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摘要： 从卫星搭载的玉米自交系鲁原3624自交后代中选育出1份雄性不育突变体。通过田间观察和室内花粉镜检对其育性进行鉴定，并在不同生态条件下鉴定了不育性状的遗传稳定性，另通过测交、正反交、回交以及自交对不育性状的遗传特性进行了分析。结果表明： 该不育突变材料雄穗无任何花药外露，花药内基本无可染花粉粒，且在不同生态条件下均能稳定遗传，属于隐性单基因控制的细胞核雄性不育类型。
关键词：玉米；太空诱变；雄性不育；突变体；遗传分析
中图分类号：S513.035.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）04-0028-04
雄性不育现象在玉米、小麦、水稻等主要农作物上普遍存在。玉米雄性不育材料在生产上具有重要的应用价值，阐明其雄性不育机理，能更好地促进其在玉米遗传育种和杂种优势上的利用。新技术、新手段的出现，也为不断创造出新的雄性不育材料、产生新的种质提供了新的途径。
空间诱变是指利用返回式卫星或高空气球将农作物种子带到太空，利用太空特殊的环境条件（空间宇宙射线、微重力、高真空、弱磁场等），使植物细胞内染色体等遗传物质发生突变，产生突变型，从中选择优良的突变个体 [1，2]。通过太空诱变技术，我国自1987年至今已育成大批作物新品种或新品系，同时还筛选出许多有用的突变体材料[3～5]。
山东省农业科学院原子能农业应用研究所于2006年9月选送6份优良玉米自交系，通过返回式卫星“实践八号”进行空间搭载实验，从中选育出1份雄性不育突变材料。本试验对该不育突变材料的田间育性、不育性状的稳定性及其育性遗传等方面进行了研究。
1材料与方法
11材料及卫星搭载
将籽粒饱满、大小均匀的6份优良玉米自交系分成一式两份，一份作为对照种子在地面保存，另一份于2006年9月通过返回式卫星“实践八号”进行太空搭载，进行诱变处理。用于测交及正反交遗传分析的玉米自交系有：Mo17、丹340、齐319、掖478、昌7-2、恢313、牛2-1。
12方法
121田间试验2007年6月17日，在山东省农科院试验农场（济南）同时相邻种植6份空间搭载诱变种子（处理）与对照种子。每份诱变种子分别种植6行，对照种子分别种植4行，行长5 m，行距067 m，每行21株，单粒播种，田间精细管理。将诱变种子及其对照分别自交，卫星搭载回收种子处理当代记为SP1，SP1自交后代记为SP2，SP2自交后代记为SP3，其余依次类推。2007年11月10日，在海南三亚种植各处理种子的SP2及对照，种植方式、方法同济南一样。
122育性鉴定采用田间鉴定与室内花粉镜检相结合的方法。田间育性鉴定采用Duvick[6]提出的育性鉴定标准，于散粉期分3 次逐株进行育性鉴定；室内花粉用1%I-KI 染色，镜检花粉粒的可染性。
123不育性状的稳定性分析以不育株为母本，用同一群体的可育株作为父本进行姊妹交，育性完全恢复的姊妹交F1 植株自交得到F2种子，分别在山东济南、海南三亚进行种植，观察其育性表现，记录育性分离情况，并进行χ2测验。
124不育性状的遗传分析以不育株为母本，与同一群体的可育株进行姊妹交以及其它自交系进行测交，对杂交F1 以及它的自交或回交后代进行育性调查，分析其细胞核效应；同时以具有正常细胞质的自交系Mo17和昌7-2为母本，育性完全恢复的测交F1 植株为父本进行反交，观察反交F1、F2 的育性表现，分析其细胞质效应。将所有育性分离的世代均进行χ2测验，判断其遗传规律。
2结果与分析
21不育材料的发现及处理
2007年在济南种植的所有太空诱变自交系当代（SP1）中并没有出现雄性不育突变株。但同年在海南三亚种植时发现：自交系鲁原3624的SP2代07H2016小区中有6株雄性不育株，而其它诱变自交系的SP2代和所有对照都未发现不育株。调查发现，不育株的农艺性状与正常可育株没有明显差异，而且不育株雄穗与可育株雄穗的大小和分枝数没有明显区别，但不育株雄穗的花药瘦小干瘪，无花药外露（图1）。所有不育单株分别用同一小区可育株进行姊妹交和对照自交系鲁原3624测交保种。花粉用1%的I-KI染色，镜检花粉粒的可染性，结果为：不育株花药内基本无花粉粒或有少数不可染的畸形花粉粒，可育株花药内充满正常可染的花粉粒及一些不可染的花粉粒，而对照鲁原3624的花药内全部是正常可染的花粉粒（图2）。
