板栗雄花败育资源及其利用研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇板栗雄花败育资源及其利用研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要： 【目的】为了观察板栗雄花发育过程，探讨板栗雄花败育的细胞学基础及其利用价值，【方法】以板栗雄性不育2号（Cms-2）为试材，采用常规石蜡制片法和人工杂交法对雄花发育过程中的细胞学特征及有性杂交过程中的结实特性进行了观察。【结果】（1）Cms-2雄花序发育初期细胞发育正常，进入雄蕊分化期后雄花序上部组织结构逐渐停止发育，组织细胞开始破裂、解体、死亡；（2）在有性杂交中，无论是自然杂交、种内杂交还是远缘杂交，Cms-2均表现出较强的杂交结实能力。【结论】Cms-2为不完全雄花败育类型，败育发生于雄蕊分化期至花药形成初期，败育时未形成花粉囊，属于花药退化型雄性不育；Cms-2稳定的雄花败育性状及优良的结实特性使其在板栗育种及种质创新中具有重要价值。

关键词： 板栗； 雄花序； 雄性不育； 细胞学特征； 利用

中图分类号：S664.2 文献标志码：A 文章编号：1009-9980？穴2013？雪04-0582-04

板栗（Castanea mollissima Blume）是中国特有栗属植物之一，雌雄同株异花。雄花为葇荑花序，雌花着生于雄花序基部，雌雄花量比例悬殊。据统计，雌雄花序比例约为1∶7～12，雌雄花朵比例达1∶2400～4000，而满足授粉受精所需雄花量仅占总量的5%左右；同时板栗雄花先于雌花分化且分化时间长，营养消耗过大，是造成板栗产量低的原因之一，疏除一定量的雄花序可提高板栗产量[1-4]。

我国板栗资源丰富。根据《中国果树志·板栗卷》[5]统计，2005年全国有栗资源335个，其中98%为实生选优所得，人工杂交培育新品种少。板栗雄花量大、人工去雄费时费力是影响板栗杂交育种进程的原因之一，如果能够找到具有雄花败育特征的材料，既有利于板栗杂交育种工作的开展，又有利于板栗雄性不育增产理论的研究。

本课题组在长期的资源调查过程中，结合山区栗农提供的信息，通过实地考察，获得了2个具有雄花败育特征的资源，分别命名为雄性不育1号（编号Cms-1）、雄性不育2号（编号Cms-2）。我们以Cms-2为试验材料，进行形态学观察，并开展细胞学和杂交试验研究，以确定Cms-2的败育时期和败育阶段，为板栗雄性不育理论研究和品种选育提供参考。

1 材料和方法

1.1 试材

试材为具有雄花败育特征的遗传资源板栗雄性不育2号（Cms-2），发现于北京市密云县大城子镇山地栗园；对照为雄花序发育正常的栽培品种‘怀黄’。

1.2 方法

2011年和2012年4—6月份，观察Cms-2雄花序发育情况，测量、记录雄花序长度。

2011年3月—2012年6月，采集Cms-2雄花芽、雄花序，放入FAA固定液固定，采用石蜡制片法[6]，观察雄花序内部组织结构变化。

2010年6月—2011年6月，以Cms-2为母本，分别以河北品种‘燕山短枝’、北京品种‘燕平’以及同属植物锥栗（Castanea henryi Rehd. et Wils.）为父本，进行杂交试验研究，采用常规调查方法，统计相关数据；利用DPS进行数据的分析处理。

2 结果与分析

2.1 Cms-2形态特征

2.2 Cms-2雄花序组织结构解剖观察

2.3 Cms-2与不同种质杂交试验

3 讨 论

3.1 Cms-2雄花败育的细胞学特性

板栗雄花发育分为雄花序原基形成期、花簇原基形成期、花朵原基形成期、花被原基形成期、雄蕊原基形成期和花药形成期[7]，花粉发育经历孢原细胞、造孢细胞、小孢子母细胞、四分体、单核小孢子、成熟花粉等阶段，在这一过程中任何一个阶段发育异常均会产生花粉败育，最终导致雄性不育。Laser等[8]指出，被子植物中双子叶植物花粉败育多发生在四分体或单核至双核小孢子形成期，如枣[9]、枸杞[10]、梨[11-12]、桃[13]等。本研究所获得Cms-2种质为一种不完全雄花败育类型，败育时期与枣、梨等不同，其雄花序上部雄花败育发生于雄蕊原基分化期至花药形成初期，败育时未形成花粉囊；而雄花序基部雄花持续发育进入花药形成期并形成4个花粉囊。

梁春莉等[14]将植物雄性不育归为花药退化类型[15]、花粉败育类型[16-17]、绒毡层结构异常类型[9，18] 3种。其中花药退化类型发生于孢原细胞分化期，表现为完全无花药或花药高度退化。本研究发现，Cms-2败育部分雄花表现为雄花簇初现，雄花肉眼无法识别，尚未形成花药，属于花药退化类型，且为完全无花药型。

