青藏高原白菜型油菜与甘蓝型油菜远缘杂交亲和性研究

赵彩霞，唐 琳，袁玉婷，王晋雄，李施蒙

（西藏自治区农牧科学院农业研究所，西藏 拉萨 850032）

通过远缘杂交，可以打破种属间隔离，从而有效地转移种属间遗传物质，对植物性状进行有目的地优化和改良。刘忠松［1］用芥菜型油菜黄籽最佳等位基因资源与甘蓝型油菜优良品种进行品种间杂交，创制了甘蓝型黄籽油菜新种质，育成2个甘蓝型黄籽油菜品种并大面积推广应用；刘汉东［2］研究了甘蓝型与白菜型油菜杂交后代出现更多的有利变异；王学芳等［3］利用甘蓝型油菜和白菜类蔬菜的大白菜、小白菜和紫菜苔远缘杂交，采用系谱选择法，经过连续10年的选择，选育出10个稳定的早熟甘蓝型油菜优良新种质材料。但油菜远缘杂交也有一系列不成功的报道，扬州大学王幼平课题组［4］在甘蓝型油菜与白芥的体细胞电融合杂种后代中选出SaNa-1ACMS，该不育系萼片雄蕊退化、其高度低于雌蕊，且二强雄蕊间呈粘附状；花药皱缩，无明显的花粉粒附着现象。甘芥杂交较难获得杂种，F1代自交亲和性差、结实率低，平均株高介于双亲之间［5］，芥甘杂种后代中来自甘蓝型亲本的遗传物质比芥菜型亲本的遗传物质在自交后代中丢失更快［6］。

西藏地区冬暖夏凉、光照时间长、昼夜温差大、气温升降缓慢的特殊自然条件，极有利于喜凉的油菜生长和生产。西藏地区保存丰富的白菜型地方品种以及处于原始生长状态的野生油菜品种，藏区人民主要的食用油为菜籽油，有利于油菜种植。白菜型油菜（Brassica rapa，AA，2n=20）具有抗性好、早熟等优良特性，但产量低、品质较差，目前大部分应用品种多为双高（高硫甙、高芥酸）品种［7-8］，国内白菜型油菜双低资源极少，引种资源抗性差、农艺性状不良，不利于生产。甘蓝型油菜（Brassica napus，AACC，2n=38）具有产量高、品质好、抗倒伏等突出特性，但生育期较长，高海拔地区无法正常成熟。因此，在西藏地区培育品质性状优良、产量较高且早熟的品种，需通过远缘杂技术获得。目前，国内内陆地区关于白菜型油菜与甘蓝型油菜远缘杂交报道较多，但西藏高原特殊气候条件下白菜型与甘蓝型油菜远缘杂交报道鲜少。本试验以白菜型油菜藏油3号、青油17号以及甘蓝型油菜京华165、2137为亲本，研究远缘杂交的亲和性和结实率，并对其正反交F1代组合进行形态学、花粉活力和自交亲和性分析，为西藏地区选育优良的种质资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料包括白菜型油菜藏油3号（西藏农牧科学院）、青油17号（青海省农科院），甘蓝型油菜京华165（西藏农牧科学院）、2137（青海省农科院）。

1.2 试验方法

试验于2016、2017年在西藏农牧科学院农业所试验地进行，4月1日播种，人工开沟条播，行距30 cm，株距10 cm，田间常规管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 杂交结实率和亲和性指数 盛花期每个品种选择长势健壮、枝量和花序量相当的单株5株，每个单株选取4个花序，每个花序选留即将开放的花蕾10～15朵，将花萼花瓣从中间去掉，用镊子将雄蕊摘除，套袋，1d后授粉，授粉后10 d左右去掉纸袋，成熟时统计结角数、每角的饱籽粒数和瘪籽粒数，计算结角率与亲和指数［9］。

1.3.2 植物学形态特征 成熟期对亲本及F1代的子叶形状、叶片颜色、叶片包茎程度、叶缘形状、花蕾与花朵位置、花药孔开裂方向、角果大小等进行调查记载并拍照记录［10］。

1.3.3 花粉活力测定 用氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法测定花粉活力［11］。

1.3.4 F1代自交亲和性 F1代单株套袋自交，成熟后统计结实率、自交亲和指数［12］。自交亲和指数＞1.00为自交亲和，自交亲和指数＜1.00为自交不亲和。

试验数据使用Office 2016和SPSS 21.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 杂交结实率及亲和性分析

由表1可知，白菜型油菜藏油3号、青油17号与甘蓝型油菜京华165正交共490朵花，通过蕾期重复授粉得到216个角果，平均结角率44%，收获后统计瘪籽粒数107个，饱籽粒数439个，亲和指数为0.88；反交共475朵花，得到335个角果，平均结角率71%，饱满籽粒数549个，亲和指数为1.16。藏油3号、青油17号与甘蓝型油菜2137正交共520朵花，通过蕾期重复授粉得到208个角果，平均结角率40%，收获后统计瘪籽粒数126个，饱籽粒数426个，亲和指数为0.82；反交共510朵花，得到303个角果，平均结角率60%，饱满籽粒数567个，亲和指数为1.11。可见，甘蓝型与白菜型远缘杂交亲和性远大于白菜型与甘蓝型远缘杂交亲和性（图1）。

表1 结角率与亲和指数统计结果

图1 田间杂交结实状况

白菜型油菜藏油3号与青油17号正反交共488朵花，得到488个角果，结角率100%，饱满粒数8795，亲和指数18.0。由此可见，杂交亲和性顺序表现为藏油3号×青油17号、青油17号×藏油3号＞甘蓝型油菜×白菜型油菜＞白菜型油菜×甘蓝型油菜。

