一玉米C型胞質(zhì)雄性不育系的恢復(fù)利用研究

趙云哲 任金濤 王新亮

摘要? ? 隨著玉米單粒播種技術(shù)的推廣，對玉米雜交種的純度要求越來越高;隨著農(nóng)村用工成本的增加，減少玉米制種人工去雄用工的需求越來越迫切。利用玉米雄性不育特性進(jìn)行玉米雜交制種，既可提高雜交種純度，又能減少人工去雄用工，是玉米育種者一直追求的目標(biāo)。以往研究表明，玉米C型胞質(zhì)雄性不育性穩(wěn)定，是利用雄性不育配制玉米雜交種的主要類型，但恢復(fù)系難選，導(dǎo)致三系配套的品種不多，生產(chǎn)中應(yīng)用的面積有限。近年來，隨著我國種質(zhì)的不斷改良擴增，現(xiàn)代自交系的遺傳基礎(chǔ)發(fā)生了變化，試驗用一批現(xiàn)代自交系對一C型胞質(zhì)雄性不育系測交，研究當(dāng)代自交系對C型雄性不育系的恢復(fù)性及選育優(yōu)勢雜交組合的效率。結(jié)果表明，測交組合完全恢復(fù)的占16.95%，部分恢復(fù)的占66.95%，產(chǎn)量超過對照鄭單958的占1.77%，未出現(xiàn)完全恢復(fù)而產(chǎn)量又超過鄭單958的組合。由此表明，現(xiàn)代自交系對C型雄性不育完全恢復(fù)的概率與前人研究報道的稍有提高，選育育性完全恢復(fù)、產(chǎn)量超標(biāo)（對照品種）、無嚴(yán)重缺陷的優(yōu)勢組合效率仍較低;進(jìn)行不育性育種，育種者不僅要講究方式方法，還要有足夠的耐心。

關(guān)鍵詞? ? 玉米C型胞質(zhì)雄性不育;當(dāng)代自交系;恢復(fù)利用

中圖分類號? ? S513? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）14-0040-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

玉米是我國的主要糧食和飼料作物，玉米生產(chǎn)上主要采用雜交種子。目前，玉米雜交種子生產(chǎn)依靠人工去雄，不僅耗費大量的人工，還難以做到及時、徹底，雜交種純度難以保障。自1930年Rhoades發(fā)現(xiàn)玉米雄性不育材料以來[1]，人們開啟了利用玉米雄性不育進(jìn)行雜交制種的研究，以提高雜交種純度和減少人工去雄用工。現(xiàn)已明確了玉米遺傳性的雄性不育有細(xì)胞核控制的雄性不育和質(zhì)核互作雄性不育兩類[2]。細(xì)胞核控制的雄性不育因未能找到簡單有效保持不育系完全不育的保持系，在生產(chǎn)中的應(yīng)用受到制約;質(zhì)核互作控制的雄性不育可通過不育系、保持系、恢復(fù)系三系配套實現(xiàn)雜交種生產(chǎn)，并培育出一些雜交種在生產(chǎn)中應(yīng)用。質(zhì)核互作雄性不育按育性恢復(fù)理論，分為T型、C型、S型等。T型不育性穩(wěn)定，但易感染T型小斑病，生產(chǎn)上被迫停止應(yīng)用;S型不育類型較多，抗T型小斑病，容易獲得恢復(fù)系，但育性穩(wěn)定性差，生產(chǎn)中應(yīng)用風(fēng)險較大;C型不育性穩(wěn)定，且對小斑病T小種病毒不敏感，是人們研究利用的主要類型，但在實際生產(chǎn)中很難選到相應(yīng)的恢復(fù)系[3]，導(dǎo)致三系配套及農(nóng)藝性狀優(yōu)良組合的品種少，推廣的面積有限。面對玉米單粒播種技術(shù)的推廣及農(nóng)村勞動力缺乏，張世煌、堵純信等呼吁加強玉米雄性不育的利用研究[4]，以適應(yīng)單粒播種技術(shù)對高純度雜交種的要求及減少人工去雄用工的制種趨勢。近年來，我國玉米種質(zhì)改良擴增取得了很大進(jìn)步，培育出了一系列適應(yīng)現(xiàn)代育種目標(biāo)的種質(zhì)和自交系，但這些現(xiàn)代自交系對C型不育系的恢復(fù)性研究報道較少。該研究利用聊城華豐玉米研究所和聊城大學(xué)玉米研究所收集及創(chuàng)新的現(xiàn)代自交系對一C型不育系進(jìn)行測交篩選，以明確現(xiàn)代自交系對C型胞質(zhì)雄性不育系的恢復(fù)性及培育優(yōu)勢組合的的效率，為C型胞質(zhì)雄性不育系的恢復(fù)利用提供技術(shù)支撐。

