全 文 ：　　收稿日期:2001-10-07;修订日期:2002-02-04
基金项目:湖北省自然科学基金重点项目 、武汉市晨光计划及湖北省教育厅青年基金项目
作者 E-mail:huangbq@hubu.edu.cn
Ogura CMS紫菜苔×萝卜×甘蓝型油菜杂种的
获得及细胞遗传学研究
黄邦全 ,刘幼琪 ,吴文华 ,薛小桥
(湖北大学生命科学学院 ,武汉　430062)
摘要:以 Ogura CMS紫菜苔×萝卜杂种F1(AR , 2n=19)为母本 ,以甘蓝型油菜(AACC , 2n=38)为父本进行杂交 , 获得
了 4棵杂种植株。其中 1 株(PRN-1)的花色为嵌合体 , 该植株上的花多为黄色 , 但是也有乳白色花 ,另外还有 1 朵花
甚至 1个花瓣上同时具有黄色和白色区域 ,其余 3 株(PRN-2 、-3、-4)都开白花。 PRN-4 的花药开花前退化 , 其余 3 株
都可以看到 3 ～ 6 枚花药 , 能够产生部分花粉 , 但是 PRN-2 的花粉不能被 I2-KI 溶液染色。 PRN-2 具有 4 个蜜腺 ,
PRN-1和 PRN-3具有2 个蜜腺 , PRN-4无可见蜜腺。在低温下 PRN-2 叶色正常 , 其余 3 株幼叶表现不同程度缺绿。
PRN-1的染色体数目为 2n=38 , 染色体平均配对构型为 14.67Ⅰ +10.07Ⅱ+1.06Ⅲ ,其染色体组构成可能是 AACR;
PRN-2的染色体数目为2n=35 , 染色体平均配对构型为 13.89Ⅰ +8.33Ⅱ+1.33Ⅲ+0.11Ⅳ, PRN-3 的染色体数目为
2n=33 ,染色体平均配对构型为 14.00Ⅰ +7.82Ⅱ+1.00Ⅲ+0.09Ⅳ。 PRN-4 的染色体数目未能确定。与甘蓝型油
菜回交后 PRN-1～ 3 植株各自产生了一定数量的种子 , 而 PRN-4 则未产生种子。 对这些杂种及其后代的遗传及育
种意义进行了讨论。
关键词:Qgura CMS 紫菜苔;萝卜;甘蓝型油菜;属间杂种;嵌合体;细胞遗传学
中图分类号:Q943　　文献标识码:A　　文章编号:0379-4172(2002)05-0467-04
Production and Cytogenetics of Hybrids of Ogura CMS Brassica campestris var.
purpuraria×Raphanus sativus×Brassica napus
HUANG Bang-Quan , LIU You-Qi , WUWen-Hua , XUE Xiao-Qiao
(Biology Department of Hubei University , Wuhan　430062 , China)
Abstract:Crosses of Ogura CMS Brassica campestris var.purpuraria ×Raphanus sativus ×Brassica napus
were made and four hybrids were produced.One plant(PRN-1)was mosaic with yellow and milk white flowers
and some flowers had both yellow and white petals.The others (PRN-2 , -3 , -4)had white flowers.PRN-4
had degenerated anthers , the other three had three to six anthers and could produce some pollens , but the pol-
lens of PRN-2 were unstainable by I2-KI solution.PRN-2 had four normal honey glands , PRN-1 and PRN-3
had two , and PRN-4 had none.PRN-2 had normal leaf color and the other three showed different degrees of
chlorophyll deficiency at low temperature.The chromosome number of PRN-1 was 2n=38 and had the mean
chromosome paring configuration of 14.67Ⅰ+10.07Ⅱ+1.06Ⅲ , and its chromosome set constitution might
be AACR.This chromosome constitution may be due to the fertilization of female gamete of n=19(AR)with
male gamete of n=19(AC)from B .napus.The occurrence of mosaic flower color in this plant may be at-
tributed to the chromosome abnormalities caused by wide hybridization , such as chromosome deficiency and the
formation of chromosome fragments and chromosome bridges.The chromosome number of PRN-2 was 2n=35
and the mean chromosome paring configuration was 13.89Ⅰ +8.33Ⅱ+1.33Ⅲ+0.11Ⅳ.The chromosome
遗 传 学 报 , 29(5):467～ 470 , 2002
Acta Genetica Sinica
number of PRN-3 was 2n=33 and the mean chromosome paring configuration was 14.00 Ⅰ+7.82 Ⅱ+1.00
Ⅲ+0.09Ⅳ.The chromosome number of PRN-4 was not determined as therewas no pollen mother cell forma-
tion.Chromosome bridges and laggards were observed in PRN-1 ～ 3.Some seeds were harvested from PRN-
1 ～ 3 but none was harvested from PRN-4 when backcrossed with B.napus.It seems possible for us to over-
come the chlorophyll deficiency and honey gland abnormality and restore the male fertility in Ogura CMS by
introduction of the nucleus of R.sativus into this cytoplasmic male sterile line.