2.2 植物学形态特征分析

由表2可知，白菜型油菜藏油3号、青油17号植物学形态特征主要表现为以下几个方面：叶片浅绿色、子叶呈心形、薹茎叶全包茎、叶缘形状呈锯形、花朵在花蕾的上方，花药孔向外开裂，角果平均长度5.85 cm；甘蓝型油菜2137、京华165植物学形态特征主要表现为：叶片颜色较深、子叶呈肾形、薹茎叶半包茎、叶缘形状呈波形、花朵在花蕾的下方，花药孔向内开裂，角果平均长度6.2 cm。

白菜型油菜与甘蓝型油菜杂交F1代表现为：大部分性状偏向于白菜型亲本，少数呈中间状态，叶片浅绿色、子叶偏心形、薹茎叶全包茎、叶缘形状偏锯形、花朵在花蕾的上方或与花蕾相平，花蕾小，花药孔偏向内开裂，角果平均长3.0 cm；甘蓝型油菜与白菜型油菜杂交F1代表现为：植株长势、形态特征基本偏向甘蓝型油菜，少数呈中间状态，叶片颜色深、子叶偏肾形、薹茎叶半包茎、叶缘形状偏波形、花朵在花蕾的下方，花药孔向内开裂，角果平均长5.4 cm（图2）。

表2 亲本及F1代植物学形态特征

田间观察发现，在营养生长时期，杂交F1代植株营养生长茂盛，叶片宽厚，表现出较明显的杂种优势，少数植株出现劣势，抽薹后杂种植株在整体形态上发生分离，并偏母本性状，植株长势的优势率明显减小。在生殖生长期，杂交F1代花期均处于两亲本之间。

图2 亲本及F1代叶片包茎状况和角果生长习性

2.3 花粉活力镜检结果

由图3可知，白菜型油菜藏油3号和青油17号的花粉活力分别为87.2%、88.4%，甘蓝型油菜京华165和2137的花粉活力分别为96.7%、95.7%，以白菜型油菜藏油3号作母本的F1代组合花粉活力分别为26.6%、25.6%，以青油17号作母本的F1代组合花粉活力分别为31.5%、30.6%，以甘蓝型油菜京华165作母本的F1代组合花粉活力分别为54.6%、55.1%，以2137作母本的F1代组合花粉活力分别为49.8%、50.1%。由此可见，以白菜型作母本的F1代组合花粉显著低于以甘蓝型作母本的组合，花粉活力依次为甘蓝型油菜＞白菜型油菜＞F1（甘蓝型油菜×白菜型油菜）＞F1（白菜型油菜×甘蓝型油菜）。

图3 亲本及F1代花粉活力

2.4 F1代自交亲和性分析

从表3可以看出，不同杂交组合的结角率与亲和指数存在很大的差异。其中，白菜型油菜藏油3号和青油17号所有单株均表现为自交不亲和，平均结角率为8.24%，平均自交亲和指数为0.51；甘蓝型油菜2137和京华165所有单株均自交亲和，平均结交率为95.6%，平均自交亲和指数为20.07。杂种F1代无论正反交，结角率、自交亲和指数均较白菜型油菜大幅提高，但远低于甘蓝型油菜亲本，以白菜型油菜作母本F1代组合的结角率在61.5%～69.5%之间，自交亲和指数在1.30～1.72之间；以甘蓝型油菜作母本F1代组合的结角率在83.0%～89.4%之间，自交亲和指数在5.40～6.89之间。由此可见，同一类型组合的结角率及自交亲和指数没有明显差异，而不同类型组合间差异明显；甘、白杂交F1代的自交亲和性明显高于白、甘杂交F1代自交亲和性，表明母本对杂交F1代的自交亲和性影响较大。

表3 F1代自交亲和性分析

3 结论与讨论

本研究结果表明，通过蕾期重复授粉方式，获得足够量的白甘和甘白组合的种子，杂交亲和性和结实率表现为白菜型油菜品种间杂交＞甘蓝型油菜×白菜型油菜＞白菜型油菜×甘蓝型油菜。白菜型油菜自交不亲和，雌蕊柱头表面有胼胝质层，自交授粉花粉管不能穿过隔离层，基本不能授精结实，但白菜型油菜品种间杂交是亲和的。油菜杂交过程中亲本的选择和组配至关重要，一般以染色体多材料作母本［13］，以甘蓝型油菜作母本配制的组合亲和性明显高于白菜型油菜作母本的组合。

白菜型与甘蓝型油菜杂交，以白菜型作母本的F1代植物学形态特征偏向于白菜型油菜，少数呈中间形态；以甘蓝型油菜作母本的F1代性状偏向于甘蓝型油菜，少数呈中间状态。花粉活力表现为甘蓝型油菜＞白菜型油菜＞ F1（甘蓝型油菜×白菜型油菜）＞ F1（白菜型油菜×甘蓝型油菜）。甘蓝型与白菜型油菜正反交F1代组合表现为自交亲和，但其自交亲和性远低于甘蓝型油菜亲本，自交亲和性表现为甘蓝型油菜＞ F1（甘蓝型油菜×白菜型油菜）＞ F1（白菜型油菜×甘蓝型油菜） ＞白菜型油菜，自交亲和指数分别为20.37、6.30、1.59、0.51。本研究结果与冬油菜［14-15］的研究结果具有一定的吻合性。因此，通过白菜型油菜与甘蓝型油菜杂交来改良西藏地区白菜型油菜的性状是可行的，尤其对本地区白菜型油菜自交亲和性的改良具有重要意义。