百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究-硕士论文

分类号 密级 华中农业大学硕士学位论文 百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 S t u d i e so nI n h e r i t a n c ea n d H y b r i d i z a t i o nB r e e d i n go fM a l eS t e r i l e T w o - t y p eL i n e si nZ i n n i ae l e g a n s 研究生：娄雪源 指导教师：包满珠教授 指导小组：包满珠教授 叶要妹副教授 刘国锋教授 张俊卫副教授 宁国贵副教授 专业：园林植物与观赏园艺研究方向：园林植物遗传育种与生物技术 获得学位名称：农学硕士获得学位时间：2 0 1 0 年6 月 华中农业大学园艺林学学院 二O O 年六月 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 b 如需保密，解密时间b ，口年月夕汐目 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导颊指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使周过的材料，指导教师对此进行了审定与我- N 工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：堡男孺 时间：刀勿年歹月孑嚣 学位论文使用授权书 糍黼张签劈孺粥名：夕槲 签名B 期：动归年多月夸日 签名日期：0 2 乒，Q 年月乒日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之闯 百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 目录 摘要I A b s t r a c t I I I 缩略词表V 1 文献综述1 1 1 植物雄性不育的类型1 1 2 植物雄性不育的来源2 1 2 1 自然变异2 1 2 2 自交、杂交和回交2 1 2 3 人工理化诱变3 1 2 4 细胞工程3 1 2 5 基因工程4 1 3 植物雄性不育的特征4 1 3 1 表型特征4 1 3 2 细胞学特征5 1 4 细胞核雄性不育的遗传机制6 1 5 雄性不育在杂交育种中的应用7 1 6 百日草雄性不育的研究进展8 1 7 本研究的目的与意义9 2 百日草雄性不育两用系J 1 6 A B 的遗传研究10 2 1 材料与方法1O 2 1 1 试验材料10 2 1 2 试验方法1O 2 2 结果与分析1 2 2 2 1 育性遗传特性1 2 2 2 2 花器官表型特征1 3 2 2 3 细胞学特征1 4 2 3 讨论l7 2 3 1 育性遗传特性1 7 2 3 2 花器官表型特征l8 2 3 3 细胞学特征1 8 3 百日草雄性不育两用系不完全双列杂交育种2 0 3 1 材料与方法2 0 3 1 1 试验材料2 0 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 3 1 2 试验设计2 1 3 1 3 测定项目及标准2 2 3 1 4 统计分析2 2 3 2 结果与分析2 3 3 2 1 配合力分析2 3 3 2 2 遗传力分析3 9 3 2 3 性状主成分分析4 0 3 3 讨论4 4 3 3 1 观赏性状的遗传规律及遗传力4 4 3 3 2 一般配合力与特殊配合力的相互关系4 4 3 3 3 雄性不育两用系和自交系对杂种性状表现的影响4 5 3 3 4 性状主成分分析4 6 3 3 5 亲本利用价值的评价4 6 3 3 6 优良杂交组合的评价4 7 参考文献4 8 致谢5 8 攻读学位期间发表的文章5 9 附图6 0 百口草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 摘要 作为国际上夏秋常用的一年生草花，百日草因其花期长、花量大、花色丰富且 花型多样等优点而深受人们钟爱。尽管国外百日草制种已经广泛应用雄性不育技术， 由于知识产权的保护，国内外对百日草雄性不育两用系的遗传特性以及杂交育种的 系统性研究至今未见报道。本论文对百日草雄性不育两用系J 1 6 A B 进行了育性遗传 特性、花器官表型特征以及细胞学特征的研究，并以5 个雄性不育两用系的不育系 为母本、1 4 个优良自交系为父本按N C I I 不完全双列杂交设计配制了7 0 个杂交组合， 对1 2 个观赏性状进行了配合力、遗传力等分析，主要结果如下： ( 1 ) J 1 6 A B 的遗传研究通过对J 1 6 A B 进行系内兄妹交、可育株自交和成对 测交，研究结果表明，J 1 6 A B 为一对隐性核基因控制的雄性不育两用系，其可育株 为显性杂合体，基因型为M s m s ；不育株为隐性纯合体，基因型为m s m s 。