以上结果分析表明，不育突变体鲁原3624的不育性状既可通过母本传递给后代，也可通过父本传递给后代，且经多年、多点试验证明可稳定遗传。不育基因不仅在不育突变体自身的细胞质背景下可以表达，在正常细胞质背景下也可以表达，而且正、反交后代育性分离群体中可育株与不育株比例符合孟德尔分离规律。这表明该不育性状是由细胞核内遗传物质控制的，与细胞质内遗传物质无关，属可遗传的单基因控制的隐性核不育类型。
3结论与讨论
从搭载返回式卫星“实践八号”的玉米自交系鲁原3624诱变后代中成功选育出1份雄性不育材料，经过遗传分析认为，它属于隐性单基因控制、可稳定遗传的玉米细胞核雄性不育材料。这也进一步证实了太空环境对植物确实具有诱变作用，而且这些诱变的性状是稳定的，可以遗传的。对于从空间诱变后代成功选育玉米细胞核雄性不育的研究，早已有成功的报道[8，9]，我们的研究结果与他们基本一致。而张采波等[10]利用返回式卫星“实践八号”进行搭载处理的2份玉米自交系诱变后代中成功选育出3份玉米细胞质雄性不育材料，与我们的研究结果并不完全一致，但这并不矛盾。这也从另一方面说明太空诱变虽然能诱发植物种子产生遗传变异，但是诱变是随机发生的，而不是定向的。
空间环境处理种子是植物诱变选育的有效方法，但也受植物种子本身因素的影响。本试验太空搭载了6份优良玉米自交系，但仅从1份诱变自交系鲁原3624的自交后代SP2中选育出雄性不育突变体。说明这些自交系的遗传背景对太空诱变效果有直接影响，要想得到适合的突变体，必须选择适宜诱变材料。曹墨菊等[8]同时进行卫星搭载的6份材料（1份为杂交种， 1份为群体材料，4份为纯系材料），结果仅在杂交种的处理后代中得到可遗传的雄性不育突变体。他们认为用遗传基础复杂的材料进行太空诱变更容易获得突变体。李玉玲等[9]认为，代谢旺盛、对外界刺激反应敏感的原生质体、细胞、生长发育中的作物作为诱变材料，在空间条件下并辅以理化诱变因子进行复合处理，可能获得更为丰富的遗传变异材料。可是究竟如何选择最佳的空间诱变材料，目前尚未见研究报道，这将是我们今后需要重点研究的课题。 许多研究单位通过太空诱变都获得了可稳定遗传的隐性单基因控制的玉米雄性不育突变体，但研究也发现这些材料的不育性状并不是由同一基因控制的。李玉玲等[11]通过SSR分子标记已经将不育材料郑58的不育基因初步定位在第1条染色体上，不育材料昌7-2的不育基因初步定位在第4条染色体上。刘福霞等[12]通过分子标记将川单9号的不育基因定位在第3染色体长臂上。本试验也通过SSR分子标记将不育材料鲁原3624不育基因初步定位在第2条染色体长臂上，对该材料的精细基因定位正在进行。这些不同的雄性不育基因也进一步说明太空诱变的随机性，当然也可能与不同种子的基因型有关。至于这些不育基因在不育性状中所起的作用，还需进一步实验证明。
总之，太空诱变作为一种新的诱变育种手段，已创造出许多有益种质，且培育成许多高产优质新品种，将其应用于种质创新及作物遗传改良是完全可行的，是农作物诱变育种的新兴领域和重要手段。
参考文献：
[1]
密士军，郝再彬航天诱变育种研究的新进展[J]黑龙江农业科学，2002，4：31-33
[2]温贤芳，张龙，戴维序，等天地结合开展我国空间诱变育种研究[J]核农学报，2004， 18（4）：241-246
[3]贾建航，王斌空间诱变育种研究进展[J]核农学报，1999，13（3）：187-192
[4]邱新棉植物空间诱变育种的现状与展望[J]植物遗传资源学报，2004，5（3）：247-251
[5]刘录祥，郭会君，赵林妹，等我国作物航天育种20年的基本成就与展望[J]核农学报， 2007，21（6）：589-592
[6]Duvick D NCytoplasmic pollen sterility in corn[J]AdvGenet，1965，13（1）： 51-56
[7]郑用琏若干玉米细胞质雄性不育类型（CMS）育性机理的研究[J]华中农学院学报， 1982，1：44-68
[8]曹墨菊，荣廷昭，潘光堂首例航天诱变玉米雄性不育突变体的遗传分析[J]遗传学报， 2003，30（9）：817-822
[9]李玉玲，余永亮，刘艳霞，等两份太空诱变玉米雄性不育突变体的遗传研究[J]遗传， 2007，29（6）：738-744
