萝卜胞质结球芥和长柄芥雄性不育系的选育

章时蕃 张淑江 李 菲 张 慧 高富欣 孙日飞 钮心恪

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

萝卜胞质结球芥和长柄芥雄性不育系的选育

章时蕃 张淑江 李 菲 张 慧 高富欣 孙日飞*钮心恪

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

以新萝卜胞质雄性不育大白菜为不育源，育成了结球芥及长柄芥雄性不育系。这些芥菜不育系的植株和花器官生长正常，表现100%的雄性不育，且育性稳定；所配制的杂交组合杂种优势明显，杂交种制种产量正常。

雄性不育；结球芥；长柄芥

芥菜〔Brassica juncea（L．）Czern．et Coss．〕起源于我国，是我国的特有蔬菜。结球芥是其中的翘楚，因其叶肉肥厚、质地脆嫩、纤维较少而成为盐渍类酸菜的佳品，享誉海内外，同时也是鲜食的良好食材（可煮、炒或川烫凉拌），尤其适合作火锅的配菜；长柄芥也因其形美、色绿、味清香而开始受到人们的青睐。但长期以来，芥菜类蔬菜因其自交亲和，不像甘蓝和白菜类蔬菜那样能利用自交不亲和特性配制杂交种，所以芥菜的杂种优势利用相对较晚。

自1991年始，国内很多学者尝试利用国外引进的芥菜或萝卜胞质雄性不育源及国内的芥菜型油菜胞质雄性不育源（欧新A）来转育茎瘤芥、笋芥、根芥及分蘖芥等芥菜类蔬菜，但 1996年前从国外引进的芥菜或萝卜胞质雄性不育源或因苗期低温黄化、或因蜜腺不发达、或因杂种优势不明显（配合力不强），国内的芥菜型油菜胞质雄性不育源（欧新A）也因蕾期柱头外露在自然状态下蜜蜂授粉结实率低，致使利用这些不育源转育成的芥菜类雄性不育系未能在生产上大面积推广应用（陈竹君 等，1995；曾志红 等，1998；Nikornpun＆Senapa，2004；金海霞 等，2006）。

鉴于以上原因，笔者自2007年始以新萝卜胞质雄性不育大白菜为不育源，育成了雄性不育性稳定、杂种优势明显、在自然状态下蜜蜂授粉结实率较高的结球芥和长柄芥雄性不育系。这些不育系目前已用于选育新品种。

1 材料与方法

供试的雄性不育源为新萝卜胞质大白菜材料CMS. Y61037，被转育的结球芥材料M61039（简称M039）、M61053（简称M053）和长柄芥材料

2007～2012年转育工作在本所温室及大棚内进行，采用人工授粉杂交及回交、套袋隔离的方法。每代每组合（杂交或回交）授粉250朵花，最后统计平均单花结籽数。

结球芥和长柄芥已完成5～6个世代的回交转育，转育模式如图1所示。

图1 结球芥和长柄芥细胞质雄性不育系回交转育模式

2011年春季，在芥菜雄性不育系基本纯化稳定后测定不育系及其相应保持系的花器官大小和花蜜量，花蜜量用0.1～2.5μL移液器量取，花器官大小用直尺测量。每个系测4株，每株测4朵蕾或花。另外，配制结球芥杂交组合14个、长柄芥杂交组合8个，用于检测雄性不育系的配合力。同年秋季对上述组合进行鉴定，每组合每小区种植26株，2次重复。结球芥在叶球成熟期对1对雄性不育系及其相应保持系配制的组合的株高、开展度、外叶数、球高、球直径、单株质量、净球质量等经济性状进行测定，单株质量、净球质量用弹簧秤称量，其他性状用直尺测量；长柄芥在播后37 d对雄性不育系配制的2个组合及1个常规品种的最大叶长、最大叶宽、单株质量等经济性状进行测定，单株质量用弹簧秤称量，其他性状用直尺测量。

2 结果与分析

2.1 种间杂交及回交后代的不育株率和不育度

新萝卜胞质雄性不育大白菜与3份芥菜材料的杂交第1代及其各回交世代植株花器官的雄蕊退化彻底，花药近丝状，镜检无花粉；花柱发育基本正常，柱头健壮裸露（图2）。群体不育株率和单株不育度皆达到100%。

