甘藍(lán)雄性不育的研究及進(jìn)展片課件

甘藍(lán)雄性不育的研究及利用一、背景介紹二、甘藍(lán)雄性不育的分類三、甘藍(lán)雄性不育系的來源四、甘藍(lán)雄性不育的基礎(chǔ)研究五、甘藍(lán)雄性不育的選育六、甘藍(lán)雄性不育的育種應(yīng)用七、今后研究中需要解決的問題八、展望一背景介紹甘藍(lán)屬十字花科（Cruciferae）蕓薹屬（Brassica）的一二年生蔬菜，是栽培歷史最長、面積最大的蔬菜之一。甘藍(lán)類蔬菜風(fēng)味品質(zhì)獨(dú)特，含豐富的維生素、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，其維生素C的含量更為蔬菜之首。

自交不親和系制種法是利用優(yōu)良的自交不親和系作母本與父本系雜交得雜種一代;雄性不育系制種法是利用不育系和父本系自由授粉得雜種一代。

雄性不育系制種法成本低、純度高，而且克服了自交不親和系制種法中自交親本生活力退化的缺點(diǎn)因此雄性不育的研究受到育種工作者的高度重視。二甘藍(lán)雄性不育的分類

根據(jù)遺傳特點(diǎn)，可遺傳的雄性不育可分為細(xì)胞核雄性不育（即雄性不育性由核基因控制，包括顯性雄性不育和隱性雄性不育）和細(xì)胞質(zhì)雄性不育（即雄性不育性取決于細(xì)胞質(zhì)基因）2種類型。三甘藍(lán)雄性不育系的來源

甘藍(lán)雄性不育系主要來自于自然突變、品種間的雜交和回交、原生質(zhì)體融合以及理化誘變等。3.Kirti等通過原生質(zhì)體融合的方法得到了苗期低溫不黃化的OugCMS甘藍(lán)不育系;4.Jourdan通過蘿卜胞質(zhì)花椰菜不育系與抗阿拉津的甘藍(lán)型油菜進(jìn)行原生質(zhì)體融合獲得抗阿拉津OugCMS的甘藍(lán)類蔬菜。5.

方智遠(yuǎn)等于1979春在甘藍(lán)材料79-399的自然群體中發(fā)現(xiàn)雄性不育株79-399-3。經(jīng)測交及自交，觀察后代分離情況，發(fā)現(xiàn)該材料育性主要為一對顯性核基因控制，并有修飾基因起作用。四甘藍(lán)雄性不育的基礎(chǔ)研究1.細(xì)胞學(xué)研究甘藍(lán)的小孢子形成一般要經(jīng)過單核期、雙核期和三核期等幾個(gè)時(shí)期。

劉玉梅等以甘藍(lán)DGMS材料為對象的研究表明，甘藍(lán)顯性雄不育花藥敗育最早發(fā)生在花粉母細(xì)胞早期，敗育高峰期在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂前期至小孢子單核期。

敗育的主要特征是:(1)細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、質(zhì)體、線粒體等結(jié)構(gòu)被破壞或解體;(2)部分花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂異常;(3)花粉母細(xì)胞和小孢子外被一層很厚的膜狀物包被，生長發(fā)育異常;(4)絨氈層提前解體;(5)四分體不能分開。2生理生化研究

自20世紀(jì)50年代起，人們先后對植物雄性不育的生理生化機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明雄性不育表達(dá)和實(shí)現(xiàn)過程中在酶系統(tǒng)、物質(zhì)和能量代謝系統(tǒng)以及激素系統(tǒng)上的變化有著內(nèi)在聯(lián)系。

Sawhney等(1994)在總結(jié)植物激素與雄性不育的關(guān)系時(shí)指出:IAA含量的增加，ABA水平的提高以及GAs和CTKs含量的降低會(huì)誘發(fā)大多數(shù)植物產(chǎn)生雄性不育。

甘藍(lán)花粉母細(xì)胞早期或后期至小孢子二核期，不育花蕾中的IAA、GA3、ZR含量均明顯低于可育花蕾，小孢子二核至成熟花粉期，IAA、GA3含量則明顯低于可育花蕾，ZR的含量仍然高于可育花蕾，意味著:甘藍(lán)細(xì)胞核顯性雄性不育敗育與花蕾小孢子二核期以前IAA、GA3、ZR的虧缺密切相關(guān)。

