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油菜生态雄性不育的研究与应用初探摘要综述了油菜生态雄性不育系的研究进展、育性变化机理，初步探讨了利用油菜生态雄性不育系存在的问题及应用前景。
关键词油菜；生态雄性不育系；研究进展；应用前景目前，利用油菜杂种优势的方法主要有细胞质雄性不育、细胞核雄性不育、自交不亲和性、化学杀雄。
细胞质雄性不育以其制种产量高、繁殖系数大利用得最广泛，但细胞质雄性不育系在制种时育性不稳定影响种子质量；细胞核雄性不育系不育彻底，但制种时须拔除50%可育株，费工费时，由于其制种难度大，在发达国家一直不受重视，目前我国只有少数地区和单位利用并配制了杂交组合；自交不亲和性亲本繁殖困难，化学杀雄难以掌握药剂浓度及喷施时间，目前后两种方法均无大面积推广，但也配制了杂交组合。
自石明松（1973）发现水稻光温敏不育现象以来，生态雄性不育现象引起了育种界的普遍兴趣和重视。
何觉民等（1994）提出生态雄性不育理论，认为植物雄性育性作为一个性状，必然同时受基因影响和环境制约。
所谓雄性不育，不过是不育基因在特定生态下的表达。
到目前为止，在水稻、小麦、棉花、油菜等作物上均发现了生态雄性不育现象并加以利用，取得了巨大的经济效益。
在油菜上利用生态雄性不育现象，可简化育种程序，提高制种纯度，有效降低制种风险，其利用前景是可观的。
本文综述了油菜生态雄性不育系的发现、选育、利用，随着进一步的研究，生态两系油菜也将成为油菜杂种优势利用的一个重要途径。
1油菜生态雄性不育系研究进展1.1油菜生态雄性不育系的选育杨光圣等（1987）于昆明油菜夏繁期间，在2个甘蓝型油菜品系杂交（84-1×84-2）后代中发现一个F3株系表现雄性不育、雌性可育，经3年连续选择自交（F5）、鉴定和选择，选育出甘蓝型油菜雄性不育两用系AB1，表现为在武昌秋播，春天开花表现雄性可育；在昆明或西宁夏播开花表现雄性不育。
袁美等报道了双低生态不育两用系8-8112AB，该不育系由生态雄性不育两用系AB1与双低甘蓝型油菜品种杂交选育而成。
毒死蜱（CPF）即O，O-二乙基-O-（3，5，6-三氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯，属广谱、低毒、高效OPs杀虫剂，不仅可以抑制生物体内胆碱酯酶的活性，还可以阻断植物的光合作用，是目前全世界生产和销售量最大的杀虫剂之一。
2008年CPF在全球的销量大约为14万吨[1]，估计至2015年CPF全球市场需求量将达25.8万吨左右[2]；2012年初CPF 约占我国农药销售总量的36%（2312.47吨/6328.72吨）。
此外，CPF及其代谢物能够在空气、水、土壤和多种食物中长期残留[3-6]，已对环境和人类健康构成潜在危害。
据内蒙古自治区统计，2003～2010年，自治区所产蔬菜的OPs持续高水平超标，其中CPF历年均有超标，并呈现上升的趋势[7]。
以往国内外广泛关注CPF的神经发育毒性，近年来越来越多的研究提示CPF可能具有环境内分泌干扰物（en-vironmental endocrine disruptors，EEDs）样作用，而其生殖毒性和潜在危害正逐渐引起人们的重视。
本文就近年来国内外有关CPF致雄性生殖毒性的研究资料，着重CPF诱导生殖器官的病理变化，对精子质量、激素水平和睾丸标志酶活性的影响，尤为对精子DNA的直接损伤及可能机制的进展综述，力图为CPF致雄性生殖毒性及其机制的研究提供一定的借鉴。
1CPF对雄性生殖器官的影响及机制1.1CPF致睾丸和附睾的退行性变化雄性生殖器官是物种延续和进化的必要保障。
雄性生殖器官的退变将带来物种的衰败，甚至绝迹。
