4～5次，產量可達600～750 kg·hm-2。在白菜型油菜上，陳越[34]在陜西省農科院永壽縣永安試驗點對白菜型油菜噴灑NaCl溶液以期克服其自交不親和性，發現NaCl溶液確實有提高親和指數的作用，其處理的最適濃度是4%～6%。

總之，為了解決蕓薹屬自交不親和親本繁殖過程中的問題，今后應在探明自交不親和反應內部的調控機制、完善細胞信號轉導模式的基礎上，尋找更經濟實用的克服方法。而用化學方法克服蕓薹屬自交不親和性的潛在應用前景較大，值得關注。

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