全 文 ：无芒山羊草细胞质对小麦性状影响的研究

徐祖元　　　　　　　　　　　陈中义
(荆州师范学院化学系 , 荆州 434100)　　　(湖北农学院园艺系 ,荆州 434103)
　　摘　要　用含有无芒山羊草(Aegilops mut ica)细胞质的 10个稳定普通小麦(Trit icum
aest ivum)异质系为材料 ,调查了该细胞质对供试小麦雄性育性 、生长势 、生育期和主要农艺性
状的影响以及其异质小麦不育系易恢性的特性 ,同时对该细胞质在杂种小麦研究中的应用价
值作了探讨 。
关键词　无芒山羊草细胞质;普通小麦;农艺性状
中图法分类号　S512.101 ,Q343.3
在小麦属及其近缘属中 ,目前至少已发现 34种细胞质能导致普通小麦(Triticum aest ivum)雄性
不育[ 1～ 4] ,其中除了提型 、粘型等少数不育细胞质在三系杂种小麦研究中受到重视外 ,其他大多数不育
细胞质的应用价值则有待更深入研究 。徐乃瑜等和徐祖元等曾报道无芒山羊草(Aegi lops mutica)不
育细胞质对普通小麦品种中国春有关性状的影响[ 5 , 6] 。在此基础上 ,笔者于 1992 ～ 1995年进一步调查
了无芒山羊草细胞质对普通小麦 10个品种主要性状的影响及其异质不育系易恢性特性 ,旨在为该不育
细胞质在三系杂种小麦中的利用积累资料。
1　材料和方法
1.1　材料
10个普通小麦栽培品种及其具有无芒山羊草细胞质的 10个小麦异质系由武汉大学植物遗传室徐
乃瑜教授提供(见表 1),用来测试不育系恢保关系的 26个提型恢复系在国内征集 。供试材料种植在武
汉大学校内试验基地 。
表 1　供试小麦异质系及其回交代数(1995)
Table 1　Ten tested alien-cytoplasmwheat lines and their generations of back-cross(1995)
细胞质供体
细胞核供体(普通小麦品种)
中国春 鄂恩
1号 NPFP B174 352-35
白皮
224
6004×
鄂恩 1号 8828
(苏麦 3号×荆州
22号)×鄂恩 1号
(野生二粒小麦×
圆锥小麦)Ⅰ -9
无芒山羊草 >20 7 7 7 8 7 4 4 4 4
1.2　方法
　　(1)供试小麦异质系育性鉴定及不育系易恢性测定方法见文献[ 6] 。
(2)供试材料生育期和主要农艺性状调查以及拔节期生长势调查见文献[ 7] 。
2　结果与分析
2.1　无芒山羊草细胞质对小麦雄性育性的影响
通过连续 3 a的调查 , 10个供试小麦异质系雄性全不育(自交结实率为 0),且花药形态发育亦表现
第 19 卷　第 3 期
Vol.19　No.3 　　　　　　　　　
湖　北　农　学　院　学　报
Journal of Hubei Agricultural College
　　　　　　　　1999年 8月
Aug.1999
收稿日期:1998-08-03
第一作者简介:徐祖元 ,男 , 31 岁 ,理学硕士 , 荆州师范学院化学系讲师
不正常。以该胞质与小麦品种中国春组成的异质系为例 ,其雄蕊花丝细短 ,花药皱瘪呈箭形 ,但未观察
到雄蕊心皮化现象。根据文献[ 6] ,该不育系花粉以圆败为主 ,败育主要发生在单核晚期和二核期 。小
麦异质系雄性不育是核质互作不协调的产物 。
2.2　无芒山羊草细胞质对小麦生长势的影响
表 2　供试异质系拔节期生长势的调查(1994-03)
Table 2　Growth potential of 10 tested alien-cytoplasmwheat lines at elongation stage
　　供试异质系 株高/cm 分蘖数 倒二叶叶面积/ cm2 生长势
(无芒山羊草)NPFP 20.5(-17.3)① 3.0(+0.4) 19.6(-11.7) --②
(无芒山羊草)8828 32.7(-24.8) 5.0(+0.6) 23.6(-20.9) --
(无芒山羊草)352-35 39.2(+2.9) 7.0(+3.3) 35.2(+6.4) +
(无芒山羊草)[(苏麦 3 号
×荆州 22 号)×鄂恩 1 号] 53.8(+0.4) 5.6(+2.4) 41.9(+4.5) +
　　注:①示该异质系株高 20.5 cm ,比核供体(对照)矮 17.3 cm ,以下类同;②“ -”示生长势比对照
弱 , “ +”为强
拔节期间 ,对供试
小麦异质系生长势进行
了调查 。结果表明 ,无
芒山羊草细胞质对其中
6个供试小麦品种生长
势影响不大 ,而对另外
4个品种有一定影响
(见表 2)。无芒山羊草
细胞 质 引 起 NPFP ,
8828 两个品种株高和
倒二叶叶面积严重下
降 ,生长势减弱;而对
352-35 ,(苏麦 3号×荆州 22号)×鄂恩 1号两个品种生长势略有增强。影响植株生长势的因素与异
质系核供体越冬期抗低温特性有关 ,也可能与核质互作有很大关系。
2.3　无芒山羊草细胞质对小麦生育期的影响
3 a的调查结果基本相同 ,以 1993 ～ 1994年度为例(见表 3)。由表 3可知 ,无芒山羊草细胞质引起