1? ? 材料與方法

2016年6月，在聊城大學(xué)育種試驗田，種植一玉米C型胞質(zhì)雄性不育系[5]、聊城華豐玉米研究所提供的玉米自交系及聊城大學(xué)玉米研究所收集、創(chuàng)新的自交系126份。開花授粉期間分別用收集和創(chuàng)新自交系的花粉給不育系授粉，成熟期收獲測交種122份。2017年6月種植測交種，田間順序排列，每隔9個組合，種一鄭單958雜交種作對照，每個測交種及對照種種植3行，行長6 m，行距60 cm，株距24.69 cm，每穴2～3粒，三葉期間苗，五葉期定苗，3次重復(fù)。開花散粉期，觀察記載各測交組合的雄花育性，參照六級育性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級[6]（表1）。成熟時目測選取產(chǎn)量較高、無嚴(yán)重倒伏、病蟲害等農(nóng)藝性狀優(yōu)良的組合測產(chǎn)。測產(chǎn)方法：在選中組合中，取中間行連續(xù)取10個果穗，待風(fēng)干后脫粒稱重計算理論產(chǎn)量（理論產(chǎn)量=穗數(shù)×穗重×出籽率×0.85）。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 測交組合的育性與分析

開花期觀察122個組合的育性，其中有19個組合保持完全不育，20個組合育性完全恢復(fù)，79個組合表現(xiàn)部分育性，按雄花育性分級標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計，完全不育、高度不育、半不育、半可育、高度可育、完全可育分別占16.10%、14.41%、8.47%、14.41%、29.66%、16.95%（表2）;另外4個組合表現(xiàn)可育與不育株的育性分離。追查4個不育株與可育性株分離組合的父本系譜，均為新選育的自交系，是恢復(fù)基因處于雜合狀態(tài)，未完全純合造成的。

2.2? ? 測交組合的產(chǎn)量表現(xiàn)

成熟時觀察比較122個測交組合田間表現(xiàn)，多數(shù)組合產(chǎn)量比對照鄭單958低，少數(shù)組合產(chǎn)量與對照鄭單958相當(dāng)或超過對照鄭單958。目測篩選出產(chǎn)量較高，又無嚴(yán)重倒伏、病蟲害等缺陷的組合7個（表3），占測交組合的5.74%。這7個組合經(jīng)理論測產(chǎn)，產(chǎn)量超過鄭單958對照的有2個組合（2-17和4-5），占測交組合的1.64%。

2.3? ? 產(chǎn)量較高組合的育性

較高產(chǎn)量組合的育性多表現(xiàn)完全不育或高度不育，完全恢復(fù)的僅一個組合3-20（表4），但產(chǎn)量未能超過對照鄭單958;產(chǎn)量超過鄭單958的2-17組合為完全不育，不能實現(xiàn)三系配套;4-5組合為半不育;未出現(xiàn)產(chǎn)量高、農(nóng)藝性狀優(yōu)良，且育性也完全恢復(fù)的組合。

