农业类资料：油菜

1、第一节 概论第二节 油菜育种目标及其主要性状遗传第三节 油菜品质性状第四节 油菜育种杂交育种第五 油菜育种杂种优势育种第六节 油菜育种品质育种第七节 现代生物技术的应用和进展第八节 油菜育种的试验技术和繁殖制种第九节 油菜育种研究动向和展望第一节 概述1.1 国内外油菜育种研究概况1.2 中国油菜育种概况1.3 芸苔属种间的亲缘关系1.1 国内外油菜育种研究概况栽培历史： 油菜(rape或rapeseed)是一个古老作物，在中国和印度都有着悠久的栽培历史。在欧洲,在中世纪才开始发展油菜生产。油菜，又叫油白菜，苦菜，拉丁文名：Brassica campestris L.十字花科、芸薹属植物，原产

2、我国，其茎颜色深绿，帮如白菜，属十字花科白菜变种，花朵为黄色。农艺学上将植物中种子含油的多个物种统称油菜。目前油菜主要栽培（品种）类型为：白菜型油菜（ Brassica rapa (campestris) L.）， 芥菜型油菜（ Brassica juncea L.） ， 甘蓝型油菜（ Brassica napus L.）油菜类型: 白菜型油菜(Brassica campestris, L.; 2n=20, aa)；芥菜型油菜(Brassica juncea，Coss., 2n=36, bbcc)甘蓝型油菜(Brassica napus, L.；2n=38, aacc)白菜成熟期芥菜型油菜成熟

3、期甘蓝型油菜近成熟期埃塞俄比亚芥近成熟期主要分布地区：东亚：中国为主，种植甘蓝型油菜为主；南亚：印度为主；欧洲；加拿大；澳大利亚1. 中国 6,907千hm2 2. 印度 6,623千hm23. 欧洲各国 4,250千hm24. 加拿大 5,273千hm25. 澳大利亚 680千hm26. 世界各国总计24,635千hm2育种历史：蒙昧期：农民根据长相选择和驯化；科学育种：1917年第一个欧洲品种Lembke在德国问世，标志科学油菜育种工作已经开始。油菜育种学中的几次重要技术进步：其一，油菜的亲缘关系阐明与实验进化育种 禹长春等（1935）；Olsson,G等 其二，优质油菜资源的发现和利用：

4、 低芥酸：加拿大Stefanson等（50年代）发现； 低硫苷:Krzymanski,J.（1968）发现。其三，雄性不育资源发现和杂种优势利用（1970s） Polima cms、nap cms、陕2A等、核不育其四，生物技术在油菜研究上的广泛应用 抗除草剂、雄性MS、细胞融合、小孢子培养几个国家的油菜育种概况：欧洲：德国、英国、法国、瑞典的面积较小，研究先进；加拿大：油菜是该国第二大作物；主要分布于saskatchewen(50%),Alberta(30%), Manitoba（20%）,是主要出口国。日本：研究开始较早，农林系列品种40多个。面积很小。油菜最早由汉朝经过朝鲜引入；后引种甘

5、蓝型。印度：1930年代开始油菜育种。种植区域主要分布于恒河流域。北方邦面积最大，以芥菜型和白菜型为主，占50%；白菜型品种资源名称：褐子沙逊、黄籽沙逊、黑子沙逊、托里亚，后二者是自交亲和的。1.2 中国油菜育种概况历史上，种植的主要是芥菜、白菜型油菜；甘蓝型油菜：20世纪30年代，由欧洲引入；50-70年代，开始更换为甘蓝型油菜；70年代末以后，开始双低油菜育种。育种方式：起始阶段甘蓝型与白菜的杂交育种；后演变为：中国油菜与外国油菜的杂交育种，或者育成品种（间）的育种，等。图12-2 中国油菜产区的划分图例：冬、春油菜分界线；冬、春油菜产区分界线。春油菜区：青藏高原亚区; 蒙新内陆亚区;东北

