太空誘變玉米雄性不育突變體的遺傳分析

摘要： 從衛星搭載的玉米自交系魯原3624自交后代中選育出1份雄性不育突變體。通過田間觀察和室內花粉鏡檢對其育性進行鑒定，并在不同生態條件下鑒定了不育性狀的遺傳穩定性，另通過測交、正反交、回交以及自交對不育性狀的遺傳特性進行了分析。結果表明： 該不育突變材料雄穗無任何花藥外露，花藥內基本無可染花粉粒，且在不同生態條件下均能穩定遺傳，屬于隱性單基因控制的細胞核雄性不育類型。

關鍵詞：玉米；太空誘變；雄性不育；突變體；遺傳分析

中圖分類號：S513.035.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）04-0028-04

雄性不育現象在玉米、小麥、水稻等主要農作物上普遍存在。玉米雄性不育材料在生產上具有重要的應用價值，闡明其雄性不育機理，能更好地促進其在玉米遺傳育種和雜種優勢上的利用。新技術、新手段的出現，也為不斷創造出新的雄性不育材料、產生新的種質提供了新的途徑。

空間誘變是指利用返回式衛星或高空氣球將農作物種子帶到太空，利用太空特殊的環境條件（空間宇宙射線、微重力、高真空、弱磁場等），使植物細胞內染色體等遺傳物質發生突變，產生突變型，從中選擇優良的突變個體 [1，2]。通過太空誘變技術，我國自1987年至今已育成大批作物新品種或新品系，同時還篩選出許多有用的突變體材料[3～5]。

山東省農業科學院原子能農業應用研究所于2006年9月選送6份優良玉米自交系，通過返回式衛星“實踐八號”進行空間搭載實驗，從中選育出1份雄性不育突變材料。本試驗對該不育突變材料的田間育性、不育性狀的穩定性及其育性遺傳等方面進行了研究。

1材料與方法

11材料及衛星搭載

將籽粒飽滿、大小均勻的6份優良玉米自交系分成一式兩份，一份作為對照種子在地面保存，另一份于2006年9月通過返回式衛星“實踐八號”進行太空搭載，進行誘變處理。用于測交及正反交遺傳分析的玉米自交系有：Mo17、丹340、齊319、掖478、昌7-2、恢313、牛2-1。

12方法

121田間試驗2007年6月17日，在山東省農科院試驗農場（濟南）同時相鄰種植6份空間搭載誘變種子（處理）與對照種子。每份誘變種子分別種植6行，對照種子分別種植4行，行長5 m，行距067 m，每行21株，單粒播種，田間精細管理。將誘變種子及其對照分別自交，衛星搭載回收種子處理當代記為SP1，SP1自交后代記為SP2，SP2自交后代記為SP3，其余依次類推。2007年11月10日，在海南三亞種植各處理種子的SP2及對照，種植方式、方法同濟南一樣。

122育性鑒定采用田間鑒定與室內花粉鏡檢相結合的方法。田間育性鑒定采用Duvick[6]提出的育性鑒定標準，于散粉期分3 次逐株進行育性鑒定；室內花粉用1%I-KI 染色，鏡檢花粉粒的可染性。

123不育性狀的穩定性分析以不育株為母本，用同一群體的可育株作為父本進行姊妹交，育性完全恢復的姊妹交F1 植株自交得到F2種子，分別在山東濟南、海南三亞進行種植，觀察其育性表現，記錄育性分離情況，并進行χ2測驗。

124不育性狀的遺傳分析以不育株為母本，與同一群體的可育株進行姊妹交以及其它自交系進行測交，對雜交F1 以及它的自交或回交后代進行育性調查，分析其細胞核效應；同時以具有正常細胞質的自交系Mo17和昌7-2為母本，育性完全恢復的測交F1 植株為父本進行反交，觀察反交F1、F2 的育性表現，分析其細胞質效應。將所有育性分離的世代均進行χ2測驗，判斷其遺傳規律。

