CN102090325A - 转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法，辣椒自交系作父本与辣椒核质互作雄性不育系作母本杂交，同时父本株自交，在杂交后代育性分离时，选4～50个对应父本子代单株与辣椒杂交后代中的不育株或其花序成对测交，各父本单株自交，根据测交后代群体育性表现分别处理来选出雄性不育系、同型保持系和同型恢复系。本发明在杂交后代群体育性分离时不仅可以将辣椒自交系转育出辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系，还可选育出同型恢复系，扩展了其它同源不育系恢复父本的选择空间，可筛选出更多的优良三系组合品种。而采用雄性不育三系技术生产辣椒杂交种，简化了所有繁杂的授粉程序，经济效益十分显著。

Description

转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法

技术领域

本发明涉及农业种植生产方法，特别是一种将辣椒自交系转育成核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法。

背景技术

辣椒是中国人特别喜爱的一种茄科蔬菜，随着辣椒杂交种的推广和农户种植效益的提高，栽培面积越来越大。一直以来，绝大多数辣椒杂交种都是通过人工杂交授粉来进行种子生产，而用普通人工杂交授粉方法来进行种子生产，授粉之前不仅要清花清果、授粉过程中要作授粉标记、授粉完成后还需清花清果避免养分的损失，收种时还要辨认授粉标记，费时费力，而且凭人力总是难以避免假杂种的出现，这将影响种子生产企业的信誉，也会给种植基地农户造成一定程度的损失。随着人力资源成本的日渐提高，制种成本也将制约辣椒产业化的进一步发展。采用辣椒核质互作雄性不育系、保持系和恢复系（简称三系）生产辣椒杂交种，在较好的隔离条件下，只需直接给开放的花授粉即可。由于三系法制种简化了繁杂的授粉程序，节省制种授粉人工费用，降低种子生产成本，大大提高杂种一代纯度而受到国内外育种家的青睐。

选育辣椒核质互作雄性不育系、保持系和恢复系，通常是将已有的辣椒骨干自交系转育成雄性不育系和同型保持系后，再利用不育系筛选恢复系。辣椒骨干自交系（作父本）与核质互作雄性不育系杂交，同时父本株自交，杂交后代群体育性通常会出现3种情况：后代全可育、后代全不育或育性分离。前人的专著和公开发表的论文主要介绍了杂交后代全不育或者全可育的处理方法，对杂交后代出现育性分离时选育雄性不育系和保持系却没有行之有效的办法。本发明人在相关研究中发现，杂交后代出现育性分离的几率达83.33%或更高，在这种情况下，找到一种操作性强的方法选育雄性不育系和保持系就具有较大的实际意义。前人的研究成果认为：一个品种若有保持能力或恢复能力，其同一品种或其品系单株间保持能力和恢复能力无明显差异。因此，本发明人按照常规方法进行处理：选对应父本的1-2个单株后代与杂交后代的不育株成对回交，结果所有的回交后代育性继续分离（经调查不育株率或升高、降低或徘徊不定），多次回交的后代依然如此，回交后代育性全不育的情况很难出现，甚至还多次使回交后代育性全恢复，致使利用辣椒骨干自交系转育雄性不育系和同型保持系的研究工作进入了死角。这对优良骨干自交系材料转育雄性不育系和同型保持系来说是一个灾难，会导致很多优良骨干自交系不能选育出雄性不育系和同型保持系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法，它在辣椒自交系和核质互作雄性不育系的杂交后代育性分离时即可同时选育出辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：辣椒自交系作父本与辣椒核质互作雄性不育系作母本进行杂交，同时父本株自交，在杂交后代育性分离时，选4～50个父本子代单株作父本与辣椒杂交后代中的不育株或其花序成对测交，各父本单株自交，根据测交后代群体育性将出现的三种情况作分别处理：

（1）测交后代全不育，则对应父本为保持系单株，选该父本自交子代1～2个单株与之成对连续多代饱和回交，同时该父本单株自交，最终转育出该辣椒自交系的核质互作雄性不育系和同型保持系；

（2）测交后代全可育，则对应父本为同型恢复系单株，父本自交留种即为同型恢复系;

（3）测交后代育性分离，继续回交筛选或淘汰。

本发明的技术设计为：

将要转育的辣椒自交系作父本与辣椒核质互作雄性不育系（作母本）杂交，同时父本株自交（父本自交后代出现育性分离的，淘汰该组合及其父本），根据杂交后代群体育性可能出现的三种情况作分别处理（后代育性鉴定采用蕾期花粉镜检×160倍，镜检采用碘-碘化钾染色法）：

1 杂交后代群体全不育，则对应的父本为保持系单株，选该父本自交后代典型单株与之成对连续多代饱和回交，同时该父本单株自交，最终选育出该辣椒自交系的核质互作雄性不育系和同型保持系。

2 杂交后代群体全可育，则对应父本为恢复系单株，父本自交留种即为恢复系。

3 杂交后代群体育性分离（这是不育系选育过程中最常见的情况，用以下方法可同时选育出辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系），将杂交后代中的不育株或其花序与对应父本自交后代4-50个单株（作父本）成对测交，各父本单株自交，根据测交后代群体育性将出现的三种情况作分别处理：

