全 文 ：棉属种间杂交不亲和性的克服
及杂种后代育性的研究
湖北省农科院棉花研 究所 韦贞国
当前在棉花育种工作中 , 要选育出品质 、 产量以及抗病 、 抗逆性能 比现有当家品种有
较大突破的新品种 , 必须冲破陆地棉种内遗传规范的局 限性 , 运用远缘杂交及其他新的
育种手段 , 扩大和丰富陆地棉的遗传基础 , 创造新的遗传类型和开展杂种优势利用 。 然
而棉属种问远缘杂交的不亲和性及后代雌雄性的不育性 , 是进行棉花远缘杂交育种经常
遇到的问题 。 几年来我们在棉花杂种优势育种工作中 , 进行了棉属种 间杂交的核置换研
究 , 通过杂种幼胚的离体培养及二倍体棉种 的倍性化等方法 , 先后获得 了一些棉属种间
远缘杂交的材料 , 并对杂种后代 的育性问题也作 了些研究 , 现将初步结果报道如下 。
一 、 棉属种间杂交当代棉铃发育与死亡时期
1 9 7 5 年我们进行 了中棉与陆地棉 10 种杂交方法 〔注〕 的研究 , 结果 (表 1 ) 表明 ,
授粉后 10 天杂交当代结铃率为 17 . 14 一 6 4 . 6 % ; 在 15 天内杂交 棉铃一 般发 育正 常 ,
15 一 19 天则有 50 %左右的杂交铃 (不包括母本花粉限量授粉处理 )苞叶和铃柄发黄 ; 到
20 天以后 , 在调 查 86 个杂交铃中 , 仅有 1 铃发育比较正常 , 而绝大多数棉铃的苞叶 、 铃
麦 1 中搞 x 陆地 棉杂交 楠铃岌育情况
19 7 5年
铃 龄
(天 )
调 查 铃 数
(个 )
发育正 常棉铃数
(个 )
苞 时一 、 铃柄 发黄棉铃数
(个 )
苞叶铃 柄枯死 、 铃萎
缩铃数 (个 )
0128
:黑
2口以上
, 其中母本 花粉限量 授粉处理邓铃
注 杂 交处理 : ①对照 , 开花前一 天去雄 , 次日上 午授父本 花粉 ( 去雄 、 授粉时间下 同 ) , ②授粉前 用 5% 蔗糖涂
柱头 , 然后 授粉 , ③授粉前 用 1 . 5 %柠檬酸涂柱 头 , 然 后授粉 , ④授粉 前用蔗塘 5 克 + 柠檬酸 1 . 5克 + 水 l o oCI 溶液徐
柱头 , 然 后授粉 , ⑤开花 当天先用母 本品种花粉 限量 ( 15 一 20 粒 ) 授于柱 头的一个 裂片 , 2 小时后 授 父本 花粉 , ⑥
去 雄时 即授父本 花粉 , 次 日上 午第二次 授父本花 粉 , ⑦前 二次授粉同第⑥处理 , 开 花当天 一下午第三次 授 父本 花粉 ,
⑧授粉前 用蔗搪 5 克 十 a 茶乙酸。 . 5 毫 克 十水 1 0 cl 溶 液涂柱 头 , 然 后授粉 , ⑨授粉后 用 S P m 口 蔡 乙酸溶液 涂子房 ,
L授粉 后用 沛 p m a 茶 乙酸羊毛脂涂铃柄 , 所有处理 授粉 后摘去同一 果枝非杂 交花蕾 .
