油菜细胞质雄性不育自交不亲和杂种优势利用方法.pdf

本发明涉及一种油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法。它选用温度敏感型的pol CMS作母本，用能够保持其不育特性的自交不亲和系作父本，通过杂交、回交等方法将自交不亲和基因转入温度敏感型的pol CMS，从后代中选育稳定表现为高温彻底不育、低温微粉自交不亲和的细胞质雄性不育+自交不亲和系；用该系作母本，与现有大量国内外双低油菜品种广泛测交，或通过杂交、回交方法，筛选、培育保持系和恢复系；用保持系保持细胞质雄性不育+自交不亲和系的不育与自交不亲和特性，用恢复系恢复细胞质雄性不育+自交不亲和系的生育能力，从而实现三系配套。本发明可以降低制种成本和制种风险，保证高的杂种纯度和杂种优势强度。

1、  一种油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于选用自交亲和的温度敏感类型的pol CMS作母本，用能够保持pol CMS雄性不育的自交不亲和系作父本，两者杂交，再通过回交、异地繁育加代方法将自交不亲和基因转入温度敏感型的pol CMS，从后代中选育稳定表现为高温条件下无花粉彻底不育、低温条件下产生的微量花粉自交不亲和的细胞质雄性不育+自交不亲和系；用细胞质雄性不育+自交不亲和系作母本，与现有大量国内外双低油菜品种广泛测交，或通过杂交、回交转育方法，筛选、培育保持系和恢复系；用保持系保持细胞质雄性不育+自交不亲和系的不育与自交不亲和特性，用恢复系恢复细胞质雄性不育+自交不亲和系的生育能力，从而实现三系配套。

2、  按权利要求1所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的细胞质雄性不育+自交不亲和系的选育为：选用低温条件下产生微量花粉、高温条件下完全不育的自交亲和的pol CMS作母本，用能够保持polCMS雄性不育特性的油菜自交不亲和系作父本，两者杂交，杂种F₁再与父本回交，在回交后代中选择低温有花粉、高温完全不育单株再与父本回交，如此3～4次，通过田间及实验室花粉鉴定、套袋自交测定，培育稳定的高温彻底不育、低温微量花粉自交不亲和的细胞质雄性不育+自交不亲和系。

3、  按权利要求2所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的细胞质雄性不育+自交不亲和系的选育模式为：


4、  按权利要求1或2所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的保持系的选育为：用现有大量的综合性状优良的双低型油菜pol CMS保持系与细胞质雄性不育+自交不亲和材料广泛测交，若杂种F₁代能够稳定保持高温雄性不育和低温自交不亲和特性，则该品种即为保持系。

5、  按权利要求1或2所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的保持系的选育为：通过杂交分离法或回交转育法培育新保持系，即用优良品种与原保持系杂交，杂交后代连续自交或与亲本连续回交2～3次再自交，自交或回交各世代同时与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交，从中筛选出稳定的优良新保持系，保持系的杂交分离法模式如下：
优良品种[S或N(rfrf或RfRf)S_MS_M或S_RS_R]×细胞质雄性不育+自交不亲和保持系[N(rfrf)S_MS_M]
                             ↓
F₁[S或N(rfrf)S_MS_M、S或N(rfrf)S_RS_M、S或N(Rfrf)S_MS_M、S或N(Rfrf)S_RS_M]
                             ↓自交
F₂，在F₂群体中选择单株与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交同时自交，选择能保持细胞质雄性不育+自交不亲和系高温彻底不育、低温自交不亲和的单株(N(rfrf)S_MS_M)
                             ↓
F₃，再连续自交，同时与雄性不育+自交不亲和系测交，选择能稳定保持雄性不育+自交不亲和系不育和自交不亲和特性的单株(N(rfrf)S_MS_M)
                             ↓
        新的优良细胞质雄性不育+自交不亲和保持系(N(rfrf)S_MS_M)。

6、  按权利要求1或2所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的恢复系的选育为：通过测交筛选法，用大量带有育种目标性状的现有pol CMS恢复系与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交，若杂种F₁代恢复可育，则该恢复系为细胞质雄性不育+自交不亲和系的恢复系。

