甘藍雄性不育的研究及進展片課件

甘藍雄性不育的研究及利用一、背景介紹二、甘藍雄性不育的分類三、甘藍雄性不育系的來源四、甘藍雄性不育的基礎研究五、甘藍雄性不育的選育六、甘藍雄性不育的育種應用七、今后研究中需要解決的問題八、展望一背景介紹甘藍屬十字花科（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。甘藍類蔬菜風味品質獨特，含豐富的維生素、蛋白質和礦物質等營養(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因此雄性不育的研究受到育種工作者的高度重視。二甘藍雄性不育的分類

根據(jù)遺傳特點，可遺傳的雄性不育可分為細胞核雄性不育（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）和細胞質雄性不育（即雄性不育性取決于細胞質基因）2種類型。三甘藍雄性不育系的來源

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

方智遠等于1979春在甘藍材料79-399的自然群體中發(fā)現(xiàn)雄性不育株79-399-3。經測交及自交，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。四甘藍雄性不育的基礎研究1.細胞學研究甘藍的小孢子形成一般要經過單核期、雙核期和三核期等幾個時期。

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

敗育的主要特征是:(1)細胞核、內質網、質體、線粒體等結構被破壞或解體;(2)部分花粉母細胞減數(shù)分裂異常;(3)花粉母細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50年代起，人們先后對植物雄性不育的生理生化機制進行了研究，結果表明雄性不育表達和實現(xiàn)過程中在酶系統(tǒng)、物質和能量代謝系統(tǒng)以及激素系統(tǒng)上的變化有著內在聯(lián)系。

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

甘藍花粉母細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:甘藍細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。

脯氨酸在甘藍不育花蕾氨基酸總量中所占的比例為4.6%，其含量在甘藍花蕾發(fā)育過程中的呈現(xiàn)動態(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遺傳研究和分子標記

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

甘藍顯性核不育基因DGMS是中國農業(yè)科學院方智遠院士首次發(fā)現(xiàn)的不育類型，并且已經在甘藍的雜種優(yōu)勢中加以利用。

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

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

婁平等也通過cDNA一ALFP差異顯示技術對顯性不育基因的表達進行了研究并獲得24個差異表達片段，測序分析表明:顯性不育基因的表達與果膠甲醋酶，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受抑制有關，從而在分子水平上對甘藍顯性不育的基因調控有了較為深入的認識。五甘藍雄性不育的選育

1甘藍核雄性不育系的選育

研究表明，甘藍顯性雄不育材料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100%的顯性雄性不育系。

方智遠等利用回交轉育方法，以25個不同類型甘藍自交系作父本進行顯性雄性不育系的轉育，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，結合分子標記輔助選擇，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。

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，經濟性狀優(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)選擇經濟性狀優(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濟性狀優(yōu)良不育性敏感的不育株連續(xù)自交。2甘藍胞質雄性不育系的選育

方智遠等以經濟性狀優(yōu)良且較整齊穩(wěn)定的胞質不育系為母本，與不同類型優(yōu)良甘藍自交系雜交配制了50多個雜交組合，鑒定結果表明:比較突出的是用CMSR37014與自交系8180配制的新品種中甘22，在秋季種植時表現(xiàn)優(yōu)質、抗病、豐產，生長勢及產量與用保持系(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。六甘藍雄性不育的育種應用

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

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

一個甘藍隱性不育和一個顯性不育類型分別應用于商業(yè)雜交種的生產。

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，進而利用組織培養(yǎng)進行快繁，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個甘藍新品種，從而使我國結球甘藍顯性不育利用取得了重大的突破。

甘藍雄性不育的應用研究來源于對其機理研究的突破性進展。隨著人們對不同類型甘藍雄性不育材料及其分子機理更加深入的研究與完善，甘藍雄性不育的選育效率肯定會大幅度提高，進一步實現(xiàn)雄性不育性基因的人工調控也為時不遠，從而推動甘藍雄性不育在甘藍育種中的廣泛應用。七今后的研究中需要解決的問題

當前雖然在胞質雄性不育、細胞核雄性不育以及通過分子生物學技術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一步的研究。

1.胞質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對它的應用構成了嚴重的障礙，今后仍需改進和尋找更好的胞質不育源，并在研究中進一步擴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由于環(huán)境敏感帶來的危險性，需要進一步研究溫度與與該不育性的具體的量化關系。

而且為了增加獲得不帶環(huán)境敏感基因的甘藍顯性雄性不育系的機會，還需要進一步研究環(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交后代最多達到的可育株，如用該材料配制雜交種，需拔除的可育株，費工費時，實際應用困難。

而在利用轉基因技術把雄性不育基因轉入甘藍獲得雄性不育植株方面，由于基因的作用點是基因組，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，不育性在后代中表現(xiàn)分離，則將對這種新種質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

經過50多年的不斷探索，甘藍雄性不育的應用研究已取得顯著效益，新品種如雨后春筍層出不窮，但是其基礎研究還有待進一步完善。

為了今后更充分地將甘藍雄性不育應用于優(yōu)勢育種、基因改良等工作中，進一步加強其基礎研究是十分必要的:（1）甘藍雄性不育機理尚處于研究中，例如不育性與游離氨基酸的含量的具體關系尚不明確;至于激素誘發(fā)雄性不育發(fā)生的機制也有待進一步深入研究。（2）篩選出的理想的與雄性不育性相關的分子標記還不夠充實，同時對標