1 9 7 5年第 ` 期 1 5
柄已发黄 , 有 1 3/ 的棉铃已萎缩 , 苞叶和铃柄已枯死 。 在 20 个杂交铃中 , 用⑤杂交处理
的 , 每铃获 1 室数粒种子 (比一般自花授粉棉铃种子稍大 ) , 1 9 7 6 年 播种均表现为母本
类型 ; 另有 2 个杂交处理各获 1 铃 共 3 粒种子 , 1 9 7 6 年播种 , 其中 1株为真杂种 , 表现
为父母本的中间类型 , 雌雄性均不 育; 其余杂交处理未获得正常的种子 。 显然 , 棉属种
间杂交的不亲和性 , 往往由于幼胚 的早期死亡 , 而难于得到杂交种子和植株 。
二 、 杂种胚珠和幼胚的离体培养
为 了解决棉属种间远缘杂交幼胚的早期死亡 问题 , 从 1 9 7 5 年 8 月 中旬开始 , 我们进
行 了杂种胚珠和幼胚的离体培养试验 。 培养基为 N 6培养基和改良怀特培养基 。 以 (中 x
草 ) “ 陆地棉 、 中棉 x 陆地棉等的杂种胚珠 (或幼胚 ) 为材料 , 于 8 月 12 日接种于 N 6
培养基 , ” 月 `“ 日 (中 “ 草 ) 又陆地穆 (鄂棉 “ 号 ) (铃龄 “ “ 天 ) 出苗 ’ 管 , 由于根
系长得不好 , 转移入改良怀特培养基 , 9 月 26 日出 3 片真叶时移栽于无菌土的花盆 , 获
得雌雄性不育植株 1 株 , 但未获得 回交和 自交种子 。 其他管材料 , 胚珠表面长满愈伤组
织 , 于 9 月 2 4 日将胚珠 愈伤组织剥掉 , 取出幼胚 (幼胚长为 3一 7毫米 , 绿色或为无 色 )
接种于新培养墓 , 共移种 17 管 , 后有 4 管出苗 , 获得 中棉 义陆地棉的幼苗 2 苗 , (中 x
草 ) x 陆地棉的幼苗 2 苗 , 移栽后相继死亡 。
三 、 二倍体棉种的倍性化以及与陆地棉杂交
二倍体棉种通过人工引变加倍后 , 再与陆地棉杂交 ,是克服棉属种间杂交不亲和性的
又一途径 。 我们用 0 . 3写秋水仙碱溶液浸泡干种 子 24 小时 , 获得了中棉 大 草棉 、 中棉 、
草棉 、 瑟伯氏棉 ( G , 士h u比 e r i) 等异源 、 同源四倍体材料 。 从表 2 看出 , 以人工引变的四
倍体材料当代为母本 , 与陆地棉杂 交 , 杂交成铃率达 2 3 . 0 9一 5 4 . 6 5 % , 雌性可育性表现
正常 。 引变四倍体材料当代 自交 , 只能获得 少量有籽棉铃 , 每铃种子数也没有杂交铃的
多 , 瑟伯氏棉同源四倍体 , 两年来均役有获得 自交种子 。 可见 , 引变四倍体材料当代的
雄性可育性比雌性可育性低得多 。 镜检花粉时 , 发现 除球 形花粉外 , 还有半球形花粉 ,
大多数花粉粒遇水不破裂 , 仅在球形花粉中有极 少数花粉粒遇水破裂流出内含物 。
表 2 人工引变的四 惜体当代 自交及其与陆地桐父本杂交所表现的情况
19 76 年
材 料
草 棉四倍体
中棉四倍体
瑟伯氏棉 四倍体
杂 交 花 数 : 杂 交 成 铃 率 ( % ) 自 交 成 铃 数
5 4 一 6 5
3 6
。
36
2 3 。 09
中棉和草棉的引变四倍体后代 的育性与引变 当代表现相似 (表 3 ) 。 但 “ 中棉 x 草棉 ”
异源四倍体后代不同个体问育性差异甚大 , 如 “ 76 一 1 0 6” 、 “ 7 6一 9 8, 、 “ 76 一 95j, 等植株 ,
中国农业科学
与陆地棉杂交成铃率高 , 分别为 3 1 ` 2 5 % 、 3 1 . 8 2 % 、 1 8 . 7 5 % , 同时自交成铃数也多 ,
均能获得 少量 的自交种 子 ; 而 “ 7 6一 9 1” 、 “ 7 6一 9 6 ” 、 “ 7 6一 z o d ” 、 “ 7 6一 1 0 5 , 、 “ 7 6一 1 0 7” 等
植株 , 杂交 、 自交均不成铃 ; 还有杂交成铃 、 自交不成 铃和自交成铃 、 杂交不成铃的植
株 。 看来 , “ 中棉 、 草棉 ” 异源四倍体的后代 (引变一代 ) 由于染色体重组 , 非同源染色
体的相互排斥 , 不仅影响到形态特征的分离 , 也影响到雌雄育性的表现 。
窦 3 引变四 借体后代 自交及其与陆地榴父本杂交所表现的情况
年 份 } 材 料 }植 株 数 }杂交花数 杂交成
铃 株数
杂交平 均成
铃率 ( % )
自 交 结
铃 株 数
白交 结
铃 数
中草棉四倍体 一代 1
:
2
::
`
:
1 1 一 3 2
中棉四倍体一 代 一
