全 文 ：园 艺 学 报 2004，31(4)：467～471
Acta Horticulturae Sinica
白菜和芜菁 Ogura型雄性不育系与保持系的获得及
其细胞学观察
崔辉梅 曹家树 张明龙 姚祥坦 向
( 浙江大学蔬菜研究所，杭州 310029； 石河子大学园艺系，石河子 832003；
殉
浙江大学核农业科学研究所．杭州310029)
摘 要：通过甘蓝型油菜 Ogura细胞质雄性不育材料与白菜、芜菁的种问杂交和连续回交，获得了不
育性稳定的白菜、芜菁Ogura细胞质雄性不育系 ‘新选 Ogu284’、‘矮脚黄 Ogu33．14’和 ‘耐病 “18_4’
及其相应的保持系。细胞形态学研究表明：虽然这 3个不育系核背景不同，但花药败育时朗基本相同．
均具有单核败育型的特征；小孢子到单核期后不再向前继续发育，而是迅速退化以至解体，丁F花前彻底
败育；不育系的花药在减数分裂早期绒毡层细胞中已出现液泡．有肥大趋势，而正常花药绒毡 的发育在
减数分裂过程中达到高峰，四分体时出现退化迹象，开花前完全解体。不同的Ogura细胞质雄性 育系，
虽然核背景不同，但花药败育的时期基本相同，说明Og．ra CMS胞质互作关系稳定，受核背景影响小
关键词：白菜；芜菁；Ogura细胞质雄性不育；小孢子发生；细胞形态学
中图分类号：S 634 文献标识码：A 文章编号：O5l3-353X (2004)04-0467-05
Production of the Ogura Cytoplasmic Male Sterile(CMS)Lines of Chinese
Cabbage-pak-choi(Brassica campestris L．ssp．chinensis var．communis)
and Turnip(B．campestris L．ssp．rapifera)and Cytological Observation of
Their Sterile Organs
Cui Huimei 一，Cao Jiashu ，Zhang Minglong ，Yao Xiangtan ．and Xiang Xun。
(。Institute of Vegetable Science，Zhefiang University，Hangzhou 3 1 0029，China： Department of Horticulture．Shihezi Unil)ersity．
Shihezi 832003，China； Institute of Nuclear Agricultural Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 3 1 0029，ChinⅡ)
Abstract：The Ogura CMS lines of Chinese cabbage—pak．choi f Br~sica campestris L．ssp．chinensis
Makino var．cornmunis Tsen et Lee．)and turnip[B．campestris L．ssp．rap r(z(Metzg．)Sinsk]were ob．
tained through interspeeifie hybridization between Ogura CMS in B． napus and Chinese cabbage．pak．choi and
turnip，and successive backcrosses with Chinese cabbage—pak—choi and turnip as male parents
．
namely ‘Xin．
xuan Ogu28-4’，‘Aijiaohuang Ogu33—14’， ‘Naibing Ogu18-4’．Cytomorphological studies indicated that
the inhibition of Ogura CMS B．campestris anther development may occur at the tetrad．uninucleic pollen stage
．
The microspores stop developing at the uninucleic stage， quickly degenerated to disappear
， and abort
absolutely before blossom． Tapetum of the male sterile line began vascuolation during meiosis and did n0t
disappear even when the uninucleic microspores had degenerated while that of the male fenile line began to
