隱性核不育系在我國棉花雜種優(yōu)勢(shì)利用中的研究進(jìn)展*

李永旗，孫亮慶 ，謝業(yè)濤

（江西省棉花研究所，江西 九江 332105）

0 引言

雜種優(yōu)勢(shì)是生物界普遍存在的現(xiàn)象，是增強(qiáng)作物抗逆性、改良作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量的重要途徑之一[1]。利用雜種優(yōu)勢(shì)是大幅提高作物產(chǎn)量和改良品質(zhì)的有效途徑[2]，但是近年來棉花雜交種的利用呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。其主要原因是棉花為無限花序，人工去雄、授粉時(shí)間長，工作量大，加之最近勞動(dòng)力成本上漲，更加限制、妨礙了棉花雜交種的生產(chǎn)與推廣[3]。因此尋找簡化、高效、低成本的棉花雜交種生產(chǎn)方式已成為雜交育種急需攻克的難題和發(fā)展方向[4]。

棉花隱性核不育系，具有可以穩(wěn)定遺傳，繁育簡單，恢復(fù)源廣闊，容易獲得高優(yōu)勢(shì)的雜交種，雜交制種簡捷，可以有效降低制種成本等優(yōu)勢(shì)[5]。因此在我國勞動(dòng)力成本日趨升高的形勢(shì)下，應(yīng)用前景極為廣闊[1]。

近5年來，江西省棉花研究所在棉花隱性核不育系骨干親本培育及強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交棉選育方面做了大量的研究工作。通過對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)性狀的精準(zhǔn)定位，采用多親本復(fù)合雜交，定向選擇的方法，以改良綜合性狀為目標(biāo)，成功創(chuàng)制出系列骨干親本[6-7]。在此基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)選育和雜交育種等方法，獲得了一系列在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病蟲性等綜合性狀優(yōu)良的高代育種材料。目前已有棉花隱性核不育系強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合參加了江西省的棉花品種區(qū)域試驗(yàn)。

1 我國棉花雜交種利用的現(xiàn)狀及制種方法

2005年我國雜交棉播種面積為170萬 hm2，此后大幅度增加，2007年播種面積達(dá)到最大(235萬hm2) ，約占棉花播種總面積的31%，并連續(xù)2年雜交棉的播種面積占棉花總播種面積的比例均超過了30%[8]。此后由于制種成本的提高，雜交棉的播種面積略有下降。但是最近幾年無論是棉花的總播種面積還是雜交棉的面積均出現(xiàn)了較大幅度的下降。雜交棉的播種面積與其制種面積的變化趨勢(shì)基本一致，隨著制種面積的下降而下降。因此，降低棉花雜交制種成本成為促進(jìn)雜交棉大面積推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

目前棉花雜種制種的方法主要有：人工去雄授粉法，兩系法（棉花雄性不育系雜交），三系法（細(xì)胞質(zhì)不育系雜交）[9]。近年來隨著人工成本的上漲，人工去雄雜交制種的方法越來越難以為繼。由于產(chǎn)量、品質(zhì)性狀優(yōu)良、一般配合力高且恢復(fù)能力強(qiáng)的恢復(fù)系培育較為困難，所以細(xì)胞質(zhì)雄性不育系品種在生產(chǎn)上的推廣面積極少[10]。相比之下，隱性核不育系，不僅可以利用已經(jīng)培育好的綜合性狀優(yōu)良的骨干親本作為恢復(fù)系，而且可以減少制種用工，降低制種成本，因此在生產(chǎn)上有較大面積的應(yīng)用[11]。

2 隱性核不育系的研究現(xiàn)狀

與可育株相比，棉花隱性核不育株主要表現(xiàn)為無花粉粒或花粉粒少而小，花絲短，花器略小，整個(gè)雄蕊緊縮在柱頭下部。湯澤生，等[12]以洞A兄妹系第6代、第8代的不育株和可育株為材料進(jìn)行了研究，結(jié)果表明不育株與可育株的苞片、萼片、花瓣差異不明顯；但是不育株表現(xiàn)為花絲短，雌蕊長，柱頭外露，子房大，胚珠稍多，花藥小數(shù)量少且均不開裂。

