【芸苔作物种间可交配性】
芸苔属内约有100个种，其中包括白菜、甘蓝、芥菜和甘蓝型油菜、芥菜型油菜等重要作物。在长期的自然选择和人工定向培育下，一些种中分化出不同的作物类型，如白菜中有小白菜、大白菜，芥菜中有潮州芥菜、四川榨菜等蔬菜作物；又分化出白菜型的、芥菜型的油菜等油料作物，有的类型还可以作为饲料作物。属内一些野生种，还具抗病、抗逆和高光效等优良特性。芸苔属内各个种之间的交配，可以将近缘种丰富的遗传变异转移到目的种中，通过在种间杂交后代中发生的染色体重排、基因重组等形式还将产生新的遗传变异，从而促进芸苔属作物品种的遗传改良。这些目的能否实现，决定于芸苔属种间可交配性的高低。 1935年，日本禹长春通过细胞遗传学研究证实黑芥、甘蓝和白菜为芸苔属内的3个二倍体种，它们之间相互交配并自然加倍后进化形成埃塞俄比亚芥、芥菜型油菜和甘蓝型油菜等双二倍体种，并据此建立了“禹氏”三角，表明芸苔属作物各个种之间的亲缘关系。1937年，卡勃钦科(G．D．Karpechenko)、1943年孙逢吉、1950年水岛、1960年奥尔森(G．Olsson)、1983年陈玉卿等进行了大量的芸苔属种间交配研究，发现除甘蓝型油菜与白菜之间较易杂交产生杂种后代外，芸苔属各个种间的可交配性均较低，其中基本种之间的交配尤为困难。刘后利教授在专著《油菜的遗传和育种》中对这些研究作了详尽的叙述。下表资料来源于刘后利1985年等11份研究报告和综述，表中数据多未排除因孤雌生殖等原因产生的伪杂种，故普遍偏高。表1 芸苔属植物种间可交配性 
1956年，哈肯森(A．Hakansson)发表二倍体种白菜型油菜与羽衣甘蓝杂交的胚胎学研究结果，揭示了该杂交组合可交配性低的重要原因。当羽衣甘蓝作母本时，杂种胚乳不甚发育且不能形成细胞，胚很小，最终不能发育成熟，反交中胚乳产生有限的细胞后便解体，胚发育至球形原胚阶段便因缺乏胚乳供给营养而败育。1959年，西贞夫(S．Nish)运用组织培养技术挽救发育中的甘蓝×白菜的杂种胚，从533朵授粉花中获5株杂种幼苗，从而成功地克服了二倍体种间的不可交配性。1978年，猪俣伸道(N．Inomata)和松泽康南(Y．Matsuzawa)各自改进了培养技术，用胚培养法和子房培养法分别克服甘蓝与白菜正反杂交的不可交配性，使种间杂交效率大为提高，并使之成为人工合成甘蓝型油菜的常规手段。胚挽救技术在甘蓝与白菜种间杂交中的成功运用，极大地促进了芸苔属各个种间以至与近缘属间的相互交配。至1991年，世界各国采用胚培养、胚珠培养和子房培养方法，从甘蓝型油菜与黑芥、芥菜、埃塞俄比亚芥、芝麻菜、萝卜、芝麻菜与白菜、黑芥、甘蓝，以及芸苔属栽培种与一系列野生种的杂交中都获得了杂种植株。一般来说，对于杂种胚败育较晚的杂交组合，胚培养法较为有效；而对胚败育较早的种间杂交，则多采用子房培养。芸苔属作物种间的可交配性不仅决定于杂种胚是否败育，还决定于杂交授粉后是否有不亲和基因阻止受精过程的完成，进而阻止杂种胚的产生。1960年，德国哥廷根大学罗比仑(G．Röbbelen)教授发现芸苔属种间授粉后花粉管受阻的行为与自交不亲和中的情形相似。1975年，赫斯洛普．哈里森(J．HeslopHarrison)指出，对十字花科常绿屈曲花进行属间授粉后，远缘花粉管不能穿入柱头，从而表现出杂交的不亲和性。1983年，克尔霍斯等(C．Kerhoas)在甘蓝型油菜×白芥中，松泽康南在芸苔属型油菜为母本的一系列种间和属间杂交中，均观察到柱头乳突细胞产生胼胝质拒绝花粉管进入柱头的现象。