generate at tetrad stage and disappear after the pollens had matured．The different nuclear background 0f
Ogura CMS lines had similar abortive character．It might indicate that the relation of nueleo．cvt0plasmic inter
action iS steady，and the cytoplasmic effects were hardly affected by the nucleus of the sterile】ines
．
Key words：Brassica campestris ssp．chinensis；Brassica campestris ssp
． rap r(z；Brassifa rap0：Chi—
nese cabbage’pak—choi；Turnip；Ogura CMS；Microsporogenesis；Cytomorphology
在迄今发现的十字花科植物细胞质雄性不育源中Ogura CMS是不育性最稳定的类型，但低温黄
收稿日期 ：2003—10—27；修回日期：2004—04—12
基金项 目：国家 863计划项 目 (2003AA207120)；浙江省重大科技项目资助 (021102536)
通讯作者 Author for corespondence(E-mail：jshcao@zju．edu．on)
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园 艺 学 报
化和蜜腺严重退化是最大缺陷，至今在生产上的应用极为有限。近 10年来，国内外研究者在甘蓝型
油菜、结球甘蓝、花椰菜、白菜等作物的黄化改良方面取得了一定进展 “ ，并对同一不育源在不同
作物中花药发育机制进行了研究。在萝 卜、油菜、大白菜 Ogura CMS系中，花药发育受阻于四分体
至单核花粉期，而紫菜薹Ogura CMS花药发育具有无花粉囊型和单核败育型两种类型 。本研究
采用Ogura甘蓝型油菜 (Brasica napus L．，AACC染色体组)细胞质雄性不育源为母本，以白菜 [B．
campestris L．ssp．chinensis(L．)Makino var．communis Tsen et Lee，AA染色体组] 自交系 ‘新选 1
号’、‘矮脚黄’和芜菁 [B．campestris L．sp．rae／fera (Metzg．)Sinsk，AA染色体组] 自交系 ‘耐
病98．1’为轮回亲本进行回交转育，得到3份不育性稳定、不黄化的材料。通过研究 Ogura CMS在
白菜、芜菁不同核背景下小孢子发生过程及特点，探索 Ogura CMS在不同作物中其花药发育机制，
旨在加速不育系选育和保持系筛选，为白菜和芜菁杂种优势的利用提供一条新途径。
1 材料与方法
以甘蓝型油菜Ogura雄性不育材料 (无黄化现象，蜜腺正常)为母本 (不育率达 100％)，以白
菜 自交系 ‘新选 1号’(青梗)、‘矮脚黄’(白梗)和芜菁 自交系 ‘耐病 98．1’为父本，通过种间杂
交和连续回交，在 BC 代即获得不育性稳定的白菜和芜菁Ogura型细胞质雄性不育系。
2003年春在田间采取即将开放的白菜、芜菁 Ogura型细胞质雄性不育系和保持系的单株花朵，
在载玻片上加一滴0．1％脱色水溶性苯胺蓝，取花药在苯胺蓝中挤出花粉，盖上盖玻片，在Leica DM．
LB荧光显微镜下观察并照相。其中激发光为355～425 nm，中问阻挡为455 nm，接受的发射光为 >
470 nm。同年在白菜、芜菁现蕾期和初花期取不育株和可育株大小不等的花蕾，FAA固定，用铁矾
一 苏木精染色，按常规石蜡切片程序包埋，横切花蕾，切片厚度为8 m。二甲苯脱蜡、透明。在
Leica DMLB显微镜下观察并照相。
2 结果与分析
2．1 白菜和芜菁Ogura雄性不育转育后代的植物学特征
用白梗、青梗白菜自交系和芜菁自交系分别与甘蓝型油菜 Ogura CMS杂交，随后进行了3代回
交转育。结果表明，可育白菜、芜菁自交系都是 Ogura CMS的保持系。回交后代不育性稳定，没有
植株黄化的现象。不育株花药呈白色、瘦小无花粉，花瓣开放正常，蜜腺清晰可见 (图 1)，结籽正
常。随着回交代数增加到BC 代，各种农艺性状向保持系转变 (表 1，图1)。
表 1 白菜和芜菁 Ogura型雄性不育系和保持系的植物学特征