对J 1 6 A B 进行花器官表型观察发现，不育株和可育株的花器官表型特征在花蕾透色以前差异 不显著；在花蕾透色期，可育株花器官顶部可以看到卷曲的舌状花花瓣，不育株的 花器官项部则露出丝状细毛；在盛花期，可育株的舌状花花瓣伸展，筒状花花药大 并且饱满，花粉正常可育；不育株的舌状花花瓣退化，雄蕊退化成丝状，内无花粉， 但是雌蕊发育正常。半薄切片结果表明，可育株的花药发育经历了孢原细胞、造孢 细胞、小孢子母细胞、四分体以及单核花粉粒等过程，最后散出成熟花粉粒；然而 不育株的花药没有分化产生药壁结构、小孢子母细胞及花粉，为结构型雄性不育。 ( 2 ) 不完全双列杂交育种的配合力、遗传力等分析1 2 个观赏性状的配合力、 遗传力及主成分分析结果表明，株高、株幅和节间长的基因加性遗传效应大于非加 性遗传效应，广义遗传力和狭义遗传力高，育种中适宜早代选择；花梗长的母本加 性遗传效应和非加性遗传效应大致相等，广义遗传力高，狭义遗传力中等，育种中 较适宜早代选择；其它8 个性状的基因非加性遗传效应大于加性遗传效应，遗传中 受环境的影响较大，但是可以利用杂交优势制种；一般配合力选择和特殊配合力选 择之间是相对独立的，没有明显的对应关系；百日草雄性不育荫用系杂交育种中， 需要特别注意对雄性不育两用系的改良和选择，而选择花头直径较大的自交系为父 本有利于选育花大的品种；通过株高、株幅、分枝数、叶长和叶宽的测定来预测花 心直径和花梗长的大小具有可行性，在使用表型性状对百日草F 。代进行分类时，首 先应考虑植株的营养生长状况和花梗长，其次以花器官大小和重瓣性强弱为标准。 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 ( 3 ) 不完全双列杂交育种的亲本和杂交组合利用价值评价综合一般配合力和 特殊配合力方差的结果可知，雄性不育两用系S 5 0 0 1 A B 、A H 0 0 2 A B 和自交系 A 1 G H 、A 3 、J 1 4 为理想的盆花亲本，雄性不育两用系A H 2 0 9 A B 、J 1 6 A B 和自交系 S 5 、J 1 0 、J 1 7 为理想的切花亲本。杂交组合的特殊配合力结果表明，适合于盆花的 最优组合为A H 0 0 2 A x J l 7 、A H 2 0 9 A x A l G H 、S 5 0 0 1 A x J 6 ，次优组合为A H 0 0 2 A x S 5 、 A H 0 0 3 A x A 3 和J 1 6 A x J 6 ；适用于切花的最优组合为A H 2 0 9 A x S 5 、A H 2 0 9 A J 1 7 、 J 1 6 A x J l 7 ，次优组合为A H 2 0 9 A x J 9 和S 5 0 0 1 A x J l 0 ；选育花大的重瓣品种则要优先 考虑A H 0 0 2 A x A 3 、A H 0 0 3 A x J 6 和J16 A x J 9 。 关键词：百日草；雄性不育两用系；遗传规律；细胞学；配合力；遗传力 百曰草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 一一- l _ _ 一一l A b s t r a c t A sa nl m p o r t a n to r n a m e n t a lp l a n tt h r o u g h o u ts u m m e ra n da u t u m nm o n t h s 。c o m m o n z i n n i a ( Z i n n i ae l e g a n sJ a c q ) i sa ne x t r e m e l yp o p u l a ra n n u a lp l a n tt h a ti n c l u d e saw i d e v a r i e t yo ff l o w e rt y p e sa n df o w e rc o l o r s ，a n dh a sal o n g 1 a s t i n g b l o o m A l t h o u g h h y b r i d i z a t i o nu s i n gm a l es t e r i l el i n e si sc o m m o n p r a c t i c ei nc o m m e r c i a la p p l i c a t i o n so f Z i n n i ae l e g a n so v e r s e a s ，t h e r eh a sb e e nn os y s t e m a t i c a lr e p o r to nt h ei n h e r i t a n c ea n d h y b r i db r e e d i n go fm a l es t e r i l et w o t y p el i n e si