Key words:Ogura CMS Brassica campestris var.purpuraria ;Raphanus sativus;Brassica napus;mosaic;in-
tergeneric hybrids;cytogenetics
Ogura细胞质雄性不育源是小仓在日本鹿儿岛
的一个萝卜留种田中发现的雄性不育个体 ,后来经
过培育成为雄性不育系 ,其不育性是细胞质基因和
2对隐性核基因相互作用引起的[ 1] 。由于 Ogura
CMS不育彻底 ,因此被广泛地转移至芸苔属植物如
甘蓝和甘蓝型油菜中[ 2 ,3] 。最近我们以 Ogura CMS
紫菜苔为母本 ,以不同品种萝卜为父本进行杂交 ,获
得了大量的属间杂种[ 4] 。为了将萝卜中的恢复基
因 、蜜腺正常基因和低温不缺绿基因导入甘蓝型油
菜 ,我们又以 Ogura CMS紫菜苔×萝卜杂种 F1为母
本 ,以甘蓝型油菜为父本进行杂交 ,获得了一些杂种
植株。本文报道这些杂种的形态及细胞遗传学特
征。
1　材料和方法
1.1　材料
本实验中作为母本的 Ogura CMS 紫菜苔×萝
卜杂种 F1 是我们在 2000 年春以紫菜苔(Brassica
campestris var.purpuraria)品种早鲜嫩的 Ogura 细胞
质雄性不育系为母本 , 以韩国白萝卜(Raphanus
sativus cv.korea white)为父本进行杂交所获得的 。
父本甘蓝型油菜(Brassica napus L.)华双 3号由华中
农业大学吴江生教授提供 。
1.2　方法
1.2.1　远缘杂交　　2002 年 6 月将收获的 Ogura
CMS紫菜苔×萝卜杂种F1和父本甘蓝型油菜华双3
号种子在培养皿中萌发 ,将萌动种子在光照培养箱
中进行人工低温春化 30d ,温度设置为 6 ～ 7℃,每天
光照 12h ,光照度为 1600Lx 。春化后的幼苗种植于
花钵内。8月份杂种 F1开花时以甘蓝型油菜华双 3
号为父本进行杂交 ,结实率按获得杂种粒数/授粉花
数×100%计算 。
1.2.2　细胞遗传学观察　　将获得的 Ogura CMS
紫菜苔×萝卜×甘蓝型油菜杂种 F1 种子在培养皿
中萌发 ,然后种植于湖北大学实验田内。2001年春
天开花时用改良苯酚品红进行花粉母细胞染色体压
片 ,Olympus研究显微镜观察并照相。
1.2.3　植株育性鉴定　　在开花前 1天将 Ogura
CMS紫菜苔×萝卜×甘蓝型油菜杂种 F1 花蕾里面
的花药取出 ,在载玻片上捣碎 , I2-KI 溶液染色 ,统计
可染花粉百分率 。所有的杂种植株都不套袋 ,辅助
授以甘蓝型油菜花粉 ,种子成熟时按单株分别收获 ,
统计每株种子粒数 。
2　结果与分析
2.1　远缘杂交结实率
2000年夏繁时我们以 Ogura CMS 紫菜苔×萝
卜杂种 F1为母本 ,以甘蓝型油菜华双 3号为父本进
行杂交 ,共授粉 183朵花 ,从 4个有效角果中获得了
4粒种子 ,结实率为 2.19%,平均每个有效角果 1粒
种子(图版Ⅰ-A)。
2.2　杂种 F1的形态学及育性
由表 1可以看出 ,PRN-1为嵌合体 ,该植株上的
花多为黄色 ,但是也有乳白色花 ,另外还有 1朵花甚
至 1个花瓣上同时具有黄色和白色区域 ,其余 3株
(PRN-2 、-3 、-4)都开白花(图版 Ⅰ-B)。开花时 PRN-4
花药退化 ,其余 3株都可以看到 3 ～ 6枚花药(图版
Ⅰ-B),能够产生部分花粉 ,但是 PRN-2的花粉不能
被 I2-KI溶液染色。PRN-1和 PRN-3具有 2个蜜腺 ,
PRN-2具有 4 个蜜腺 , PRN-4无可见蜜腺 。在低温
下 PRN-2叶色正常 ,其余三株幼叶表现不同程度缺
绿 。用甘蓝型油菜辅助授粉后 ,PRN-1 ～ 3均产生了