（1）CPF可致雄性有脊动物睾丸及附睾重量和体积的退行性改变。
Faraga AT等[8]的研究提示，大鼠经灌胃染毒25mg/（kg·d）的CPF，引起睾丸重量明显下降。
Joshi SC等[9]和Afaf A等[10]的研究也得出相似的结果。
然而，刘相鑫[11]以2.7、5.4、12.8mg/kg 剂量CPF对雄性大鼠连续染毒90d，结果睾丸、附睾重量和脏器系数的变化差异均无统计学意义；而文一等[12]以7.35mg/kg剂量CPF灌胃染毒8周后，雄性大鼠的睾丸和附睾重量及脏器系数较对照组却均有显著增加。
模式植物拟南芥的去雄和授粉实验
授粉是高等植物有性生殖的关键环节，这一过程包括花粉在柱头细胞上黏附、花粉的水合、花粉管的萌发及伸长等，其中涉及很多复杂而有序的调控机制，近年来人们在这一方面的分子机制研究中已取得诸多进展。
本研究鉴定到拟南芥UPS基因的两个不同位点的T-DNA插入突变体，这两个突变体的杂合体自交后代中杂合体植株数与野生型植株数的比例接近1∶1，没有纯合突变体。
分析杂合体植株与野生型植株互交后代基因型发现，该基因的突变导致雄配子体传递率显著下降。
但是亚历山大染色、DAPI染色和体外萌发实验表明杂合体植株的花粉在形态、活性等方面与野生型植株的花粉相比没有明显差异。
但是柱头表面突变的花粉粒容易被表面活性剂NP-40冲洗掉，突变体的花粉粒不能在柱头上萌发并生长出花粉管。
ups突变体的成熟花药中含有两种结构不同的花粉粒，一种与野生型类似，均匀分布大量电子透明的小液泡，约占花粉的62％。
另一种花粉富含许多大液泡，细胞质的电子密度也明显增大，这类花粉粒的线粒体内膜也变地较为模糊。
表明ups突变导致花粉的液泡和线粒体发育出现异常，可能是突变体花粉粒不能在柱头上萌发的原因。
GUS活性分析及原位杂交结果显示UPS在花粉发育过程中表达，11时期花药（花药开裂前，药室退化为两室）中
的花粉UPS表达量最高，但到花粉成熟散出时，却检测不到UPS的表达。
本研究通过研究UPS在花粉与柱头互作中的作用，进一步补充花粉与柱头相互作用中基因的调控网络，使人们进一步了解雄配子体基因在花粉与柱头互作中的作用。
化学杀雄剂在油菜制种中的应用回顾与展望作者：王彦明叶朝红付云龙黄建军汪文波关海柱来源：《种子科技》2019年第16期摘要：自1997年“化杀2号”应用于秦油2号制种母本“微粉”控制以来，化学杀雄剂在油菜育（制）种中的应用进入了“快车道”，杀雄药剂犹如雨后春笋;“化杀灵WP1”在三系杂交油菜制种母本“化控微粉” 的应用十分成功，累计应用面积超过6 666.7 hm2，产生了较好的社会效益，并改写了三系杂交油菜《制种规程》;“化杀灵AS2” 在油菜自交系“化杀育种”中已显现出无可比拟的优势，“化杀制种” 种子纯度难以达标的瓶颈也已破解;“化杀灵AS3” 在油菜隐性核不育两系制种中的“化杀除杂”也初见端倪;此外，“化杀”技术在白菜、甘蓝、萝卜等育（制）种中的前景也十分广阔。
关键词：化学杀雄剂;油菜;制种;应用;回顾;展望文章编号： 1005-2690（2019）16-0012-02 中图分类号： S565.438 文献标志码： A1972年，傅廷栋院士发现并保持了油菜波里玛不育系后，拉开了我国三系杂交油菜育种的序幕。
1976年湖南农科院利用该不育系首次实现了三系配套。
之后的40年，以波里玛细胞质不育材料育成的三系杂交油菜品种数不胜数，种植面积占据半壁江山[1]。
其制种技术也走過了一段不平凡的坎坷之路。
1 起因1986年，我国首个杂交油菜品种秦油2号横空出世，从而结束了我国单一种植常规油菜品种的历史，在油菜发展史上起到了划时代的作用[2]。
由于该品种的增产性、稳产性、抗病性十分突出，一时间成为陕西农业的一张名片，种子生产、销售如火如荼，多年供不应求。
