甘藍(lán)型油菜品質(zhì)資源和pol CMS恢復(fù)系的創(chuàng)新與遺傳分析.pdf

1、油菜是我國(guó)最重要的油料作物之一，栽培面積和總產(chǎn)量均居世界首位。低芥酸菜油中的油酸(C<,18:1>)是人體吸收的主要營(yíng)養(yǎng)成份，而亞麻酸(C<,18:3>)是大腦發(fā)育的必需物質(zhì)之一，但人體自身不能合成，只能從植物油中攝取。另一方面，由于菜油亞麻酸含量較高，貯藏過(guò)程中可能氧化從而造成菜油酸敗變質(zhì)，因此油脂加工中常采取催化加氫的方法促使亞麻酸生成油酸。然而，這個(gè)過(guò)程會(huì)同時(shí)伴生對(duì)人體有害的反式脂肪酸。如果利用遺傳學(xué)方法選育低亞麻酸品種，就可以不

2、必催化加氫，是最經(jīng)濟(jì)、最健康的生產(chǎn)菜油的方法。國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)表明，品種中亞麻酸含量為3％時(shí)既能滿足人體健康需要，也能滿足植物生長(zhǎng)需要。 特用脂肪酸育種的前提是特異種質(zhì)的選育。但甘藍(lán)型油菜的遺傳基礎(chǔ)很窄，品質(zhì)資源的基礎(chǔ)更窄。一直以來(lái)，波蘭春油菜“Bronowski”是甘藍(lán)型油菜唯一的低硫苷種源，“Oro”是甘藍(lán)型油菜唯一的低芥酸基因源，“Stellar”(或其姊妹系“Apollo”)和“Wotan”則分別是甘藍(lán)型油菜低亞麻酸和高油酸育

3、種的種源，并且它們均是“Oro”的突變后代，其品質(zhì)資源基礎(chǔ)之窄可見(jiàn)一斑。 甘藍(lán)型油菜的育種目標(biāo)除品質(zhì)的改良外，還包括產(chǎn)量的提高。由于甘藍(lán)型油菜具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，全球油菜育種家均比較重視應(yīng)用雜交種來(lái)提高其產(chǎn)量。當(dāng)前油菜雜種優(yōu)勢(shì)的利用途徑較多，如細(xì)胞質(zhì)雄性不育、細(xì)胞質(zhì)+細(xì)胞核雄性不育、生態(tài)型雄性不育、化學(xué)殺雄、自交不親和等。在我國(guó)，應(yīng)用最廣的授粉控制系統(tǒng)是波里馬細(xì)胞質(zhì)雄性不育系統(tǒng)。波里馬雄性不育又可分為三種類型：高溫不育型、低溫不

4、育型和穩(wěn)定不育型，其中穩(wěn)定型雄性不育系必須利用保持系來(lái)繁殖。后來(lái)，楊光圣等在兩個(gè)甘藍(lán)型油菜品種雜交后代中發(fā)現(xiàn)了溫敏型波里馬細(xì)胞質(zhì)不育(簡(jiǎn)稱pol TCMS)，選出的新種質(zhì)在武漢秋播表現(xiàn)部分可育，在昆明或西寧表現(xiàn)徹底的雄性不育，因此，可以利用在春油菜區(qū)夏播生產(chǎn)雜交種，在冬油菜區(qū)秋播繁殖親本不育系。目前已經(jīng)有多個(gè)利用該不育系配置的雜交種通過(guò)品種審定。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，制種期間不正常年份的溫度異?？赡軐?dǎo)致母本不育系產(chǎn)生微粉，這種微粉株很可能自交

5、結(jié)籽，從而導(dǎo)致F<,1>種子純度不達(dá)標(biāo)，不達(dá)標(biāo)的種子如果用于生產(chǎn)將會(huì)引起大面積顯著減產(chǎn)。因此，迫切需要發(fā)展更新、更簡(jiǎn)便、風(fēng)險(xiǎn)更小的授粉控制系統(tǒng)。發(fā)掘與育性相關(guān)的新資源可能是解決這一問(wèn)題的有效途徑。 新基因資源既可在現(xiàn)有種質(zhì)中發(fā)掘、篩選(如pol TCMS的發(fā)現(xiàn))，也可以利用遠(yuǎn)緣雜交(包括人工再合成甘藍(lán)型油菜)獲得。自禹氏三角闡明甘藍(lán)型油菜是由白菜型油菜與甘藍(lán)天然雜交并二倍化后進(jìn)化而來(lái)以來(lái)，各國(guó)學(xué)者開(kāi)始了利用白菜與甘藍(lán)人工合成甘藍(lán)

6、型油菜的研究。與甘藍(lán)型油菜不同，白菜型油菜與甘藍(lán)均具有豐富的遺傳變異，我國(guó)更是白菜型油菜的起源中心之一，因此，利用人工合成種拓寬現(xiàn)有甘藍(lán)型油菜的遺傳基礎(chǔ)是切實(shí)可行的。 本研究一方面在人工合成種中篩選新的品質(zhì)資源，并著重對(duì)篩選到的低亞麻酸資源進(jìn)行遺傳分析，另一方面通過(guò)異地鑒定，發(fā)現(xiàn)了以前從未報(bào)道過(guò)的波里馬溫敏恢復(fù)系，并對(duì)其遺傳規(guī)律進(jìn)行了初步分析。主要研究結(jié)果如下： 1．甘藍(lán)型油菜人工合成種品質(zhì)性狀的篩選和特異品質(zhì)性狀的聚合