n t h e s p e c i e s C o n s e q u e n t l V ，f u t u r e b r e e d i n ge f f o r t sw i l ll a r g e l yf o c u so nm a l es t e r i l el i n e s I nt h i s s t u d y ，t h ei n h e r i t a n c e m o r p h o l o g ya n dc y t o l o g yo fm a l es t e r i l et w o t y p el i n e sJ16 A Bw a si n v e s t i g a t e d , a n d N C I Ii n c o m p l e t ed i a l l e lc r o s s i n gw a sc a r r i e do u tw i t hf i v em a l es t e r i l el i n e so f t 1 1 em a l e s t e r i l et w o t y p el i n e sa sf e m a l e ，a n df o u r t e e ni n b r e dl i n e sa sm a l e ，t h ec o m b i n i n g a b i l i t y ， h e r i t a b i l i t ya n dp r i n c i p a lc o m p o n e n to ft w e l v eo m a m e n t a lc h a r a c t e r sw e r ea n a l y z e d T h e r e s u l t sw e r ep r e s e n t e da sf o l l o w i n g ： ( 1 1T h ei n h e r i t a n c eo fJ16 A BT h es e g r e g a t i o nr a t i oo fp r o g e n i e sb ys i b m a t i n g ， s e l f i n ga n dt e s tc r o s sc o n f i r m e dt h a tt h em a l es t e r i l et w o t y p el i n eJ16 A Bw a sc o n 仃0 1 1 e d b yap a i ro fr e c e s s i v en u c l e a rg e n e ，t h em a l ef e r t i l ep l a n t sw e r ed o m i n a n th e t e m z y g o t e ， w h o s eg e n o t y p ew e r eM s m s ；t h em a l es t e r i l ep l a n t sw e r er e c e s s i v eh o m o z y g o t e ，w i t ht h e g e n o t y p eo fi 1 s n l s T h e r ew e r en od o m i n a n tm o r p h o l o g i c a ld i f f e r e n c e sb e t w e e nm a l e f e r t i l ep l a n t sa n dm a l es t e r i l ep l a n t su n t i lt h ec o l o rb u ds t a g e ；i nt h ec o l o rb u ds t a g e ，w e C a ns e ec u r l i n gp e t a l so fr a yf l o r e t sa tm et o po ff l o r a lo r g a n si nm a l ef e r t i l ep l a n t s b u t t h e r ew e r eo n l ye x p o s e df i l a m e n t sa tt h et o po ff l o r a lo r g a n si nm a l es t e r i l ep l a n t s ；i nt h e f l o w e rs t a g e ，t h em a l ef e r t i l ep l a n t ss h o w e ds t r e t c h i n gr a yf l o r e t s ，b i ga n df u l la n t h e r so f d i s cf l o r e t s ，a n dp o l l e n sw h i c hw e r ek e e p i n gn o r m a lf e r t i l i t y ，b u ti n t h em a l e s t e r i