[10]张采波，袁国钊，汪静，等空间环境诱发玉米细胞质雄性不育突变体的遗传分析[J]遗传，2011，33（2）：175-181
[11]李玉玲，余永亮，刘艳阳，等太空诱变玉米核不育基因的微卫星标记[J]河南农业大学学报，2008，42（3）：245-249
[12]刘福霞，曹墨菊，荣廷昭，等用微卫星标记定位太空诱变玉米核不育基因[J]遗传学报，2005，32（7）：753-757
关键词：玉米；太空诱变；雄性不育；突变体；遗传分析
中图分类号：S513.035.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）04-0028-04
雄性不育现象在玉米、小麦、水稻等主要农作物上普遍存在。玉米雄性不育材料在生产上具有重要的应用价值，阐明其雄性不育机理，能更好地促进其在玉米遗传育种和杂种优势上的利用。新技术、新手段的出现，也为不断创造出新的雄性不育材料、产生新的种质提供了新的途径。
空间诱变是指利用返回式卫星或高空气球将农作物种子带到太空，利用太空特殊的环境条件（空间宇宙射线、微重力、高真空、弱磁场等），使植物细胞内染色体等遗传物质发生突变，产生突变型，从中选择优良的突变个体 [1，2]。通过太空诱变技术，我国自1987年至今已育成大批作物新品种或新品系，同时还筛选出许多有用的突变体材料[3～5]。
山东省农业科学院原子能农业应用研究所于2006年9月选送6份优良玉米自交系，通过返回式卫星“实践八号”进行空间搭载实验，从中选育出1份雄性不育突变材料。本试验对该不育突变材料的田间育性、不育性状的稳定性及其育性遗传等方面进行了研究。
1材料与方法
11材料及卫星搭载
将籽粒饱满、大小均匀的6份优良玉米自交系分成一式两份，一份作为对照种子在地面保存，另一份于2006年9月通过返回式卫星“实践八号”进行太空搭载，进行诱变处理。用于测交及正反交遗传分析的玉米自交系有：Mo17、丹340、齐319、掖478、昌7-2、恢313、牛2-1。
12方法
121田间试验2007年6月17日，在山东省农科院试验农场（济南）同时相邻种植6份空间搭载诱变种子（处理）与对照种子。每份诱变种子分别种植6行，对照种子分别种植4行，行长5 m，行距067 m，每行21株，单粒播种，田间精细管理。将诱变种子及其对照分别自交，卫星搭载回收种子处理当代记为SP1，SP1自交后代记为SP2，SP2自交后代记为SP3，其余依次类推。2007年11月10日，在海南三亚种植各处理种子的SP2及对照，种植方式、方法同济南一样。
122育性鉴定采用田间鉴定与室内花粉镜检相结合的方法。田间育性鉴定采用Duvick[6]提出的育性鉴定标准，于散粉期分3 次逐株进行育性鉴定；室内花粉用1%I-KI 染色，镜检花粉粒的可染性。
123不育性状的稳定性分析以不育株为母本，用同一群体的可育株作为父本进行姊妹交，育性完全恢复的姊妹交F1 植株自交得到F2种子，分别在山东济南、海南三亚进行种植，观察其育性表现，记录育性分离情况，并进行χ2测验。
124不育性状的遗传分析以不育株为母本，与同一群体的可育株进行姊妹交以及其它自交系进行测交，对杂交F1 以及它的自交或回交后代进行育性调查，分析其细胞核效应；同时以具有正常细胞质的自交系Mo17和昌7-2为母本，育性完全恢复的测交F1 植株为父本进行反交，观察反交F1、F2 的育性表现，分析其细胞质效应。将所有育性分离的世代均进行χ2测验，判断其遗传规律。
2结果与分析
21不育材料的发现及处理
2007年在济南种植的所有太空诱变自交系当代（SP1）中并没有出现雄性不育突变株。但同年在海南三亚种植时发现：自交系鲁原3624的SP2代07H2016小区中有6株雄性不育株，而其它诱变自交系的SP2代和所有对照都未发现不育株。调查发现，不育株的农艺性状与正常可育株没有明显差异，而且不育株雄穗与可育株雄穗的大小和分枝数没有明显区别，但不育株雄穗的花药瘦小干瘪，无花药外露（图1）。所有不育单株分别用同一小区可育株进行姊妹交和对照自交系鲁原3624测交保种。花粉用1%的I-KI染色，镜检花粉粒的可染性，结果为：不育株花药内基本无花粉粒或有少数不可染的畸形花粉粒，可育株花药内充满正常可染的花粉粒及一些不可染的花粉粒，而对照鲁原3624的花药内全部是正常可染的花粉粒（图2）。