这些研究资料均证实，在芸苔属的许多种间杂交中，存在着花粉－柱头间的类似于自交不亲和性的相互识别作用，使异种花粉管很难进入柱头实现受精，致使可交配性低下。以胚培养为主的杂种胚挽救技术不能用来克服种间不亲和性障碍，必须寻求其它的措施和方法予以解决。由于识别作用是由花粉和柱头双方的识别蛋白决定的，因此，一些可使蛋白质变性的生理活性物质，有可能缓解杂交不亲和性。1982年，普拉卡什(S．Prakash)用氨基乙酸处理柱头，使芸苔属的种间交配变为亲和。1987年，孟金陵等以0．1ppm浓度的油菜素内酯涂抹甘蓝柱头后再授以白菜花粉，24h后观察到大量的花粉管进入甘蓝柱头。1979年，格勒巴(Y．Y．Gleba)等用原生质体融合方法，使白菜型油菜和拟南芥菜的体细胞相互杂交获得属间杂种。罗比仑教授主持的实验室在1982年用二倍体的甘蓝和白菜的原生质体融合，人工合成了双二倍体的甘蓝型油菜。原生质体融合法不仅避开了种间交配的不亲和性，还可能创造胞质杂种。1985年，切采夫(P．Chetrif)等用原生质体融合法，使具波里马细胞质不育基因的甘蓝型油菜和叶绿体中含抗除草剂阿特拉津的白菜型油菜的细胞质相互融合，产生兼具细胞质不育和抗除草剂的胞质杂种植株。体细胞杂种的染色体数目为有性杂种的1倍，这使其在作物遗传改良上的应用受到一定的限制。品种基因型对芸苔属种间交配不亲和性有明显的影响。1983年，松泽康南用荧光染色法观察了甘蓝×白菜的31个杂交组合，发现不同的亲本组合其亲和性显然不同，花粉萌发指数最低为0．7，最高可达3．8。1986年，奥尔森指出母本植株基因型强烈地影响着种间杂交结实率的高低。1991年，孟金陵等发现某些甘蓝型油菜品种作母本与芥菜型油菜杂交有较高的亲和性，这些亲和品种与埃塞俄比亚芥杂交的受精率也明显高于其他甘蓝型油菜亲本，表明甘蓝型油菜种间杂交亲和基因型的反应范围较宽。而一些亲和性较低的甘蓝型油菜品种配合产生的种间杂种胚具较强的发育潜力。这些研究为从遗传上克服芸苔属的种间不可交配性开拓了道路。芸苔属种间的杂交亲和性和杂种胚的可发育性受不同的基因体系所控制。阐明这两个基因体系的遗传机制和分子基础，通过进一步的筛选和基因重组，人工创造出种间可交配品系，将是一个在理论上和实践上都十分有意义的课题。由于对新种质资源的需求将越来越迫切，种间杂交的范围将进一步拓宽，主要是栽培种之间的杂交将扩展到芸苔属栽培种与属内以至属间野生种之间的杂交，交配成功的难度将进一步加大。应用生物技术克服芸苔属种间不可交配性的研究，将成为主要方向之一，其中试管授粉、受精工程、胚胎培养、体细胞杂交和遗传转化，将是十分活跃的研究领域。【参考文献】：1 Hakansson A．Hereditas，1956，42：373～395．2 lnomata N．Japan J Breed．，1979，29(2)：115～1203 Gleba Y Y，et al．Planta，1980，149：112～1174 Olsson G，et al．Brassica Crops and Wild Allies，1980．167～1905 Matsuzawa Y．Japan．J．Breed．，1983，33(3)：321～3306 刘后利．油菜的遗传和育种，1985，9～63；231～2347 孟金陵．作物学报，1990，16(1)：19～25(华中农业大学孟金陵博士撰) |