l ep l a n t s t h ep e t a l so f r a yf l o r e t sw e r ed e g e n e r a t e d ，t h es t a m e n sw e r ea l s od e g e n e r a t e da n db e c a m e f i l a m e n t o u sa n dv i l l o u sw i t h o u tp o l l e ni n s i d e ，a n dt h ep i s t i l sd e v e l o p e dn o r m a l l y I nt h e m a l ef e r t i l ep l a n t s ，d e v e l o p m e n to ft h em a t u r ep o l l e n g r a i n sw a sf o l l o w e dt h r o u g ht h e i n i t i a t i o no ft h ea r c h e s p o r i a lc e l l ，s p o r o g e n o u sc e l l ，m i c r o s p o r o c y t ef o r m a t i o n ，t e t r a ds t a g e a n du n i n u c l e a t ed e v e l o p m e n t a lp e r i o d ；i nt h em a l es t e r i l ep l a n t s ，t h ea n t h e rw a s n o th a v e t h ed i f f e r e n t i a t i o nt op r o d u c et h em i c r o s p o r o c y t ef o r m a t i o na n d p o l l e n ：i naw o r d ，J 16 A B i sm a l es t e r i l i t yo fs t r u c t u r a lt y p e ( 2 ) A n a l y s i so fc o m b i n i n ga b i l i t y ，h e r i t a b i l i t ya n dp r i n c i p a lc o m p o n e n to fN C I I i n c o m p l e t ed i a l l e lc r o s s i n gT h ea n a l y s i so fc o m b i n i n ga b i l i t y ，p r i n c i p a lc o m p o n e n t sa n d h e r i t a b i l i t yo ft w e l v eh o r t i c u l t u r a lc h a r a c t e r si n d i c a t e dt h a tt h ea d d i t i v ee f f e c t so fP 1 a n t I I I 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 h e i g h t ，C r o w ns i z ea n dL e n g t ho fn o d ew e r eb i g g e rt h a nt h en o n - a d d i t i v ee f f e c t s ，a n d b o t ht h eb r o a ds e n s eh e r i t a b i l i t ya n dn a r r o ws e n s eh e r i t a b i l i t yw e r eh i 曲，S Ot h e yc o u l db e e f f e c t i v e l y s e l e c t e di nt h e e a r l yg e n e r a t i o n s ；P e d i c e ll e n g t hs h o w e da p p r o x i m a t e l y e q u i v a l e n tm a t e r n a l a n dp a t e r n a la d d i t i v ee f f e c t s ，h i g hb r o a ds e n s eh e r i t a b i l i t ya n d m e d i u mn a r r o ws e n s eh e r i t a b i l i t y ，i ta l s oc o u l db ee f f e c t i v e l ys e l e c t e di n t h ee a r l y g e n e r a t i o n s ；t h e o t h e re i g h tt r a i