中棉四倍体一代 3 1 4 7 一 3 6 0 0 5 忍草棉四倍体一代 6 3 6 1 …:. 3 9 。 S J 峨中草棉 四倍 体二代 2 1 6 1 2 8 。 5 7 1
. 其中 1 株杂交 39 花朵仅获 1 铃 1粒种 子 成铃 率为 2 . 5 6%
四 、 棉属种间杂种的育性及其与陆地棉父本回交
(一 ) 杂种一代的育性及其 与陆地棉杂交 : 几年来我们获得种间杂交材料有 : 陆地
棉 又 中棉 、 (中 x 草 ) x 陆地棉 、 中草棉 四倍体 火 陆地棉 、 中棉四倍体 、 陆地棉 、 草棉四倍
体 x 陆地棉 、 瑟伯氏棉四倍体 ) : 陆地棉、 草棉 x 瑟伯厌棉 、 中棉 义 瑟伯氏棉等 。 其中中
棉 、 草棉与瑟伯氏棉杂交 F l , 植株生长矮小 , 不现蕾开花 。 瑟伯氏棉四倍体与陆地棉杂
交 F 、 有 6 株 , 其中 5株从 4 月 出苗 直 到 n 月依然停留在 1 片半真叶 阶段 , 株高不到
s c m , 叶 片仅有 5 分钱硬币大 , 另 1 株在 7 月中旬前的表现 与其他 5 株相同 , 但 7 月中
旬后恢复生长 , 并现蕾开花 , 表现为中问类型 , 自交 、 回交均 不结实。 陆地棉 义 中棉 、 (中 X
草 ) 又 陆地棉为三倍体材料 , 自交 、 回交未获得种 子。 其他材料个体间表现稍有差异 , 但
总杂交成铃率也只有 5 %左右 <表 4 ) , 每 铃大都只获 1 粒种子 。 所有材料 1 9 7 6 年未获
自交种子 , 1 9 7 7 年中草棉四倍体与陆地棉杂交 F l 中有 2 株各自结 1 铃 , 草棉 四倍体与
陆地棉杂交 F 有 4 株共获自结铃 7铃 。 所有铃每铃仅有 1 粒种子 。
(二 ) 回交一代 (B I F I ) 的育性及其与陆地棉父本 回交 : 1 9 7 7 年计有 “ 中草棉四倍
体 x 陆地棉 ” B , F 16 株 , “ 中棉 四倍体 又 陆地棉 ” B I F , 1 株 。 对这些植株从始花起就用陆
地棉作父本进行全株回交 , 其中仅有 8 株 “ 中草棉四倍体 x 陆地棉 ” B : F l获得回交二次
种子 , 以 a 7 7一 1 8 6” 获种子最 多 , 达 7 9铃 1 1 1 粒 ; 其次是 “ 7 7一 1 5 8 , , , 获 2 5 铃 2 9 粒 ;
“
7 一。。 1” 获 6 铃 9 粒 ; ,’7 7一。 0 4” 获 4铃 5 粒 ; 其他 4 株 , 每株仅获 1铃 1 粒 。 平均
成铃率为 7 · “ “ % , 所获 回交种子 的植株为该组合株数的 50 % ; “ 中棒四倍体 “ 陆地棉 ”
B F I , 未获回交二次种子 (表 5 ) 。
1 9 7 8年第 4 期
表 4杂种一代 的育性及其与陆地楠父本回交成铃情况
自 交 结年 份 材 料 花数 }
杂 “ 成…杂 “ 平 “
一铃 珠 数 一成铃率 ` %)
白 交 结
铃 株 数 铃 数
1 9 7 6年
中草棉 四倍体 x陆
中棉四倍体 又 险地
(中 x草 ) 洲 陆地
陆地棉 火 中棉
`
{ :
’
{ : :
: :
’
; : :
1 9 7了年
中棉四倍体 、 陆地棉
草棉四倍体 、 陆地 棉
中棉 四倍体 火 陆地 棉
瑟伯 氏棉 四倍体 x地棉陆
〔中 又 草 ) K 陆地 棉
陆地棉 次 中棉
表 5氏 F】、日 「的育性及其与陆地 棉父本 回交成 铃情 况
1 9 7 7年
材 料 }杂交成铃 `种子 数
杂交花 数上 (粒 )一效 《个 )
杂交成 铃
率 (%)
自结铃数一自结 种子
(个 ) { 数 (粒 )
B声 1一一一一一 ~一一 ~一一一 ~一 一一式` ~7 7一 1 0 07 7一 0 0 27 7一 3 0 07了一 00 47 7一 5 0 07 7一 00 67 7一 0 0 7
7 7一 00 8
7 7一 09 0
了 7一 1 8 2
7 7一 1 3 8
了了一 1 8 4
7 7一 1 5 8
7 7一 1 8 6
7 7一 1 8 7
7了一 1 8 8
7 7一 1 0 0
了 6一 1 11 (巾草 4 n火 鄂 x o号 ) 火 鄂 6号
7 6一 21土 (中草书 nK 鄂 1。号 ) 义 鄂 6号
7 6一 e o (中草 峨 n x鄂 2 0号 ) 义 鄂 6号
7石一 5 8 (中草 4 n x鄂 1 0号 ) x鄂 6号
7 6一 5 8 (中草 李 n又 鄂 1 0号 ) x鄂 6号