7、  按权利要求1或2所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的恢复系的选育为：即用综合性状优良的品种同已有的恢复系杂交，杂交后代连续自交或与亲本回交2～3次再自交，同时每自交或回交世代与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交，检测各世代材料的恢复能力，以此选育新的恢复系，恢复系的回交转育法模式如下所示：
优良品种[S或N(rfrf或RfRf)S_MS_M或S_RS_R]×细胞质雄性不育+自交不亲和恢复系[S或N(RfRf)S_RS_R]
                              ↓
F₁[S或N(Rfrf)S_RS_M、S或N(RfRf)S_RS_M、S或N(Rfrf)S_RS_R、S或N(RfRf)S_RS_R]
                              ↓用其中一个亲本回交
BC₁F₁，在BC₁F₁群体中选择单株与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交同时自交，选择能恢复细胞质雄性不育+自交不亲和系育性(花粉可育、自交亲和)的单株(S或N(RfRf)S_RS_R)
                              ↓用相同亲本继续回交
BC₂F₁，再回交一、两次，再自交纯合，同时与雄性不育+自交不亲和系测交，选择能完全恢复雄性不育+自交不亲和系育性的单株[S或N(RfRf)S_RS_R]
                              ↓
新的、带有育种目标性状的细胞质雄性不育+自交不亲和保持系[S或N(RfRf)S_RS_R]。

8、  按权利要求1或2所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的杂交组合的制种及亲本繁殖的具体操作是：在隔离条件较好的地区，将待推广应用的优良杂交组合母本(细胞质雄性不育+自交不亲和系)与父本(保持系或恢复系)按4～6∶2行比间隔种植，在父母本开花期间适当辅以人工或蜜蜂等昆虫授粉，终花期砍去父本，成熟期收获母本种子即可实现细胞质雄性不育+自交不亲和系的繁殖与制种；父、母本播种期的确定以花期二者能够正常相遇为准则，日常田间管理同常规方法；父本(保持系和恢复系)的繁殖采用自交或系内兄妹交方法，种植及田间管理同常规品种，但也必须实行隔离。

9、  按权利要求8所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和系繁殖步骤模式如下：
细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]×保持系[N(rfrf)S_MS_M]
                                       ↓
                    繁殖的细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]。

10、  按权利要求8所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，其特征在于所述的油菜细胞质雄性不育+自交不亲和系杂种制种步骤模式如下：
细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]×恢复系[S或N(RfRf)S_RS_R]
                                        ↓
                                 F₁杂种[S或N(Rfrf)S_RS_I]。