脯氨酸在甘藍(lán)不育花蕾氨基酸總量中所占的比例為4.6%，其含量在甘藍(lán)花蕾發(fā)育過程中的呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，在小孢子二核花粉期不育花蕾的含量明顯低于可育花蕾。3遺傳研究和分子標(biāo)記

甘藍(lán)上雄性不育分子標(biāo)記的研究主要集中在篩選與雄性不育連鎖的RAPD、RFLP分子標(biāo)記方面。

甘藍(lán)顯性核不育基因DGMS是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院方智遠(yuǎn)院士首次發(fā)現(xiàn)的不育類型，并且已經(jīng)在甘藍(lán)的雜種優(yōu)勢中加以利用。

王曉武等采用集群分析（BSA）法進(jìn)行了甘藍(lán)顯性雄性不育基因連鎖的分子標(biāo)記研究，篩選并獲得了與該不育基因遺傳距離為7.148cM的RAPD標(biāo)記。

Wang等(2005)將DGMS基因間接定位于甘藍(lán)第3號染色體，比較基因組研究發(fā)現(xiàn)這一區(qū)段對應(yīng)于擬南芥第5號染色體的頂部。

婁平等也通過cDNA一ALFP差異顯示技術(shù)對顯性不育基因的表達(dá)進(jìn)行了研究并獲得24個(gè)差異表達(dá)片段，測序分析表明:顯性不育基因的表達(dá)與果膠甲醋酶，果膠裂解酶，硫氧環(huán)蛋白，快速堿化因子以及脯氨酸富足蛋自表達(dá)受抑制有關(guān)，從而在分子水平上對甘藍(lán)顯性不育的基因調(diào)控有了較為深入的認(rèn)識(shí)。五甘藍(lán)雄性不育的選育

1甘藍(lán)核雄性不育系的選育

研究表明，甘藍(lán)顯性雄不育材料DGMS79-399-3的不育性除受主效基因DGMS399-3控制外，還受修飾基因的影響。

因此，部分雄性不育株存在環(huán)境敏感性。在微量花粉不育株自交后代中，可分離出顯性不育基因純合的雄性不育株，用純合顯性不育株作母本與一般可育自交系雜交，即可獲得不育株率達(dá)100%的顯性雄性不育系。

方智遠(yuǎn)等利用回交轉(zhuǎn)育方法，以25個(gè)不同類型甘藍(lán)自交系作父本進(jìn)行顯性雄性不育系的轉(zhuǎn)育，鑒定回交、測交組合150多份。王曉武等通過連續(xù)回交、自交及測交等步驟，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，先后在以不同類型自交系作父本的回交后代中，鑒定出純合顯性雄性不育株69個(gè)。

可采用以下3種方法選育優(yōu)良純合顯性雄性不育系:

(1)以不育性敏感的不育株為母本，經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良且配合力好的自交系為父本，連續(xù)回交5代以上，選敏感不育株自交;

(2)選擇經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良育性敏感的不育植株連續(xù)自交;

(3)將不育株與優(yōu)良自交系先雜交，然后在其后代中選經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良不育性敏感的不育株連續(xù)自交。2甘藍(lán)胞質(zhì)雄性不育系的選育

方智遠(yuǎn)等以經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良且較整齊穩(wěn)定的胞質(zhì)不育系為母本，與不同類型優(yōu)良甘藍(lán)自交系雜交配制了50多個(gè)雜交組合，鑒定結(jié)果表明:比較突出的是用CMSR37014與自交系8180配制的新品種中甘22，在秋季種植時(shí)表現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、抗病、豐產(chǎn)，生長勢及產(chǎn)量與用保持系(回交父本)配制的雜交組合基本一致，明顯優(yōu)于用CMSR27014配制的同類組合。六甘藍(lán)雄性不育的育種應(yīng)用

近50年來隨著對甘藍(lán)雄性不育的不斷研究，國內(nèi)外研究者已經(jīng)開發(fā)出了許多甘藍(lán)雄性不育材料，但是由于遺傳缺陷，其中很多類型難以應(yīng)用。

隱性核不育類型的生產(chǎn)應(yīng)用限制來源于其配制雜種一代時(shí)需人工去除50%的可育株，因此利用效率不高。由于抱子甘藍(lán)較易進(jìn)行無性繁殖，Ruffino-Chable(1993)利用無性繁殖擴(kuò)繁甘藍(lán)純合雄性不育植株，從而成功地將

