芝麻是我国重要的油料作物之一,它富含脂肪、蛋白质、维生素A、维生素E、芝麻酚、芝麻明等营养物质,具有养颜抗衰老作用,是良好的保健食品。长期以来,选育高产、优质、抗病芝麻新品种一直是育种家的主要目标。实践证明,利用杂种优势可以大幅度提高农作物的产量。目前芝麻杂种优势利用的主要途径是细胞核雄性不育,已发现的具有实际利用价值的芝麻雄性不育材料不多,而且几乎都是隐性细胞核雄性不育类型,其特点是恢复源广泛,转育容易,但只能以“两系”的形式加以利用,在制种过程中需要大量拔除不育系中一半的可育株,费时费力,限制了其在生产上的大面积应用。在油菜等作物中,已经发现了显性和隐性的细胞核雄性不育类型,这些材料都存在保持系(临时保持系),可以实现“三系”配套,因而在生产上得到广泛应用。上述进展为开展芝麻的杂种优势利用研究提供了良好借鉴。本研究通过自然突变、远缘杂交和回交转育,创制出两个新的芝麻不育系D248AB和W1098AB；以这两个新不育系为实验材料,系统开展了育性遗传分析、花粉败育形态特征、花药败育细胞学过程和生理生化基础、雄性不育性状的分子标记、强优势组合的选配等研究工作,取得的主要研究结果如下：1.芝麻隐性细胞核雄性不育系D248AB的创制与遗传分析在常规品种驻芝4号繁种圃中发现了2株天然不育株,通过多代兄妹交保持和选择,获得了兄妹交后代育性分离比例为1：1、可育株自交后代分离比例为3：1的不育系D248AB。该不育系与6份材料测交,F1后代全部可育；将F1自交,F2代出现3：1育性分离；F1与D248A回交,后代出现1：1的育性分离,由此推断D248AB的育性受1对隐性核基因控制。该不育系的花药呈绿色、扁平、卷曲状,用手捏无粉状物；花粉粒形状不规则,醋酸洋红染色浅或无染色；花粉粒在培养基中不能萌发,表明其败育十分彻底。不育株的花期比95ms-2等不育系长10-12天,单株产量高42-95%。D248A与4个骨干亲本测配,F1杂种的产量在931.4-13191kg/ha之间,比对照品种(中芝14)增产4.99-48.70%,增产潜力巨大,育种应用前景广阔。2.芝麻显性细胞核雄性不育系W1098AB的创制与遗传分析以野生芝麻(Sesamum. malabaricum L.)野芝2号为母本与栽培芝麻(Sesamum indicum L.)鄂芝1号杂交,在后代中选择不育株与鄂芝1号回交2代,在回交后代中再选择不育株和可育株兄妹交4代以上,获得了新的不育系W1098AB。W1098AB的兄妹交后代育性分离比例为1：1,可育株自交后代无分离；与26份材料测交后代全部出现育性分离(不育株比例为24-79%),表明其育性受1对显性基因控制。W1098A的育性在武汉和三亚均比较彻底、稳定,不受环境因素影响,因而具有较大的应用价值。目前尚未找到恢复源。3.芝麻显性核不育系W1098AB花药败育过程的细胞学观察利用光学显微镜和扫描电镜观察了W1098AB花粉的形态,结果发现不育花药为白色,不饱满,但与可育花药形态差别不大,肉眼不易区分,手捏很少有花粉散出。败育花粉粒呈小圆形或凹陷形,无内含物。在电子显微镜下,不育花粉粒多呈半球状凹陷,也有少量花粉呈毡帽状等异常形态；可育花药饱满,手捏有大量花粉散出,花粉呈圆球形或椭圆形,具萌发沟10-12个。上述结果表明W1098AB的花粉败育较彻底。石蜡切片观察发现,花药败育时期起始于花粉母细胞期,以后逐渐败育,至小孢子后期达败育最高峰。败育的原因可能与绒毡层提早解体和不完全解体有关。透射电镜观察发现,花药败育时期也起始于花粉母细胞,但败育的原因可能是药壁结构出现了异常。随着花粉的发育,绒毡层细胞分泌的乌氏体的减少、绒毡层细胞的不完全降解、中层细胞的变形解体、药壁细胞的次生不均匀加厚、小孢子核膜不均匀加厚、基粒棒的减少及不均匀分布均会导致小孢子败育。至小孢子后期,败育达到最高峰。4.芝麻显性核不育系W1098AB花药败育的生理生化基础利用ELISA技术测定了不育系W1098AB叶片和花蕾中生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)以及水杨酸(SA)含量的动态变化,分析了不同内源激素的平衡关系,同时比较了不育株和可育株间的可溶性糖和淀粉含量差异。研究结果表明：(a)在整个花药发育时期,不育株和可育株中的4种内源激素含量变化趋势明显不同,且含量高低差异明显；IAA含量的降低及ABA含量的提高可能与芝麻雄性不育的发生密切相关；(b)不育株叶片中的IAA含量显著下降,JA和ABA显著上升；(c)IAA/ABA、IAA/SA和IAA/JA在不育株和可育株间的变化趋势不一致,且大小差异很大,表明4种内源激素之间平衡关系受到破坏可能会影响到花药的正常生长发育；(d)不育系花蕾中的可溶性糖含量、淀粉含量充足,含量过高也可能与花药败育有关。测定分析了不育系W1098AB花蕾中游离氨基酸含量的动态变化,结果发现不育株和可育株在孢原细胞、花粉母细胞、四分体、小孢子期的氨基酸含量差别不明显,但在成熟花粉期,不育株的主要游离氨基酸(如苏氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸)突然升高,这可能是花药败育的结果,而不是原因(因为败育主要发生在小孢子期)。5.芝麻显性细胞核雄性不育的分子标记在包含224个单株的W1098AB兄妹交群体中,运用BSA法构建了不育集团和可育集团,在集团间共筛选了1500对SSR引物,获得多态性标记15个；进一步经大群体分析,发现其中的13个标记与不育基因紧密连锁,重组交换率为0.45-14.73%。利用JoinMap软件构建了一个连锁群,所有标记都在连锁群上,其中的7个SSR标记位于不育基因的一侧,其余6个标记位于另外一侧；两侧与不育基因最近的分子标记分别为SBM298(0.15cM)和GB50(0.70cM)。这些结果为显性核不育的分子标记辅助选择以及不育基因的图位克隆奠定了良好基础。