t sd i s p l a y e d b i g g e rn o n - a d d i t i v ee f f e c t s ，g o tm o r e e n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e m e n t ，c o u l db eh y b r i d i z a t i o nb yh e t e r o s i s ；t h e r ew a sn oc a u s a l r e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e n e r a lc o m b i n i n ga b i l i t ya n ds p e c i f i cc o m b i n i n ga b i l i t ye f f e c t s ；i n t h eh y b r i db r e e d i n go fm a l es t e r i l et w o t y p el i n eo fc o m m o nz i n n i a ，t h ei m p r o v e m e n ta n d s e l e c t i o no fm a l es t e r i l et w o t y p el i n e ss h o u l db eap a r t i c u l a rf o c u so fa t t e n t i o n ；i ti s f e a s i b l et h a tw ec a l lf o r e c a s tt h eD i a m e t e ro fc e n t e rd i s ka n dP e d i c e ll e n g t hb yt h e d e t e r m i n a t i o no fP l a n th e i g h t ，C r o w ns i z e ，N u m b e ro fb r a n c h e s ，L e a fl e n g t ha n dL e a f w i d t h ，w h e nu s i n gt h ep h e n o t y p ec h a r a c t e r so nt h ec l a s s i f i c a t i o no fF lg e n e r a t i o n so f c o m m o nz i n n i a ，w es h o u l dc o n s i d e rt h ep l a n t sv e g e t a t i v eg r o w t hc o n d i t i o n sa n dp e d i c e l l e n g t hf i r s t , f o l l o w e db yp e t a l so ff l o w e ro r g a ns i z ea n ds t r e n g t ha st h es t a n d a r d ( 3 ) I n v e s t i g a t i o no fp a r e n t sa n dh y b r i dc o m b i n a t i o n so fN C I Ii n c o m p l e t ed i a l l e l c r o s s i n gS 5 0 0 1 A B ，A H 0 0 2 A Ba n di n b r e dl i n e sA 1 一G H ，A 3 ，J 1 4w e r ec h o s e na si d e a l p a r e n t sf o rp o r e df l o w e r i n gp l a n t s ；A H 2 0 9 A B ，J16 A B a n di n b r e dl i n e sS 5 ，J10 ，J17w e r e c h o s e na s i d e a lp a r e n t sf o rc u tf l o w e r s ；t h ec r o s s e sA H 0 0 2 A x J l 7 ，A H 2 0 9 A x A l 一G H ， S 5 0 0 1 A x J 6a n dA H 0 0 2 A x S 5 ，A H 0 0 3 A x A 3 ，J 1 6 A x J 6w e r ec h o s e na sp r i m a r ya n d s e c o n d a r yp r o m i s i n gc o m b i n a t i o nf o rp r o d u c i n gp o t t e dp l a n tc h a r a c t e r i s t i c s ，r e s p e c t i v e l y ； A H 2 0 9 A x S 5 ，A H 2 0 9 A x J l 7 ，J 1 6 