3.2 Cms-2在板栗杂交育种中的应用潜力

栗属植物雄花败育资源及其生物学、细胞学信息较少，全国335个栗属种质中，具有雄花败育特征的仅有2份。本研究所用试材Cms-2发现于燕山山区，不受环境、气候和营养条件的影响，雄花败育特征稳定，是杂交育种的珍稀资源。

板栗为雌雄同株异花植物，异花授粉结实率高。普通栽培板栗自然授粉结实率达92.9%，空苞率7.1%，每苞含坚果2.4粒；异花授粉结实率86.2%，空苞率13.8%，每苞含坚果不超过2个[19]。远缘杂交结实率低，以普通板栗为母本，以锥栗为父本进行杂交，结实率只有9.6%[5]。而在本研究中，Cms-2自然授粉结实率为92%，空苞率仅为4%，每苞含坚果2.6粒，自然授粉特性优于普通栽培品种；种内杂交结实率为85.1%，空苞率3.7%，平均每苞含坚果2.6粒，较普通栽培品种优势突出；在远缘杂交中，Cms-2表现出较强的授粉结实能力，结实率达到了44%。相比普通板栗，Cms-2在与不同种质杂交中具有突出的杂交优势。

植物雄性不育由基因控制[20]，雄花败育是基因表达的结果。本研究通过细胞学研究明确，Cms-2雄花败育发生于雄蕊分化至花药形成初期，为花药退化类型，雄花败育相关的基因及其表达机理尚待进一步研究；有性杂交试验揭示了Cms-2具有较强的杂交结实能力，进一步说明，以Cms-2为母本，以其他板栗种质作父本进行有性杂交育种，在其杂交后代中可能获得新的雄花败育种质。因而，对雄花败育板栗资源进行保护、收集、研究和利用具有重要价值。（本文图版见插3）

参考文献 References：

[1] FENG Zhi-qiang， JIAO Zhi-geng， ZHANG Dong-sheng. Study on reasons of enhancing chestnut yield by thinning staminate[J]. Chinese Fruit， 1995（1）： 14-15，23.

封志强，焦志耕，张东升. 板栗疏雄增产原因的研究[J]. 中国果树，1995（1）： 14-15，23.

[2] ZHAO Zong-yun， LIU Kui-ying， GAO Yu-feng. The influence of male flowers on the nutrition consumption in Chinese chestnut tree[J]. Journal of Hebei Vocation-Technical Teachers College，1997，11（1）： 42-45.

赵宗芸，刘魁英，高玉峰. 板栗雄花对树体营养消耗的影响[J]. 河北农业技术师范学院学报，1997，11（1）： 42-45.

[3] GUO Su-ping， LI Bao-guo， ZHANG Shou-hui， LI Zhen-hui， ZHANG Hua-xiang， ZHANG Hong-ye. Preliminary report on the experiment of thinning male Castanea mollissima flowers chemically in Taihangshan[J]. Hebei Journal of Forestry and Orchard Research， 1998， 13（2）： 170-173.

郭素萍，李保国，张守慧，李振辉，张花香，张宏业. 太行山板栗化学疏雄实验初报[J]. 河北林果研究，1998，13（2）： 170-173.

[4] LIU Kui-ying，ZHAO Zong-yun，WANG Cui-lan，LIU Jin， LI Cai. Effect of chemothicals thinning catkins on Chinese chestnut yield and quality[J]. Journal of Hebei Vocation-Technical Teachers College， 2000，14（1）： 16 -18.

刘魁英，赵宗芸，王翠兰，刘金，李财. 化学疏雄对板栗产量和果实品质的影响[J]. 河北职业技术师范学院学报，2000，14（1）： 16-18.

[5] ZHANG Yu-he， LIU Luan， LIANG Wei-jian， ZHANG Yu-ming.China fruit records·Chestnut and Hazelnut volume[M]. Beijing： Chinese Forestry Press， 2005： 69-178.

张宇和，柳銮，梁维坚，张育明. 中国果树志·板栗 榛子卷[M]. 北京： 中国林业出版社，2005： 69-178.

[6] REN Li-zhong， YANG Qi-guang， DU Guo-hua. Study on the flower sex differentiation and organ differentiation of Chinese chestnut[J]. Journal of Anhui Agricultural University， 1981（2）： 41-50.

任立中，杨其光，杜国华.板栗花性别和器官分化的研究（Ⅱ）板栗生殖器官的发育和分化[J]. 安徽农业大学学报，1981（2）： 41-50

[7] BAI Zhi-ying， LU Bing-she， ZHANG Lin-ping，LI Bao-guo. Study on the differentiation pattern of chestnut staminate flower[J]. Economic Forest Researches， 2000， 18（3）： 11-12， 44.

白志英，路丙社，张林平，李保国. 板栗雄花分化研究[J]. 经济林研究，2000，18（3）： 11-12，44.

[8] LASER K D， LERSTEN N K. Anatomy and cytology of microsporogenesis in cytoplasmic male sterile （CMS） angissperms[J]. Botev， 1972， 38（3）： 425-454.