⑴测交后代全不育，则对应父本为保持系单株，选该父本自交后代典型单株与之成对连续多代饱和回交，同时该父本单株自交，最终选育出该辣椒自交系的核质互作雄性不育系和同型保持系。

⑵测交后代全可育，则对应父本为同型恢复系单株，父本自交留种即为同型恢复系。

⑶测交后代育性分离，继续回交筛选或淘汰。

为了进一步验证本发明，因此进行了以下试验：

一、材料和方法

引进的辣椒雄性不育系2007A为微辣型牛角椒，生长势强，宽叶，果实纵径1O～12 ㎝、横径2.0 cm，果皮光滑，果色深绿，开放的不育系花冠宽大，柱头较粗并稍长于花药，花药宽瘪，败育彻底，蕾期镜检无花粉粒，属典型的无花粉完全不育类型。用48个各种类型的自交系和引进的品种（M8～M55，包含羊角椒、牛角椒、甜椒和朝天椒，均经过四代以上单株选择纯化）为父本，与不育株杂交，根据杂交后代群体的育性表现来筛选保持系单株和恢复系单株。需要指出的是，每个杂交组合至少种植3O株，以便进行组合群体育性观察鉴定，再决定是否需要进一步回交。杂交后代100 %不育的，选对应父本自交后代单株与之成对回交，回交组合尽可能大量种植(50株以上)，以提高群体不育株率调查的准确性，以便对新不育系的育成展开进一步验证。育性观察鉴定均采用先目测后蕾期镜检(花蕾已变白)，镜检采用碘-碘化钾染色法。

二、选育过程

项目研究在贵阳和三亚穿梭进行，以加速育种进程。2007年冬季配制的48个杂交组合(M8A～M55A)，在2008年春夏进行育性鉴定，其中M11A 全不育，另外6个表现为100% 育性恢复，其余均表现为育性分离。育性全恢复的6个组合，其父本则是该不育系的恢复系单株，选其后代典型单株自交留种即为恢复系，以便新的不育系育成后进行优良恢复系的筛选；对全不育和育性分离的组合，选其中的2个不育株，与对应父本自交后代两个优良单株进行成对回（测）交，以期筛选和转育不同类型的不育系。2008年冬季在海南播种回（测）交一代组合29个，仅M1l的两个回交组合表现为100％不育，经4代饱和回交2009年冬季得到M11的不育系和同型保持系，定名为Y92A和Y92B，该不育系(保持系)为羊角椒，微辣，株型高大、生长势强，田间综合抗病性好，Y92A不育株率及不育度均达100%，Y92B花粉量大，自交结实性好。2009年春夏对新选育的不育系Y92A进行配合力测定（与选留的6个恢复系配制恢复组合），2009年冬在三亚筛选出Y92A的2个优良的恢复系SY09-3、X-1和相应的恢复组合SY09-3A和X-1A。

由于多次回交的组合小果型朝天椒PBC521A和单身理想A始终表现为育性分离，2009年春夏，用改进的转育方法继续进行成对回交，同年冬在三亚转育出朝天小羊角椒PBC521的雄性不育系PBC521A、同型保持系PBC521B、同型恢复系PBC521C和朝天锥形椒单身理想的雄性不育系单身理想A、同型保持系单身理想B、同型恢复系单身理想C。

2009年冬季在三亚，用新选育的同型恢复系PBC521C与新育成的雄性不育系单身理想A、单身理想C与PBC521A交叉杂交，2010年春夏观察鉴定，两个组合均表现为育性全恢复。

三、选育的雄性不育系和同型保持系形态特征和花粉粒活性比较

以Y92A和Y92B为例，在生育前期，选育的雄性不育系与同型保持系植株，除育性差别外，其他农艺性状均无差异；进入生育后期，不育系植株比同型保持系高，后期高度相差可达一倍以上，并有单性结实现象。分析认为，进入结果期以后，与保持系相比，不育系生殖生长弱，营养生长较强，才造成生育后期不育系株高、开展度、分枝数上明显超过保持系。另外，据2009年冬季和2010年春夏两代观察发现，Y92A抗病毒病能力较Y92B弱，这与前人的研究结果一致。

选育的雄性不育系花器与保持系相比，花药收缩，变瘦变干瘪，柱头变细伸长，花药开裂目测无花粉，这种形态结构均不利于自交结实，但雌蕊育性正常，授粉能结实；保持系的花药短粗肥厚，花药开裂目测花粉量大。碘化反应表明：保持系花粉粒圆形，内含物充实，碘化反应呈深蓝色，自交结实性好，而雄性不育系不能形成花粉粒，内含物稀薄，碘化反应不着色，属于无花粉完全不育类型。

四、选育的不育系Y92A的遗传机制

选育的不育系与其保持系杂交，后代保持100％不育，根据Sears遗传学理论，证明不育系与保持系的核基因具有完全相同的隐性不育基因；保持系自交后代100％可育，证明保持系的细胞质具有可育基因，综上分析，证明选育的不育系为核质互作不育类型。2008年冬在三亚对全可育组合的F₂代群体进行育性分离统计，经卡方测验，可育株与不育株符合3：1的分离规律。说明引进的不育系是受一对隐性基因控制的核质互作雄性不育系(CMS)。