油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法
                                 技术领域
本发明属于油菜杂种优势利用方法的改进，具体涉及一种油菜细胞质雄性不育+自交不亲和三系杂种优势利用新方法。它的应用能够有效地降低杂交制种风险，提高杂种纯度及杂种优势强度，从而提高油菜产量，增加经济收入，促进油菜产业的发展。
                                 背景技术
油菜(包括甘蓝型、白菜型和芥菜型)是我国乃至全世界重要的食用植物油来源，双低油菜的植株营养体既可以作为蔬菜食用也可以作为饲料利用，其籽粒榨油后的饼粕更是优异的饲料蛋白质来源。长期以来，提高单产是油菜研究与生产的首要目标，而杂种优势的利用已成为提高单产、增加经济收入的不可替代的、最为有效的方法。统计资料及国内新品种区域试验结果显示，目前国内杂交油菜的种植面积已经超过50％，而新选育的品种绝大部分为杂交种，且这些杂交种主要来源于雄性不育系杂种。
油菜雄性不育有细胞核雄性不育(GMS)和细胞质雄性不育(CMS)两种。GMS虽然不育性彻底、稳定，但由于缺乏保持系，不育系中存在约50％的可育株，制种时必须于初花期除去可育植株，这不仅增加了制种成本，且降低了制种产量，还可能由于可育株除去不彻底而影响制种纯度，从而增加种植风险。CMS主要有pol CMS(波里马细胞质雄性不育)、ogu CMS(萝卜胞质雄性不育)等。虽然ogu CMS恢复基因已经找到，并转育到甘蓝型油菜中，但其恢复力不强，且申请了产权保护，因此生产上广泛应用的CMS仍然是国际上公认的最有实用价值的pol CMS。但是，因保持系的不同，pol CMS不育性受到环境条件不同程度的影响，致使其杂种生产应用存在一定的风险性。此外，恢复源的限制及可能存在负的不育胞质效应和异源花粉亲和力低下等问题，pol CMS继续利用前景堪忧。
油菜中杂种优势利用方法还有自交不亲和系杂种。自交不亲和系杂种具有以下特点：
①不亲和系柱头的花粉亲和力很强，开放授粉条件下异源结实率很高；②恢复源极为广泛。目前绝大多数甘蓝型油菜品种为甘蓝型油菜自交不亲和系的恢复系。但是，自交不亲和系杂种优势利用亦存在不足：①自交不亲和系存在一定程度的自交结实性，特别是在高温条件下，自交亲和性可能更高；②由于油菜自交不亲和系花粉是正常的，因而缺乏类似于花粉败育等形态指示性状，这为杂种纯度的目测鉴定带来了困难。
                               发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述油菜pol CMS和自交不亲和系杂种优势利用中各自存在的不足，集两者之长而提出一种油菜细胞质雄性不育+自交不亲和杂种优势利用方法，它可以保证高的杂种纯度和杂种优势强度，降低制种成本和制种风险。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是：选用自交亲和的温度敏感类型的pol CMS(低温条件下产生微量花粉，高温条件下完全不育)作母本，用能够保持pol CMS雄性不育的自交不亲和系作父本，两者杂交，再通过回交、异地繁育加代方法将自交不亲和基因转入温度敏感型的pol CMS，从后代中选育稳定表现为高温条件下无花粉彻底不育、低温条件下产生的微量花粉自交不亲和的细胞质雄性不育+自交不亲和系；用细胞质雄性不育+自交不亲和系作母本，与现有大量国内外双低油菜品种广泛测交，或通过杂交、回交转育方法，筛选、培育保持系和恢复系；用保持系保持细胞质雄性不育+自交不亲和系的不育与自交不亲和特性，用恢复系恢复细胞质雄性不育+自交不亲和系的生育能力，从而实现三系配套。
本发明的科学原理是：油菜细胞质雄性不育和自交不亲和均受基因控制。利用细胞质雄性不育+自交不亲和系携带的雄性不育基因和自交不亲和基因，高温条件下表现出无花粉彻底不育，低温条件下产生的微量花粉表现为自交不亲和，从而保证无论是在高温还是在低温条件下细胞质雄性不育+自交不亲和系完全不能结实。杂种优势利用方法原理，也即具体表现为三系配套方法原理，与已有的pol CMS系统相同。
本发明所取得的有益效果在于：
1、该系统细胞质雄性不育+自交不亲和系因为带有细胞质雄性不育和自交不亲和基因，因而高温条件下表现为彻底雄性不育，低温条件下产生的微量花粉表现为自交不能结实特性。同现有油莱pol CMS等杂种优势利用方法相比，这种杂种优势利用新方法可以提高杂种的制种产量，降低原有pol CMS与自交不亲和系杂种优势利用方法的制种风险，保证制种纯度，进而确保杂交组合高的整齐度及杂种优势强度。
2、对原pol CMS温度敏感类型甚至整个pol CMS系统的改良或影响可能还包括：恢复源有所扩大，异源花粉亲和力增强，可能存在的负的不育胞质效应得到抑制，等等。
                           具体实施方式
本发明的具体实施方式方法除细胞质雄性不育+自交不亲系的选育不同外，其余均同已有的pol CMS杂种优势利用方法(详见<杂交油菜的育种与利用>傅廷栋主编，2000)。具体包括细胞质雄性不育+自交不亲和三系的选育、繁殖、制种及新品种(杂交组合)培育。
详细的实施方案分述如下：
1、细胞质雄性不育+自交不亲和系的选育：选用自交亲和的温度敏感型(低温条件下产生微量花粉，高温条件下完全不育)pol CMS作母本，用可以保持pol CMS雄性不育特性的油菜自交不亲和系作父本，两者杂交，杂种F₁再与父本回交，在回交后代中选择低温有花粉、高温完全不育单株再与父本回交，如此3-4次，通过田间及实验室花粉鉴定、套袋自交测定，培育稳定的高温彻底不育、低温微量花粉自交不亲和的细胞质雄性不育+自交不亲和系。选育模式如下所示：
温度敏感类型pol CMS[S(rfrf)S_RS_R]×自交不亲和系[N(rfrf)S_IS_I]
                                ↓            ↓
                        F₁[S(rfrf)S_RS_I]       ↓
