結球甘藍雄性不育的研究和應用進展

季家磊 楊麗梅方智遠 莊 木 張揚勇 呂紅豪 劉玉梅 李占省（中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

結球甘藍雄性不育的研究和應用進展

季家磊 楊麗梅*方智遠 莊 木 張揚勇 呂紅豪 劉玉梅 李占省
（中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

結球甘藍在產量、品質、抗病性、抗逆性等性狀上具有明顯的雜種優勢。利用雄性不育系配制雜交種是雜種優勢利用的重要途徑。近年來，結球甘藍雄性不育的研究取得了很大進展。本文綜述了結球甘藍雄性不育的類型、遺傳特性及其在細胞學、生理生化和分子生物學等方面取得的研究成果，介紹了結球甘藍雄性不育系的選育和應用，同時分析了目前存在的問題，并對結球甘藍雄性不育的應用前景做了展望。

結球甘藍；雜種優勢；雄性不育；綜述

結球甘藍（Brassica oleracea L.var.capitata L.）簡稱甘藍，是十字花科蕓薹屬甘藍種中兩年生的重要蔬菜作物，別名圓白菜、洋白菜、卷心菜、包菜、包心菜、茴子白、蓮花白、椰菜等。甘藍原產于地中海至北海沿岸，由不結球野生甘藍演變馴化而來，營養豐富，抗逆性及適應性均較強，易栽培、產量高、耐貯運，在世界各地普遍種植。

甘藍為典型的異花授粉作物，其一代雜種在生長勢、產量、抗病性、抗逆性及品質等方面具有十分明顯的雜種優勢（Tanaka & Niikura，2006）。雜優育種已成為甘藍品種改良的主要方式，目前生產上應用的主栽品種大多為一代雜種（方智遠 等，2004）。甘藍雜交種的生產可以采用自交不親和系和雄性不育系兩種途徑。自交不親和性在甘藍中廣泛存在，經連續自交選育可以獲得穩定遺傳的自交不親和系。利用自交不親和系生產一代雜種時，可選用正反交雜種優勢都強的組合，這樣的組合正反交種子均可利用，種子產量高。但是這種方法存在一定的缺陷，如雜交率達不到100%、親本靠人工自交授粉繁殖成本高以及長期自交容易退化等（方智遠 等，2004）。雄性不育是指兩性花植物的雄性器官發生退化或喪失功能的現象，在植物界普遍存在。按照一定的選育程序，可以育成穩定遺傳的雄性不育系。利用雄性不育系制種能夠克服上述利用自交不親系制種的一系列弊端，節省人力物力、降低生產成本、提高種子質量，具有顯著的經濟效益和社會效益，所以長期以來甘藍雄性不育研究倍受廣大育種工作者的重視。本文回顧和總結了近年來甘藍雄性不育的主要研究進展、存在問題等，以期為甘藍雄性不育的深入研究提供參考。

1 甘藍雄性不育的類型及遺傳特性

1.1 細胞核雄性不育

細胞核雄性不育（genetic male sterility，GMS）是由核基因控制的不育類型。甘藍中常見的細胞核雄性不育包括顯性細胞核雄性不育（dominant genetic male sterility，DGMS）和隱性細胞核雄性不育（recessive genetic male sterility，RGMS），主要為單基因控制。

1.1.1 隱性細胞核雄性不育（RGMS） 目前在甘藍類蔬菜中發現的細胞核雄性不育大多數受隱性核基因控制。如方智遠等（2001）從小平頭甘藍自然群體中發現了隱性核不育材料83121ms，該材料生長正常，花朵較小但可以正常開放，雄蕊敗育徹底，無花粉，雌蕊正常，蜜腺發達，花蜜較多，授粉結實良好，種莢正常。該不育類型的不育基因為ms，不育株基因型為msms，可育株基因型包括MsMs和Msms兩種。這種不育類型沒有典型的保持系，只能從雜合可育株（Msms）的自交后代中得到約25%的不育株，或從雜合可育株（Msms）與不育株測交后代中得到約50%的不育株。

1.1.2 顯性細胞核雄性不育（DGMS） 方智遠等（1997）發現的甘藍顯性雄性不育源DGMS79-399-3為我國所特有，由DGMS79-399-3轉育獲得的雄性不育材料經濟性狀良好，生長正常，現蕾后無死花蕾現象或死花蕾較少，花朵可正常開放，雄蕊退化，雌蕊正常，蜜腺發達，花蜜多，結實良好，配合力強。遺傳分析表明，甘藍顯性細胞核雄性不育的不育性受1個主效顯性基因控制，同時受微效基因的影響（Fang et al.，1997）。不同遺傳背景的甘藍顯性細胞核雄性不育材料中存在不育性穩定及環境敏感兩種類型，溫度是影響環境敏感株育性表達的主要因子（嚴慧玲 等，2007）。環境敏感不育株在生長前期的低溫條件下育性敏感，可產生微量有活力的花粉，在微量花粉不育株的自交后代中可分離出純合顯性雄性不育株，用其作母本與一般可育自交系雜交，可以獲得不育株率達100%的顯性雄性不育系（方智遠 等，2004；嚴慧玲 等，2007）。

1.2 細胞質雄性不育

甘 藍細 胞質 雄性 不育（cytoplasmic male sterility，CMS）大多數是從其他十字花科作物中轉育而來的，類型較為豐富，主要包括蘿卜胞質雄性不育（Ogura CMS）、甘藍型油菜胞質雄性不育（Pol CMS和Nap CMS）和黑芥胞質雄性不育（Nigra CMS）。