多数供试小麦品种出苗期延迟 1 ～ 4 d ,其中使 NPFP 延迟 4 d出苗 ,这可能与该异质系种子过度皱瘪 、
种子所贮藏营养不足有关;供试细胞质引起多数小麦品种抽穗期延迟 ,其中使 NPFP , 8828 , 352-35 ,
(苏麦 3号×荆州 22号)×鄂恩 1号分别延迟 10 ,7 ,6和 5 d ,这可能与出苗期延迟及拔节期营养生长势
有关;除鄂恩 1号外 ,该细胞质对供试小麦成熟期影响不大 ,这可能是由于在小麦灌浆后期出现持续高
温天气使小麦“逼熟”所致 。
表 3　供试小麦异质系生育期的调查(1993-10 ～ 1994-06)
Table 3　Growth period of 10 tested al ien-cytoplasmwheat l ines(1993-10～ 1994-06)
供试异质系 出苗期 抽穗期 成熟期 供试异质系 出苗期 抽穗期 成熟期
(无芒山羊草)中国春 11-05(0)＊ 04-19(1) 05-26(0) (无芒山羊草)白皮 224 11-08(2) 04-15(2) 05-23(1)
(无芒山羊草)鄂恩 1号 11-06(1) 04-11(4) 05-23(4) (无芒山羊草)6004×鄂恩 1号 11-08(0) 04-10(0) 05-25(0)
(无芒山羊草)NPFP 11-10(4) 04-18(10) 05-23(2) (无芒山羊草)8828 11-09(1) 04-15(7) 05-24(0)
(无芒山羊草)B174 11-07(1) 04-14(2) 05-23(1) (无芒山羊草)[(苏麦 3号×荆州 22号)×鄂恩 1号] 11-08(1) 04-12(5) 05-25(0)
(无芒山羊草)352-35 11-07(1) 04-15(6) 05-23(1) (无芒山羊草)[(野生二粒小麦×圆锥小麦)Ⅰ -9] 11-09(1) 04-12(4) 05-25(0)
　　注:＊括号中的数字表示异质系生育期比核供体(对照)延迟的天数
2.4　无芒山羊草细胞质对小麦主要农艺性状的影响
与核供体相比 ,大多数小麦异质系株高都有较明显下降(其中穗颈长度变短是主要参数),但不同年
份间有差异 。如 1992 ～ 1993年度株高下降幅度一般在 9.0%以上 ,其中供试细胞质使白皮 224株高下
降最多 ,达 17.8%;在 1993 ～ 1994年度试验中则以 8828 下降最多 ,达 22.2%。这些结果表明 ,株高虽
受环境因素影响 ,但供试细胞质具有明显降低株高的作用 ,降低幅度与核质互作及环境因素有关。
供试细胞质导致几乎所有供试小麦穗长 、有效小穗数和有效分蘖数的增加 ,增加较多的品种主要有
206 湖　北　农　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　　　1999年
鄂恩 1号 ,白皮 224和(野生二粒小麦×圆锥小麦)Ⅰ-9。
2.5　(无芒山羊草)中国春细胞质雄性不育系易恢性的测定
1987 ～ 1995年 ,徐乃瑜等及笔者用近 40个普通小麦推广品种或品系与(无芒山羊草)中国春细胞
质雄性不育系测交 , F1保持全不育 ,表明这些品种或品系不能恢复供试不育系育性 ,实为供试不育系的
保持系 。另外还选用了 26个提型恢复系与该不育系测交 ,结果见表 4 。其中 16个恢复系完全不能恢
复不育系育性 ,仅 2个恢复系能完全恢复其育性(F1 自交结实率在 81%以上),供试恢复系对不育系育
性平均恢复度仅为 19.6%(F1相当于高不育)。这一结果表明 ,大多数供试提型恢复系对该不育系育性
恢复度不高 ,这可能与不育系细胞质(即无芒山羊草细胞质)和恢复系细胞质(即提莫菲维小麦细胞质)
基因组遗传距离相差较大有关[ 8 ,9] 。
表 4　(无芒山羊草)中国春不育系易恢性测定结果(1987 ～ 1995)
Table 4　The exper imental result of fertility-restoring feature of(A mutica)CS CMS
提型恢复系 F1 自交结实率/ % 提型恢复系
F1 自交
结实率/ % 提型恢复系
F 1 自交
结实率/ %
普里美比/御国
∥CIMMYT 　　61.9
矮丰 4 号/御国
∥CIMM YT 　　87.2
T808/阿夫大粒∥
spelta∥郑 6 选/普里美比 　　4.5
758757-6(R) 59.4 宁 R1 0 川 TR915463 0.5
758500-11(R) 51.9 宁 R8 40.7 川 TR915345 0
R79-4489 0.2 宁 R14 0 川 TR916770 0
R49111 0 宁 R16 0 川 TR916316 0
80T3495 73.1 宁 89-3002 97.6 川 TR2870 0
87T2433 0.8 T-6-3 32.8 川 TR1781 0
89T4345 0 T808 14.0 84(G) 0
5267 0 M8003 0
3　讨论
在三系小麦杂交育种中 ,一般认为理想不育细胞质必须具备以下条件:(1)不育细胞质所诱发的不