3? ? 結(jié)論與討論

（1）現(xiàn)代自交系含有較多對C型胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)基因，選育恢復(fù)系的概率較高。在新的種質(zhì)引進(jìn)、新舊種質(zhì)融合的玉米種質(zhì)遺傳背景下，選育的現(xiàn)代自交系對C 型胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)表現(xiàn)從完全恢復(fù)到完全保持連續(xù)分布，完全恢復(fù)的概率為16.95%。比邵思全在107份測交種中選出14個強恢復(fù)系的概率（13.08%）[7]稍有提高。大量研究表明，C型胞質(zhì)雄性不育的育性恢復(fù)機理比較復(fù)雜。Khey- pour 等報道，C型胞質(zhì)雄性不育的恢復(fù)受l對顯性基因Rf4控制[8];陳偉程等研究認(rèn)為，C型胞質(zhì)不育的恢復(fù)性受2對顯性重疊基因Rf4、Rf5控制[9];趙素貞等發(fā)現(xiàn)，一個顯性抑制基因Rf-I，對恢復(fù)基因Rf5有抑制作用[10];陳紹江等研究認(rèn)為，C型胞質(zhì)不育的恢復(fù)性由3對或3對以上的顯性互補基因控制[11];Vidakovic等研究認(rèn)為，C型胞質(zhì)不育的恢復(fù)基因Rf4、Rf5和Rf6為2個不同的遺傳系統(tǒng)[12]。不同自交系所含恢復(fù)基因不同，可能是導(dǎo)致不同測交組合的育性恢復(fù)不同的原因。明確C性不育系恢復(fù)機理及不同自交系的育性恢復(fù)基因，有助于C型胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)系的選育。

（2）育性完全恢復(fù)，產(chǎn)量又超標(biāo)組合的效率低。胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)系的選育目的是選育出生產(chǎn)上利用的三系配套雜交種，雖然三系配套的雜交種容易選育，但三系雜交種育性完全恢復(fù)、產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀又超過對照雜交種（目前對照中鄭單958）出現(xiàn)的效率低。因此，C型胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)系的選育要擴大測交范圍，以獲得恢復(fù)能力強、產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)雄性不育組合。在測交過程中，要加強對具有強恢復(fù)能力的自交系和保持不育的自交系轉(zhuǎn)育，以培育出不同基因型的不育系和恢復(fù)系，為三系配套提供更多組配親本，增加組配篩選三系配套的機會。不育系、恢復(fù)系的轉(zhuǎn)育及雜交組合的測配育成三系配套品種的時間都比常規(guī)育種育成品種的時間滯后。因此，利用不育系進(jìn)行雜交組合的選育除講究方式方法外，育種者還需有足夠的耐心。

（3）雄性不育性的育種要緊扣當(dāng)前的育種目標(biāo)。恢復(fù)系的選育目的是實現(xiàn)三系配套，生產(chǎn)雜交種用于玉米生產(chǎn)。因此，恢復(fù)系的選育除對育性選擇外，必須緊扣育種目標(biāo)，如高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐密、抗倒、抗病蟲、抗逆、適應(yīng)機械收獲等，包括優(yōu)勢組合的篩選，還是不育系、恢復(fù)系的轉(zhuǎn)育。

（4）發(fā)展SPT技術(shù)。SPT（seed production technology）技術(shù)是美國杜邦先鋒公司首創(chuàng)的利用隱性細(xì)胞核雄性不育進(jìn)行雜交種生產(chǎn)的技術(shù)[13]。其原理是將育性恢復(fù)基因、花粉致死基因及紅色蛋白標(biāo)記基因連鎖在一起，構(gòu)建遺傳轉(zhuǎn)化體，并導(dǎo)入純合的隱性核雄性不育系中，從而使不育系恢復(fù)育性并能有效繁殖。該轉(zhuǎn)基因株系自交產(chǎn)生50%的不育系種子（不含熒光的種子）和50%的保持系種子（含熒光的種子），然后通過熒光篩選技術(shù)將不育系種子和保持系種子分開，獲得純合不育系種子，常規(guī)自交系都是核不育系的恢復(fù)系，拓寬了雜種優(yōu)勢利用配組親本的選擇范圍，解決了三系中恢復(fù)系缺乏的問題和玉米核雄性不育自然保持難的問題，且不育系不含轉(zhuǎn)基因成分，所配雜交種規(guī)避了轉(zhuǎn)基因生物安全問題，有望為雜種優(yōu)勢的廣泛利用開創(chuàng)更廣闊的前景。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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