一個(gè)甘藍(lán)隱性不育和一個(gè)顯性不育類型分別應(yīng)用于商業(yè)雜交種的生產(chǎn)。

我國顯性核不育類型除受顯性不育基因控制外，還受修飾基因的影響。

因此，部分雄性不育株存在環(huán)境敏感性，即在一定遺傳背景和環(huán)境條件下，有些不育株可能出現(xiàn)少量具生活力的花粉。

方智遠(yuǎn)等根據(jù)這一特性，在微量花粉不育株自交后代中，鑒定出顯性不育基因純合的雄性不育株，進(jìn)而利用組織培養(yǎng)進(jìn)行快繁，用純合顯性不育株作母本與可育保持系雜交，獲得了不育株率達(dá)100%的顯性雄性不育系，并已陸續(xù)配制出中甘16、17、18、19和21號等5個(gè)甘藍(lán)新品種，從而使我國結(jié)球甘藍(lán)顯性不育利用取得了重大的突破。

甘藍(lán)雄性不育的應(yīng)用研究來源于對其機(jī)理研究的突破性進(jìn)展。隨著人們對不同類型甘藍(lán)雄性不育材料及其分子機(jī)理更加深入的研究與完善，甘藍(lán)雄性不育的選育效率肯定會(huì)大幅度提高，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)雄性不育性基因的人工調(diào)控也為時(shí)不遠(yuǎn)，從而推動(dòng)甘藍(lán)雄性不育在甘藍(lán)育種中的廣泛應(yīng)用。七今后的研究中需要解決的問題

當(dāng)前雖然在胞質(zhì)雄性不育、細(xì)胞核雄性不育以及通過分子生物學(xué)技術(shù)培育雄性不育系等方面的研究取得了一定的成功，但仍存在不少的問題需要做進(jìn)一步的研究。

1.胞質(zhì)雄性不育雖然能獲得百分之百的不育株，但由于它自身存在的一系列的缺點(diǎn)對它的應(yīng)用構(gòu)成了嚴(yán)重的障礙，今后仍需改進(jìn)和尋找更好的胞質(zhì)不育源，并在研究中進(jìn)一步擴(kuò)大對回交父本的篩選。

2.而利用顯性雄性不育系制種，因其顯性雄性不育基因在一定的遺傳背景下具有環(huán)境敏感的特征，影響因素主要是溫度。

為了減少使用該不育材料時(shí)由于環(huán)境敏感帶來的危險(xiǎn)性，需要進(jìn)一步研究溫度與與該不育性的具體的量化關(guān)系。

而且為了增加獲得不帶環(huán)境敏感基因的甘藍(lán)顯性雄性不育系的機(jī)會(huì)，還需要進(jìn)一步研究環(huán)境敏感基因的遺傳行為。

由隱性雄性不育基因控制的材料其側(cè)交后代最多達(dá)到的可育株，如用該材料配制雜交種，需拔除的可育株，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，實(shí)際應(yīng)用困難。

而在利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)把雄性不育基因轉(zhuǎn)入甘藍(lán)獲得雄性不育植株方面，由于基因的作用點(diǎn)是基因組，所表現(xiàn)的雄性不育為核基因所控制，具有核基因的主要特點(diǎn)，不育性在后代中表現(xiàn)分離，則將對這種新種質(zhì)的直接利用帶來一定的困難。因此，在今后的研究中需加以改善。八展望

經(jīng)過50多年的不斷探索，甘藍(lán)雄性不育的應(yīng)用研究已取得顯著效益，新品種如雨后春筍層出不窮，但是其基礎(chǔ)研究還有待進(jìn)一步完善。

為了今后更充分地將甘藍(lán)雄性不育應(yīng)用于優(yōu)勢育種、基因改良等工作中，進(jìn)一步加強(qiáng)其基礎(chǔ)研究是十分必要的:（1）甘藍(lán)雄性不育機(jī)理尚處于研究中，例如不育性與游離氨基酸的含量的具體關(guān)系尚不明確;至于激素誘發(fā)雄性不育發(fā)生的機(jī)制也有待進(jìn)一步深入研究。（2）篩選出的理想的與雄性不育性相關(guān)的分子標(biāo)記還不夠充實(shí)，同時(shí)對標(biāo)