育性要有持久性和稳定性;(2)不育细胞质应没有明显不利的副作用;(3)不育系恢复源广泛且育性恢复
度高 。笔者的研究结果表明 ,在武汉 ,无芒山羊草细胞质引起小麦雄性不育的遗传效应很稳定 ,许多小
麦栽培品种与其组成的稳定异质系雄性全不育 ,这与徐乃瑜等[ 5]的报道是一致的。该细胞质对多数供
试小麦品种生长势 、生育期及主要农艺性状无明显不良副作用 ,其异质不育系种子很少出现穗发芽现
象 ,但少数异质系种子过于皱瘪 ,营养不足 ,影响出苗。如果将无芒山羊草细胞质置换到丰产性 、异交性
都很优良的栽培品种(保持系)中 ,有可能得到较为理想的小麦不育系。含有无芒山羊草细胞质的小麦
雄性不育系育性尽管不能被大多数供试提型恢复系恢复(或恢复度很低),但不能据此来判断该不育系
恢复源的好坏 ,因为无芒山羊草细胞质与提型细胞质基因组遗传距离相差较大。根据目前杂种小麦研
究现状 ,培养一个优良恢复系较为困难 ,因此对于含有无芒山羊草细胞质的小麦不育系恢复源筛选工作
仍可能主要局限在提型恢复系的范围内 ,这对该不育细胞质的利用无疑是一个不利因素 。
致谢:本工作在武汉大学生命科学学院植物遗传室完成 ,承蒙徐乃瑜教授悉心指导 , 谨致谢意
参 考 文 献
1　童一中编译.小麦细胞遗传学.北京:农业出版社 , 1983.229 ～ 236
2　Panayo tov I.New cytoplasmic male sterility sources in common wheat:their genetical and breeding consideration.TAG ,
207第 3 期　　　　　　　　　徐祖元等:无芒山羊草细胞质对小麦性状影响的研究
1980 , 56:153 ～ 160
3　吴兆苏.小麦育种学.北京:农业出版社 , 1990.145 ～ 178
4　徐祖元 , 陈中义.小麦细胞质雄性不育性研究进展.荆州师专学报 , 1996 , 19(5):85 ～ 90
5　徐乃瑜 , 杜启艳 ,殷建明等.几种小麦新型细胞质雄性不育系的研究.见:黄铁城 ,张爱民主编.杂种小麦研究进展.
北京:农业出版社 , 1994.106 ～ 110
6　徐祖元 , 徐乃瑜.(无芒山羊草)中国春等小麦雄性不育系小孢子败育及育性恢复的初步研究.武汉大学学报(自然科
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7　徐祖元 , 徐乃瑜.5 种 G 型细胞质小麦雄性不育系遗传效应的研究.武汉大学学报(自然科学版), 1997 , 43(2):196 ～
200
8　Ogihara Y , Tsunewaki K.Molecular basis of the genetic diversity of the cy toplasm in Triticum and Aegilops.I.Diversity
of the chloroplast genome and its lineage revealed by the restriction pattern of ct-DNAs.Jpn J Genet , 1982 , 57(4):371 ～
396
9　徐乃瑜.小麦属和山羊草属细胞质基因组的遗传分化.遗传 , 1987 , 9(6):28 ～ 32
Studies on Effects of the Cytoplasm from
Aegilops mutica on Characters of Wheat
Xu Zuyuan
(Department of Chem istry , J ingzhou Teachers Col lege , Jingzhou 434100)
Chen Zhongyi
(Department of Hort iculture , Hubei Agricultural College , Jingzhou 434103)
Abstract　The genetic effects of the cy toplasm of Aegilops mutica on the agronomic characters of 10
alien-cytoplasm wheat lines were studied , which including male fertility , grow th vigor , g row th phase ,
main ag ronomic t rait and fertility-resto ring feature of male-sterile lines.Meanwhile , the application possi-
bility of tested cy toplasm in hybrid wheat breeding was also discussed.
Key words　cytoplasm of Aegilops mutica;common wheat;agronomic character
208 湖　北　农　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　　　1999年