加工番茄雄性不育基因的轉育研究

張錄霞，甘中祥，李倍金，魏 強，張 勇，彭 剛

(中糧屯河種業有限公司，新疆 昌吉 831100)

加工番茄雄性不育基因的轉育研究

張錄霞，甘中祥，李倍金，魏 強，張 勇，彭 剛

(中糧屯河種業有限公司，新疆 昌吉 831100)

對引進加工番茄材料進行分離研究，摸索出分離材料的遺傳規律，并利用回交轉育和自交分離優選單株相結合的方法，將分離材料的雄性不育基因和苗期連鎖標記性狀轉育到優良自交系材料中，同時保持其他農藝性狀不變。對轉育組合少量制種，并安排區域適應性試驗示范，結果表明：優選組合產量均高于對照，固形物含量與對照差異不明顯。

加工番茄；雄性不育；回交轉育

植物雄性不育廣泛存在于開花植物中，是植物雄性生殖器官不能產生正常花粉的現象，如植物花藥中無花粉、花粉敗育和不裂藥等均屬雄性不育。利用雄性不育可簡化程序、節省人工、提高純度，因此，雄性不育在蔬菜雜交育種中已廣泛應用。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是嚴格的自花授粉作物，雜種優勢明顯。當前番茄生產上大多使用雜交種子，但在雜交種子生產上仍然以人工授粉為主，不但費時、費力、制種成本高，而且雜交種純度難以保證[1]。目前許多糧食作物、經濟作物和蔬菜都利用雄性不育系進行雜交制種。在番茄上，目前已發現并公布的番茄雄性不育類型絕大部分是隱性核不育，這種雄性不育類型找不到保持系，且普遍存在育性不穩定、保持難等問題在中國番茄雄性不育系還未能在生產上真正得到應用。

本研究從一份引進的材料中，發現其具有雄性不育基因和苗期綠莖性狀，并把其轉育到優良自交系親本中，可用綠莖苗與紫莖苗雜交進行保持，也可繼續回交后再自交進行保持，實現了加工番茄的雄性不育制種，不但解決了人工去雄授粉進行番茄雜交制種的費時、費力、制種成本高、影響雜交種的純度等問題，而且解決了番茄育性不穩定、保持難的問題，同時對種質資源也具有一定的保護作用，這為新疆加工番茄產業的可持續發展奠定了技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究材料從引種材料中自交分離所得。

1.2 方法

1.2.1 分離研究2007—2013年，在新疆中糧屯河科研基地和海南南繁基地兩地完成。對引進材料進行自交分離得到綠莖苗和紫莖苗，又對紫莖苗進行自交分離，摸索分析綠莖苗和紫莖苗的遺傳規律，分析顯隱性、標記性狀連鎖情況等。

1.2.2 轉育研究實現生產應用的難點在于轉育工作，將雄性不育基因及苗期綠莖標記現狀轉育到優良自交系材料中，創造出雄性不育品系。詳見轉育方案（圖1）。

1.2.3 評比試驗品種比較試驗是采用育苗移栽，單因素比較試驗，完全隨機區組排列，三次重復，每小區長4 m，寬1.52 m，面積6 m2，株距0.2 m，單行種植，每小區15株苗，四周設置保護行。

2 結果與分析

2.1 綠莖苗和紫莖苗雜交后代分離

引進材料通過自交，從中分離出綠莖苗和紫莖苗，分別命名為06114和06117。經觀察研究，06114綠莖，同時具有雄性不育性狀，為花粉敗育型不育，花藥筒退化成絲狀，纏繞在胎座上，無花粉，花柱及柱頭非常粗壯，裸露直立于胎座上，但在綠莖苗中，含有2%~3%的正常可育株；06117紫莖，正常可育。對06114和06117各14株進行單株編號，采取一對一的方式分別授粉雜交，即綠莖1×紫莖1，綠莖2×紫莖2，綠莖3×紫莖3……，綠莖14×紫莖14，分別收取雜交種子。對雜交后代觀察，仍存在綠莖苗和紫莖苗的分離，調查數據見表1。

2.2 紫莖苗的自交分離

2008年選2株06117進行自交分離，分別收取下一代種子，同年在海南觀察紫莖苗和綠莖苗的分離比例如下：

根據以上分析，結合遺傳育種規律，用綠莖作為苗期標記性狀，將綠莖和不育基因這兩個有利性狀同時轉育到其他親本材料中，使親本具有綠莖和雄性不育兩個性狀，從而實現雄性不育材料在生產制種上的應用。