Table 1 The plant characters observation of Ogura CMS lines and maintenance lines in B．campestris L．ssp．chinensis(L．)
Makino var．communis Tsen et Lee and B．campestris L．ssp．rap／fera (Matzg．)Sinsk．
注：数据为30株平均值 Note：The number is the average of 30 plants
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2 2 白菜和芜菁 Ogz,ra型雄性不育系和保持系花粉生活力的荧光检测
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2．3 臼菜和芜菁 脚 型雄性不育系和保持系小孢于发育的细胞形态学比较
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成熟后，自然缓慢解体；而3个不育系花药绒毡层细胞变化异常明显，在减数分裂的早期绒毡层细胞
中已出现液泡，在四分体时绒毡层细胞液泡化更加明显，细胞之间出现间隙，并径向肥大，向药囊腔
中央延伸，使小孢子有被挤压的趋势，在药囊腔中央形成一团 (图版，15)。单核晚期绒毡层已经基
本解体，只留有一些退化残余物，小孢子的败育与绒毡层细胞的液泡化有一定的关系。
3 讨论
3．1 回交转育改良Ogura CMS植物学特征
研究结果表明，用白梗、青梗白菜和芜菁自交系与甘蓝型油菜 Ogura CMS杂交，经过3代回交
转育获得了白菜、芜菁Ogura不育系。转育结果表明，具有AACC染色体组物种与AA染色体组物种杂
交经少数几代回交即可迅速获得后代性状相对稳定的不育系。我们认为当与有染色体组相同的异源多倍
体进行远缘杂交和回交时，其稳定的速度要远远快于没有染色体组相同的物种之间的远缘杂交。
3．2 雄性不育系小孢子的败育时期和特点
Leser等曾指出植物雄性不育花药的败育可以发生在小孢子发育的每一个时期，单子l-r植物花药
败育多数在单核至双核期，双子叶植物中大多数发生在四分体和小孢子形成期 。前人报道萝 卜、
甘蓝、白菜Ogura细胞质雄性不育系花粉败育大多发生在四分体至单核花粉期，紫菜荸 Ogura细胞质
雄性不育系花药发育有单核败育型和无花粉囊型的特征。本试验中白菜、芜菁 Ogura型细胞质雄性不
育系的小孢子败育征兆是出现在单核早期，与前人报道基本一致。不同的萝 卜细胞质雄性不育系，虽
然核背景不同 (萝 卜型核、甘蓝型核、大白菜型核、紫菜薹型核等)但其花药败育的时期基本相同，
说明 Ogura CMS胞质互作关系稳定，受核背景的影响小，在芸薹属作物中具有广泛的应用价值。
3．3 绒毡层的异常与小孢子败育的关系
关于绒毡层与小孢子败育的关系，大多认为花粉败育是因为绒毡层结构异常 。卜 ]，即绒毡层细
胞在花粉形成和发育过程中过度肥大液泡化或形成周原质团、提前或延缓退化。本试验观察到白菜、
芜菁Ogura雄性不育花药由于绒毡层细胞的液泡化和径向肥大，导致其体积迅速膨大延伸到药囊腔内
部，使小孢子有被挤压的趋势，而在药囊腔中央形成一团，造成小孢子发育受阻，而在相应保持系花
粉发育过程中，绒毡层细胞自然降解消亡。这与前人在 Ogura CMS甘蓝型油菜和大白菜上的研究基
本一致 ’m 。但我们观察到上述3种 Ogura雄性不育材料的绒毡层在单核晚期已经基本解体，只剩
下一些残迹，这一点不同于前人在Ogura型细胞质CMS甘蓝和紫菜薹上的研究 。他们观察到绒毡
层延迟退化，到开花时还未完伞消失。从这一点可以看出，Ogura CMS在不同的核背景下其败育方式
基本相同，但在败育的过程中绒毡层的液泡化、径向生长和对小孢子的挤压程度等存在着细微的差异。
绒毡层细胞提早凋亡现象可能是由于绒毡层细胞的程序性死亡 (programmed cel death)或细胞
凋亡 (apoptosis) 。 引起的。本试验中，可育白菜、芜菁的花粉发育过程中绒毡层细胞的适时解体，
及时提供花粉发育所需的营养物质并为花粉粒体积激增提供空间。在Ogura不育白菜、芜菁花粉发育
中，这种程序化死亡过程发生紊乱，绒毡层细胞提早降解，导致小孢子在发育过程中不能从绒毡层获
得足够的营养物质，以至最后小孢子败育；但也可能是由于不育基因在小孢子发育成熟前，通过调控
绒毡层细胞行为，使其提前降解，并产生了一些信号物质，使未成熟小孢子中的一些致死基因表达，
引起小孢子发育异常导致花粉败育。但最终是不育相关基因致使绒毡层差异表达引起小孢子不能完成
正常发育，还是不育相关基因直接作用于小孢子，引起其发育异常导致败育，还有待于进一步研究。
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