图2 结球芥雄性不育系及其保持系的花器官形态

2.2 种间杂交及回交后代的花器官大小和花蜜量

已回交6代（或5代）的芥菜雄性不育系CMS. M039、CMS. M053、CMS. B810与其相应保持系M039、M053、B810即将开放的花蕾及已正常开放花朵的花器官大小和花蜜量的测定结果见表1。

从表1可以看出，与其相应保持系相比，雄性不育系除花药长、花柱长变化不大外，花蕾、花瓣、雄蕊等大部分花器官皆明显变小（CMS. M039因花柱弯曲，花蕾直径未变，花柱长变短）；2个结球芥雄性不育系的花蜜量变化不大，而长柄芥雄性不育系的花蜜量却反而显著增多。这说明受此雄性不育胞质的影响，芥菜的大部分花器官大小虽有变

化，但结球芥的花蜜量变化并不大，结球芥雄性不育系将来在田间制种时对蜜蜂正常授粉的影响可能较小。2011年和2012年结球芥雄性不育系杂交制种的实践也证实了这一点。由CMS. M039雄性不育系配制的杂交组合在田间自然授粉状态下的结荚情况很好（图3），2012年杂交制种的种子产量正常，为40.7 kg·（667 m2）-1（父母本行比为1∶2）。

取采血后动物的心脏，冰浴生理盐水洗净，弃除脂肪、血管及心房组织，将心室（自冠脉结扎线下方至心尖处）平行切成厚度相同的5片，置37℃环境下加入0.1%NBT染色15 min。通过数码相机采集图像，利用ImagePro Plus 7.0软件测算心室总面积和梗死区面积（正常心肌呈现蓝色，梗死心肌呈现灰白色），并计算心肌梗死率（%）［6］。

表1 芥菜雄性不育系及其相应保持系的花器官大小和花蜜量的测定结果

2.3 种间杂交及回交后代的植株形态

经多代回交后，无论是结球芥BC6植株还是长柄芥BC5植株都与其轮回亲本（保持系）的性状和色泽非常相似，已基本没有不育源大白菜材料的性状特征（图4）。

图3 结球芥雄性不育系CMS. M039杂交制种的结籽情况

图4 结球芥BC6和长柄芥BC5及其相应保持系的植株形态

2.4 种间杂交及回交后代的结实性

新萝卜胞质雄性不育大白菜与芥菜材料杂交及回交各世代植株的结籽情况见表2。

表2 新萝卜胞质雄性不育大白菜与芥菜材料杂交及回交转育后代的单花结籽数

从表2可以看出，新萝卜胞质雄性不育大白菜与芥菜材料杂交及回交的F1、BC1、BC2世代单花结籽数都非常低，BC3世代单花结籽数开始提高，至BC5、BC6世代单花结籽数已基本趋于正常。这说明至BC5、BC6世代芥菜雄性不育系已基本克服杂交不稔性，可能此时芥菜不育系的染色体已基本趋于正常。

2.5 芥菜雄性不育系配制的组合表现

结球芥雄性不育系CMS. M039及其相应保持系M039分别与父本系A02818配制的组合A14649、A14650的经济性状见表3。长柄芥雄性不育系CMS. B810分别与2个父本系A10799、A10798配制的组合A14601、A14603与对照川崎香菜（常规品种）的经济性状见表4。

表3 结球芥雄性不育系及其相应保持系所配组合的经济性状

表4 长柄芥雄性不育系及其相应保持系所配组合的经济性状

从表3可以看出，与其相应保持系通过蕾期人工剥蕾授粉配制的组合相比，结球芥雄性不育系所

配组合除单株质量显著降低外，包括净球质量在内的其他经济性状无显著差异，说明此雄性不育胞质对其杂交种经济性状产生的负效应较小。

从表4可以看出，虽然长柄芥雄性不育系所配2个组合的最大叶长、最大叶宽与对照川崎香菜无显著差异，但单株质量皆显著高于对照，说明芥菜杂交种比常规种在产量上的杂种优势非常明显。