五、选育的不育系Y92A的稳定性

不育系Y92A在贵阳及三亚的穿梭转育过程中，经田间观察及花期混合镜检，隔离种植田间不育率及不育度均达100% ；在三亚的生育后期有单性结实现象，但大多无种子或种子无发芽率。2008年冬在三亚，不育系开花期遭遇连续低温(14～20℃)的情况下，镜检均能达到100%不育，说明引进的不育系不育性稳定性良好。

六、选育的同型保持系及同型恢复系的农艺性状对比

农艺性状高度一致，自交结实性均好。

利用辣椒自交系与辣椒核质互作雄性不育系杂交转育不同类型的不育系，在杂交后代育性分离时，利用本发明可选育出该辣椒自交系的雄性不育系、同型保持系和同型恢复系。利用杂种优势进行杂交育种时，一个优异的自交系，往往可同时作为父本和母本利用育成不同的杂交组合。如果该自交系只能转育成不育系和同型保持系，在三系杂交品种选育时就只能作为母本利用，那么它作为父本的利用价值就丧失了。在杂交后代育性分离的前提下，本发明不仅可将优异的辣椒自交系转育成雄性不育系和同型保持系，还可将之转育成同型恢复系，这样该辣椒自交系还可作为恢复父本继续发挥作用，扩大其他同源不育系恢复父本的选择空间，可育成更多优良的三系杂交品种。采用雄性不育三系技术生产辣椒杂交种，在较好的隔离条件下，只需直接给开放的花授粉即可，简化了所有繁杂的授粉程序。利用该法制种，杂种一代纯度可达到100%，节省授粉人工费用80.77%，整个种子生产成本降低33.07%，经济效益十分显著，具有良好的产业化前景。实现三系配套后，由于仅需要不育系（作母本）和恢复系（作父本）进行生产制种，育种者亲本（保持系）将得到妥善保护，育种单位可有效地保护自己的知识产权，也可进一步推动辣椒制种商业化。

具体实施方式

本发明的实施例1：转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法，2007年冬季在三亚，朝天小羊角椒PBC521作父本与引进的辣椒核质互作雄性不育系杂交，父本株自交，分别收种；2008年春夏在贵阳观察杂交后代群体育性分离，选父本子代2个单株与杂交后代中的不育株进行成对回交，父本株自交，分别收种；2008年冬季两个回交后代再次表现为群体育性分离；2009年春夏，选20个父本子代单株与回交后代中的不育株进行成对回交，父本株自交，分别收种；2009年冬季观察得到的回交后代的育性状况：3个回交后代全不育即为雄性不育系PBC521A，则对应父本为同型保持系PBC521B；5个测交后代全可育，则对应父本为同型恢复系；12个测交后代育性分离，淘汰。

本发明的实施例2：转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法，2007年冬季在三亚，朝天椒单身理想作父本与引进的辣椒核质互作雄性不育系杂交，父本株自交，分别收种；2008年春夏在贵阳观察杂交后代群体为育性分离，选父本子代2个单株与杂交后代中的不育株进行成对回交，父本株自交，分别收种；2008年冬季两个回交后代再次表现为群体育性分离；2009年春夏，选4个父本子代单株与回交后代中的不育株进行成对回交，父本株自交，分别收种；2009年冬季观察得到的回交后代的育性状况：1个回交后代全不育即为雄性不育系单身理想A，则对应父本为同型保持系单身理想B；2个测交后代全可育，则对应父本为同型恢复系；1个测交后代育性分离，淘汰。

本发明的实施例3：转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法，2009年春夏，将线椒自交系X-1作父本与不育系Y92A杂交，父本株自交，分别收种；2009年冬季观察杂交后代群体为育性分离，选父本子代50个单株与杂交后代不育株的花序进行成对回交，父本株自交，分别收种；2010年春夏观察得到的回交后代的育性状况：5个回交后代全不育，则对应父本为保持系单株，选其中1株与之成对连续多代饱和回交，同时父本单株自交，最终可选育出X-1的雄性不育系X-1A和同型保持系X-1B；39个测交后代全可育，则对应父本为恢复系单株，选其中1株自交留种即为同型恢复系；6个测交后代育性分离，淘汰。

Claims (1)

1.转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法，其特征在于：辣椒自交系作父本与辣椒核质互作雄性不育系作母本进行杂交，同时父本株自交，在杂交后代育性分离时，选4～50个父本子代单株作父本与辣椒杂交后代中的不育株或其花序成对测交，各父本单株自交，根据测交后代群体育性将出现的三种情况作分别处理：

（1）测交后代全不育，则对应父本为保持系单株，选该父本自交子代1～2个单株与之成对连续多代饱和回交，同时该父本单株自交，最终转育出该辣椒自交系的核质互作雄性不育系和同型保持系；

（2）测交后代全可育，则对应父本为同型恢复系单株，父本自交留种即为同型恢复系;

（3）测交后代育性分离，继续回交筛选或淘汰。