一玉米C型胞质雄性不育系的恢复利用研究

赵云哲 任金涛 王新亮

摘要    随着玉米单粒播种技术的推广，对玉米杂交种的纯度要求越来越高;随着农村用工成本的增加，减少玉米制种人工去雄用工的需求越来越迫切。利用玉米雄性不育特性进行玉米杂交制种，既可提高杂交种纯度，又能减少人工去雄用工，是玉米育种者一直追求的目标。以往研究表明，玉米C型胞质雄性不育性稳定，是利用雄性不育配制玉米杂交种的主要类型，但恢复系难选，导致三系配套的品种不多，生产中应用的面积有限。近年来，随着我国种质的不断改良扩增，现代自交系的遗传基础发生了变化，试验用一批现代自交系对一C型胞质雄性不育系测交，研究当代自交系对C型雄性不育系的恢复性及选育优势杂交组合的效率。结果表明，测交组合完全恢复的占16.95%，部分恢复的占66.95%，产量超过对照郑单958的占1.77%，未出現完全恢复而产量又超过郑单958的组合。由此表明，现代自交系对C型雄性不育完全恢复的概率与前人研究报道的稍有提高，选育育性完全恢复、产量超标（对照品种）、无严重缺陷的优势组合效率仍较低;进行不育性育种，育种者不仅要讲究方式方法，还要有足够的耐心。

关键词    玉米C型胞质雄性不育;当代自交系;恢复利用

中图分类号    S513        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）14-0040-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

玉米是我国的主要粮食和饲料作物，玉米生产上主要采用杂交种子。目前，玉米杂交种子生产依靠人工去雄，不仅耗费大量的人工，还难以做到及时、彻底，杂交种纯度难以保障。自1930年Rhoades发现玉米雄性不育材料以来[1]，人们开启了利用玉米雄性不育进行杂交制种的研究，以提高杂交种纯度和减少人工去雄用工。现已明确了玉米遗传性的雄性不育有细胞核控制的雄性不育和质核互作雄性不育两类[2]。细胞核控制的雄性不育因未能找到简单有效保持不育系完全不育的保持系，在生产中的应用受到制约;质核互作控制的雄性不育可通过不育系、保持系、恢复系三系配套实现杂交种生产，并培育出一些杂交种在生产中应用。质核互作雄性不育按育性恢复理论，分为T型、C型、S型等。T型不育性稳定，但易感染T型小斑病，生产上被迫停止应用;S型不育类型较多，抗T型小斑病，容易获得恢复系，但育性稳定性差，生产中应用风险较大;C型不育性稳定，且对小斑病T小种病毒不敏感，是人们研究利用的主要类型，但在实际生产中很难选到相应的恢复系[3]，导致三系配套及农艺性状优良组合的品种少，推广的面积有限。面对玉米单粒播种技术的推广及农村劳动力缺乏，张世煌、堵纯信等呼吁加强玉米雄性不育的利用研究[4]，以适应单粒播种技术对高纯度杂交种的要求及减少人工去雄用工的制种趋势。近年来，我国玉米种质改良扩增取得了很大进步，培育出了一系列适应现代育种目标的种质和自交系，但这些现代自交系对C型不育系的恢复性研究报道较少。该研究利用聊城华丰玉米研究所和聊城大学玉米研究所收集及创新的现代自交系对一C型不育系进行测交筛选，以明确现代自交系对C型胞质雄性不育系的恢复性及培育优势组合的的效率，为C型胞质雄性不育系的恢复利用提供技术支撑。

1    材料与方法

2016年6月，在聊城大学育种试验田，种植一玉米C型胞质雄性不育系[5]、聊城华丰玉米研究所提供的玉米自交系及聊城大学玉米研究所收集、创新的自交系126份。开花授粉期间分别用收集和创新自交系的花粉给不育系授粉，成熟期收获测交种122份。2017年6月种植测交种，田间顺序排列，每隔9个组合，种一郑单958杂交种作对照，每个测交种及对照种种植3行，行长6 m，行距60 cm，株距24.69 cm，每穴2～3粒，三叶期间苗，五叶期定苗，3次重复。开花散粉期，观察记载各测交组合的雄花育性，参照六级育性标准进行分级[6]（表1）。成熟时目测选取产量较高、无严重倒伏、病虫害等农艺性状优良的组合测产。测产方法：在选中组合中，取中间行连续取10个果穗，待风干后脱粒称重计算理论产量（理论产量=穗数×穗重×出籽率×0.85）。

2    结果与分析

2.1    测交组合的育性与分析

开花期观察122个组合的育性，其中有19个组合保持完全不育，20个组合育性完全恢复，79个组合表现部分育性，按雄花育性分级标准统计，完全不育、高度不育、半不育、半可育、高度可育、完全可育分别占16.10%、14.41%、8.47%、14.41%、29.66%、16.95%（表2）;另外4个组合表现可育与不育株的育性分离。追查4个不育株与可育性株分离组合的父本系谱，均为新选育的自交系，是恢复基因处于杂合状态，未完全纯合造成的。

2.2    测交组合的产量表现

成熟时观察比较122个测交组合田间表现，多数组合产量比对照郑单958低，少数组合产量与对照郑单958相当或超过对照郑单958。目测筛选出产量较高，又无严重倒伏、病虫害等缺陷的组合7个（表3），占测交组合的5.74%。这7个组合经理论测产，产量超过郑单958对照的有2个组合（2-17和4-5），占测交组合的1.64%。

2.3    产量较高组合的育性

较高产量组合的育性多表现完全不育或高度不育，完全恢复的仅一个组合3-20（表4），但产量未能超过对照郑单958;产量超过郑单958的2-17组合为完全不育，不能实现三系配套;4-5组合为半不育;未出现产量高、农艺性状优良，且育性也完全恢复的组合。