但母本“微粉”问题一直没有被业内决策层正视，也没有被种子生产人员所警觉，其危害若隐若现，“微粉”这一隐身的定时炸弹一直伴随而行。
2 警钟秦油2号投入生产后10年间，制种面积呈指数增长，到1995年秋播，秦油2号制种面积达2 666.7 hm2，产种约300万kg，进入了颠峰时代，因当年冬季偏暖、早春多雨等原因，致使所有制种基地母本产生了严重的“微粉”，由于“微粉”的自交，导致种子纯度陡降，F1代出现了严重的花而不实现象，损失严重，要求赔款的呼声此起彼伏，已售出的100万kg种子面临巨额赔款，库存的200万kg种子须转商处理[3]。
植物化学杀雄研究进展陈知子(湖南省新化县第三中学,湖南新化417600) 摘要:介绍了化学杀雄剂诱导植物雄性不育的变化,回顾了化学杀雄杂种优势利用研究的进展,阐述了化学杀雄杂种优势利用的特点,以及化学杀雄剂的设计思路和常用的化学杀雄剂。
关键词:化学杀雄剂;植物雄性不育;杂种优势中图分类号:Q943 文献标志码:A 文章编号:1005-8141(2010)02-0143-03Development of Chemistry I nduction of Male SterilityCHE N Zhi -zi(N o.3M iddle School of X inhua C ounty ,X inhua 417600,China )Abstract :This article studied the brief introduction about the effect on the male sterility of plant induced by chemical hybridization agents (CH A ).Reviewed the research on the development of the CH A ,elaborated the advantage of the CH A com pared to genetic cross breeding and the method of design CH A.K ey w ords :chemical hybridization agents ;male sterility ;hybrid vig our 收稿日期:2009-07-15;修订日期:2010-09-15作者简介:陈知子(1974-),女,湖南省新化县人,中学一级教师,湖南省新化县第三中学从事教学工作。
1 前言随着人口的不断增长、耕地面积逐年减少,粮食问题越来越引起人们的重视。
提高粮食作物单位面积的产量和质量是解决粮食问题的根本对策,其中很重要的一条途径就是作物杂种优势的利用。
杂交优势利用基本上可分为遗传性的雄性不育杂种优势利用和生理性的化学杂种优势利用两大途径。
遗传性的雄性不育细胞核质互作雄性不育(Cyto 2plasm Male Sterility ,简称C MS )和核雄性不育(Nucleus Male Sterility ,简称NMS ),但因为稳定不育株的筛选以及受温度的影响有其一定的缺陷性,而利用化学杂交剂(Chemical Hybridization Agent ,简称CH A )诱导雄性不育配置杂交作物是目前杂种优势利用的一条比较有效的途径。
2 化学杂交剂的研究进展化学杂交剂诱导作物雄性不育是目前杂种优势利用的主要途径之一。
化学杂交剂是一种用于处理自交作物、诱导雄性不育的化学物质。
当在作物生殖生长的适宜时期喷施CH A ,能对雄配子有选择性地杀伤或阻滞其发育,造成花粉生理性不育;而对雌配子无不良影响或影响甚微,从而抑制自花授粉,导致异花授粉获得杂交种子。