2.3 雄性不育的轉育

通過5代回交轉育，創造出了一個新材料，該材料除了具有雄性不育和苗期綠莖性狀外，其余性狀保持原材料的優良性狀。本研究共對06096、06098A、06099、06108、06100、06115等6份親本材料進行了轉育。2012年，回交后代與原材料的基因相似度已達到93.75%，在繼續進行回交提高相似度的同時，開始利用該材料進行育種研究。

2.4 利用該雄性不育材料進行育種研究

2012年在繼續回交轉育提純的基礎上，用以上6份不育材料作母本，選用20個優良的父本材料，開始雜種優勢育種的選配工作，共配制120份雜交組合。2013年在新疆進行品種比較試驗，以在美國加州排名第一的SUN6366為對照。

根據對株型、長勢、抗病性等的觀察以及相關數據采集，從中篩選出6份優良的組合。以上表中數據可以看出，篩選的優秀組合在產量上均超過對照SUN6366，固形物含量與對照無明顯差異。

2.5 制種

2014年，優選6份材料中的2份組合親本進行繁種。父本材料10063和10053較簡單，進行自交收籽即可。母本材料06100和06115為集保持系和不育系于一體的復合型材料，采用穴盤育苗方式，定植時，紫莖苗和綠莖苗分開定植。開花后，逐株檢查綠莖苗，剔除2%~3%的綠莖可育株，保留不育株。用綠莖不育株（不育系）作母本，紫莖可育株（保持系）作父本，雜交制種，收取的種子即為母本材料。在制種基地父本材料按常規的種植管理即可，母本材料按常規播種量的2.1倍下種，出苗后，剔除全部紫莖苗銷毀，保留綠莖苗進行苗期管理。定植到大田，母本開出第一朵花之后，立即進行田檢，逐株檢查母本的花器，剔除2%~3%的可育株。

2.6 存在的問題

本研究擁有的雄蕊退化型不育系為兩用系，同時做不育系和保持系，在制種時主要利用綠莖作為苗期標記性狀，在出苗后即可鑒別出綠莖不育株，非常明顯。但綠莖性狀同時伴隨出苗不整齊，發芽率低等不良性狀，進而出現了花期長，制種時間延長等問題。在理論上，該不育系在制種時可以節省去雄的人工成本。但一般雜交制種地塊較為分散，在有些地塊中，仍然發現有柱頭短，畸形的花藥筒甚至包住了柱頭，在授粉前還得人工撕開畸形藥筒。盡管在回交轉育過程中注意到了這個問題，并且對長柱頭進行了針對性的選擇，使得柱頭的長度有所提高，并且不同的年份很不穩定，隨氣候、土壤和水肥管理影響較大。因此對一些地塊來說節省去雄成本不明顯。另外，母本為雜合材料，紫莖和綠莖按照1∶1進行分離，在雜交制種時，苗期需要拔除紫莖苗，在花期田檢時還需拔掉2%~3%的綠莖可育株，因此在理論上母本的利用率只有47%~48%，如再考慮綠莖母本的發芽和出苗問題，實際利用率會更低。應付這個問題的辦法只有多播種，采用育苗移栽，在理論上難以突破48%的上限。

3 討論

雄性不育是一種植物在有性繁殖過程中不能產生正常的花藥、花粉或雄配子的遺傳現象。據Kaul[2]報道，已經在 43個科 162個屬 320個種的 617個品種或種間雜種中發現雄性不育。雄性不育現象在蔬菜作物中十分普遍，在蔬菜雜種優勢利用上有重要應用價值，目前已經在甜椒[3]、辣椒[4]、洋蔥[5]、大蔥[6]、胡蘿卜[7]、大白菜[8]、甘藍[9]等蔬菜作物上廣泛應用，不但節省了勞動力，而且提高了雜交種子的純度。番茄雄性不育早在1945年在生產中就得到了應用，包括ms-10、ms-15、ms-33、ps-2及長花柱類型，但ms、sl等不育類型不能產生100%的不育后代，保持較困難，而且會發生自交，ps、ex不育類型同樣受環境影響，效果均不十分理想[10]。但保加利亞他們特別重視雄性不育材料的選育,于50年代就有這方面的報道[11]。目前，每年生產番茄一代雜種種子3~4t，全部用雄性不育系制種，最成功的利用不育基因ms-10和綠莖基因aa[11]。2005年，李會遠等[12]利用番茄帶標記性狀的核質型雄性不育材料，進行雄性不育系的研究和利用，并對其不育基因進行轉育研究。另外，由于花粉不育類型和雄蕊退化型保持較困難，功能不育型受環境影響較大，不易達到 100%不育度，致使這些不育類型極少在生產上廣泛應用[13]。