6、平原亚区。冬油菜区：黄土高原亚区；黄淮平原亚区；云贵高原亚区；四川盆地亚区；长江中游亚区；长江下游亚区；华南沿海亚区。中国油菜种质资源的基本情况（钱学珍等，1996）随着国内外交流的增加,品种资源变得丰富.育成品种：各个主要产区及其省份都有其相应品种。育种研究比较先进的省份：湖北、湖南、江苏、四川、重庆，等等。1.3 芸苔属种间的亲缘关系我国种植的主要是：甘蓝型油菜；芸苔属物种关系：白菜与甘蓝杂交、加倍后，进化成甘蓝型油菜；白菜与黑芥杂交，加倍后，进化成芥菜型油菜；甘蓝与黑芥杂交，加倍后，进化成埃塞俄比亚；双二倍体复合种3个（见前图）。第二节 油菜育种目标及其主要性状遗传2.1 育种目标高产、

7、优质、多抗、适宜熟期、广泛适应性高产：通过区域试验，比对照增产显著。优质:双低、高含油量、高蛋白、脂肪酸构成特异；双低油菜：（1）低芥酸：种子中芥酸含量开花期千粒重主花序长度主花序结果密度每果粒数着粒密度分枝部位株高主花序果数单株产量总角果数。2.3 品种性状的遗传：含油量、脂肪酸、硫苷、蛋白质含量1、含油量一般甘蓝型油菜含油量较大(一般40%左右)，白菜型次之，芥菜型又次之。含油量属于数量性状，表现连续变异并呈正态分布。种子的含油量受核基因控制，决定于母本基因型，受胚基因影响很小。黄色种皮的油菜品种的含油量较高(一般高1%-3%，高的达5%)，种皮较薄，纤维素含量低，蛋白质含量较高，油质好，

8、清澈透明。因而黄籽性状可以作为形态标志进行高含油量育种。产油量是一个复杂的性状。产籽量与含油量之间未观察到相关。产油量与单株产量之间(+0.924)；每株果数与产油量之间(+0.717)均为显著正相关;产油量与含油量之间(+0.385)有较低的显著正相关; 含油量与角果成熟度之间(-0.474)呈显著负相关。2、脂肪酸：主要农作物植物油脂肪酸组成的含量 3、芥酸：是高芥酸品种的主要特征。菜油或油脚为原料，用传统的方法（皂化酸解；酸化水解或加压水解）水解制成菜油脂肪酸，再从菜油脂肪酸分离出芥酸。甘蓝型油菜芥酸含量的遗传受胚基因型中具有加性效应的两对基因的控制(每个基因合成芥酸9%-10%)，而不

9、受母本基因型控制.在中国，甘蓝型油菜的芥酸含量也受两对基因控制，但每个等位基因合成芥酸高达12%-14%。串粉影响芥酸含量！4、改良脂肪酸第一个育种目标：降低芥酸至零，可以显著提高油酸含量，达到50%以上；伴随着亚油酸含量的提高（20-30%）。芥酸不利于人体消化吸收，而油酸是最有益于人体的脂肪酸。（2）第二个育种目标,是将亚麻酸含量从8%-10%降到3%。通过化学诱变育种 (Rakow, 1973)，育成了低亚麻酸新品种stellar (Scarth等, 1992)，其亚麻酸22%。第三个育种目标，是将饱和脂肪酸的含量降到7%以下，现已育成6%以下饱和脂肪酸的甘蓝型油菜种质(Raney等，1

10、999)。5、硫苷：硫苷分子硫苷:饼粕中含有硫的化合物，统称为硫代葡萄糖苷。这类物质作为饲料在芥子酶或水解酶作用下形成的各种产物是剧毒的，如硫氰酸盐、异硫氰酸盐、恶唑烷硫酮和腈化物。这些有毒物质可使家畜甲状腺肿大，并导致代谢紊乱。R基：丁烯基异硫氰酸盐（But）；乙烯基恶唑硫酮（Ozt）；异硫氰酸盐（All）；戊烯基异硫氰酸盐（Pent）；各种芸苔属油菜种硫苷成分比较（Anand, 1974）在波兰发现的甘蓝型春油菜品种Bronowski，是世界上唯一的硫苷含量最低的种质资源(10-12umol/g)。硫苷含量的遗传：高低油菜亲本杂交后代中，呈现三对主基因控制的遗传模式。硫苷：是抗营养物质。单