1.2.1 蘿卜胞質雄性不育（Ogura CMS） 日本學者Ogura（1968）在蘿卜自然群體中發現了Ogura CMS，其不育性徹底，不育度和不育率均為100%，不育性遺傳組成為S（rfrf），由細胞質不育基因S和1對隱性細胞核基因（rfrf）共同控制。當細胞質不育基因S和純合細胞核不育基因（rfrf）同時存在時，植株表現為雄性不育。如果細胞質基因為可育基因N，則無論核基因是可育基因（RfRf）還是不育基因（rfrf），都表現為雄性可育；同樣，如果細胞核中具有可育基因（RfRf或Rfrf），則無論細胞質基因是可育基因N還是不育基因S，也都表現為雄性可育。根據來源不同，甘藍Ogura CMS又分為3種：Ogura CMSR1、Ogura CMSR2和Ogura CMSR3（方智遠 等，2001；張揚勇 等，2011）。Bannerot等（1974）通過有性雜交結合胚挽救將蘿卜Ogura CMS的不育性狀轉移到甘藍中，獲得Ogura CMSR1，該不育類型因核質不協調而存在低溫下葉色黃化、蜜腺發育不全、雌蕊不正常等缺點。Walters等（1992）利用原生質體融合技術創制了青花菜Ogura CMS，隨后將不育性狀轉育到甘藍中，獲得Ogura CMSR2，該不育材料在多代回交后依然存在種莢發育畸形、蜜腺退化等問題。以上兩種Ogura CMS均無法在生產和育種中應用。Ogura CMSR3是在Qgura CMSR2的基礎上，融合了青花菜線粒體，減少了蘿卜線粒體比例，該不育類型的不育性穩定，低溫下葉色不黃化，開花結實正常，已廣泛應用于甘藍育種及雜交種生產（Wang et al.，2012）。

1.2.2 甘藍型油菜胞質雄性不育（Pol CMS和Nap CMS） Pol CMS是傅廷棟等（1989）在甘藍型油菜中發現的自然不育材料，又分為3種類型，即高溫不育型、低溫不育型和穩定型，其對溫度敏感的特性主要取決于細胞核，即主要由保持系決定。該不育類型的不育性受細胞質基因和細胞核基因共同控制。白菜型和芥菜型油菜中都具有Pol CMS的恢復基因，表明恢復基因可能存在于A組染色體上（Yang & Fu，1990），可育對不育是顯性，表現為1對主效基因的遺傳模式，但在Fl和回交群體中可出現部分半不育類型，說明該不育類型的不育性除受主效基因控制外，還受到修飾基因的影響（楊光圣和傅延棟，1991）。該不育類型轉育到甘藍類蔬菜中表現出花器官發育不良、結實率低等缺點，在甘藍制種中很少應用（Yarrow et al.，1990）。Nap CMS又稱Shiga-Thompson系統，該不育類型的育性遺傳組成為S（rfrf），其恢復基因（Rf）普遍存在于歐洲和日本油菜品種中，不育株花瓣較小，花絲較短，育性對溫度敏感，當溫度高于20 ℃時表現為雄性可育，至今在生產中仍很少應用（Thompson，1972；Shiga & Baba，1973；Fan & Stefansson，1986）。

1.2.3 黑芥胞質雄性不育（Nigra CMS） Pearson（1972）用秋水仙素處理B.nigra×B.olemcea的F1植株，將其染色體加倍后，以甘藍為父本進行連續回交后獲得了Nigra CMS；其不育性由細胞質基因和1對隱性核基因共同控制，從結球甘藍和羽衣甘藍中都能夠分離出保持系。方智遠等（2001）從荷蘭引進了黑芥胞質不育材料CMSN78091，該材料正常生長，低溫下葉色不黃化，雄蕊敗育無花粉，雌蕊正常，授粉后結實中等，但其花朵大多數處于半開放狀態，蜜腺嚴重退化，不育材料測交后代的不育株率介于33.7%～60.0%之間，因此該材料在甘藍育種中也難以應用。

2 甘藍雄性不育的細胞學研究

植物雄性不育細胞學研究的主要內容是確定小孢子的敗育時期及敗育方式，從細胞形態學上探討導致小孢子敗育的因素。大量研究表明，小孢子敗育有可能發生于小孢子發育的任一時期，包括從孢原細胞期到成熟花粉期，而敗育的高峰期多發生在四分體時期至小孢子單核期（Kaul，1988）。

甘藍顯性細胞核雄性不育的主要敗育時期為四分體后期，主要敗育特征是小孢子不能自由釋放，但花粉壁可以正常沉積孢粉素，由絨氈層功能異常引起的包裹整個四分體的花粉母細胞壁的持續存在是導致小孢子不能正常分開的重要原因（卞春松，1994；劉玉梅，2003；康俊根，2006；Ma et al.，2015）。甘藍隱性細胞核雄性不育的主要敗育時期為花粉母細胞期，主要敗育特征為絨氈層細胞及中層細胞發育異常，且不同植株上的敗育特征表現不一致，四分小孢子正常釋放后因不能形成正常花粉壁而迅速敗育（卞春松，1994；康俊根，2006；Ma et al.，2015）。甘藍Ogura CMS的主要敗育時期在四分體前期，主要敗育特征為從減數分裂后期開始絨氈層細胞活動異常，出現進行性加厚，大部分四分小孢子能夠自由釋放，但因受絨氈層細胞擠壓而敗育，小孢子外壁孢粉素沉積延遲，但最終可以發育為較完整的花粉外壁（卞春松，1994；康俊根，2006；Ma et al.，2015）。Pol CMS和Nap CMS的主要敗育時期為孢原細胞分化期，主要敗育特征為花藥發育受阻，不能形成正常的造孢細胞，沒有藥室的分化，屬于無花粉囊型，溫度敏感株在特定溫度下則會有部分花粉囊的分化，產生可育花粉（余鳳群和傅廷棟，1990；湯偉華 等，2008；胡永敏 等，2012）。染色體加倍的Pol CMS敗育開始于花粉母細胞減數分裂期，絨氈層提前降解導致小孢子敗育（湯偉華 等，2008）。甘藍Nigra CMS的主要敗育時期為造孢細胞期，主要敗育特征為絨氈層細胞分化和發育異常、功能喪失，進而導致小孢子敗育（康俊根，2006；Ma et al.，2015）。許忠民等（2012）研究表明，甘藍細胞質雄性不育系CMS158的小孢子敗育發生在四分體時期至單核花粉期，絨氈層細胞液泡化嚴重，小孢子受到擠壓，高度粘連，不能形成有活力的花粉粒。高營營等（2014）研究表明，甘藍細胞質雄性不育系PM的小孢子敗育開始于花粉母細胞時期，但其能夠正常進行減數分裂形成四分小孢子，隨后絨氈層細胞發生進行性加厚，小孢子受到擠壓，最終敗育。