A x J l 7a n dA H 2 0 9 A x J 9 ，S 5 0 0 1 A x J l 0w e r et h ep r i m a r y a n ds e c o n d a r yh y b r i do b t a i n e di n t h i ss t u d yf o rc u tf l o w e rt r a i t s ；w es h o u l do r d e r i n g A H 0 0 2 A x A 3 ，A H 0 0 3 A x J 6a n dJ1 6 A x J 9p r i o r i t yw h e nw ew a n tt oa t t a i nb i ga n dd o u b l e f l o w e rh y b r i d s K e y w o r d s ：Z i n n i ae l e g a n sJ a c q ；m a l es t e r i l et w o t y p el i n e ；i n h e r i t a n c e ；c y t o l o g y ； c o m b i n i n ga b i l i t y ；h e r i t a b i l i t y I V 百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 缩略符号 A b b r e v i a t i o n 缩略词表 英文全称 E n g l i s h 中文含义 C h i n e s e G M S C M S G C A S C A P H C S N B P L D C D I H R N W L L L W N N G e n i em a l es t e r i l i t y C y t o p l a s m i cm a l es t e r i l i t y G e n e r a lc o m b i n i n ga b i l i t y S p e c i a lc o m b i n i n ga b i l i t y P l a n th e i g h t C r o w ns i z e N u m b e ro f b r a n c h e s P e d i c e ll e n g t h D i a m e t e ro fc e n t e rd i s k D i a m e t e ro fi n f l o r e s c e n c e 细胞核雄性不育 细胞质雄性不育 一般配合力 特殊配合力 株高 株幅 分枝数 花梗长 花心直径 花头直径 H e i g h to f r e c e p t a c l e花头高度 N u m b e ro f w h o r l so f r a yf l o r e t sa c r o s sc a p i t u l u m 纵切舌状花轮数 L e a fl e n g t h L e a fw i d t h N u m b e ro f n o d e s 叶长 叶宽 节数 L N L e n g t ho f n o d e节问长 V 百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 1 文献综述 植物雄性不育( m a l es t e r i l i t y ) 指两性花植物中，某些植株的雄性器官表现退化、 畸形或丧失正常的生殖功能，但是其雌性器官发育正常、可以接受正常花粉而受精 结实的现象( 包满珠，2 0 0 4 ) ，它广泛的存在于开花植物中。 自从1 6 9 4 年C a m e r a r i u s 对植物的花器结构、雌雄同株、雌雄异株等现象进行了 比较系统的描述之后，1 7 6 3 年K o l r e u t e r 观察到了花药败育现象，1 8 7 6 年C o l e m a n 引入了“植物雄性不育”的概念，B a t e s o ne ta 1 ( 1 9 0 8 ) 开创了雄性不育遗传研究的新 时代。雄性不育是植物杂种优势利用的工具，在理论和生产实践上都具有很重要的 意义，因此，几十年来科学家们一直没有终止过对雄性不育的研究。目前，已经在 4 3 科、1 6 2 属、3 2 0 个种的6 1 7 个种或种间杂种中观察到了遗传的雄性不育现象( K a u l ， 1 9 8 8 ) ，这个数目还在不断增加。迄今为止，矮牵牛( V a n d o re ta 1 ，1 9 9 2 ) 、瓜叶菊 ( 黄善武等，1 9 9 4 ) 、百合( 张克中等，2 0 0 3 ) 、百日草( 王平等，2 0 0 4 ；赵景云等， 2 0 0 5 ，2 0 0 6 a ，2 0 0 6 b ；徐海霞等，2 0 0 7 ；赵淑艳等，2 0 0 7 ；C o w e na n dE w a r t ，1 9 9 0 ； R o g e r se ta 1 ，1 9 9 2 ：Y ee ta 1 ，2 0 0 8 b ) 、万寿菊( 李福荣，2 0 0 5 ；H ee ta 1 ，2 0 0 9 ，2 0 1 0 ) 、 石竹( 傅小鹏等，2 0 0 8 ) 、向日葵( 姜昱等，1 9 9 7 ；S i n d a g ie ta 1 ，1 9 7 9 ：Y a l c i n ，2 0 0 5 ) 等观赏植物均已有雄性不育现象的报道。 