[9] WANG Jiu-rui， LIU Ling， LIU Meng-jun， ZHOU Jun-yi. Acquirement of new male sterile germplasm of Chinese jujube[J]. Acta Horticulturae Sinica， 2006， 33（2）： 374-377.

王玖瑞，刘玲，刘孟军，周俊义. 枣树雄性不育新种质的获得[J]. 园艺学报，2006，33（2）： 374-377.

[10] QIN Ken， TIAN Ying， LI Yun-xiang， HONG Feng-ying， ZHONG Sheng-yuan， WANG Jun. Discovery and identification of male sterility Lycium barbarum germplasm YX-1[J]. Acta Bot Boreal Occident Sin， 2006， 26（9）： 1838-1841.

秦垦，田英，李云翔，洪风英，钟鉎元，王俊. 宁夏枸杞雄性不育种质个体YX-1的发现与鉴定[J]. 西北植物学报，2006，26（9）： 1838-1841.

[11] HE Tian-ming， ZHANG Qi. Anatomical study on the microspore abortion in Xinli No.7 （Prrus bretschneideri）[J]. Journal of Fruit Science， 2002， 19（2）： 94-97.

何天明，张琦. 新梨7号小孢子败育的解刨学观察[J]. 果树学报，2002，19（2）： 94-97.

[12] HU Jing-jing， ZHAO Jing， SHEN Xiang. Cytological study on male sterility in Pyrus pyrifolia naka[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2010， 26（2）： 185-188.

胡静静，赵静，沈向. 黄金梨雄性不育的细胞学研究[J]. 中国农学通报，2010，26（2）： 185-188.

[13] LUO Lai-shui， XIAO De-xing， HUO Guang-hua， LIU Yong， GU Qing-qing. A primary study on male sterility in peachⅠphenotypes and abortive ways of the first batch of 23 male sterile breeds of peach[J]. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis，1999，21（4）： 463- 468.

罗来水，肖德兴，霍光华，刘勇，辜青青. 桃树雄性不育的初步研究Ⅰ桃树首批23个品种雄性不育的表现形式及其败育途径[J].江西农业大学学报，1999，21（4）： 463-468.

[14] LIANG Chun-li， LIU Meng-jun， ZHAO Jin. Research progression of plant seeds abortion[J]. Molecular Plant Breeding， 2005， 3（1）： 117-122.

梁春莉，刘孟军，赵锦. 植物种子败育研究进展[J]. 分子植物育种，2005，3（1）： 117-122.

[15] LIN Hui-ying， ZHENG Jun-qiang， CHEN Gui-xin， LAI Zhong-xiong. Research progression of sterility in citrus[J]. Fujian Fruit，1995， 4： 13-15.

林蕙颖，郑君强，陈桂信，赖钟雄. 柑桔不育性研究进展[J]. 福建果树，1995，4：13-15.

[16] MA Kai， GAO Shu-min， HU Qing， CHENG Peng-jun， WU Jiang-dai， LI Feng-lan. Anatomy of stamen and male sterility associated proteins in Xanthoceras sorbifolia Bunge[J]. Journal of Beijing Forestry University， 2004， 26（5）： 40-42.

马凯，高述民，胡青，程朋军，吴江黛，李凤兰. 文冠果雄蕊发育的解刨学及雄性不育蛋白的研究[J]. 北京林业大学学报，2004，26（5）： 40-42.

[17] YUAN De-yi， TAN Xiao-feng， ZHANG Lin， HE Xiao-yong， ZHAO Si-dong， WUYUN Ta-na， DUAN Jing-hua， LI Xiu-gen. Identification of male sterility of pear cultivars in Niitaka Line[J]. Acta Horticulturae Sinica， 2007， 34（2）： 289-294.

袁德义，谭晓峰，张琳，何小勇，赵思东，乌云塔娜，段经华，李秀根.新高系梨雄性不育的鉴定[J]. 园艺学报，2007，34（2）： 289-294.

[18] GUO Yan-ling， LIU Zhao-long， ZHANG Shao-ling. Cytological study on the microspore abortion in pear cultivar Niitaka and Atago[J]. Journal of Fruit Science， 2007， 24（4）： 433-437.

郭艳玲，刘招龙，张绍铃. 新高及爱宕梨雄性不育特性及其败育的细胞学研究[J]. 果树学报，2007，24（4）： 433-437.

[19] LIU Qing-xiang， WANG Guang-peng， KONG De-jun. Study on the pollination and seed-setting characteristics of the main chestnut cultivars in Hebei province[J]. Journal of Hebei Agricultural Sciences， 2009， 13（8）： 11-12.

刘庆香，王广鹏，孔德军. 河北省主栽板栗品种（系）授粉结实特性研究[J]. 河北农业科学，2009，13（8）： 11-12.

[20] MAKI S， HIDEAKI T， YOSHIHIKO T. Study of sugi （Cryptomeria japonica D. Don） with male- sterility gene using CAPS markers[J]. J For Res， 2005（10）： 61- 66.