綜上，盡管各種甘藍雄性不育材料的敗育時期及敗育方式不盡一致，但幾乎都與絨氈層的異常發育密切相關。絨氈層作為花藥壁的最內層細胞，是向花粉母細胞運輸物質的樞紐，在花粉母細胞及后期小孢子發育中發揮著非常關鍵的作用（Pacini，1997）。許多研究已經證實，絨氈層細胞分化和發育過程中的任何異常都有可能直接或間接導致花粉敗育，產生雄性不育（Huang et al.，2011）。

3 甘藍雄性不育的生理生化研究

近年來，有關植物雄性不育生理生化機制的研究報道較多，并取得了一些成果。Li等（2006）、Jiang等（2007）、Bentolila和Stefanov（2011）研究表明，植物雄性不育的發生與酶系統、物質和能量代謝系統以及激素系統的變化有著密切的內在聯系。

3.1 活性氧與雄性不育

活性氧是植物體內正常代謝的產物，但在花粉發生敗育的情況下活性氧的產生速率會明顯加快（Jiang et al.，2007；Yuan et al.，2007）。活性氧可對脂類、蛋白質、核酸等生物大分子造成嚴重損傷，其在植物體內的積累被認為是導致雄性不育的重要原因之一（Jiang et al.，2007）。研究表明，甘藍細胞質雄性不育系花蕾中活性氧的產生速率和含量在不同發育時期均高于保持系花蕾，尤其在花藥敗育以后達到極顯著差異，而且不育系花蕾的丙二醛（MDA）含量也高于保持系，并在花藥敗育以后差異達到極顯著水平（許忠民，2011）。

3.2 游離氨基酸與雄性不育

游離氨基酸是小孢子發育所需的重要營養物質，花蕾中游離氨基酸含量的變化與植物雄性不育有著密切關系。在植物雄性不育研究中，脯氨酸是研究最多的一類氨基酸。作為花器官中含量最多的氨基酸之一，脯氨酸能夠促進花粉的發育、萌發以及花粉管的伸長（Goss，1968）。許多研究表明，脯氨酸的缺乏是造成小孢子敗育的一個主要原因（Franke et al.，1979；Kaul，1988）。劉玉梅（2003）研究表明，甘藍不育花蕾中丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、天門冬氨酸、精氨酸、賴氨酸的過量積累和脯氨酸的缺乏可能是引起甘藍顯性細胞核雄性不育的原因之一。許忠民（2011）研究表明，甘藍細胞質雄性不育系生殖器官中甘氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸的過度積累和脯氨酸的匱乏，是導致甘藍細胞質雄性不育的主要原因之一。

3.3 內源激素與雄性不育

內源激素是植物體內合成的、通常從合成部位運往作用部位、對植物的生長發育具有顯著調節作用的微量小分子有機化合物。許多研究表明，植物雄性不育的產生同內源激素的變化密切相關（Sawhney & Shukla，1994；Tang et al.，2008；Yin et al.，2012）。劉玉梅（2003）研究表明，甘藍顯性細胞核雄性不育與赤霉素（GA3）、吲哚乙酸（IAA）、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）等內源激素關系密切，在甘藍花蕾發育前期GA3、IAA、ZR等的匱乏以及ABA的盈積很可能是甘藍顯性細胞核雄性不育的原因之一。許忠民等（2015）采用間接酶聯免疫吸附（ELISA）技術探索了甘藍細胞質雄性不育與內源激素含量的關系，發現甘藍細胞質雄性不育系花蕾發育過程中IAA/ABA、IAA/ ZR和GA3/ABA等比例失調影響了花藥發育，最終導致甘藍細胞質雄性不育系小孢子敗育。

4 甘藍雄性不育的分子生物學研究

4.1 甘藍雄性不育的基因表達譜分析

Lou等（2007）利用cDNA-AFLP差異顯示技術，從轉錄水平上研究了甘藍顯性細胞核雄性不育的基因表達，結果表明顯性細胞核不育基因（Mscd1）的表達可能阻礙了四分體中小孢子的正常釋放，并抑制了果膠裂解酶基因、果膠甲醋酶基因、硫氧環蛋白基因、快速堿化因子基因及脯氨酸富足蛋白基因的正常表達。Ma等（2015）利用擬南芥全基因組寡核苷酸芯片（microarray）全面分析了4類甘藍雄性不育（Nigra CMS、RGMS、Ogura CMS、DGMS）花藥敗育過程中所有基因的全局性表達，并對絨氈層特異表達基因進行了鑒定和分析，結果發現了104個可能在絨氈層中特異表達的基因，這些基因參與了細胞壁修飾及一系列酶促反應，它們的異常表達可能是影響絨氈層發育的關鍵原因。