一定数量的种子 ,而 PRN-4则未结实。
2.3　杂种 F1的细胞遗传学
由于PRN-4的花药退化 ,而未观察到其花粉母
468　 遗　　传　　学　　报 29卷
表 1　Ogura CMS紫菜苔×萝卜×甘蓝型油菜杂种 F1 的形态学及育性
Table 1　Morphology and fertility of F1 hybrid plants from Ogura CMS B.campestris var.purpuraria×R.sativus×B.napus
材料
Materials
叶色
Leaf color
花色
Flower color
蜜腺
Honey glands
花粉育性
Pollen fertility
回交后单株种子粒数
Seeds per se
PRN-1 部分缺绿 黄 ,黄-白 ,乳白 2 花粉极少 ,46.15%可染 20
PRN-1 partial chlorosis yellow , yellow-white milk white 2 few pollens , 46.15% stainable 20
PRN-2 不缺绿 白 4 花粉少 ,不可染 37
PRN-2 dark green white 4 few pollens , unstainable 37
PRN-3 部分缺绿 白 2 花粉较多 ,13.89%可染 22
PRN-3 partial chlorosis white 2 some pollens , 13.89% stainable 22
PRN-4 部分缺绿 白 0 花药干瘪 ,无花粉 0
PRN-4 partial chlorosis white 0 no pollen 0
细胞的减数分裂。PRN-1的染色体数目为 2n=38
(图版 Ⅰ-C), 染色体平均配对构型为 14.67 Ⅰ +
10.07Ⅱ+1.06 Ⅲ;PRN-2 的染色体数目为 2n =35
(图版 Ⅰ-D), 染色体平均配对构型为 13.89 Ⅰ +
8.33Ⅱ+1.33 Ⅲ+0.11Ⅳ;PRN-3 的染色体数目为
2n=33(图版 Ⅰ-E),染色体平均配对构型为 14.00 Ⅰ
+7.82Ⅱ+1.00 Ⅲ+0.09Ⅳ。在这 3个材料小孢子
母细胞减数分裂的后期Ⅰ和后期Ⅱ都观察到染色体
桥和落后染色体(图版Ⅰ :F ～ H)。
3　讨论
3.1　关于杂交结实率
我们在进行 Ogura CMS紫菜苔×萝卜杂交时 ,
获得了大量的种子 ,平均结实率达到 22.27%[ 4] ,而
本次进行 Ogura CMS 紫菜苔 ×萝卜×甘蓝型油菜
杂交 , 结实率只有 2.19%。可能是因为在 Ogura
CMS紫菜苔×萝卜杂交中先期导入的萝卜细胞质减
轻了对父本萝卜花粉的排斥反应或者提高了杂种胚
胎的存活率 ,而且母本 Ogura CMS紫菜苔和父本萝
卜产生的都是整倍体配子;而 Ogura CMS 紫菜苔×
萝卜杂种 F1 由于染色体不能正常配对 ,产生的大部
分配子都是非整倍体 ,因而 Ogura CMS紫菜苔×萝
卜×甘蓝型油菜杂交结实率不高。
3.2　关于嵌合体的出现
为了利用萝卜细胞质和细胞核内有利基因 ,如
高抗线虫基因[ 5] 、Ogura 细胞质雄性不育恢复基
因[ 6]及抗逆基因[ 7] ,许多作者都进行了芸苔属与萝
卜属间的杂交 ,但是都没有嵌合体的报道。通过对
染色体数目和配对构型的分析 ,我们推测 PRN-1的
染色体组构成可能是AACR ,可能是由于 Ogura CMS
紫菜苔×萝卜杂种 F1 部分细胞发生染色体加倍以
后产生了 n=19(AR)的雌配子 ,或者产生了未减数
雌配子。这样的雌配子与甘蓝型油菜雄配子(n=
19 ,AC)结合就产生了 2n =38(AACR)的后代。
Quiros和 Douches在 Diplotaxis erucoides(2n =14)×