雄性不育不仅省去了杂交优势利用中人工去雄的麻烦，简化了杂交制种程序， 节约了大量的人力物力，而且避免了化学去雄对自然生态环境的破坏，在杂种优势 利用及群体改良中具有很高价值。因此，探讨园林植物的雄性不育及其遗传机理， 并应用雄性不育创造和选育优良园林植物新品种具有十分重大的意义。 1 1 植物雄性不育的类型 导致雄性不育的因素是多种多样的，因此，植物的雄性不育现象非常复杂，可 依据不同的分类方法和标准将其划分为不同的类型。S e a r s ( 1 9 4 7 ) 依雄性不育材料 基因型的差异提出“三型学说”，把植物雄性不育分为细胞质不育型、细胞核不育型 和质核互作不育型；E d w a r d s o n ( 1 9 5 6 ) 将S e a r s 的“三型学说”改为“二型学说”，即 细胞核不育型和核质互作不育型2 类；G a b e l m a n ( 1 9 5 6 ) 按照雄蕊和花粉的形态把 雄性不育划分为花粉型、雄蕊型和功能型；H e s l o p H a r r i s o n ( 1 9 7 1 ) 根据世代交替 将雄性不育划分为孢子体不育和配子体不育。 华中农业大学2 0 1 0 届硕上研究生学位论文 在总结前人研究的基础上，K a u l ( 1 9 8 8 ) 将雄性不育归为非遗传型和可遗传型 2 大类，非遗传型依不育性诱发的原因被分为化学诱导、生理诱导和生态诱导3 类； 可遗传型则分为表现型和基因型2 类，其中，表现型雄性不育分为孢子发生型不育、 结构型不育和功能型不育，基因型雄性不育按遗传特性分为细胞质雄性不育( C M S ) 、 细胞核雄性不育( G M S ) 以及核质互作雄性不育( G e n i e c y t o p l a s m i cm a l es t e r i l i t y ) 。 细胞质雄性不育的不育性由细胞质控制，所有的可育品系均能保持不育株的不育性， 但找不到相应恢复系，生产上的应用价值不大；并且，随着与细胞质不育基因特异 互作的细胞核基因的发现，目前已经证实细胞质雄性不育仅是核质互作雄性不育的 一个短暂过程，不能被认为是一种雄性不育类型( 孟金陵，1 9 9 5 ) 。 因此，在植物遗传育种的实际运用中，通常将雄性不育分为核质互作雄性不育 和细胞核雄性不育2 种类型。核质互作雄性不育的不育性由细胞核和细胞质的不育 基因互作控制，为了与细胞核雄性不育相对应，常称之为细胞质雄性不育( 孟金陵， 1 9 9 5 ) 。核质互作雄性不育不仅能筛选到保持系，而且能找到恢复系，可实现“三系 配套”，为植物细胞质遗传和核质互作的研究提供了极好的材料；细胞核雄性不育的 不育性完全受细胞核不育基因的控制，不受细胞质的影响，没有正、反交效应，其 遗传比较复杂。 1 2 植物雄性不育的来源 1 2 1 自然变异 由于宇宙射线或其它因子的诱变作用，自然群体中常发生一定数量的雄性不育 基因突变( 沈向群，1 9 9 2 ) 。因此，只要足够耐心，在任何一种植物中都能找到天然 的雄性不育株，如崔林等( 1 9 9 9 ) 发现了国内首例天然突变的燕麦雄性不育株；且 许多有重要应用价值的雄性不育类型，例如玉米T C M S ( 李竞雄等，1 9 9 8 ) 、水稻 W A C M S ( 袁隆平，1 9 7 7 ) 和小麦太谷核不育( x g 景扬和高忠丽，1 9 8 0 ) 就是天然 雄性不育。 1 2 2 自交、杂交和回交 异花授粉植物通常为杂合体，自交和品种间、品种内杂交可以分离出隐性不育 株，百日草雄性不育两用系A H 2 0 9 A B 的原始材料就是从品种自交后代发现的( Y ee t a 1 ，2 0 0 8 b ) ，油菜陕2 A 雄性不育系的原始材料是从甘蓝型油菜品种间杂交后代中 2 百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 发现的( 李殿荣，1 9 8 6 ) ，王郁铨等( 2 0 0 1 ) 也在2 个食荚豌豆品种云南大豌和日 本青豌的杂交后代中发现了雄性不育株。创造雄性不育系最主要的方法是通过种间 或种内杂交，再连续回交进行核置换，同时获得不育系和保持系，如范妍芹等( 2 0 0 4 ) 以甜椒雄性不育系A B 9 l 为不育源，经过杂交、自交和兄妹交等手段，将隐性核不育 基因转育到甜( 辣) 椒优良自交系中，获得了2 9 个育性稳定的甜( 辣) 椒雄性不育 两用系。