一种小辣椒雄性不育性及其三系配套的研究

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   小辣椒是指辣椒(Capsicum annuum L栽培种中果实长指状、顶端渐尖的单生型或簇生型变种,其果实中辣椒素含量较一般的菜用椒高,是一种重的调味蔬菜,在我国具有悠久的种植历史,近年来发展很快1。但目前各地种植的品种多为常规品种,或者是农民自留自选的地方品种,生长势弱,混杂度高,产量低。辣椒是常异花授粉作物,小辣椒的天然异交率一般为20%~30%(笔者2005年测定为21%,杂种优势较强,其杂交种品种普遍具有生长势强、抗性强、产量高、品质好、果型整齐等优点。目前选育辣椒杂交种的途径主有人工去雄授粉和利用雄性不育辅助授粉2个。利用雄性不育系制种,免去了人工去雄和授粉标记的麻烦,能降低制种成本,工作效率可提高11~13倍5。如能利用性不育种质选育出适合当地种植的优良小辣椒杂交品种,即能满足生产对高产、优质新品种的迫切需。 
  1小辣椒雄性不育种质资源的获得及其研究利用概况 
  笔者长期从事小辣椒地方种质资源的收集与研究。2004年从某一单生品种后代中分离出小花药雄性不育株,其花器特征见图1。想留住这难得的不育种质,必须寻找到保持系种质材料。因此,当年以该不育株为母本,以多个地方品种为父本,获得20多种F1组合的种子。2005年观察各F1的育性,发现有4种父本所在的组合表现出不同程度的育性分离,以这些组合中的不育单株再与父本株回交,获得回交1代,从回交1代中再选不育株与父本回交,至2011年得到几乎全不育的不育株系2个——3048-1A和3198-1A。3048-1A为簇生型,3198-1A为单生型,它们的回交父本3048-1和3198-1即是这2个不育系的保持系(3048-1B和3198-1B,其他2个父本转育的回交后代材料不育性总是不稳定,最终被淘汰。由此可见,父本的遗传背景对回交转育不育系的重性,这也验证了沈火林等的观点6。在转育不育系的同时,通过广泛测交,选择出育性恢复较好的恢复系材料3414-3-5。经过多年的回交转育和杂交筛选,初步完成了小辣椒“三系”配套的研究。 
  2小辣椒雄性不育系的花器特性 
  21形态特征 
  如图1所示,雄性不育花的花蕾、花冠、花药均比较瘦小,开花时花药开裂迟,无花粉或少花粉;而它的保持系(正常花花蕾、花冠、花药均比较大,花药正常开裂,花粉多,花药外布满白色花粉。 
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  将不育系和保持系不同发育时期的花蕾及其花药置于数码显微镜(爱国者数码观测王GE-5下观察,并进行测量统计,其形态特征(多数指标取10朵花的平均值见表1。 
  从表1可见,不育系大花苞和中花苞的长度和宽度明显小于保持系,花药的长度和宽度也明显小于保持系。在显微镜下观察,花粉粒直径在开花前3~4 d达到5~7 μm,以后逐渐开始解体,至开花前1~2 d已看不见正常花粉粒。 
  将这种不育系的花药(开花前1~2 d与保持系的花药切片镜检,可见保持系的花药腔大,花粉粒充实、饱满;而不育系花药腔小,未观察到花粉粒(图2、图3。 
  22生物学习性 
  该不育株在回交转育初期(回交1~2代表现出明显的高温不育性。夏季白天最高温度超过30 ℃,日平均温度超过25 ℃,持续3 d后即进入不育状态,表现为花药瘦小、无花粉粒(花粉粒解体的特性。随着回交代数增加(回交5~7代,对日照长度渐不敏感,整个春夏季均不育。当9月上旬白天最高温度低于30 ℃、日平均温度低于25 ℃、日照时间短于1283 h时,持续3 d后的育性逐渐恢复,花药开始饱满起来,开裂后可见到白色花粉粒,在显微镜下观察到直径30 μm的正常花粉粒,在自然状态下能正常结实。 
  3小辣椒雄性不育系的繁殖技术 
  小辣椒的雄性不育系在春夏季高温期(5月上旬至8月下旬不育性稳定,秋季气温下降后(日平均温度降至25 ℃以下时育性逐渐恢复,能自交结实。根据这一特性,不育系种子的繁殖可采用“一茬两季”繁种。 
