桔梗的研究方法

由于引起雄性不育的原因和败育机理的不同，不同雄性不育材料花粉产生量和不育率对环境因子的变化反应不同，明确不育材料在不同生态环境中育性稳定性，是选择适宜制种区和评估制种风险等的基础。目前对桔梗雄性不育的相关报道较少，仅有魏建和、吴日基、王志芬、刘自刚等各自在不同群体中先后发现并鉴定了桔梗雄性不育突变体并对其进行了初步研究，魏建和还对桔梗雄性不育产生细胞学机理、遗传特性等进行了初步探讨，但尚未见桔梗雄性不育稳定性方面的相关报道。本节对桔梗不育种质从生殖结实特性、育性稳定性等方面进行了研究，为进一步发掘桔梗育性特异种质和杂种优势利用提供参考。

1　材料与方法

1.1　材料

2006年7月刘自刚等在进行桔梗去雄杂交、套袋自交的过程中，在当地二年生桔梗栽培群体中发现了1株雄性不育单株。随后在种质资源圃及大田中，对桔梗花器形态结构展开了大量的田间观察和花粉活力的鉴定，又相继发现了桔梗不育材料14株，并编号为PA1～PA14。PF、PCF、ZB分别为商洛、赤峰、淄博栽培种中筛选的可育单株。

1.2　方法

1.2.1　桔梗不育性对温度的反应

将同一不育株材料的无性繁殖后代单株，分别培养于相同规格的两个培养盆中，花芽分化期将一盆放置于人工气候箱内，设置箱内温度比同期室外温度低4～6℃;另一盆放置于室外自然环境，保持室内外温差在开花后进行育性鉴定。

1.2.2　桔梗不育性光照的反应

盆栽采用植盆规格为25cm×20cm、装土量及盆土养分一致。桔梗不育株(系)于花芽分化期进行光照处理，用遮光(双层黑布罩)法控制光照长度，设3个日长为9 h/d、12 h/d和15 h/d;中断暗期处理为每日凌晨0点人工光照1 h。开花后鉴定不育性变化情况。

1.2.3　环境对桔梗不育性的影响

选用桔梗雄性不育株的无性繁殖后代分别在3个不同纬度的地区(云南昆明、陕西商洛、山西代县)定植，于花期观察育性表现，统计花粉量、花粉败育率。

1.2.4　主要营养元素对桔梗育性的影响

将桔梗不育株系分别定植于红壤、沙质土、黄土3种不同质地土壤中，于花期观察育性表现，统计花粉量、花粉败育率。

1.2.5　不育性遗传特性研究

用不育材料和来源不同的桔梗可育单株组配，于花期调查、观察育性表现，并调查不育株数，计算不育株率，统计育性表现情况。

2　结果与分析

2.1　桔梗雄性不育稳定性研究

2.1.1　不同栽培地对不育性稳定性的影响

选用同一桔梗雄性不育株的无性繁殖后代、可育单株PCF1、PCF2分别在3个不同纬度的地区(云南昆明、陕西商洛、山西代县)定植，于花期统计育性表现，结果见表2-9-1。从表中可以看出，桔梗不育单株PA4败育彻底，在不同栽培地不育性表现稳定;不育株PA5在不同栽培地花粉量略有所变化，表明桔梗彻底败育单株不育性很少受环境影响，而微量花粉单株其花粉量在一定范围内受环境的修饰。

表2-9-1　不同栽培地对不育性稳定性的影响

2.1.2　不同土壤肥力对不育性稳定性的影响

不同类型土壤化学成分含量见表2-9-2，不同类型的土壤肥力指标均不相同，其中以红壤肥力较高，沙质土肥力中等，黄土肥力最低。将同一桔梗单株的无性繁殖后代栽培于化学性状不同的土壤中，在不同土壤肥力栽培条件下，桔梗不育株和可育株单花花粉量均无明显变化，表明土壤肥力对桔梗不育株花粉量的形成无明显影响，土壤肥力对桔梗不育稳定性无明显作用(表2-9-3)。

表2-9-2　不同土壤类型的化学性状

表2-9-3　不同土壤肥力对育性表现的影响

2.1.3　不育性在年际间的表现

商州地区2006—2008年对桔梗彻底败育单株PA4和微量花粉单株PA5进行连续3年的育性调查统计，结果表明不育单株PA4在2006—2008年单花花粉量均为0，不育性年际间表现较为稳定;PA5在不同年份单花均产生微量花粉，单花花粉量在年际间略有变化(表2-9-4)。