目前，已发现的雄性不育材料中，约有1 0 的核不育和7 0 以上的细胞质 雄性不育是通过种间或属间杂交获得的( K a u l ，1 9 8 8 ) ，例如，金海霞等( 2 0 0 6 ) 将 大白菜胞质不育系与叶用芥菜可育品系X 0 9 1 和X 1 2 1 杂交，然后以叶用芥菜为轮回 亲本进行连续7 代回交，从而获得了2 份不育性稳定的叶用芥菜细胞质雄性不育系。 此外，引种外地不育系也比较方便；如果引入的不育系或新发现的不育系性状不良， 不适合育种和生产上的应用，也可通过回交转育来得到具有优良性状的不育系。 1 2 3 人工理化诱变 由于细胞核雄性不育只受细胞核基因的控制，经物理和化学诱变剂单独或联合 处理诱变后，进行连续自交或选择可以获得新的雄性不育材料，例如杨仁崔用6 0 C o 丫 射线照射水稻品种“5 4 6 0 ”，从而获得了由一对隐性核基因控制的温敏雄性不育系 “5 4 6 0 S ”( 朱英国，2 0 0 0 ) ；O a r da n dH u 使用化学诱变剂E M S 对水稻品种“M 2 0 1 ”进 行了处理，从诱变的M 7 代群体中筛选出了2 6 株对环境敏感的细胞核不育突变株( 朱 英国，2 0 0 0 ) ；张学昆等( 1 9 9 9 ) 的研究结果表明，在花粉母细胞减数分裂期和单核 期分别施用浓度为0 0 0 7 5 和0 0 1 的化学杀雄剂2 号，就可以阻断微量花粉的正 常发育，减少甚至消除微量花粉。 1 2 4 细胞工程 离体培养技术是创造新的细胞核雄性不育资源的一条有效途径，R u t g e ra n d S c h a e f f e r ( 1 9 9 0 ) 使用花药作为外植体，诱导愈伤组织，从再生植株中获得了一个 由隐性细胞核基因控制的光敏雄性不育体细胞无性变异株；原生质体融合技术可以 使两个种的细胞质和细胞核结合在一起，从而创造新的雄性不育，也可以通过遗传 改造、核修饰等手段改良现有的雄性不育材料，这种技术产生的雄性不育材料多为 核质互作型雄性不育，例如P e l l e t i e re ta 1 ( 1 9 8 3 ) 通过原生质体融合技术获得了6 株稳定遗传且低温下不缺绿的雄性不育株。 华中农业大学2 0 1 0 届硕士研究生学位论文 1 2 5 基因工程 在植物雄性可育基因中插入转座子或T - D N A ，可以引起基因功能丧失从而导致 雄性不育，其中，T - D N A 插入诱变应用较多( B o n h o m m ee ta 1 ，1 9 9 8 ；G l o v e re ta 1 ， 1 9 9 6 ) 。随着科学技术的发展，人们也可以利用基因工程技术来获得育性稳定的雄性 不育系( 王勇等，2 0 0 3 ；H u a n ge ta 1 ，2 0 0 3 ；K r i e t e ，1 9 9 6 ；V a n d o re ta 1 ，1 9 9 2 ) ， M a r i a n ie ta 1 ( 1 9 9 0 ) 将B a m a s e 基因与烟草绒毡层特异表达的启动子T A 2 9 构成了 嵌合基因，并将其导入油菜，得到了转基因细胞核雄性不育系。 1 3 植物雄性不育的特征 在植物雄性不育材料的寻找、创造和研究中，需要对雄性不育进行鉴定，目前 广泛应用的鉴定方法包括目测法、染色法、花粉离体培养法、活体测定法及细胞学 鉴定法等( 李福荣，2 0 0 5 ) ，鉴定前需要掌握雄性不育的表型特征和细胞学特征。 1 3 1 表型特征 雄性不育主要是植物的雄性器官发生异常，不同的植物材料，其雄性不育表型 特征的表现形式不同。在田间鉴别和选择中，利用与雄性不育紧密连锁的表型性状 判断和确定雄性不育株，可在早期淘汰杂株，减轻工作量，是最简便、实用且易于 操作的方法，在许多作物雄性不育育种工作中广泛应用。 不同物种的雄性不育材料，其形态特征有所不同，但雄蕊退化消化、雄蕊瓣化、 花药和花粉空瘪皱缩、无授粉能力是绝大多数植物雄性不育材料花器官的共有特征。 如甘蓝型油菜雄性不育植株9 0 1 2 A 的花蕾、花瓣都较小，雄蕊较短，花药空瘪，且 呈黄褐色枯死状，无花粉( 陈风祥等，1 9 9 3 ) ；水稻雄性不育突变体X S l 的突变体 小花花丝细长，花药干瘪且白色透明，无花粉散出，花药壁内没有任何着色花粉粒 ( 初明光，2 0 0 9 ) ；万寿菊雄性不育植株的花蕾开放前呈尖锥状，花朵开放后舌状花 退化，花冠呈秃头状，雄蕊退化成丝状，无花药，雌蕊正常( 李福荣，2 0 0 5 ) ；苎麻 雄性不育材料C 2 6 和C 4 的雄性花器官均发育不良，雄蕾瘦小且不开裂，花药干瘪 ( 宋军，2 0 0 7 ) 。也有一些雄性不育材料的株高、茎色等表型性状与不育紧密连锁， 例如张端品等( 1 9 9 0 ) 的研究结果表明，水稻农垦5 8 S 材料的光敏感雄性不育性是 与大黑矮生性连锁遗传的；涂金星等( 1 9 9 9 ) 用R A P D 分子标记技术证实了甘蓝型 油菜隐性核不育材料的可育基因与紫茎基因之间的连锁关系。 4 百日草雄性不育两用系的遗传及杂交育种研究 1 3 2 细胞学特征 对雄性不育的花药进行细胞形态学研究，不仅可以发现解剖学上的异常，进而 揭示雄性不育发生的原因，而且可以为雄