本研究利用自交分離與回交轉育方法創造出新型加工番茄雄性不育系。該新型加工番茄雄性不育系雄性不育母本的花柱頭比正常的花柱花粗壯，不容易折斷，而且授粉后座果率高；在制種中，杜絕了“假雜種”問題，可得到100%純度的雜交種；節省了去雄的人工，緩解了授粉高峰期勞動力緊張的局面，制種農戶對此評價非常高；而且有利于母本材料的種質資源保護。因此，應用前景非常廣闊。同時，對存在的一些問題，還有待繼續研究，逐一突破。

[1]李景富,許向陽,王傲雪,等.番茄遺傳育種學[M].北京:中國農業出版社,2011.

[2]Kaul M L H.Male sterlity in higher plants[M].Berlin:Springer Verlag Press,1988.

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[4]王蘭蘭,魏兵強,陳靈芝.辣椒胞質雄性不育系 8A恢復系的篩選[J].中國蔬菜,2010(6):77-79.

[5]吳海濤,馬蓉麗,劉洪炯,等.洋蔥細胞質雄性不育系選育研究進展[J].園藝學報,2009,36(2):297-302.

[6]佟成富,唐成英,崔連偉,等.大蔥雄性不育系 244A的選育及利用[J].中國蔬菜,2002(4):7-8．

[7]司家鋼,朱德蔚,杜永臣,等.胡蘿卜雄性不育性研究及利用[J].園藝學報,2001,28(s):633-636．

[8]許明,馮輝,魏毓棠,等.大白菜甲、乙型核不育系的轉育[J].中國蔬菜,1999(5):13-16．

[9]楊麗梅,方智遠,劉玉梅,等.用雄性不育系配制的秋甘藍系列新品種(組合)[J].中國蔬菜,2005(1):23-25．

[10]Atanassova B.Functional male sterility(ps-2)in tomato(Lycopersicon esculentum Mill.)and its application in breeding and hybrid seed production1 Euphytica[J].Acta Physiologiae Plantarum,1999,107:13-21.

[11]陳惠明,劉曉紅.國內外番茄育種現狀和發展趨勢[J].湖南農業科學,1992(5):25-27.

[12]李會遠,王洪安,楊哲.番茄帶標志性狀核質型雄性不育系的研究和利用[J].吉林蔬菜,2005(6):36．

[13]陳玉輝,許向陽,李桂英,等.番茄雄性不育研究進展[J].東北農業大學學報,2004,35(2):129-134.

The Introgression of Male Sterility Genes into Processing Tomato

ZHANG Lu-xia,GAN Zhong-xiang,LI Bei-jin,WEI Qiang,ZHANG Yong,PENG Gang
（COFCO Tunhe Seed Co.,Ltd,Changji,Xinjiang 831100,China）

This study was carried out on the separation research of the processing tomato material,and on the genetic law of separation materials.By combining backcross breeding with self-fertilization segregation and optimization plant methods,male sterility genes with a green-stalk seeding marker were transformed to excellent inbred lines in the material,and other agronomic traits were still kept unchanged.A small amount of seed production was finished,and regional adaptability experiment and demonstration were arranged.Results showed the optimizing combination yields were higher than the control,and there was no obvious difference when compared with solid contents.

processing tomato;male sterility;backcross breeding

S641.2

A

2095-3704（2017）01-0076-04

10.3969/j.issn.2095-3704.2017.01.017

張錄霞,甘中祥,李倍金,等.加工番茄雄性不育基因的轉育研究[J].生物災害科學,2017,40(1):76-79.

2017-02-20

張錄霞，農藝師，主要從事加工番茄新品種選育及配套栽培技術研究，zhanglx@cofco.com。