11、胃动物食用硫苷易引起甲状腺肿大。硫苷：具有的其它功能。具有抗菌、参与防御反应、抗癌等作用蛋白质油菜籽脱脂后的干物质中蛋白质含量为35%-40%。以球蛋白为主，清蛋白次之，其氨基酸组成比较平衡，脱去硫苷后具有较高营养价值，与大豆饼粕相近。第三节 油菜育种的主要途径和方法杂交育种育种方式:杂交育种、回交育种、复交育种、种间杂交育种。理论：油菜杂交育种的基本理论与其它作物基本相同。油菜育种的特色之一：油菜种间杂交借助胚培养等方式，相当于其他作物而言，比较容易实现，该育种方式是油菜育种特色之一。2.4.1 油菜品种间杂交育种系谱育种法（华油8号育种）杂交育种（续图）回交育种（半粒法芥酸育种为例）甘蓝型

12、低芥酸Oro的育种程序(Downey和Rakow,1987)甘蓝型低芥酸Oro的育种程序(续)复合杂交方法：中油821的育种苏早3号(白油1号/云油7号)F2(甘油3号/甘油1号)F171-5F11976年春杂交开始，1981年F10代，1986年审定，大面积推广。增产非常显著，例如1983年增产38%。同年其它品种减产20-30%。2.4.2 种间杂交育种甘蓝型油菜与白菜型油菜杂交；基本种（白菜与甘蓝）杂交；四倍体基本种间杂交；,等种间杂交：这种方法在我国品种改良上发挥了重要作用，例如，50-70年代华中农业大学育成了10余个品种中，品种间杂交育成的品种6个，甘白种间杂交育成的5个。种间杂种

13、：F1结实不良，F2分离十分广泛，但结实性开始恢复，F3-F5是选择的适宜时期，在生育期和丰产性方面，种间杂种后代易于育成早熟丰产的后代，因而育种成效与品种间杂交育种同样显著。种间杂种后代中出现许多新性状，如白花、黄籽、矮株、花叶、长角果、丛生型以及自交不亲和雄性不育系和细胞核雄性不育系等新性状。开展甘白近缘种间杂交，对充分利用我国白菜型种质资源十分有利。稳定性要经过较长时间考验。华油3号的育种程序示意图(刘后利,熊秀珠,1972)思考题1、如何选择，可提高油菜品种产量？2、油菜主要性状的遗传率如何？3、如何提高选择的效率？第五节 油菜育种的主要途径和方法(二) 杂种优势育种1、意义：中国第一

14、个大面积生产的杂交油菜“秦油2号”，在陕西省三年区试中产量均列居首位，比对照平均增产27.4%，到2002年为止，中国杂交油菜种植面积已占油菜总面积的40%(傅廷栋等，2002)，因而油菜利用杂种优势有着十分广阔的应用前景。2、杂交种的应用价值：稳产性好，产量高；缺点是：种子生产成本较高，某些类型杂交种应用有风险。3、杂种优势利用方式：（1）利用细胞质雄性不育系，配制杂交种；（2）利用核不育系，配制杂交种；（3）利用化学杀雄，配制杂交种；还有：利用自交不亲和系，配制杂交种；利用生态型不育系，配制杂交种；利用基因工程技术，创建授粉控制系统。油菜主要杂种优势利用方式：三系杂种、两系杂种、化学杀雄杂

15、种5.1 油菜细胞质雄性不育育种5.1.1 油菜不育细胞质类型 ：Polima型；Shaan 2A型；OGURA型；应用比较广泛的是：Polima和Ogura型。Polima还是我国主要应用的材料：1972年华中农业大学傅廷栋从苏联引进的甘蓝型油菜种源Polima中发现细胞质雄性不育材料19株。传播至国内外。大量实验研究一致证实了它是世界上第一个具有生产价值的细胞质雄性不育材料，定名为Pol cms（波里马雄性不育系。OGU型：不育性稳定。通过原生质体融合解决了不育系缺绿问题以及恢复系问题后，应用越来越广泛。受专利权保护。2、参考双低不育系育种程序3、不育系育种：采用保持系与不育株的单株大量成