棉花隱性核不育植株的主要特征是花粉敗育。研究結(jié)果表明花粉敗育主要發(fā)生在初生造孢細(xì)胞時(shí)期和雙核花粉粒時(shí)期，且兩個(gè)時(shí)期敗育的花粉表現(xiàn)略有不同。豆麗萍，等[13]研究表明，在花粉母細(xì)胞時(shí)期不育株的花藥有少量核仁穿壁現(xiàn)象，且少量小孢子母細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)半月形。不育株的小孢子沒有刺突長出，最終會(huì)解體、退化，且花藥的絨氈層分泌胼胝質(zhì)的功能異常。最新的研究表明，棉花隱性核不育基因的表達(dá)涉及花藥細(xì)胞形態(tài)及生化代謝上的改變，具有一定的時(shí)空順序[14-15]。棉株不育性是由蛋白質(zhì)和酶等代謝物的改變引起的。所以較長一段時(shí)間研究者均以不育株與可育株的花粉為材料，從生理生化的角度研究其不育發(fā)生的機(jī)理。

目前發(fā)現(xiàn)的核不育基因有兩種類型：雙隱性基因 ms8ms9、ms5ms6；單隱性基因 ms16、ms15、 ms14、ms13、ms3、ms2、ms1，相關(guān)的遺傳分析表明ms6和 ms9位于Ⅸ連鎖群[16]，ms5和ms8位于V連鎖群[17]，ms3位于Ⅲ連鎖群[18]。近年來國內(nèi)許多研究者利用STS、SSR、SNP等分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)所發(fā)現(xiàn)的隱性核不育基因進(jìn)行了大量的精細(xì)定位。Joinmap軟件分析表明，ms15位于棉花第12號(hào)染色體的NAU1278_270（1.9 cm）和 NAU 2176_240（0.8 cm）兩個(gè)標(biāo)記之間。ms5同樣位于棉花第 12號(hào)染色體上，兩側(cè)標(biāo)記分別為 NAU 3561（1.4 cm），NAU 2176（1.8 cm）。ms6位于棉花第 26 染色體上，兩側(cè)標(biāo)記分別為BNL1227b（1.5 cm），NAU 460（1.8 cm）。這些較為詳細(xì)遺傳研究均為棉花隱性核不育系相關(guān)基因的定位、克隆及功能驗(yàn)證提供了理論基礎(chǔ)。

3 隱性核不育系的利用現(xiàn)狀

目前隱性核不育系的利用具有一定的地域性。單隱性核不育系的利用主要集中在四川省[19]，雙隱性核不育系的利用主要集中在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，但是推廣面積均較小。已經(jīng)培育出的品種有川雜棉40、川雜棉35、川雜棉32、川雜棉27等單隱性核不育系雜交種，中棉所12、中抗A、 中棉所38、中棉所54等雙隱性核不育系雜交種[20-21]。近幾年核不育系雜交種在產(chǎn)量及適應(yīng)性方面均得以持續(xù)改進(jìn)，推廣面積也向湖南、湖北等幾個(gè)長江流域的植棉區(qū)擴(kuò)展。

3 關(guān)注重點(diǎn)

限制隱性核不育系雜交種大面積推廣的主要原因是制種前期需要識(shí)別并拔除 50%的可育株。識(shí)別及拔除可育株，不僅嚴(yán)重浪費(fèi)了土地資源，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)工，增加了制種成本。但是通過與不育基因緊密連鎖遺傳的指示性狀的識(shí)別，能夠在苗期間苗和定苗過程中去掉可育株，可以解決這個(gè)問題。目前已發(fā)現(xiàn)的連鎖性狀為葉片部分畸形、芽黃性狀和抗卡那霉素標(biāo)記性狀等[22-24]。但是這些發(fā)現(xiàn)的連鎖性狀均未應(yīng)用于生產(chǎn)上，因此與不育性狀緊密連鎖的指示性狀的開發(fā)及相關(guān)遺傳機(jī)理的研究仍然是隱性核不育系雜交制種研究的重點(diǎn)。此外核不育基因與恢復(fù)基因的調(diào)控機(jī)理仍然是我們關(guān)注的重點(diǎn)。