3 结论与讨论

芥菜自交亲和指数高。据Nikornpun和Senapa（2004）报道，若用两个芥菜常规品种作为亲本配制杂交种，其杂交授粉率只有20%左右。因此，想利用自交系或自交不亲和系配制芥菜杂交种比较困难。笔者曾于2003年用先前从美国引进的芥菜型油菜胞质雄性不育材料转育结球芥，后因育成的芥菜雄性不育系蜜腺不发达、花蜜分泌量少而终止。用1996年以前从美国引进的萝卜胞质雄性不育材料转育成的大白菜雄性不育系，虽苗期无低温黄化现象，蜜腺也比较发达，但所配组合的杂种优势不明显，故一直未用于转育芥菜。直至后来引进的萝卜胞质雄性不育材料育成的大白菜不育系所配的杂交种杂种优势明显，2007年始用其转育结球芥。由此新萝卜胞质雄性不育材料育成的结球芥不育系，苗期无低温黄化现象，蜜腺发达，2012年在河北廊坊网棚进行杂交制种，繁种面积710 m2，父母本行比为1∶2，蜜蜂授粉，种子产量为40.7 kg·（667 m2）-1，说明利用该雄性不育系配制的芥菜组合用于杂交制种是可行的。且无论是结球芥雄性不育系还是长柄芥雄性不育系所配制的组合均具有明显的杂种优势，由不育胞质给杂交种经济性状所带来的负效应亦较小，说明利用该胞质不育系配制的芥菜杂交种可在生产上应用。

值得一提的是：无论是结球芥雄性不育系还是长柄芥雄性不育系，与其相对应的保持系相比，雄性不育系的大部分花器官明显变小，结球芥雄性不育系所配组合的单株质量也显著降低，说明雄性不育胞质确实能给不育系及不育系所配制的杂交种的一些性状带来一定的负效应，邹瑞昌等（2012）在对其他雄性不育胞质的研究中也有类似的报道。而长柄芥不育系的花蜜量为何反而比其相应保持系增多，有待进一步研究。另外，在种间雄性不育转育的试验过程中发现，已回交一代的结球芥进一步转育时结籽率依然较低，而用另一份普通的宽柄芥与之授粉却结籽率较高，故在远缘杂交回交转育的初期应多选择一些基因型，以提高回交转育的成功率。

陈竹君，张明方，汪炳良，董伟敏，黄素青．1995．榨菜胞质雄性不育及其农艺性状研究．园艺学报，22（1）：40-46．

金海霞，冯辉，徐书法．2006．通过大白菜胞质不育系与芥菜远缘杂交选育新的芥菜胞质不育系．园艺学报，33（4）：737-740．

曾志红，王永清，陈学群，康彪．1998．芥菜胞质雄性不育系花器形态结构与育性表现．西南农业学报，11（2）：40-44．

邹瑞昌，万正杰，徐跃进，施展，傅廷栋．2012．叶用芥菜细胞质雄性不育系0912A的胞质效应和杂种优势分析．植物科学学报，30（3）：261-268．

Nikornpun M，Senapa N．2004．胞质雄性不育系在叶用芥菜上的利用．中国蔬菜，（1）：10-11．

Selective Breeding of Heading Mustard and Long Petiole Mustard Ogu CMS Lines

ZHANG Shi-fan，ZHANG Shu-jiang，LI Fei，ZHANG Hui，GAO Fu-xin，SUN Ri-fei*，NIU Xin-ke

（InstituteofVegetablesandFlowers，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100081，China）

Heading mustard〔Brassica juncea（L.）Czern．et Coss．var．capitata Hort ex Li〕and long petiole mustard〔Brassica juncea（L.）Czern．et Coss．var．longepetiolata Yang et Chen〕were taken as material，the sterile cytoplasma was transferred from Ogu CMS in Chinese cabbage to heading mustard and long petiole mustard．Those CMS lines showed normal plant organ and flower growth，and expressed 100% male sterility and stable fertility．The F1hybrids obtained from CMS lines performed an obvious high heterosis and good seed yield.

Ogu CMS；Heading mustard；Long petiole mustard

章时蕃，副研究员，专业方向：白菜遗传育种，E-mail：zhangshifan@ caas.cn

*通讯作者（Corresponding author）：孙日飞，研究员，专业方向：蔬菜遗传育种，E-mail：sunrifei@caas.cn

2013-10-30；接受日期：2013-12-31

公益性行业（农业）科研专项（sq201303114）