国内有学者将化学杂交剂称为化学杀雄剂。
CH A的研究始于20世纪50年代初期。
1950年,M oore 和Naylor 分别报道了植物生长调节剂(Plant G rowth Regu 2lator ,简称PG R )马来酰肼(MH )诱导玉米可产生雄性不育株,从而开创了使用植物化学杂交剂使用的历史[1,2]。
1951年,Laibach 和K ribben 报道了NAA 诱导番茄雄性不育;1952年,Rehm 报道了2,4-D 和三碘苯甲酸(TT BA )可诱导西瓜产生雄性不育[3]。
早期的CH A 研究多为探索已知的PG R 诱导雄性不育的功能,如马来酰肼、乙烯利、赤霉素等,但PG R 或因去雄率不高,对雌蕊育性存在影响,或对植株具有其他不良负作用,多不具备实用价值[4]。
20世纪70年代初CH A 的研究摆脱了PG R 的局限,国外一些公司如R ohm&Hass 、Santo 、Shell 、Du P ont 、Lafarge C oppee 等都开始致力于研究新化合物类型CH A 的开发,如W L84811、LY -195295、Hybrex 、Sc2053、Sc1271、DABC O 等新型CH A 的出现,使CH A 的应用进入了大面积试用或接近于商业制种阶段,对CH A 的研究进入了一个新阶段[5]。
这些CH A 诱导作物雄性不育的效果有了很大提高,雄性不育率高于90%或95%以上,对雌蕊育性的影响趋小,毒性大大降低,施药的活性窗口越来越宽,成本也在逐渐降低[6]。
1990年以后,作物CH A 发展日渐成熟,特别是应用于小麦杂交种生产的CH A 发展更快。
国外科学工作者在小麦等作物上筛选出了许多种化学杂交剂,如乙烯利、DPX3773(即K MS -1)、LY 195259、W L84811、RH0007、Sc2053和GE NESIS 用于诱导雄性不育研究,其中以Sc2053和GE NESIS 应用最为广泛[7,8]。
我国在・341・资源开发与市场Res ource Development &M arket 201026(2) ・资源与环境・小麦化学杂交剂合成和筛选方面也做了大量工作,先后成功研制出BAU1、BAU2、X N8611和BAU9403,其中BAU9403的效果相对较好,但是综合效果仍不如GE N 2ESIS [9,10]。
目前,我国又研制出了新型小麦化学杂交剂S Q -1。
大量实践表明,S Q -1诱导雄性不育比较彻底[11]。
3 化学杀雄的的机理随着化学杀雄剂的研制与应用,一些有效的化学杀雄剂对植物的生理、生化、形态解剖等方面的作用机理也得到揭示。
目前比较认可的化学杀雄机理有两种:一种是化学杀雄剂通过吸收运转,在雌雄蕊中呈极性分布,大量积累在雄蕊中,并通过一系列生理生化反应,改变物质代谢状况,阻碍核酸和蛋白质的合成,并引起细胞形态学变化,使花药和花粉发育受阻,导致不同类型的生理雄性不育。
另一种是化学杀雄剂抑制对花药中的DNA 合成和代谢,降低花药的呼吸强度,继而影响RNA 和蛋白质等的合成与代谢,导致花粉败育。
败育后的花药较瘦小、花丝缩短,花药常常不能吐出而残留在颖壳内,花药不开裂或仅部分开裂,出现大量畸形或圆形的败育花粉,子房膨大,而雌蕊的活力变化不大。
4 化学杀雄杂种优势利用的优点[12]化学杀雄杂种的优点主要表现在以下方面:①亲本选择范围广。
CH A 杂种油菜是通过CH A 诱导的生理性雄性不育,不存在像细胞核质互作雄性不育体系中所要求的恢保关系,因此亲本选择自由,可任意组配杂交组合,有利于优中选优,筛选出较强的优势组合。
我国有着丰富的种质资源,这些种质资源的大量杂交,通过组合筛选出丰产、优质、抗病的杂交种。
②周期短。