4.2 甘藍雄性不育的分子標記研究

關于甘藍顯性細胞核不育基因Ms-cd1的分子標記研究已有很多報道。王曉武等（1998，1999，2000）采用集群分析（BSA）法，篩選獲得了與Ms-cd1遺傳距離為7.48 cM的RAPD標記，并將該標記轉換為延長隨機引物擴增DNA（extended random primer amplified DNA，ERPAD）和特異序列 擴 增（sequence characterized amplified region，SCAR）標記。劉玉梅（2003）運用RFLP、SSR技術，采用BSA法篩選獲得了與Ms-cd1連鎖的RFLP標 記pBN11和SSR標 記C03180。Wang等（2005）通過比較基因組學的方法，將Ms-cd1定位于甘藍的第9連鎖群O9（第3染色體C3），此區域對應于擬南芥第5染色體上部。Zhang等（2011）采用BSA法，篩選獲得了與Ms-cd1連鎖的SSR標記和SRAP標記，其中SSR標記8C0909與Ms-cd1的遺傳距離為2.06 cM，3個SRAP標記（ENA14FCoEm7RSC、ENA20R-rem2SC、CoEm17RE37SC）分別被轉化為3個SCAR標記，與Ms-cd1的遺傳距離分別為0.18、0.39、4.23 cM。

甘藍細胞質雄性不育大多數受線粒體特異基因調控，如Ogura CMS、Pol CMS和Nap CMS的不育性分別由線粒體特異基因orf138、orf224和orf222控 制（Singh & Rown，1993；Brown et al.，1998；Hanson & Bentolia，2004）。李建斌等（2009）根據orf138和orf222的基因序列設計特異標記，對64個甘藍CMS植株進行鑒定，結果發現59個單株中orf138和orf222共存，推測該類CMS可能是Ogura CMS和Nap CMS的雜合體。張艷等（2010）利用orf138的特異引物及Nap CMS和Pol CMS的共同引物，從15份甘藍細胞質雄性不育材料中鑒定出14 份Ogura CMS和1份Nap CMS。朱琴等（2012）根據orf138的序列信息設計了用于甘藍細胞質雄性不育材料篩選的標記Bo138300BF/R。另外，針對同屬于Ogura CMS的兩種雄性不育源CMS HY和CMSR3，張揚勇等（2011）開發了能將兩者加以區分的CAPS標記m92-143MseⅠ和m1-346MseⅠ。這些分子標記經多次驗證，結果穩定可靠。

4.3 甘藍雄性不育相關基因的克隆及分析

雄性不育材料可以作為一種非常有用的工具用于研究花藥發育相關基因的表達模式及其生物學功能（Goldberg et al.，1993）。BoBHLH1是一個在甘藍花藥中優勢表達的基因，該基因編碼的蛋白質屬于bHLH轉錄因子，與擬南芥bHLH轉錄因子AtBHLH151的氨基酸序列一致性為87%，受茉莉酸信號誘導，在花藥發育的早期和晚期均有1個表達高峰（劉海霞 等，2010）。BoMF1在花藥中優勢表達，于花藥發育后期達到表達高峰，其啟動子序列能夠驅動GUS基因在擬南芥花藥發育晚期的花藥和花粉中特異表達（劉海霞 等，2010；郭盈盈 等，2013）。BoMF2是一個花藥優勢表達基因，在正常發育甘藍花蕾的四分體末期有一個短暫的表達高峰，后期表達量迅速下降，但是在Ogura CMS雄性不育系花藥中，BoMF2從四分體末期一直到雙核花粉期均有較高的表達量，其持續的異常表達與Ogura CMS絨氈層持續異常膨大相吻合（Kang et al.，2014）。BoMF2過表達轉基因擬南芥植株表現出顯著的種莢短小和花粉活力下降，具有明顯的雄性育性下降特征，Kang等（2014）證實該基因是一個調控花藥絨氈層增殖的轉錄調控因子。BoMYB1編碼1個MYB轉錄因子，該基因在花藥中具表達優勢，在花藥發育晚期出現表達高峰，并受植物激素水楊酸（SA）和茉莉酸甲酯（JA-ME）的調控，誘導花藥發育基因的表達，同時具有很強的自主轉錄激活功能（張磊 等，2012；陳玉娟 等，2014）。

5 甘藍雄性不育系的選育及應用

5.1 甘藍顯性細胞核雄性不育系的選育和應用

根據甘藍顯性雄性不育材料DGMS79-399-3的遺傳特性，方智遠等（2004）采用連續回交選育的方法，以不同類型經濟性狀穩定、品質優良、配合力良好的甘藍自交系作父本進行顯性雄性不育系的轉育，通過連續回交、自交及測交等步驟，結合分子標記輔助選擇，先后在以不同類型優良自交系作父本的回交后代中鑒定出多份純合顯性雄性不育株。純合顯性雄性不育株不能產生花粉，需要采用組織培養的方法進行保存和繁殖，進而獲得純合顯性雄性不育系（Fang et al.，1997；嚴慧玲 等，2013）。利用純合顯性雄性不育系和保持系（回交父本）雜交，可獲得顯性雄性不育系。方智遠等（1997，2004）通過對選育出的顯性不育系的不育性、經濟性狀、配合力等進行全面考察，從中篩選出DGMs01-216、DGMS01-425、DGMS8180、DGMs02-6、DGMs23202等5個優良顯性不育系，同時利用顯性不育系配制出中甘16號、中甘17號、中甘18號、中甘19號和中甘21等多個甘藍優良品種，使我國甘藍顯性雄性不育的利用取得重大的突破。

