摘要
稳定遗传的雌性不育系是薏苡实现杂种优势利用的关键，雌性不育基因的利用也是实现轻简化杂交种制种的重要途径。本研究团队在资源鉴定过程中首次发现了在自然条件下产生的薏苡雌性不育遗传材料FS2106。以FS2106为试验材料，对其表型、花粉活力和染色体数目进行鉴定，以其为父本与2个可育薏苡材料配制杂交组合，观测雌性不育性、柱头颜色、叶鞘颜色和总苞质地4个性状在F1、F2群体中的性状分离情况，并通过
雌性不育与雄性不育突变体往往作为重要工具用于各种作物的杂交育种和杂种优势利用，而雌、雄不育现象及其发生机理的阐明对深刻理解植物性别决定、分化和遗传演化均具有重要意义。得益于雄性不育系的发现和两系、三系配套法的利用，目前杂种优势已在多种作物中利用，如水稻、谷子、油菜等，并实现了产量的大幅度提升。除了雄性不育性，自然界中的植物还存在雌性器官发育不良，失去生殖功能，导致不育特性的现象，即雌性不育，其突变体在水
雌性不育突变株FS2106为父本；2个多年提纯的具有正常育性的自交系CL84和JF19-41为母本。以上供试亲本材料均为本研究团队连续6代以上自交选育的稳定自交系，信息见
品系 Lines | 叶鞘颜色 Leaf sheath color | 柱头颜色 Stigma color | 总苞质地 Involurce texture | 雌穗育性 Female fertility | 来源 Origin |
|---|---|---|---|---|---|
| FS2106 | 紫红色 | - | - | 不育 | 湖南 |
| CL84 | 紫红色 | 紫红色 | 甲壳质 | 可育 | 贵州 |
| JF19-41 | 绿色 | 白色 | 甲壳质 | 可育 | 河北 |
-表示由于花器官缺失而不表现
- were traits no appear because of floral organs absence
参考《薏苡种质资源描述规范和数据标准
在盛花期上午9：00-10：00散粉之前分别摘取薏苡FS2106的穗部数份，剥开花药将花粉置于载玻片上，滴入1% I2-KI 染液制片，在100倍光学显微镜下观察FS2106的花粉粒形态，以判断其花粉活力；参照植物染色体核型分析方
2021年，在采集编号为2106（地理来源于湖南）的野生资源地块中，发现一份薏苡雌性不育株。当年利用分蔸繁育方法对该植株进行保护，连续3年对其主要农艺性状和雌性不育性状进行鉴定，并将其命名为FS2106。表型鉴定结果显示，其株高、茎粗、分蘖数、叶长和叶宽的平均值分别为86.9 cm、4.9 mm、33.4个/株、34.3 cm和2.2 cm（
年份 Year | 株高（cm） Plant height | 茎粗（mm） Stem diameter | 分蘖数 Tillers number | 叶长（cm） Leaf lengh | 叶宽（cm） Leaf width | 出苗至抽穗天数（d） Days of ergence to heading |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2021 | 95.0 | 5.0 | 38.0 | 30.5 | 2.3 | 66.0 |
| 2022 | 84.0 | 4.6 | 36.0 | 40.5 | 2.3 | 56.0 |
| 2023 | 81.7 | 5.2 | 26.3 | 31.8 | 2.1 | 62.0 |
| 平均 Mean | 86.9 | 4.9 | 33.4 | 34.3 | 2.2 | 61.3 |
图1 FS2106植株表型及育性特征
Fig.1 Phenotypic and fertility characters of FS2106 plants
A：植株形态；B：花序；C：花粉；D：染色体
A： Plant type； B： Spikelet；C：Pollen； D：Chromosome
2个杂交组合F1植株的雌穗均发育正常而且正常成熟，表现为雌性可育（
图2 亲本及F1植株雌穗育性及柱头颜色性状特征
Fig.2 Female sterility and stigma color trait of parental lines and F1 plants
红色箭头为柱头及其颜色， MS表示雄穗，FS表示雌穗，**表示雌穗缺失
Red arrow indicate stigma and its color； MS respected male spikelet； FS respected female spikelet， ** respected female spikelet missing
组合 Combination | F2总株数 Total of F2 plants | F2观测株数 Observed F2 plants | F2理论观测株数 Theoretical F2 plants | 理论比例 Theoretical separation | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
可育 Fertility | 不育 Sterility | 可育 Fertility | 不育 Sterility | ||||