Brassica nigra(2n=16)杂交中获得了 12株植株 ,其
中 1株为嵌合体 ,即同 1植株上多数花为白色 ,也有
黄色花和红色花 ,另外还有 1朵花甚至 1个花瓣上
同时有黄色 、白色和红色 ,其余的器官为红色。另外
的 11株都表现 D .erucoides的白花性状。所有的植
株都具有预期的 2n=15条染色体。他们推测可能
是由于杂交以后引起了染色体异常 ,导致染色体缺
失 、染色体片段产生和染色体桥的形成[ 8] ,如同 Mc-
Clintock在烟草种间杂种中观察到的一样[ 9] 。我们
所获得嵌合体的形成 ,也可能是由于染色体缺失 、染
色体片段产生和染色体桥的形成所致 。Quiros 和
Douches在 D.erucoides×B .nigra 杂种 F1 嵌合体中
没有获得种子 ,而我们从嵌合体上获得了 20 粒种
子 ,以后可以对这一问题进行更深入的研究。
3.3　关于萝卜细胞核内有利基因导入油菜及萝卜
染色体功能的研究
　　Ogura 雄性不育细胞质导入芸苔属植物以后 ,
最突出的问题就是幼叶低温缺绿 ,蜜腺退化 ,一般解
释为来自萝卜的细胞质和来自芸苔属的细胞核相互
不协调[ 3] 。国外对这一问题的解决是通过原生质体
融合将甘蓝型油菜的正常叶绿体导入该不育系[ 10] 。
我们所获得的 Ogura CMS 紫菜苔×萝卜杂种 F1 植
株都开白花 ,蜜腺正常 ,叶色正常 ,部分植株花药具
有一定育性[ 4] ,表明父本萝卜带有白花基因 、恢复基
5期 黄邦全等:Ogura CMS 紫菜苔×萝卜×甘蓝型油菜杂种的获得及细胞遗传学研究 469　
因及蜜腺和叶绿体正常发育所需要的核基因 ,因此
我们希望通过有性杂交将萝卜细胞核中的白花基
因 、低温不缺绿基因 、蜜腺正常基因 、雄性不育恢复
基因和白花基因导入 Ogura 雄性不育细胞质 ,并将
控制这些具体性状的基因落实到具体的萝卜染色体
上 ,为萝卜染色体的功能研究打下基础 。Pelletier 和
Renard将低温缺绿 、蜜腺退化的 Ogura CMS 甘蓝型
油菜与正常甘蓝型油菜融合后获得的低温不缺绿不
育系 ,同时也具有正常蜜腺 ,因而推测正常叶绿体与
蜜腺的发育有关[ 10] 。而我们在本次实验中获得的
惟一低温不缺绿植株同时也具有 4个正常的蜜腺 ,
低温缺绿的植株蜜腺也不正常 ,表明叶绿体可能确
实与蜜腺发育有关。Heyn认为 , Ogura 雄性不育恢
复性是由Rf1 和Rf2 2 对互补基因决定 ,从萝卜-甘
蓝型油菜双二倍体转到甘蓝型油菜中的白花性状也
是受两对互补基因控制 ,决定恢复性状的 1对基因
与决定白花性状的 1对基因紧密连锁;因为他观察
到的雄性部分可育只在黄花植株上出现 ,而白花植
株要么雄性完全可育 ,要么彻底不育[ 6] 。但是 Pel-
lan-Delourme 和 Renard在 Ogura CMS 甘蓝型油菜与
恢复材料的杂交后代中发现了一些雄性可育的黄花
植株[ 11] ,而 Sernyk 和 Stefansson 也发现甘蓝型油菜
只需要附加1对或者 1条萝卜的染色体就能表现白
花性状[ 12] ,表明 Ogura细胞质雄性不育恢复性状及
白花性状的遗传有待进一步的研究 。在我们的实验
中白花植株要么雄性彻底不育 ,要么部分可育 ,嵌合
体也是部分可育 ,没有发现雄蕊完全正常的植株 ,可
能是群体太小的缘故 。好在我们于 2001年春天获
得了大量的 Ogura CMS 紫菜苔×萝卜杂种 F2 种子 ,
通过选育应该能够获得带有上述目的基因的染色体
异附加系和易位系。利用这些材料我们可以对上述
性状的遗传及连锁关系进行更深入的研究。
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(责任编辑:张艳)
470　 遗　　传　　学　　报 29卷