5.2 甘藍細胞質雄性不育系的選育和應用

相比于細胞核雄性不育，甘藍細胞質雄性不育系轉育簡單，不育性容易保持。目前生產上選育的甘藍細胞質雄性不育系主要為Ogura CMS。中國農業科學院蔬菜花卉研究所以兩份雄性不育性穩定、經濟性狀及開花結實性狀良好的細胞質雄性不育源CMSR3625、CMSR3629為母本，以經濟性狀穩定、品質優良、配合力良好的自交親和系為父本進行甘藍細胞質雄性不育系的轉育，經6個世代以上的連續回交之后，獲得CMS02-6、CMS87-534、CMS8180等多個優良的蘿卜胞質甘藍雄性不育系，帶有自交親和基因的細胞質雄性不育系可以顯著降低制種成本，具有廣闊的應用前景（方智遠 等，2004；張揚勇 等，2011）。蘿卜胞質雄性不育系在甘藍中只有保持系，沒有恢復系，但對于以營養器官為產品的甘藍來說是完全可以利用的。目前，育種工作者利用細胞質雄性不育系已配制出中甘22、中甘192和中甘96等多個優良甘藍品種（方智遠等，2003；莊木 等，2010；楊麗梅 等，2011）。

6 問題與展望

近年來，甘藍雄性不育的研究取得重大突破，國內育種工作者們利用雄性不育系配制出一大批甘藍新品種，如中甘19號、中甘21、中甘192、西園10號、綠球66、秋甘5號等（王慶彪，2013），成功建立了甘藍雄性不育育種技術體系，實現了雄性不育系規模化制種。值得注意的是，甘藍顯性細胞核雄性不育材料的雄性不育敏感特性與遺傳背景關系密切，部分自交系材料的回交轉育后代中無敏感株出現，因此這些自交系經回交轉育無法獲得顯性雄性不育系（方智遠 等，2004）。另外，除中國農業科學院蔬菜花卉研究所發現和利用的甘藍顯性雄性不育材料外，國內外育種工作者大多都在應用Ogura CMS。然而，甘藍Ogura CMS的母體遺傳特性可能會帶來一些負面影響：一方面，Ogura CMS后代胞質總是和雄性不育源一致，存在胞質單一、抗性喪失的風險，如美國T型不育細胞質曾引起玉米小斑病大流行（Ullstrup，1972）；另一方面，Ogura CMS后代均為雄性不育，無法自交分離，種質創新受到限制，同時降低了種質資源多樣性。為解決以上問題，一是應發掘新的細胞質不育資源，實現胞質的多樣化；二是需創制甘藍Ogura CMS的恢復系，恢復這類不育材料的育性，實現種質資源的再創新（于海龍，2015）；三是利用基因工程技術創制新型雄性不育系。

育種實踐表明，雄性不育系的選育是作物雜種優勢利用的關鍵環節。通過常規育種方法選育雄性不育系的周期長、成本高，已不能滿足農業生產快速發展的需要。基因工程技術在作物定向改良中效率高，目前已被廣泛應用于植物新型雄性不育的創造。到目前為止，基因工程雄性不育的創造已在多種植物中獲得成功，利用基因工程雄性不育系選育出的玉米、甘藍型油菜、萵苣一代雜種已成功進行商業化應用（Kempken，2010）。利用細胞毒蛋白Barnase（芽孢桿菌RNA酶）基因在花藥絨氈層特異啟動子的調控下選擇性地破壞絨氈層細胞，從而導致小孢子敗育是目前應用最普遍的一種產生基因工程雄性不育的方法。利用這一方法已在煙草、甘藍、甘藍型油菜、萵苣等作物中獲得雄性不育植株（Mariani et al.，1990；Reynaerts et al.，1993；沈革志 等，2001；何業華 等，2003；李春雨 等，2015）。其他一些途徑，如利用胼胝質酶將胼胝質壁提前降解、導入使線粒體發育異常的基因、通過基因編輯技術敲除花粉發育過程中的關鍵基因等也可用于基因工程雄性不育的創制（Curtis et al.，1996；He et al.，1996；Zhang et al.，2001）。但是基因工程雄性不育系育性的穩定性和大田應用效果仍需進一步考察，轉基因作物的安全性問題同樣有待考慮。

此外，甘藍類蔬菜中的隱性細胞核雄性不育資源豐富，由單隱性細胞核不育基因控制的不育系不育性穩定、配組靈活，但因難以保持和擴繁而在生產應用中受到限制。近年來，美國杜邦先鋒公司開發了一種新型雜交種子生產技術（SPT技術），有效解決了作物隱性細胞核不育材料的保持和繁殖問題，該技術將育性恢復基因、花粉致死基因及熒光蛋白標記基因作為緊密連鎖的元件，轉入作物隱性細胞核不育系中，使不育材料的育性恢復，實現一系兩用，所獲得的轉化體為該雄性不育系的保持系，保持系自交后產生50%不含轉基因成分的不育系種子（無熒光標記）和50%含有轉基因成分的保持系種子（熒光標記），利用熒光分選技術可以將這兩類種子有效區分開，不育系種子用于雜交種生產，保持系種子自交可再次實現保持系和不育系的繁殖（Brink et al.，2012）。另外，Perez-Prat 和Mm（2002）提出，在純合的隱性細胞核不育植株中轉入緊密連鎖的育性恢復基因和篩選標記基因，同樣可以獲得該雄性不育植株的保持系，并進一步繁殖不育系。2010年在科技部“863”計劃專項資助下，我國科學家證實了上述SPT技術在水稻中的可行性，并命名為“智能不育雜交育種技術”（康樂和王海洋，2014）。該技術有望將甘藍隱性細胞核不育材料有效利用起來，從而為甘藍雜種優勢的應用開創更廣闊的前景。

卞春松.1994.幾份不同遺傳類型甘藍雄性不育花藥發育的細胞形態學研究〔碩士論文〕.北京：中國農業科學院.