3    结论与讨论

（1）现代自交系含有较多对C型胞质雄性不育恢复基因，选育恢复系的概率较高。在新的种质引进、新旧种质融合的玉米种质遗传背景下，选育的现代自交系对C 型胞质雄性不育恢复表现从完全恢复到完全保持连续分布，完全恢复的概率为16.95%。比邵思全在107份测交种中选出14个强恢复系的概率（13.08%）[7]稍有提高。大量研究表明，C型胞質雄性不育的育性恢复机理比较复杂。Khey- pour 等报道，C型胞质雄性不育的恢复受l对显性基因Rf4控制[8];陈伟程等研究认为，C型胞质不育的恢复性受2对显性重叠基因Rf4、Rf5控制[9];赵素贞等发现，一个显性抑制基因Rf-I，对恢复基因Rf5有抑制作用[10];陈绍江等研究认为，C型胞质不育的恢复性由3对或3对以上的显性互补基因控制[11];Vidakovic等研究认为，C型胞质不育的恢复基因Rf4、Rf5和Rf6为2个不同的遗传系统[12]。不同自交系所含恢复基因不同，可能是导致不同测交组合的育性恢复不同的原因。明确C性不育系恢复机理及不同自交系的育性恢复基因，有助于C型胞质雄性不育恢复系的选育。

（2）育性完全恢复，产量又超标组合的效率低。胞质雄性不育恢复系的选育目的是选育出生产上利用的三系配套杂交种，虽然三系配套的杂交种容易选育，但三系杂交种育性完全恢复、产量等农艺性状又超过对照杂交种（目前对照中郑单958）出现的效率低。因此，C型胞质雄性不育恢复系的选育要扩大测交范围，以获得恢复能力强、产量等农艺性状优良的优质雄性不育组合。在测交过程中，要加强对具有强恢复能力的自交系和保持不育的自交系转育，以培育出不同基因型的不育系和恢复系，为三系配套提供更多组配亲本，增加组配筛选三系配套的机会。不育系、恢复系的转育及杂交组合的测配育成三系配套品种的时间都比常规育种育成品种的时间滞后。因此，利用不育系进行杂交组合的选育除讲究方式方法外，育种者还需有足够的耐心。

（3）雄性不育性的育种要紧扣当前的育种目标。恢复系的选育目的是实现三系配套，生产杂交种用于玉米生产。因此，恢复系的选育除对育性选择外，必须紧扣育种目标，如高产、优质、耐密、抗倒、抗病虫、抗逆、适应机械收获等，包括优势组合的筛选，还是不育系、恢复系的转育。

（4）发展SPT技术。SPT（seed production technology）技术是美国杜邦先锋公司首创的利用隐性细胞核雄性不育进行杂交种生产的技术[13]。其原理是将育性恢复基因、花粉致死基因及红色蛋白标记基因连锁在一起，构建遗传转化体，并导入纯合的隐性核雄性不育系中，从而使不育系恢复育性并能有效繁殖。该转基因株系自交产生50%的不育系种子（不含荧光的种子）和50%的保持系种子（含荧光的种子），然后通过荧光筛选技术将不育系种子和保持系种子分开，获得纯合不育系种子，常规自交系都是核不育系的恢复系，拓宽了杂种优势利用配组亲本的选择范围，解决了三系中恢复系缺乏的问题和玉米核雄性不育自然保持难的问题，且不育系不含转基因成分，所配杂交种规避了转基因生物安全问题，有望为杂种优势的广泛利用开创更广阔的前景。

4    参考文献

[1] 李竞雄，周洪生，孙荣锦.玉米雄性不育生物学[M].北京：中国农业出版社，1998.

[2] 张天真.作物育种学总论[M].北京：中国农业出版社，2003：165.

[3] 赵素贞，谢惠玲，吴凤华，等.玉米C型胞质雄性不育恢复基因Rf15的抑制基因的发现与鉴定[J].玉米科学，2017，15（1）：61-69.

[4] 中国玉米.玉米雄性不育制种值得一试[J].北京农业，2011，23（8）：38.

[5] 杨万立.1份玉米胞质雄性不育材料的分类研究[J].安徽农业科学，2011，39（12）：6991.

[6] 《玉米遗传育种》编写组.玉米遗传育种学[M].北京：科学出版社，1979：268.

[7] 邵思全，李琰聪.玉米C型雄性不育系的应用研究[J].农业科技通讯，2014（8）：74-76.

[8] KHEY-POUR，GRACEN V E，EVERETT H I.Genetics of fertility restor-ation in the C-group of cytoplasmic male sterility in maize[J].Genelies，1981，98：379-388.

[9] 陈伟程，罗福和，季良越.玉米C型胞质雄性不育的遗传及其在生产上的应用[J].作物学报，1979，5（4）：21-28.

[10] 赵素贞，谢惠玲，吴凤华，等.玉米C型细胞质雄性不育恢复基因Rf5的抑制基因的发现与鉴定[J].玉米科学，2007，15（1）：67-69.

[11] 陈绍江，陈伟程.玉米C型胞质雄性不育恢复基因的定位研究[J].河南农业大学学报，1989，23（3）：201-208.

[12] VIDAKOVIC M，VANUETOVIC J，VIDAKOVIC M.Complementary ge-nes，Rf4，Rf5 and Rf6 are not the uniqae genetic system for fertility restoration in cms-C of maize（Zea mays L.）[J].Maize Genetics Coopera-tion News Letter，1997，71：10.

[13] 王超，安学丽，张增为，等.植物隐性核雄性不育基因育种技术体系的研究进展与展望[J].中国生物工程杂志，2013，33（10）：124-130.