用遗传方法研究杂交,不论是那种类型都需要较长的时间来进行三系的研制、转育、测试和培育;而利用CH A 可允许直接使用那些已改良产量、抗病性和品性的育种品种作杂交亲本,在短时间内生产出足够数量的F 1代种子。
因此,与三系法相比,化学杀雄用于生产的速度要快得多。
③避免了不育系微粉问题。
不育系的花粉受自然条件主要是温度控制。
当开花期间温度较高时,不育系不会产生花粉;当外界温度较低的时候,不育系会产生微量的花粉,从而影响杂交效果。
④可利用F 2代的优势。
化学杀雄杂交种不存在育性恢复问题,杂交的后代又无育性分离,有实现杂种优势多代利用的可能性。
化学杂交强优组合F 2代有可能遗传F 1代的残余优势而再被利用。
由一对遗传因子所支配的性状,该遗传因子F 2代的杂型个体占1/2。
由于杂型个体具有杂种优势,因此F 2代将保留F 1代的一般优势。
产量构成因素、生育期等与产量有关的性状属于数量性状,受多基因控制,并不受单基因的分离规律所支配,因此数量性状的F 2代优势至少有F 1代优势的1/2。
只要亲本传递力及配合力恰当,F 2代分离仍具有生产利用价值。
⑤应用化学杀雄剂可以有效代替人工去雄。
化学杀雄剂不仅是常规育种工作中十分有效的杂交工具,而且还可以为单倍体育种、人工诱导孤雌生殖,简化杂交去雄手续,扩大杂种群体,提高选种效率。
5 CH A 分子设计思路化学杀雄剂的研制和使用历史表明,虽然许多化学杀雄剂都可以使植物产生雄性不育,但并非所有能诱发雄性不育的化学杀雄剂都能用于杂交制种。
因此,CH A 的研制和筛选就成为化学杀雄利用的一个关键问题,国内外许多研究者将主要精力放在新型较理想的CH A 筛选与使用研究上。
理想的化学杂交剂必须具备下述条件才能使用:①药剂的选择性强,处理后仅能杀伤雄蕊,使花粉败育,而对雌蕊没有影响或影响很小,使其受粉后能正常结实;②对植株生长无害或无强烈的抑制作用;③药剂施用期长,有效剂量范围广;④基因型与环境条件的相互作用小,不易受天气影响;⑤使用简便;⑥无药害、无残毒,对人畜安全;⑥成本低,便于推广应用。
与杀虫剂等其他农药相比,CH A 的开发要晚得多,已知CH A 的作用靶标部位还不清楚。
本文介绍几种目前较常用的分子设计思路:①用PG R 筛选。
人们发现MH 诱导玉米雄性不育之后,启发了科研人员研究其他PG R 的雄性不育功能,许多化合物都是在这一思路下开发成功的。
②借鉴其他生物活性。
脯氨酸是花粉中含量最多的游离氨基酸,其含量与植物雄性器官的可育性有关。
在玉米杂交育种中,花粉中脯氨酸的含量是玉米可育性的指标。
Methanoproline 是存在于七叶树植物Aescul usparvif lora 体内的天然物[4],具有抑制大肠杆菌和鼠伤寒沙氏菌生长的作用,但在培养基中加入脯氨酸,菌体可以恢复生长。
Methanoproline 的抑菌作用可能是抑制脯氨酸的合成。
基于上述研究成果,Shell 公司的研究人员用methanoproline 及其类似物进行筛选,从而发现它们的CH A 功能。
③先导结构的修饰改造。
R ohm&Haas 公司开发的fenridazon 获得成功,给CH A 的研究人员以很大的鼓舞。
Ciba -G eigy 、Lafarge C oppee 、Sumitom o 等公司均以fenridazon 为先导结构进行合成与筛选,导致G enesis 、SC -2053、S D -227559、S -1271等化合物相继出现。
在我国,李正・441・・资源与环境・ 资源开发与市场Res ource Development &M arket 201026(2)名[13]、蒋明亮等[14]也以fenridazon为先导进行了合成筛选,BAU-9403就是在这一分子设计思想指导下得到的。