16、对杂交（回交）方式，依据杂交后代的育性和性状，淘汰性状差、育性差的单株和组合，直至育成不育性好的不育系为止。4、细胞质雄性不育系利用中存在的问题：不育性受温度影响，可能具有不稳定性，可能在杂交种制种中造成较大问题。有些不育系性状差，配制高产杂交种困难；某些不育系难以找到恢复系。5、细胞质雄性不育系育种中的关键：要得到优良纯合、稳定的保持系；不育系在遗传上要与保持系核背景高度一致；不育性要彻底；不育系要经过特定生态环境下多次种植，考验其不育性的稳定性，以避免生产风险。因此，不育系育种需要8年以上的时间。请阅读教材中，陕2A和1238A的育种程序。5.1.2 利用细胞核雄性不育方式利用重叠隐性不育

17、基因；利用隐性上位核不育、显性核不育1、两用系：由核不育产生，在不育系中由一半是可育的，另外一半是彻底不育的。制种时，拔除可育株，与常规可育品种（恢复系系）杂交，得到杂交种。2、重叠隐性核不育两用系选育参考程序：3、显性核不育：李树林等(1985)对双显性核不育基因的遗传研究，认为这种核不育性受到2个显性核不育基因控制，Ms为显性不育基因，Rf为显性上位基因，后者能抑制前者的表达，因而可以恢复育性。利用不育株(Msmsrfrf)与双隐性可育株(msmsrfrf)杂交，可以得到彻底不育系。后者“临保系”，因而可以配套进行三系化杂种生产。4、显性核不育三系制种模式另一研究中，显性核不育基因与恢复基

18、因等位（宋来强等，2006）。这可能是因为研究材料不同所致。由此，育种方法也有所不同。5、隐性核不育：潘涛等(1988)和候国佐等(1988，1990)先后在不同育种试验材料中分别发现双基因隐性上位互作核不育和双基因重叠基因核不育，并从而育成低芥酸雄性不育两系杂种蜀杂1号(S45A8208)，和低芥酸双隐性核不育(117A)两系杂种油研5号等，在生产上大面积应用。6、关于核不育：与育性相关的核基因很多，通过诱变等手段可以得到核不育材料，研究利用潜力大。核不育遗传规律多样。7、两用系制种：目前报导的核不育基因，都可以衍生出两用系，配制杂交种。8、细胞核+细胞质不育系将两用系作为保持系，回交可以得

19、到育性更好的不育系，可与恢复系配置杂交种。减少制种发现。5.2.3 其他类型的杂种优势育种研究自交不亲和化学杀雄产生杂交种萝卜质细胞质雄性不育系和杂交种1、自交不亲和系的杂种：由于纯度控制的难度大，应用较少。理论上存在多种遗传模式。2、化学杀雄杂种：湖南农业大学官春云(1979)、四川大学生物系罗鹏、潘涛等(1980)，先后曾开展化学杀雄研究，找到单核花粉期是对杀雄最敏感时期。杀雄后可以配置杂交种。应用越来越多。3、萝卜细胞质雄性不育(Ogu cms) 通过原生质体融合，得到油菜恢复系；通过原生质体融合，得到正常型不育系（不缺绿），不育性彻底；不育系与恢复系杂交得到杂交种第六节 油菜育种的主要

20、途径和方法(三) 品质育种新种质的发现；脂肪酸和硫苷性状的育种；含油量和蛋白质含量育种6.1 新的种质资源的发现和创建芥酸：1956年Stefansson从联邦德国Limburge Hof地方征集到一个饲料用的甘蓝型油菜品种，命名为Liho。这就是第一个种源。发现不少材料芥酸含量少于0.5%。1964年向世界报道育成的第一个无芥酸或低芥酸品种Oro (Stefansson et al.,1961)。硫苷：世界上唯一的低硫苷种源Bronowski，于1968年由波兰油菜育种家Krzymanski报导。硫苷含量只有常规品种Janka的十分之一(Krzymanski, 1979)。Stefansso