  第1阶段为春季繁种。12月下旬开始育苗,不育系和保持系以5 ∶G-31的比例分别在多层覆盖的保温大棚内同期播种、育苗,3月下旬至4月上旬分别定植在单栋大棚中,5月大量开花时用保持系的花粉给不育系授粉,具体方法如下每天0800前将花冠已开放的保持系花朵采下放入浅口塑料容器或玻璃容器中(未开裂散粉的会逐渐开裂散粉,切忌用金属容器(金属容器在阳光下温度太高会使花粉失活。授粉时选择花药全裂开、花粉散出的保持系花朵,将其花瓣后翻,用右手拇指、食指和中指捏住花柄及花冠,左手捏住不育系花朵,用保持系花药部位(上面沾满花粉对准不育花柱头轻轻涂抹2~3次,保证不育花柱头上沾满花粉,每朵父本花可给4~5朵母本花授粉。每天如此,直至7月中上旬高温来临。进入高温期后停止授粉,注意肥水管理,使果实能在八月底之前成熟。每株可结20多个果实,红熟后及时收获,摊晾、晒干。
  第2阶段为秋季制种。8月下旬不育系上的红熟果收完后进行植株调整,将一些老化的大分枝剪除,同时追施尿素150 kg/hm2,以促进基部小分枝的发生,约20 d后就能陆续开花。此时气温下降、日照变短,不育系的花药已恢复正常,能自行正常结果,至12月拉秧(大棚内时,每株又可结红熟果20多个。 
  需注意的是,在不育系开花坐果期,一定做好隔离,如用防虫网防治天然杂交,以确保不育系种子的纯度。 
  4优良恢复系的筛选 
  将不育株系与除保持系外的所有优良辣椒品种(含有恢复基因种质广泛杂交,观察各组合F1的育性恢复率和产量等性状,育性恢复好、产量高的强优势组合的父本品种即为恢复系。2009年将优良纯合的22个小辣椒品种与不育株系杂交,获得22个杂交组合,观察各F1的育性,发现只有3414-3系(3414-3-4、3414-3-5、3414-3-7材料对雄性不育的恢复性接近100%,以父本为3414-3-5的F1性状最优,遂确定其为该雄性不育系的最优恢复系父本,其姊妹系 3414-3-7 和3414-3-4为备用恢复系父本。 
  2011—2013年将不育株系与恢复系材料3414-3-5进行杂交,然后进行筛选。目前已选出纯合优良、恢复性能好的恢复系材料,选育出2个优良小辣椒杂交组合3198-1A×3414-3-5和3048-1A×3414-3-5。 
  5杂交制种技术 
  利用上述不育种质进行杂交制种时,授粉期应安排在气温适宜、不育性稳定的5月上旬至7月上旬。具体方法与不育系春季繁殖类似。也是12月下旬开始育苗,不育系和恢复系以10 ∶G-31的比例分别在多层覆盖的保温大棚内同期播种、育苗,3月下旬至4月上旬分别定植在单栋大棚中,5月大量开花时用恢复系的花粉给不育系授粉,具体方法参照“3”节。 
  6结论 
  本研究中的雄性不育性在整个春夏季比较稳定,而进入9月后随着气温降低和日照变短,育性逐渐恢复。不育性状具体表现为在开花前2~3 d花粉粒直径5~7 μm时逐渐解体,至开花前1~2 d时完全解体。这种不育性的影响因子和影响机理等目前尚不明了,有待于进一步研究。 
  目前初步判断该雄性不育性可能受2对等效不育基因控制,另外可能还受微效的修饰基因控制,具体的遗传机理有待于进一步研究。 
  目前虽已实现了三系配套,但是恢复系源只有1个(3414-3,想获得更好的杂交组合,需更广泛地收集、筛选优良恢复系材料。 
  HS2HT85H参考文献HT8SSHJ19mm 
  1(#王玉斌,蒋继远 小辣椒产业发展研究J 现代经济信息学术版,2008(9249
  2沈素香,唐义富,郑兴国,等 辣椒三种自交方法的比较J 种子,2006(389-90 
  3王恒明,王得元,李颖,等 辣椒核质互作雄性不育三系杂种优势利用研究进展J 广东农业科学,2003(516-18 
  4王友斌,王金铃 辣(甜椒杂种优势利用途径分析J 世界农业,2003(450-52 
  5王述彬,赵华仑,刘金兵,等 辣(甜椒胞质雄性不育系杂种优势利用及其制种技术J 江苏农业学报,2002,18(3143-146 
  6沈火林 辣椒雄性不育稳定性对杂种种子纯度影响的研究C//全国蔬菜遗传育种学术讨论会论文集,2002181-185