实验十作物雄性不育系的鉴定
一、实验目的
学习和初步掌握雄性不育系的植物学形态特征和花粉育性鉴定技术.
二、内容说明
雄性不育是指雌雄同株作物中，雄性器官发育不正常，不能产生有功能的花粉，但它的雌性器官发育正常，能接受正常花粉而受精结实的现象。雄性不育一般可分为3种类型：①细胞质雄性不育型，简称质不育型，表现为细胞质遗传。②细胞核雄性不育型，简称核不育型，表现为细胞核遗传。③核-质互作不育型，表现为核-质互作遗传。无论植物的不育性是那种类型，它们都会在一定的组织中表现出来。雄性不育系花粉的败育，一般出现在造孢细胞至花粉母细胞增殖期、减数分裂期、单抱花粉期(或单抱晚期)、双核和三核花粉期。其中出现在单孢花粉期较为普遍。雄蕊败育大概可分成以下几种类型：
(一)花药退化型一般表现为花冠较小，雄蕊的花药退化成线状或花瓣状，颜色浅而无花粉。
(二)花粉不育型这一类花冠、花药接近正常，往往呈现亮药现象或褐药现象，药中无花粉或有少量无效花粉、镜检时，有时会发现少量干瘪、畸形以及特大花粉粒等，大多数是无生活力的花药。
(三)花药不开裂型这类不育型虽然能形成正常花粉，但由于花药不开裂不能正常散粉，花粉往往由于过熟而死亡。
（四)长柱型功能不育这一类型花柱特长，往往花蕾期柱头外露，虽然能够形成正常花粉但散落不到柱头上去。
(五)嵌合型不育在同一植株上有的花序或花是可育的，而有的花序或花则是不育的，在一朵花中有可育花药，也有不育花药。
作物雄性不育系则是具有雄性不育现象，并能将雄性不育性遗传给后代的作物品系。
我们都知道，杂种优势普遍存在，在很多植物由于单花结籽量少，获得杂交种子很难，从而是杂交种子生产成本太高而难以在生产上应用，利用雄性不育系配制杂交种是简化制种的有效手段，可以降低杂交种子生产成本，提高杂种率，扩大杂种优势的利用范围。因此，雄性不育在杂交过程中有着重要的作用。当前，农作物杂种优势主要是利
用不育系、保持系和恢复系等三系配套。一个优良的雄性不育系必须具备不育性稳定，且不育株率和不育度都达到100%，农艺性状整齐一致，柱头外露率高，开花习性良好，以利提高制种产量。
作物雄性不育系的鉴定，一般采用植株形态、花粉育性镜检、套袋自交鉴定等方法。
三、材料仪器药品
1．材料水稻或玉米等作物雄性不育系及其保持系或恢复系的植株。
2．仪器用具扩大镜、显微镜、镊子、载玻片、盖玻片、回形针、透明纸带、标签、吸水纸等。
3．药品试剂1%I-KI溶液。
四、方法步骤
（一）雄性不育系和保持系植株形态特征的观察和识别
在不育系繁殖田或杂交制种田对不育系及其保持系〈或恢复系〉进行逐行逐株地观察，比较株型、株高、分蘖、叶色、抽穗、开花时间、花药形态、颜色、开裂等情况和开颖角度等形态区别（表10-1，表10-2）。断定其是否是不育系，并选择你认为区分最明显的3~4个性状填入表10-3中，以此证实观察结果。若是利用盆钵植株展示的，则按盆钵上的编号，逐钵观察。
表10-1 水稻雄性不育系与保持系植株形态比较
表10-2 玉米雄性不育系与保持系植株形态比较
表10-3 根据观察结果鉴定作物的雄性不育性
（二）雄性不育系花粉育性镜检鉴定
当前生产上利用的雄性不育系多属于核质互作的花粉败育类型。败育花粉经I-KI染色处理，在显微镜下观察，按花粉粒的形状和染色反应可分为典型败育、圆形败育和染色败育型。在镜检过程中，为更准确地鉴定各种类型的花粉，将不育系败育花粉的三种类型和正常可育花粉的特点列成表10-4。
表10-4 雄性不育系败育型花粉与正常可育花粉的比较
雄性不育系花粉育性镜检鉴定方法有：
1．形态鉴定
⑴取样分别从不育系、保持系或恢复系中随机选取即将开花的穗或花序2~4个，挂上标签，带回室内。从中选择花药已伸长达颖壳或花蕾2/3的花朵3~4个，剥开内外颖或花瓣，从每朵花中取花药3个左右，做镜检制片。
⑵制片将花药分别置于载玻片上，用镊子轻轻捣碎，滴上一小滴I~KI溶液染色，去掉药壁后，盖好玻片，用吸水纸吸去多余的I~KI溶液，待镜检观察。
⑶镜检将制好的玻片置于100倍显徽镜下仔细观察。每片各选择有代表性的视
野2~3个观察花粉粒的形状和染色反应。正常花粉因有较多淀粉粒，遇I~KI呈黑紫色，不正常花粉则染色浅或不染色。计数每个视野内不育花粉粒的数目，并按下式计算不育花粉的百分率：
不育花粉率=不育花粉粒数/总花粉粒数×100
2．染色鉴定
TTC染色法：TTC可用于检验花粉呼吸过程中脱氢酶的活性。具有生活力的花粉中含有脱氢酶，它催化底物使脱下的氢与TTC结合，生成红色化合物甲醛。因此，凡有生活力的花粉呈红色，生活力弱的呈浅红色，无生活力的不显色或成黄色。
⑴取样同形态鉴定。
⑵染色取已成熟尚未开花的水稻花粉5~10个，切断花药两端，放入小烧杯中，加0.2 %TTC溶液，使花药完全浸入反应液中，在30℃左右温度下染色30~60min。
⑶压片镜检取出花药，置于载玻片上，用解剖针压出花粉，去掉花药药壁组织，盖上盖玻片，镜检观察，取5个视野，统计着色花粉百分率。凡花粉粒变红有生活力，染色越深生活力越强。
不育花粉率= 不育花粉粒数/总花粉粒数×100
最后根据不育花粉率（表10-5），判定花粉不育等级，填表(表10-6)。
表10-5 水稻花粉不育性分级标准
表10-6 水稻花粉育性镜检鉴定结果
（三）雄性不育系套袋自交结实性鉴定
套袋自交是鉴定育性最准确、最可靠的方法，即在不育系中，选择刚抽穗或现花蕾而尚未开花的花序3个，套上牛皮纸袋，用回形针固定，让其自交结实，15d后，取掉纸袋，分别统计其自交结实情况。凡套袋的株(穗〉只要有一粒结实就算为结实株〈穗〉。再按公式计算不育株〈穗〉率和不育度：