21、n把它应用于育种研究，首次育成了第一个甘蓝型油菜双低品种。油菜品质育种所必需的重要种源6.2 脂肪酸和硫苷性状育种芥酸降低，可以提供油酸等脂肪酸含量。油菜脂肪酸合成：去饱和、碳链延长双低油菜脂肪酸构成脂肪酸构成的品种比较加拿大和欧洲各国油菜双低育种程序图加拿大和欧洲各国油菜双低育种程序图续图通过回交法和系谱法相结合选育双低油菜新品种(1969-1982年的育种历程)：另外一个很好的例子图例：芥酸 无 高 硫苷 无 高（1969-1982年的历程; Downey,1986）续图通过种间杂交将甘蓝型油菜低硫苷特性转移到芥菜型油菜新品种的育种Love（1988）在Rakow指导下，将芥菜型油菜选系与

22、甘蓝型低硫苷油菜品种Bronowski杂交，再用芥菜型亲本回交，育成低硫苷系Strain 1058，硫苷含量为0.8-2.0 umol/g。1987年Strain 1058在加拿大Saskatchewan省三个试验点中，遗传性趋于稳定，但结实性差 (Love等， 1990)。王兆木等(1989)在利用Strain 1058的花粉授予芥菜型品种新油5号，于1998年在中国首次育成芥菜型双低油菜新品种新油9号（详见下图），它的芥酸含量0.71%，硫苷含量24.6umol/g。新油9号的选育通过诱变育种选育低亚麻酸新品种 ：一般油菜品种的亚麻酸含量为9%-12%，且比较稳定，品种资源间的差异较小，也

23、没有找到自然突变体。Rakow采用EMS 0.1%两次处理和射线100kr一次处理，从M4-M8各代中分别出现低亚麻酸材料，含量分别为2.2%，3.1%和3.3%。引进加拿大后，1987年Manitoba大学Scarth等育成的甘蓝型油菜新品种Stellar，其亚麻酸含量稳定在3.3%左右，但产量低于常规品种20%左右。这是由于低亚麻酸含量造成叶绿体光合作用降低所致。6.3 高含油量和高蛋白质含量的育种因为育种群体大，使得大量化学测定脂肪酸和蛋白质变得困难。品质测定可采用近红外分析仪。育种目标：提高含油量或者蛋白质，还有二者同时提高。高油分育种含油量因品种类型和地区而异。甘蓝型油菜含油量较高，

24、白菜型次之，芥菜型较少。西藏原产的芥菜型油菜许多品种含油量在48%-50%以上，是含油量最高的地区; 新疆地区原产的芥菜型油菜含油量最低的(30%-35%，甚至更低)。黄籽油菜：含油量都较黑籽油菜为高，且种皮薄、种皮内纤维素含量少，油澄清透明，品质较好。黄籽油菜的育种目标，可定为45%，凡含油量达到50%左右的，则可视为超高油分品种。提高含油量的方法方法：变异群体的选择，可提高含油量；通过种间杂交转移黄籽性状，选择可获得黄籽高含油量品种；第一个甘蓝型黄籽油菜新品种华黄1号(编号955)，1985年在华中农业大学育成。陕西省农垦科教中心、西南农业大学等单位育成了甘蓝型黄籽油菜新品种“黄杂二号”和

25、“渝黄一号”等。高蛋白质含量育种油分与和蛋白质含量间呈现极显著负相关，选育高油分必伴随蛋白质的含量降低。70年代，Stefansson提出：同时提高油和蛋白质的总含量可到73%以上。按此原则育成Tower, 其含油量为42.1%，蛋白质含量为31.3%，二者合计73.4%，比Midas高出2%-7%。第七节 现代生物技术在油菜育种中 的应用进展7.1 组织培养与小孢子培养7.2 原生质体融合7.3 基因工程不育系7.4 脂肪酸构成的基因工程7.1 组织培养与小孢子培养小孢子培养用途：加快育种进程；获得DH群体，用于性状遗传分析。实际应用有许多！(要看书)德国Lichter（1982）在世界上首