7 6一 6 4 (中草 4 n又 鄂 2 0号 ) x鄂 6号
7 6一 5 7 (中草弓 n x鄂 1 0号 ) 义 哥界 6号
7`一 63 (中草 4 n又 鄂 1 0号 ) K 鄂 6号
7 6一 11 3 (中草名 n x鄂 1 0号 ) 火 鄂 6号
7 6一 “ (中草李 n欠 鄂 6号 、 x鄂 6号
7 6一 47 (中草 凌 n义 粤卜 6号 ) x鄂 C号
7 6一 5 2 (中草 书 n x鄂 1 0号 ) 又 鄂 6号
5 7一 a 6 (中草 峨 n又 鄂 1 0号 ) 火 鄂 6号
, 6一 3 6 (中草毛 n x 鄂 1 0号 ) x 鄂 e号
7 6一 5 6 (中草 4 n x 鄂 1 0号 ) X 毛书6号
7 6一 5 6 (中草 一n x 粤卜1 0号 ) 火 竺罕 6号
7 6一 67 (中书 n x 鄂 1 0号 ) x 鄂 e号
9 7
4 7
5 5
8 4
6 8
3 5
7 0
10 8
1 4 9
1 5 6
1 17
8 5
3凌0
17 3
1 0 3
1盛7
6 4口
一
7了一 1 6 2 { 7 6一 3。 (中草 , · 罢卜 1。号 , · 鄂 。号 l
二
3`
}
2“
{
` , g
{
“ 7 · 6 5
}… 0 { 。
(三 ) 回交二代 ( B I F Z ) 的育性及其与陆地棉父本回 交 (表 5 ) : 1 9 7 6 年冬至 1 9 7 7
年春 , 温室种植 “ 中草棉四倍体 x 陆地棉 ” B I F I , 从 (中草棉 四倍体 x 鄂棉 10 号 ) x 鄂棉
6 号 中的 “ 76 一 5 6, 的 B I F 获自结种子 1粒 (可能是陆地 棉父本天然 回交 , 因温室种有
1 8 中国农业科学
大量陆地棉材料 ), 工9 7 7年 5 月播种 , 棉株表现叶片特大 , 生长势旺盛 , 苞叶大而花冠小
(短于苞 叶 ) , 花药少且很少开裂 。 开花后用陆地棉作父本进行全株 回交 , 共获 2 3 铃 12 9
粒种子 , 成铃率达 6 7 . 6 5% , 雌性可育性表现正常 , 留有部分未杂交花蕾 , 未获得 自交种
子。
五 、 结 论
〔一 ) 中棉 、 草棉及其杂种与陆地棉杂交的不亲和性 , 不是雌雄配子的不能结合 , 而
是表现为杂种幼胚的早期死亡 。 杂交棉铃在授粉后 15 天内的发育是正常的 . 但在授粉后
即 天左右 , 苞叶和铃柄开始发黄 , 最后杂交铃由于失去养料供应而萎缩死亡 , 而不 能获
得杂交种子 。 显然 , 胚胎死亡是由于杂种幼胚 与母本之间的生理失调所造成 , 如让杂种
幼胚离开母体进行人工培养 , 就可以消除母体的影响而获得杂种植株 。
(二 ) 二倍体棉种 (中棉 、 草棉 、 瑟伯 氏棉等 )人工 引变为 四倍体后比较容易与陆地
棉杂交 , 并获得正常发育的种子和杂种植 株 , 没有观察到象原始二倍体与陆地棉杂交时
表现杂种幼胚早期死亡的现象 。 可见 , 不等数染色体棉种间杂交 , 染色体的不等 数是杂
交不亲和性 、 杂种幼胚早期死亡 的内在原 因。 二倍体棉种 的倍性 化是 克 服 二倍 体棉种
(如中棉 、 草棉 、 瑟伯氏棉等 ) 与四倍体棉种 (如陆地棉 ) 杂交不亲和性 , 获得种 间杂
种的有效方法 。
(三 ) 棉属种间杂种 F l , 表现高度的雌雄性不育 , 但不是绝对的 , 用陆地棉作父本
回交 , 成铃率达 5 %左右 , 个别植株甚至达 2 0 . 5 1% 。 虽然所获种子极少 , 但毕竟可以说明
有 一部分胚珠是可育 的。 雄性可育方面 , 理论上讲应该与雌性可育 的比率一样 , 这在镜
检花粉时 , 也发现有正常 的有内含物 的花粉粒 · 回交一作 (即 B 、 F ) 植株在育性上发生
极大分离 , 有半数 的植株没有得到回交二次种子 , 在获得回交种子的植株 中 , 成铃率也
极不一致 , 低的仅 为 。. 6 4 % , 高的甚至达 或 5 . 6 6% 。 玩 F : 雌性可育性 已接近正常 。 说明
种间杂种的雌性可育性 , 随着杂种代数的增加或回交代数的增加而增加 , 后代 的不育性
是可以克服的。
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4
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1 9 7 4 期二第 · 工9 。8年