以上结果分析表明，不育突变体鲁原3624的不育性状既可通过母本传递给后代，也可通过父本传递给后代，且经多年、多点试验证明可稳定遗传。不育基因不仅在不育突变体自身的细胞质背景下可以表达，在正常细胞质背景下也可以表达，而且正、反交后代育性分离群体中可育株与不育株比例符合孟德尔分离规律。这表明该不育性状是由细胞核内遗传物质控制的，与细胞质内遗传物质无关，属可遗传的单基因控制的隐性核不育类型。
3结论与讨论
从搭载返回式卫星“实践八号”的玉米自交系鲁原3624诱变后代中成功选育出1份雄性不育材料，经过遗传分析认为，它属于隐性单基因控制、可稳定遗传的玉米细胞核雄性不育材料。这也进一步证实了太空环境对植物确实具有诱变作用，而且这些诱变的性状是稳定的，可以遗传的。对于从空间诱变后代成功选育玉米细胞核雄性不育的研究，早已有成功的报道[8，9]，我们的研究结果与他们基本一致。而张采波等[10]利用返回式卫星“实践八号”进行搭载处理的2份玉米自交系诱变后代中成功选育出3份玉米细胞质雄性不育材料，与我们的研究结果并不完全一致，但这并不矛盾。这也从另一方面说明太空诱变虽然能诱发植物种子产生遗传变异，但是诱变是随机发生的，而不是定向的。
空间环境处理种子是植物诱变选育的有效方法，但也受植物种子本身因素的影响。本试验太空搭载了6份优良玉米自交系，但仅从1份诱变自交系鲁原3624的自交后代SP2中选育出雄性不育突变体。说明这些自交系的遗传背景对太空诱变效果有直接影响，要想得到适合的突变体，必须选择适宜诱变材料。曹墨菊等[8]同时进行卫星搭载的6份材料（1份为杂交种， 1份为群体材料，4份为纯系材料），结果仅在杂交种的处理后代中得到可遗传的雄性不育突变体。他们认为用遗传基础复杂的材料进行太空诱变更容易获得突变体。李玉玲等[9]认为，代谢旺盛、对外界刺激反应敏感的原生质体、细胞、生长发育中的作物作为诱变材料，在空间条件下并辅以理化诱变因子进行复合处理，可能获得更为丰富的遗传变异材料。可是究竟如何选择最佳的空间诱变材料，目前尚未见研究报道，这将是我们今后需要重点研究的课题。 许多研究单位通过太空诱变都获得了可稳定遗传的隐性单基因控制的玉米雄性不育突变体，但研究也发现这些材料的不育性状并不是由同一基因控制的。李玉玲等[11]通过SSR分子标记已经将不育材料郑58的不育基因初步定位在第1条染色体上，不育材料昌7-2的不育基因初步定位在第4条染色体上。刘福霞等[12]通过分子标记将川单9号的不育基因定位在第3染色体长臂上。本试验也通过SSR分子标记将不育材料鲁原3624不育基因初步定位在第2条染色体长臂上，对该材料的精细基因定位正在进行。这些不同的雄性不育基因也进一步说明太空诱变的随机性，当然也可能与不同种子的基因型有关。至于这些不育基因在不育性状中所起的作用，还需进一步实验证明。
总之，太空诱变作为一种新的诱变育种手段，已创造出许多有益种质，且培育成许多高产优质新品种，将其应用于种质创新及作物遗传改良是完全可行的，是农作物诱变育种的新兴领域和重要手段。
参考文献：
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密士军，郝再彬航天诱变育种研究的新进展[J]黑龙江农业科学，2002，4：31-33
[2]温贤芳，张龙，戴维序，等天地结合开展我国空间诱变育种研究[J]核农学报，2004， 18（4）：241-246
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[8]曹墨菊，荣廷昭，潘光堂首例航天诱变玉米雄性不育突变体的遗传分析[J]遗传学报， 2003，30（9）：817-822
[9]李玉玲，余永亮，刘艳霞，等两份太空诱变玉米雄性不育突变体的遗传研究[J]遗传， 2007，29（6）：738-744
[10]张采波，袁国钊，汪静，等空间环境诱发玉米细胞质雄性不育突变体的遗传分析[J]遗传，2011，33（2）：175-181
[11]李玉玲，余永亮，刘艳阳，等太空诱变玉米核不育基因的微卫星标记[J]河南农业大学学报，2008，42（3）：245-249
[12]刘福霞，曹墨菊，荣廷昭，等用微卫星标记定位太空诱变玉米核不育基因[J]遗传学报，2005，32（7）：753-757