陳玉娟，頡建明，郭盈盈，康俊根.2014.甘藍OguCMS育性相關轉錄因子BoMYB1的轉錄激活功能分析.西北農業學報，23 （10）：120-126.

方智遠，孫培田，劉玉梅，楊麗梅，王曉武.1997.甘藍顯性雄性不育系的選育及其利用.園藝學報，24（3）：249-254.

方智遠，孫培田，劉玉梅，楊麗梅，王曉武，莊木.2001.幾種類型甘藍雄性不育的研究與顯性不育系的利用.中國蔬菜，（1）：6-10.

方智遠，劉玉梅，楊麗梅，王曉武，莊木，張揚勇，孫培田.2003.以胞質雄性不育系配制的早熟秋甘藍新品種‘中甘22'.園藝學報，30（6）：761.

方智遠，劉玉梅，楊麗梅，王曉武，莊木，張揚勇，孫培田.2004.甘藍顯性核基因雄性不育與胞質雄性不育系的選育及制種.中國農業科學，37（5）：717-723.

傅廷棟，楊小牛，楊光圣.1989.甘藍型油菜波里馬雄性不育系的選育與研究.華中農業大學學報，8（3）：201-207.

高營營，王超，張智杰.2014.甘藍CMS不育系和保持系的電鏡觀察.北方園藝，（2）：15-19.

郭盈盈，頡建明，簡元才，郁繼華，康俊根.2013.甘藍Ogura細胞質雄性不育相關基因BoMF1啟動子的克隆及功能分析.園藝學報，40（5）：887-895.

何業華，熊興華，官春云，李栒，林良斌，陳社員，劉忠松，李文彬，鐘軍，劉春林，周小云.2003.根癌農桿菌介導TA29-Barnase基因轉化甘藍型油菜的研究.作物學報，29（4）：615-620.

胡永敏，董軍剛，孟倩，郭英芬，董振生.2012.5種甘藍型油菜細胞質雄性不育系的細胞學觀察.西北農業學報，21（7）：95-99.

康俊根.2006.四種類型甘藍雄性不育系花藥敗育特征及基因表達譜分析〔博士論文〕.北京：中國農業科學院.

康樂，王海洋.2014.我國生物技術育種現狀與發展趨勢.中國農業科技導報，16（1）：16-23.

李春雨，何紹敏，蘭彩耘，任雪松，司軍，李成瓊，宋洪元.2015.BcA9-Barnase轉基因雄性不育甘藍的獲得.西南大學學報：自然科學版，37（7）：52-58.

李建斌，張海娟，余小林，王神云，曹家樹.2009.結球甘藍細胞質雄性不育（CMS）類型的分子鑒定.分子植物育種，7（6）：1149-1153.

劉海霞，康俊根，頡建明，簡元才，丁云花.2010.甘藍Ogu CMS相關的花藥優勢表達轉錄因子BoBHLH1的克隆與表達分析.園藝學報，37（12）：1953-1960.

劉玉梅.2003.甘藍顯性細胞核雄性不育的細胞學特征、生化基礎及其分子標記的研究〔博士論文〕.北京：中國農業科學院.

沈革志，王新其，朱玉英，楊紅娟，陸桂華，王江，宛新衫，張景六.2001.TA29-barnase基因轉化甘藍產生雄性不育植株.植物生理學報，27（1）：43-48.

湯偉華，張蜀寧，孔艷娥.2008.不結球白菜同源四倍體Pol CMS及其保持系花藥發育的解剖學研究.西北植物學報，28（4）：704-708.

王慶彪.2013.中國甘藍育成品種系譜分析及骨干親本01-20的遺傳效應研究〔博士論文〕.北京：中國農業科學院.

王曉武，方智遠，孫培田，劉玉梅，楊麗梅.1998.一個與甘藍顯性雄性不育基因連鎖的RADP標記.園藝學報，25（2）：197-198.

王曉武，方智遠，孫培田，劉玉梅，楊麗梅.1999.甘藍顯性雄性不育基因的延長隨機引物擴增DNA（ERpAD）標記.園藝學報，26（1）：23-27.

王曉武，方智遠，孫培田，劉玉梅，楊麗梅，莊木.2000.一個用于甘藍顯性雄性不育基因轉育輔助選擇的SCAR標記.園藝學報，27（2）：143-144.

許忠民.2011.甘藍CMS451不育系的選育和利用及其不育機理研究〔博士論文〕.楊凌：西北農林科技大學.

許忠民，張恩慧，程永安，鞏振輝，馬青山.2012.甘藍細胞質雄性不育系CMS158小孢子發生的細胞學研究.西北農業學報，21（3）：118-121.

許忠民，張恩慧，程永安，馬青山.2015.甘藍細胞質雄性不育與內源激素含量的關系.北方園藝，（8）：1-5.

嚴慧玲，方智遠，劉玉梅，王永健，楊麗梅，莊木，張揚勇，孫培田.2007.甘藍顯性雄性不育材料DGMS79-399-3不育性的遺傳分析.園藝學報，34（1）：93-98.

嚴慧玲，方智遠，劉玉梅，楊麗梅，莊木，張揚勇.2013.甘藍顯性雄性不育材料離體保存技術的研究.熱帶農業科學，33 （7）：35-39.

楊光圣，傅廷棟.1991.油菜細胞質雄性不育恢保關系的研究.作物學報，17（2）：151-156.

楊麗梅，方智遠，劉玉梅，莊木，張揚勇，孫培田，謝丙炎，楊宇紅，呂紅豪.2011.抗枯萎病耐裂球秋甘藍新品種‘中甘96'.園藝學報，38（2）：397-398.

于海龍.2015.通過遠緣雜交創制芥藍Ogura雄性不育的恢復材料〔博士論文〕.北京：中國農業科學院.