2結果與分析

21不育材料的發現及處理

2007年在濟南種植的所有太空誘變自交系當代（SP1）中并沒有出現雄性不育突變株。但同年在海南三亞種植時發現：自交系魯原3624的SP2代07H2016小區中有6株雄性不育株，而其它誘變自交系的SP2代和所有對照都未發現不育株。調查發現，不育株的農藝性狀與正常可育株沒有明顯差異，而且不育株雄穗與可育株雄穗的大小和分枝數沒有明顯區別，但不育株雄穗的花藥瘦小干癟，無花藥外露（圖1）。所有不育單株分別用同一小區可育株進行姊妹交和對照自交系魯原3624測交保種。花粉用1%的I-KI染色，鏡檢花粉粒的可染性，結果為：不育株花藥內基本無花粉粒或有少數不可染的畸形花粉粒，可育株花藥內充滿正常可染的花粉粒及一些不可染的花粉粒，而對照魯原3624的花藥內全部是正常可染的花粉粒（圖2）。

以上結果分析表明，不育突變體魯原3624的不育性狀既可通過母本傳遞給后代，也可通過父本傳遞給后代，且經多年、多點試驗證明可穩定遺傳。不育基因不僅在不育突變體自身的細胞質背景下可以表達，在正常細胞質背景下也可以表達，而且正、反交后代育性分離群體中可育株與不育株比例符合孟德爾分離規律。這表明該不育性狀是由細胞核內遺傳物質控制的，與細胞質內遺傳物質無關，屬可遺傳的單基因控制的隱性核不育類型。

3結論與討論

從搭載返回式衛星“實踐八號”的玉米自交系魯原3624誘變后代中成功選育出1份雄性不育材料，經過遺傳分析認為，它屬于隱性單基因控制、可穩定遺傳的玉米細胞核雄性不育材料。這也進一步證實了太空環境對植物確實具有誘變作用，而且這些誘變的性狀是穩定的，可以遺傳的。對于從空間誘變后代成功選育玉米細胞核雄性不育的研究，早已有成功的報道[8，9]，我們的研究結果與他們基本一致。而張采波等[10]利用返回式衛星“實踐八號”進行搭載處理的2份玉米自交系誘變后代中成功選育出3份玉米細胞質雄性不育材料，與我們的研究結果并不完全一致，但這并不矛盾。這也從另一方面說明太空誘變雖然能誘發植物種子產生遺傳變異，但是誘變是隨機發生的，而不是定向的。

空間環境處理種子是植物誘變選育的有效方法，但也受植物種子本身因素的影響。本試驗太空搭載了6份優良玉米自交系，但僅從1份誘變自交系魯原3624的自交后代SP2中選育出雄性不育突變體。說明這些自交系的遺傳背景對太空誘變效果有直接影響，要想得到適合的突變體，必須選擇適宜誘變材料。曹墨菊等[8]同時進行衛星搭載的6份材料（1份為雜交種， 1份為群體材料，4份為純系材料），結果僅在雜交種的處理后代中得到可遺傳的雄性不育突變體。他們認為用遺傳基礎復雜的材料進行太空誘變更容易獲得突變體。李玉玲等[9]認為，代謝旺盛、對外界刺激反應敏感的原生質體、細胞、生長發育中的作物作為誘變材料，在空間條件下并輔以理化誘變因子進行復合處理，可能獲得更為豐富的遺傳變異材料。可是究竟如何選擇最佳的空間誘變材料，目前尚未見研究報道，這將是我們今后需要重點研究的課題。

許多研究單位通過太空誘變都獲得了可穩定遺傳的隱性單基因控制的玉米雄性不育突變體，但研究也發現這些材料的不育性狀并不是由同一基因控制的。李玉玲等[11]通過SSR分子標記已經將不育材料鄭58的不育基因初步定位在第1條染色體上，不育材料昌7-2的不育基因初步定位在第4條染色體上。劉福霞等[12]通過分子標記將川單9號的不育基因定位在第3染色體長臂上。本試驗也通過SSR分子標記將不育材料魯原3624不育基因初步定位在第2條染色體長臂上，對該材料的精細基因定位正在進行。這些不同的雄性不育基因也進一步說明太空誘變的隨機性，當然也可能與不同種子的基因型有關。至于這些不育基因在不育性狀中所起的作用，還需進一步實驗證明。

總之，太空誘變作為一種新的誘變育種手段，已創造出許多有益種質，且培育成許多高產優質新品種，將其應用于種質創新及作物遺傳改良是完全可行的，是農作物誘變育種的新興領域和重要手段。

參考文獻：

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[10]張采波，袁國釗，汪靜，等空間環境誘發玉米細胞質雄性不育突變體的遺傳分析[J]遺傳，2011，33（2）：175-181

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[12]劉福霞，曹墨菊，榮廷昭，等用微衛星標記定位太空誘變玉米核不育基因[J]遺傳學報，2005，32（7）：753-757