| CL84 × FS2106 | 1384 | 1055 | 329 | 1038.00 | 346.00 | 1.05 | 3∶1 |
| JF19-41 × FS2106 | 589 | 444 | 145 | 441.75 | 147.25 | 0.03 | 3∶1 |
柱头颜色是遗传改良的重要标记性状之一，FS2106与紫红色柱头亲本CL84杂交组合（CL84× FS2106）的F1和F2植株均表现为紫红色柱头；FS2106与白色柱头亲本JF19-41杂交组合（JF19-41× FS2106）的F1植株表现为紫红色柱头，说明FS2106的柱头颜色性状为紫红色而且相对于白色柱头为显性（
组合 Combination | F2总株数 Total of F2 plants | F2观测株数 Observed F2 plants | F2理论观测株数 Theoretical F2 plants | 理论比例 Theoretical separation | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
紫红色 Purple | 白色 White | 紫红色 Purple | 白色 White | ||||
| CL84 × FS2106 | 1384 | 1384 | 0 | - | - | - | - |
| JF19-41 × FS2106 | 444 | 300 | 144 | 333 | 111 | 12.688 | 3∶1 |
- 表示不发生性状分离；下同
- represents trait was without separate；The same as below
FS2106与紫色叶鞘亲本CL84杂交，其F1植株均为紫红色叶鞘（
图3 亲本及F1代植株叶鞘颜色性状特征
Fig.3 Leaf sheath color trait of parental lines and F 1 plants
虚线框内为叶鞘及其颜色
Dashed box were sheath and its color
组合 Combination | F2总株数 Total of F2 plants | F2观测株数 Observed F2 plants | F2理论观测株数 Theoretical F2 plants | 理论比例 Theoretical separation | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
紫红色 Purple | 绿色 Green | 紫红色 Purple | 绿色 Green | ||||
| CL84 × FS2106 | 1384 | 1384 | 0 | - | - | - | - |
| JF19-41 × FS2106 | 589 | 444 | 145 | 441.75 | 147.25 | 0.028 | 3∶1 |
以FS2106与甲壳质总苞亲本JF19-41杂交，其F1植株的总苞均为甲壳质，该性状在F2群体也未发生分离，可能与F1植株数量较少有关（仅有2株F1植株）。以FS2106与甲壳质总苞亲本CL84杂交，其F1群体植株出现了珐琅质和甲壳质总苞的分离；将上述珐琅质和甲壳质总苞F1种子分区种植并单株自交获得F2群体，其中甲壳质F1植株自交获得的F2群体在该性状并未出现分离；而以珐琅质F1植株自交获得的F2群体，则出现了性状分离（
图4 总苞质地性状在FS2106杂交群体的分离情况
Fig.4 Involurce texture trait divergence in FS2106 hybrid populations
C：甲壳质；E：珐琅质
C ：Chitin involurces；E：Eenamel involurces
组合 Combination | F2总株数 Total of F2 plants | F2观测株数 Observed F2 plants | F2理论观测株数 Theoretical F2 plants | 理论比例 Theoretical separation | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
珐琅质 Enamel | 甲壳质 Chitin | 珐琅质 Enamel | 甲壳质 Chitin | ||||
| CL84 × FS2106 | 361 | 265 | 96 | 270.75 | 90.25 | 0.407 | 3∶1 |
| JF19-41 × FS2106 | 589 | 0 | 589 | - | - | - | - |
在自然界，不同植物性别决定的差异往往产生单性花（如黄瓜、玉米等），葫芦科的黄瓜由于具有多种性别发育类型，是研究植物性别决定和发育的理想模型。近期，有学者通过EMS诱变获得了黄瓜全雄花（雌性不育）突变体，并发现其雌性不育是由乙烯合成基因ACS11突变引起
薏苡遗传研究起始于川谷和薏苡杂
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