余鳳群，傅廷棟.1990.甘藍型油菜幾個雄性不育系的細胞形態學研究.武漢植物學研究，8（3）：119-126.

張磊，康宗利，劉海霞，康俊根.2012.甘藍細胞質雄性不育（Ogu CMS）相關的MYB轉錄因子BoMYB1的克隆和表達分析.農業生物技術學報，20（6）：627-635.

張艷，王小佳，李成瓊，宋洪元，任雪松，司軍.2010.甘藍細胞質雄性不育材料分子鑒定及花器官形態對核背景的響應.園藝學報，37（6）：915-922.

張揚勇，方智遠，王慶彪，劉玉梅，楊麗梅，莊木，孫培田.2011.兩種甘藍Ogura細胞質雄性不育源的分子鑒別.中國農業科學，44（14）：2959-2965.

朱琴，康宗利，簡元才，丁云花，康俊根.2012.甘藍細胞質雄性不育相關基因orf138的分子特性分析.中國農學通報，28 （4）：104-109.

莊木，方智遠，劉玉梅，楊麗梅，張揚勇，孫培田.2010.春甘藍新品種‘中甘192'.園藝學報，37（11）：1881-1882.

Bannerot H，Boulidard L，Cauderon Y，Tempe J.1974.Transfer of cytoplasmatic male sterility from Raphanus sativus to Brassica oleracea.Proc Eucarpia Meet Cruciferae Crop Section，25：52-54.

Bentolila S，Stefanov S.2011.A reevaluation of rice mitochondrial evolution based on the complete sequence of male-fertile and malesterile mitochondrial genomes.Plant Physiology，158（2）：996-1017.

Brink K，Crowgey E，Dietrich N，Hondred D，Young J K，Zhong C X.2012.Plant genome DNA flanking SPT event and methods for identifying SPT event.U.S.Patent，8257930.

Brown G G，Domaj M，Dupauw M，Jean M，Li X Q，Landry B S.1998.Molecular analysis of Brassica CMS and its application to hybrid seed production.Acta Horticulturae，459：265-274.

Curtis I S，He C，Scott R，Power J B，Davey M R.1996.Genomic male sterility in lettuce，a base line for the production of F1hybrids.Plant Science，113（1）：113-119.

Fan Z G，Stefansson B R.1986.Influence of temperature on sterility of two cytoplasmic male-sterility systems in rape（Brassica napus L.）.Canadian Journal of Plant Science，66（2）：221-227.

Fang Z Y，Sun P T，Liu Y M，Yang L M，Wang X W，Hou A F，Bian C S.1997.A male sterile line with dominant gene（Ms）in cabbage（Brassica oleracea var.capitata）and its utilization for hybrid seed production.Euphytica，97（3）：265-268.

Franke R，Scowcroft W R，Whitfeld P R.1979.Chloroplast DNA variation of isonuclear male sterile lines of Nicotiana.Molecular and General Genetics，169：129-135.

Goldberg R B，Beals T P，Snaders P M.1993.Anhter development：basic principles and practical applications.The Plant Cell，5 （10）：1217-1229.

Goss J A.1968.Development，physiology and biochemistry of corn and wheat pollen.Botanical Review，34（3）：333-359.

Hanson M，Bentolila S.2004.Interactions of mitochondrial and nuclear genes that affect male gametophyte development.The Plant Cell，16（1）：s154-s169.

He S，Abad A R，Gelvin S B，Mackenzie S A.1996.A cytoplasmic male sterility-associated mitochondrial protein causes pollen disruption in transgenic tobacco.Proceedings of the National Academy of Sciences，93（21）：11763-11768.

Huang M D，Hsing Y I，Huang A H.2011.Transcriptomes of the anther sporophyte：availability and use.Plant Cell Physiol，52 （9）：1459-1466.

Jiang P D，Zhang X Q，Zhu Y G，Zhu W，Xie H Y，Wang X D.2007.Metabolism of reactive oxygen species in cotton cytoplasmic male sterility and its restoration.Plant Cell Report，26（9）：1627-1634.

Kang J G，Guo Y Y，Chen Y J，Li H L，Zhang L，Liu H X.2014.Upregulation of the AT-hook DNA binding gene BoMF2 in Ogu CMS anthers of Brassica oleracea suggests that it encodes a transcriptional regulatory factor for anther development.Molecular Biology Reports，41（4）：512-527.

Kaul M L H.1988.Male sterility in height plants.Berlin：Springer-Verleg：193-220.

Kempken F.2010.Engineered male sterility.〔S.l.〕：Springer Berlin Heidelberg：253-265.

Li N，Zhang D S，Liu H S，Yin C S，Li X X，Liang W Q，Yuan Z，Xu B，Chu H W，Wang J，Wen T Q，Huang H，Luo D，Ma H，Zhang D B.2006.The rice tapetum degeneration retardation gene is required for tapetum degradation and anther development.The Plant Cell，18（11）：2999-3014.

Lou P，Kang J G，Zhang G Y，Bonnema G，Fang Z Y，Wang X W.2007.Transcript profiling of a dominant male sterile mutant（Mscd1）in cabbage during flower bud development.Plant Science，172（1）：111-119.

Ma Y，Kang J G，Wu J，Zhu Y G，Wang X W.2015.Identification of tapetum-specific genes by comparing global gene expression of four different male sterile lines in Brassica oleracea.Plant Molecular Biology，87（6）：541-554.

Mariani C，Beuckeleer M D，Truettner J，Leemans J，Goldberg R.1990.Induction of male sterility in plants by a chimeric ribonuclease gene.Nature，347（6295）：737-741.