26、次将甘蓝型油菜小孢子培养成单倍体，获得突破。单核晚期到二核早期小孢子的培养易成功(Keith,1990)。培养基优化得到NLN培养基。这些技术使培养成功率大为增加。7.1 组织培养与小孢子培养组织培养胚挽救技术体系(embryo rescue technical system)常用于油菜的种间杂交。7.2 原生质体融合Gleba和Hoffman（1980）将拟南芥与白菜融合获得属间杂种。Schenck和Robbelen（1982）从甘蓝和白菜的融合，人工合成了甘蓝型油菜。Neill等(1996)将油菜与Moricandis arvensis体细胞融合，选育高光效、低硫苷的油菜新品种。田志宏、孟

27、金陵(1998)甘蓝型油菜、白菜型油菜和甘蓝与Moricandis arvensis和M.nitens采用有性杂交和原生质体融合相结合的方法，都获得了属间杂种。7.2 原生质体融合原生质体融合的主要用途转移重要性状基因，例如高抗黑胫病基因、恢复基因；获得合成多倍体种质；重组细胞质，如采用原生质融合技术将Ogu cms、Pol cms和Nap cms与具除草剂Ctr抗性基因的原生质体融合，获得了抗除草剂Ctr杂种。开花后喷施除草剂Ctr将父本杀死，可提高制种产量。7.2 原生质体融合Ogu cms苗期心叶低温缺绿和花期蜜腺发育不良。法国Pettetier等(1983)先采用X射线处理Ogu cm

28、s原生质体，与用碘乙酸酶处理后的正常可育孢质的原生质体融合，成功地获得心叶不缺绿和蜜腺发育基本正常(约70%)的油菜cms植株。7.3 基因工程不育系基因工程不育系比利时Mariani等(1992)利用烟草绒毡层专一性表达基因TA29，和枯草杆菌RNAase基因barnase，已及RNAase的抑制基因barstar，抗除草剂基因。构建了不育系和恢复系。原理见下图。7.3 基因工程不育系7.4 脂肪酸构成的基因工程Davies从月桂树分离出月桂酰基蛋白载体蛋白硫酯酶基因的反义基因导入油菜后，使月桂酸含量提高到50%以上，这种油菜新品种的优质油可作为洗涤剂等重要工业原料（Galum and Br

29、eiman,1998）。这是转基因技术应用于油菜品质改良的一个范例。7.4 脂肪酸构成的基因工程提高含油量的基因很多例如DGAT、ACCase、PEPc第八节 油菜育种的试验技术和繁殖制种育种圃杂交种繁育技术原种生产技术育种圃要设置种质资源圃、杂种圃、选种圃、鉴定圃和品系产量比较试验。在杂交种选育中，要设置杂种组合观察区、预备试验和产量比较试验。大量测交组合试验均播3行，采用间比法设计，2个重复。生育期中要观察记载，并调查恢复株率。杂交种繁育技术（图）杂交种繁育技术亲本繁隔离要求严格 隔离区1500-2000m以上，避免生物学混杂。要选用2-3年没有种过油菜或作过十字花科蔬菜区块移栽时，要先栽

30、完一个亲本后，再拔另一个亲本苗移栽，以免造成错栽。各时期均要严格去杂，拔出油菜、十字花科蔬菜苗。终花后，先拔除不育系繁殖区内的保持系；制种区内的恢复系，可在终花时拔除，也可提前收获。隔离区要单收、单打、单晒、单藏，专人负责。杂交种繁育技术合理配置行比 雄性不育系杂种制种，随着母本行增加，制种产量会有所增加。但是由于许多不育系都有一些微量花粉，行比太大，恢复系花粉量不足，会影响制种质量。质核互作雄性不育系制种：在北方，花期晴天多，有利传粉，行比可大些，父母本宜采用12或13；在南方则相反，行比宜小一些，可采用12或23或11。化杀杂种制种，可采用23或24的行比。杂交种繁育技术调整花期和辅助授粉父母本花期相近，可不分期播种。如父母本花期相差太大的组合，可通过分期播种或摘薹（选晴天用刀割薹为宜）调整花期。通过摘薹一般可调迟花期710天。隔离条件好、隔离区面积大者，可采用放蜂辅助授粉，10亩左右放蜂一箱即可；但蜂群移到隔离区前，要关箱喂食几天，以免把外源花粉带入。隔离条件