7、 利用氣相色譜法分析了從德國(guó)引進(jìn)的139份甘藍(lán)型油菜人工合成種的脂肪酸組成，篩選出油酸含量高于68％的材料4份(最高的一份含量為69.23％)，亞麻酸低于3％的材料4份(最低的一份含量為2.46％)，且這4份低亞麻酸材料芥酸含量<1％。未發(fā)現(xiàn)芥酸含量能滿足工業(yè)育種(>55％)的材料，但篩選到多達(dá)46份零芥酸材料。進(jìn)一步用液相色譜法測(cè)定4份較高油酸材料和4份低亞麻酸材料的硫苷組成，發(fā)現(xiàn)較高油酸材料硫苷總量低于30umol/g，且硫

8、苷組成與低硫苷甘藍(lán)型油菜組成有區(qū)別，可能是新的低硫苷種源：低亞麻酸硫苷總量較高，硫苷組成與高硫苷甘藍(lán)型油菜組成也有區(qū)別。 在品質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，將油酸含量69.23％的材料(低芥酸、低硫苷、高亞麻酸)與亞麻酸2.46％的材料(低芥酸、高硫苷)雜交，從195個(gè)F<,2>子代中篩選出油酸高于67％且亞麻酸低于4.5％的18個(gè)單株。繼續(xù)種植后，從這18個(gè)F<,2:3>家系收獲了160個(gè)單株用于分析脂肪酸和硫苷組成，發(fā)現(xiàn)其中1個(gè)單株成功的

9、聚合了較高油酸、低亞麻酸、低芥酸和低硫苷性狀，說(shuō)明進(jìn)一步提高油菜的品質(zhì)是完全可行的。 2．甘藍(lán)型油菜人工合成種低亞麻酸性狀的遺傳分析與基因定位 以甘藍(lán)型油菜DH系L1745與低亞麻酸人工合成種R15-4雜交，正反交F<,2>亞麻酸含量均符合正態(tài)分布，正反交群體平均值在a=0.05水平差異顯著，表明亞麻酸含量符合多基因數(shù)量性狀遺傳模式，且存在細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)。 以正交(L1745xR15-4)F<,2>群體作為分離群體，

10、應(yīng)用SSR、AFLP和SRAP標(biāo)記構(gòu)建連鎖圖譜。該圖譜包括18個(gè)主連鎖群，1個(gè)三聯(lián)體和2個(gè)連鎖對(duì)，圖譜總長(zhǎng)2723.6cM，包含303個(gè)標(biāo)記，平均標(biāo)記區(qū)間8.99cM。利用SSR標(biāo)記與法國(guó)Piquema等2005年公布的圖譜進(jìn)行了比對(duì)，共有39個(gè)SSR標(biāo)記能對(duì)應(yīng)上法國(guó)連鎖群。本連鎖群中僅12號(hào)主連鎖群未能在法國(guó)連鎖群中找到對(duì)應(yīng)連鎖群。在利用上述分離群體和圖譜的基礎(chǔ)上，用氣相色譜法測(cè)定了群體內(nèi)單株亞麻酸含量，應(yīng)用復(fù)合區(qū)間作圖掃描與此性狀相

11、關(guān)的QTLs，LOD>2.5時(shí)共檢測(cè)到4個(gè)與亞麻酸含量相關(guān)的QTLs,分別位于3個(gè)連鎖群上。6號(hào)連鎖群檢測(cè)到1個(gè)QTL，解釋23.65％變異：7號(hào)連鎖群檢測(cè)到2個(gè)QTLs,分別解釋19.62％和9.51％遺傳變異：14號(hào)連鎖群檢測(cè)到1個(gè)QTL，可解釋14.06％遺傳變異。 3.波里馬溫敏恢復(fù)系的選育與初步遺傳分析 異地鑒定發(fā)現(xiàn)恢復(fù)系“7-6“(“華雜13”號(hào)父本)，在武漢秋播表現(xiàn)完全可育，但在甘肅和政縣夏繁時(shí)則表現(xiàn)部分不

12、育。將DH系L1815與恢復(fù)系7-6配制F<,1>雜交，利用小孢子培養(yǎng)技術(shù)建立DH群體，獲得63個(gè)DH系。2003年、2004年兩年重復(fù)觀察武漢秋播和甘肅夏播育性，從中選育出環(huán)敏DH系“FL-204”，該株系在武漢表現(xiàn)完全可育，但在甘肅和政縣則表現(xiàn)徹底不育。生長(zhǎng)箱控溫試驗(yàn)表明育性受溫度控制，高溫不育，低溫可育。 “FL-204”與不育系、保持系和正?；謴?fù)系雜交，育性調(diào)查F<,1>育性并建立F<,2>和BC<,1>分離群體，其中與

13、正?；謴?fù)系雜交后還建立了DH群體。所有F<,1>在武漢均完全可育，但在甘肅時(shí)F1的育性比較復(fù)雜：與不育系的雜交F<,1>部分可育；與保持系正交(FL-204為母本)時(shí)F1部分可育，但反交時(shí)完全可育；與恢復(fù)系的正反交F1均完全可育。與保持系的正反交試驗(yàn)表明，“FL-204”細(xì)胞質(zhì)為“S”型，溫度敏感性特點(diǎn)只在“S”型胞質(zhì)條件下表達(dá)。甘肅分離群體育性調(diào)查表明，可能存在多個(gè)微效溫度敏感基因，這些基因抑制恢復(fù)基因的表達(dá)，造成夏繁條件下分離群體偏