表2-9-4　桔梗育性年际间的表现

2.1.4　温度对桔梗不育稳定性的影响

温度对桔梗不育稳定性影响见表2-9-5。在自然温度条件下，桔梗单株PA2花药干枯瘪小，花药中无花粉量产生;而在低温条件下，花药外形略有增大，产生少量败育花粉。微粉单株PA13在低温条件下花粉量有所增加，而且产生少量的可育花粉。表明在低温条件下桔梗微量花粉单株其花粉量有明显增加，而温度对桔梗彻底败育单株育性影响较小。

表2-9-5　温度对育性表现的影响

2.1.5　光照对桔梗不育稳定性的影响

试验材料为败育彻底单株PA14的无性繁殖后代;光照长度控制采用遮光处理缩短光长、人工补光延长光长，中断暗期处理在人工气候箱中进行。不同光照处理下育性表现情况见表2-9-6，结果显示，9 h、15 h光照处理下PA14产生极少败育花粉，15 h和中断暗期处理条件下PA14未见花粉形成，表明光照长度对桔梗不育性表现无明显影响。

表2-9-6　光照长度对育性表现的影响

2.2　桔梗雄性不育性遗传特性研究

PA2、PA4为商洛栽培居群中筛选鉴定出的败育单株，FA1～16为商州栽培居群中筛选的可育单株，PF2、PF3、PF5分别为唐塬、丹凤、洛南栽培种筛选出的可育单株;ZB1和ZB2为淄博栽培种中筛选的可育单株，2007年以不育株为母本、可育株为父本配置组合，组合后代育性表现见表2-9-7，不育株PA2、PA4与来源相同的可育株之间的组合后代，除了PA2×PF3组合后代出现5%左右的可育株外，其余组合后代均不育;而PA4与源于淄博的两个可育单株的组配后代均表现可育。表明在商洛栽培种中存在不育材料PA2、PA4的保持基因，而在淄博栽培种中存在不育材料的恢复基因(表2-9-7)。

表2-9-7　不育性株后代的育性表现

3　讨论

植物性状表现受基因的控制，同时也或多或少地受到其生长环境的影响，性状表现是基因活动及其环境作用的总结果。我们对桔梗不育材料育性稳定性进行了研究，表明桔梗彻底败育单株在不同光照、不同温度、不同营养条件以及不同地域栽培等环境因子对其育性影响较小，而“微粉单株”花粉量变化在一定范围内受到环境的修饰。这一结果对新发现和鉴定的桔梗不育材料的评价提供依据，可为桔梗不育材料的利用途径及桔梗不育系选育策略的确定、亲本繁育及桔梗杂交种制种策略的制定、桔梗杂种优势利用潜在的经济风险评估提供了理论依据。

植物杂种优势利用的途径主要是根据植物开花习性、花器特征、授粉繁殖方式以及特殊突变体材料特点等因素制定。桔梗属常异花授粉植物，主要采用种子繁殖，但其药用部位为二年生的根条，根据这一特点，通过质核互作不育性利用桔梗杂种优势的途径可设计为:不育系、保持系和强优系。通过不育系×强优系制备杂交种，这一模式和传统作物“三系”制种的不同在于，传统作物获取种子为生产目的，通过不育系×恢复系生产的杂交种必须可育;而通过强优系制备的F1桔梗杂交种只要求根部产量，对于F1的育性没有要求，如果应用于生产的F1杂交种是不育的，那么制种父本则不适合再称为“恢复系”，同时为了自交系相区别，我们将这种制种父本称为“强优系”。

4　结论

采用盆栽法、遮光处理法和人工杂交法研究了桔梗雄性不育单株不育性对光照、温度的反应、主要营养元素施用量、不同纬度地区栽培对育性影响，以及雄性不育性的遗传规律，为桔梗雄性不育系的选育及杂种优势利用提供理论依据。结果表明:与可育花相比，不育花雄蕊短小、花药干瘪萎缩、花粉败育;而花冠略大，雌蕊发育正常，结实特性与可育花相似。较低温度对彻底败育单株育性无明显影响，但可使微粉单株花粉量有一定增加;而不同地域栽培、不同土壤肥力、光照对桔梗不育性无明显影响;桔梗不育材料与商洛桔梗、淄博桔梗杂交结果表明，商洛栽培种中存在不育材料PA2、PA4的保持基因，淄博栽培种中存在不育材料的恢复基因。因此，所发现的桔梗彻底败育单株不育性在不同环境中表现较为稳定，败育特性受核基因和细胞质基因共同控制，属核质互作不育型。