Ogura H.1968.Studies on the new male sterility in Japanese radish with special reference to the utilization of this sterility towards the practical raising of hybrid seeds.Memoirs of the Faculty of Agriculture，Kagoshima University，6（2）：39-78.

Pacini E.1997.Tapetum character states：analytical keys for tapetum types and activities.Canadian Journal of Botany，75（9）：1448-1459.

Pearson O H.1972.Cytoplasmically inherited make sterility characters and flavar components from the species cross Brassica nigra （L.） Koch×B.oleracea L.Journal of the American Society for Horticultural Science，97（3）：397-402.

Perez-Prat E，Mm V L C.2002.Hybrid seed production and the challenge of propagating male-sterile plants.Trends in Plant Science，7（5）：199-203.

Reynaerts A，van de Wiele H，de Sutter G，Janssens J.1993.Engineered genes for fertility control and their application in hybrid seed production.Scientia Horticulture，55：125.

Sawhney V K，Shukla A.1994.Male sterility in flowering plant：are plant growth substances involved.American Journal of Botany，81 （12）：1640-1647.

Singh M，Rown G G.1993.Haracterization of expression of a mitochondrial gene associated with the Brassica polima CMS developmental influences.Current Genetics，24（4）：316-322.

Shiga T，Baba S.1973.Cytoplasmic male sterility in oilseed rape（Brassica napus L.）and its utilization to breeding.Japanese Journal of Breeding，23（4）：187-197.

Tanaka N，Niikura S.2006.Genetic analysis of the developmental characteristics related to the earliness of head formation in cabbage （Brassica oleracea L.）.Breeding Science，56（2）：147-153.

Tang R S，Zhang J C，Jin Z Q，Zhang D D，Huang Y H，Chen L G.2008.Possible correlation between high temperature-induced floret sterility and endogenous levels of IAA，GAs and ABA in rice（Oryza sativa L.）.Plant Growth Regulation，54（1）：37-43.

Thompson K F.1972.Cytoplasmic male-sterility in oil-seed rape.Heredity，29（1）：253-257.

Ullstrup A J.1972.The impact of the southern corn leaf blight of epidemics 1970-1971.Annual Review of Phytopathology，10（1）：37-50.

Walters W T，Mustschler A M，Eaele D E.1992.Protoplast fusion-derived Ogura male-sterile cauliflower with cold tolerance.Plant Cell Reports，10（12）：624-628.

Wang X W，Lou P，Bonnema G，Yang B，He H J，Zhang Y G，Fang Z Y.2005.Linkage mapping of a dominant male sterility gene DGMS in Barssica oleracea.Gneome，48：848-854.

Wang Q B，Zhang Y Y，Fang Z Y，Liu Y M，Yang L M，Zhuang M.2012.Chloroplast and mitochondrial SSR help to distinguish allocytoplasmic male sterile types in cabbage（Brassica oleracea L.var.capitata）.Molecular Breeding，30（2）：709-716.

Yang G S，Fu T D.1990.The inheritance of polima cytoplasmic male sterility in Brassica napus L.Plant Breeding，104（2）：121-124.

Yarrow S A，Burnett L A，Wildeman R P，Kemble R J.1990.The transfer of polima cytoplasmic male sterility from oil seed rape（B.napus）to broccoli（B.oleracea）by protoplast fusion.Plant Cell Reports，9（4）：185-188.

Yin C X，Gan L J，Ng D，Zhou X，Xia K.2012.Decreased paniclederived indole-3-acetic acid reduces gibberellin A1 level in the uppermost internode，causing panicle enclosure in male sterile rice Zhenshan 97A.Journal of Experimental Botany，58（10）：2441-2449.

Yuan J Y，Hou X L，Zhang C W，Ye F.2007.Active oxygen metabolism in the floral buds and leaves of the new cytoplasm male sterile（CMS）line and its maintainer line of non-heading Chinese cabbage.Frontiers of Agriculture in China，1（1）：47-51.

Zhang Y H，Shewry P H，Barcelo P，Lazzeri P A，Halfold N G.2001.Expression of antisense SnRK1 protein kinase sequence causes abnormal pollen development and male sterility in transgenic barley.The Plant Journal，28（4）：431-441.

Zhang X M，Wu J，Zhang H，Ma Y，Guo A G，Wang X W.2011.Fine mapping of a male sterility gene MS-cd1 in Brassica oleracea.Theoretical and Applied Genetics，123：231-238.

Progress in Studying and Applying Cabbage Male Sterility

JI Jia-lei，YANG Li-mei*，FANG Zhi-yuan，ZHUANG Mu，ZHANG Yang-yong，LYU Hong-hao，LIU Yu-mei，LI Zhan-sheng
（Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Science，Beijing 100081，China）

Strong heterosis on yield，quality，disease resistance and stress tolerance is displayed in cabbage （Brassica oleracea L.var.capitata L.）.It is an important approach for heterosis utilization to use male sterile line to produce hybrid seed.In recent years，great progress has been made in studying cabbage male sterility.This paper reviews the types of cabbage male sterility line，its genetic characteristics，and achievements gained in studying its cytology，physiology，biochemistry and molecular biology.The paper also introduces the selective breeding of cabbage male sterile line，and its application.At the same time，the paper analyzes the existing problems and prospects the future for cabbage male sterility line application.

Cabbage；Heterosis；Male sterility；Review

）：楊麗梅，女，研究員，博士生導師，專業方向：蔬菜遺傳育種，E-mail：yanglimei@caas.cn

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD02B01），國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-25-B-01），中國農業科學院科技創新工程項目（CAAS-ASTIP-2013-IVFCAAS），北京市科學技術委員會項目（Z141105002314020-1）

季家磊，男，碩士研究生，專業方向：蔬菜遺傳育種，E-mail：jijialei2011@163.com

（

2016-02-17；接受日期：2016-04-07