                                 ↓←-回交-  
            BC₁F₁[S(rfrf)S_IS_I、S(rfrf)S_RS_I]   ↓
                           ↓    ←连续回交  
油菜细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]
2、保持系的选育：用现有大量的综合性状优良的双低型油菜pol CMS保持系与细胞质雄性不育+自交不亲和材料广泛测交，若杂种F₁代能够稳定保持高温雄性不育和低温自交不亲和特性，则该品种(系)即为保持系。亦可以通过杂交分离法或回交转育法培育新保持系：用优良品种与原保持系杂交，杂交后代连续自交或与亲本连续回交2-3次再自交，自交或回交各世代材料同时与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交，从中可以筛选出稳定的优良新保持系。保持系的回交转育法与恢复系回交转育法除亲本材料不同外，具体过程相同。保持系的杂交分离法模式如下：
优良品种[S或N(rfrf或RfRf)S_MS_M或S_RS_R]×细胞质雄性不育+自交不亲和保持系[N(rfrf)S_MS_M]
F₁[S或N(rfrf)S_MS_M、S或N(rfrf)S_RS_M、S或N(Rfrf)S_MS_M、S或N(Rfrf)S_RS_M]
                               ↓自交
F₂，在F₂群体中选择单株与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交同时自交，选择能保持细胞质雄性不育+自交不亲和系高温彻底不育、低温自交不亲和的单株(N(rfrf)S_MS_M)
                               ↓
F₃，再连续自交，同时与雄性不育+自交不亲和系测交，选择能稳定保持雄性不育+自交不亲和系不育和自交不亲和特性的单株(N(rfrf)S_MS_M)
                               ↓
新的优良细胞质雄性不育+自交不亲和保持系(N(rfrf)S_MS_M)
3、恢复系地选育：一是通过测交筛选法，用大量带有育种目标性状的现有pol CMS恢复系与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交，若杂种F₁代恢复可育，则该恢复系为细胞质雄性不育+自交不亲和系的恢复系。二是可以通过杂交或回交方法转育、筛选带有育种目标性状的恢复系：即用综合性状优良的品种同已有的恢复系杂交，杂交后代连续自交或与亲本回交2-3次再自交，同时各自交或回交世代与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交，检测各世代材料的恢复能力，以此选育新的恢复系。恢复系的杂交选育法除与保持系杂交分离法亲本材料不同外，具体过程相同。恢复系的回交转育法模式如下所示：
优良品种[S或N(rfrf或RfRf)S_MS_M或S_RS_R]×细胞质雄性不育+自交不亲和恢复系[S或N(RfRf)S_RS_R]
                                    ↓
F₁[S或N(Rfrf)S_RS_M、S或N(RfRf)S_RS_M、S或N(Rfrf)S_RS_R、S或N(RfRf)S_RS_R]
                                    ↓用其中一个亲本回交
BC₁F₁，在BC₁F₁群体中选择单株与细胞质雄性不育+自交不亲和系测交同时自交，选择能恢复细胞质雄性不育+自交不亲和系育性(花粉可育、自交亲和)的单株(S或N(RfRf)S_RS_R)
                                    ↓用相同(轮回)亲本继续回交
BC₂F₁，再回交一、两次，再自交纯合，同时与雄性不育+自交不亲和系测交，选择能完全恢复雄性不育+自交不亲和系育性的单株[S或N(RfRf)S_RS_R]
                                    ↓
新的、带有育种目标性状的细胞质雄性不育+自交不亲和保持系[S或N(RfRf)S_RS_R]
4、新组合的选育及应用：细胞质雄性不育+自交不亲和系与大量优质、综合性状优良的恢复系杂交，杂种F₁通过田间测产及品质性状、综合抗性等性状鉴定，选择产量性状优势强度大、品质及抗性等性状优良的组合参加省级或国家级新品种区域试验以及生产示范试验，省或国家新品种审定机构根据上述试验结果给选用杂交组合正式命名，然后进行大面积推广应用。
5、细胞质雄性不育+自交不亲和三系的制种与亲本繁殖：可以在生产上大面积推广应用的杂交组合的制种及亲本繁殖的具体操作是：在隔离条件较好的地区，将待推广应用的优良杂交组合母本(细胞质雄性不育+自交不亲和系)与父本(保持系或恢复系)按4-6∶2行比间隔种植，在父母本开花期间适当辅以人工或蜜蜂等昆虫授粉，终花期砍去父本，成熟期收获母本种子即可实现细胞质雄性不育+自交不亲和系的繁殖与制种。父、母本播种期的确定以花期二者能够正常相遇为准则，日常田间管理同常规方法。父本(保持系和恢复系)的繁殖采用自交或系内兄妹交方法，种植及田间管理同常规品种，但也必须实行隔离。油菜细胞质雄性不育+自交不亲和系繁殖步骤模式如下：
细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]×保持系[N(rfrf)S_MS_M]
                                        ↓
繁殖的细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]
油菜细胞质雄性不育+自交不亲和系杂种制种步骤模式如下：
细胞质雄性不育+自交不亲和系[S(rfrf)S_IS_I]×恢复系[S或N(RfRf)S_RS_R]
                                        ↓
                            F₁杂种[S或N(Rfrf)S_RS_I]。