邵尤彬，陳紀(jì)鵬

（江西省作物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院 江西宜春 336000）

白菜原產(chǎn)于中亞、歐洲和北非等地，栽培歷史悠久，遺傳資源豐富。多種多樣的類型和豐富的種質(zhì)資源為白菜雜交育種創(chuàng)造了優(yōu)越條件，近緣種間雜交可將不同類型的優(yōu)良性狀集中于同一雜種后代，獲得品質(zhì)好、產(chǎn)量高和抗性優(yōu)良的白菜新品種。因此，研究白菜雜種后代減數(shù)分裂過(guò)程中染色體行為規(guī)律對(duì)白菜雜交育種、提高白菜品種品質(zhì)和抗性具有重要意義。

白菜多數(shù)種類屬于異花授粉植物，遺傳組成復(fù)雜，具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)[1]。不同類型間在農(nóng)藝性狀、生長(zhǎng)勢(shì)、抗性和適應(yīng)性等方面差異較大，通過(guò)雜交可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與品種改良。例如，不結(jié)球白菜不育系與5 份自交系雜交選育，雜種后代的多個(gè)農(nóng)藝性狀與雙親相比具有較好表現(xiàn)[2]。通過(guò)對(duì)白菜薹的10 個(gè)自交單株進(jìn)行配合力測(cè)定，探索出影響白菜薹主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)遺傳因素，所得結(jié)果為白菜薹自交系的篩選和品種培育提供了重要依據(jù)[3]。白菜的顏色選育也是遺傳改良的一個(gè)方向，紫心白菜的獲得就是將紫色白菜與大白菜雜交，在雜種后代中選擇到葉片正面紫色、背面及葉柄綠色的植株[4-5]。白菜黑腐病是一種常見(jiàn)病害，傳播途徑多樣，影響白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，是由黃單胞菌野油菜致病變種引起的細(xì)菌性病害[6]。通過(guò)白菜與埃塞俄比亞芥種間雜交已成功地將抗黑腐病性狀轉(zhuǎn)入白菜[7]。黃籽沙遜具有早熟、種皮薄、含油量高等黃籽油菜的優(yōu)點(diǎn)，是用于甘藍(lán)型油菜黃籽性狀改良的理想材料[8]。白菜中還有較豐富的抗根腫病資源，在30 多份來(lái)自國(guó)內(nèi)外的白菜品種中，經(jīng)過(guò)抗病性鑒定，篩選出13 份抗性材料[9]。通過(guò)種間雜交和分子標(biāo)記輔助選擇，大白菜抗根腫病基因CRb已成功轉(zhuǎn)入不結(jié)球白菜[10]和甘藍(lán)型油菜[11]。具有抗根腫病特性的大白菜與普通白菜雜交，再經(jīng)多代自交和回交，還選育出攜帶抗性基因的白菜近等基因系，可作為白菜抗根腫病育種的遺傳資源[12]。

白菜單倍體減數(shù)分裂表現(xiàn)較多異常，第一次減數(shù)分裂（MI）前期染色體并不全以單價(jià)體形式存在，較多染色體形成二價(jià)體甚至三價(jià)體，大多數(shù)花粉母細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)3 對(duì)二價(jià)體。中期染色體在赤道板位置排列并不整齊，有少部分染色體分布于赤道板以外。減數(shù)分裂結(jié)束時(shí)形成較多的三分孢子[13]。而在白菜的同源四倍體中，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)染色體常形成多價(jià)體，偶爾形成單價(jià)體，并且在減數(shù)第一次分裂后期出現(xiàn)不均等分離的現(xiàn)象[14]。白菜與甘藍(lán)型油菜雜種二代發(fā)生形態(tài)分離，出現(xiàn)了偏白菜的類型和偏甘藍(lán)型油菜的類型以及中間類型。不同類型間染色體數(shù)目也不同，偏白菜類型染色體數(shù)目為20，減數(shù)分裂中平均每個(gè)花粉母細(xì)胞形成1.64個(gè)單價(jià)體、9.11 個(gè)二價(jià)體和0.04 個(gè)三價(jià)體。中間類型的植物染色體數(shù)目在23～28。偏甘藍(lán)型植株染色體數(shù)目在29～38，平均每個(gè)花粉母細(xì)胞形成0.68 個(gè)單價(jià)體、18.23 個(gè)二價(jià)體和0.30 個(gè)三價(jià)體[15]。不同類型的白菜雜交獲得的雜種染色體數(shù)目仍為20，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂正常，絕大部分細(xì)胞形成10 個(gè)二價(jià)體[16]。

當(dāng)前廣泛栽培的白菜品種雖然具有較好的綜合性狀，但大部分栽培品種的品質(zhì)還有待進(jìn)一步提高，多數(shù)種類抗病蟲特性較差，尤其是菌核病對(duì)白菜等十字花科植物危害十分嚴(yán)重。有關(guān)白菜雜種減數(shù)分裂規(guī)律的研究較少，雜種后代的育性改良缺少理論依據(jù)。為了研究白菜雜種后代的遺傳規(guī)律，創(chuàng)建有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的白菜新種質(zhì)，采用農(nóng)藝性狀具有較大差異的兩種白菜作為親本進(jìn)行雜交，有望從雜種后代中篩選到農(nóng)藝性狀優(yōu)良的新材料。兩個(gè)親本在形態(tài)上存在極大差異，黃芽白形體大，葉色白，結(jié)球性好；而矮抗青形體較小，葉色暗綠，不結(jié)球，二者具有很好的互補(bǔ)性。通過(guò)減數(shù)分裂過(guò)程觀察，探索雜種細(xì)胞遺傳學(xué)規(guī)律，找出減數(shù)分裂過(guò)程與花粉育性之間的關(guān)系，并對(duì)雜種后代進(jìn)行菌核病抗性鑒定，為白菜雜交育種創(chuàng)建新材料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

矮抗青與黃芽白屬于十字花科蕓薹屬植物，在進(jìn)化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成不同的變種，在形態(tài)學(xué)方面有較大差異，具有不同的食用價(jià)值。黃芽白葉片大，易結(jié)球，單株質(zhì)量大，不易抽薹；而矮抗青葉片肥厚，不結(jié)球，較易抽薹，單株質(zhì)量較小。二者生長(zhǎng)習(xí)性相近，都表現(xiàn)為生育期較短，不耐陰雨潮濕。2015 年秋季，親本露天播種，第二年春季盛花期進(jìn)行人工雜交并收獲種子，經(jīng)鑒定獲得雜種一代。黃芽白作母本的雜交記為正交，雜種一代記作F1。以矮抗青為母本的雜交記為反交，雜種一代記作F'1。正反交雜種一代經(jīng)過(guò)多代連續(xù)自交，于2020 年形成穩(wěn)定新種質(zhì)F5和F'5（圖1）。將雜種后代在田間種植，開(kāi)溝起壟，行距30 cm，株距20 cm，冬季做好排水工作。分別在2017 年和2021 年春季觀察雜種F1、F'1和F5、F'5花粉育性、植株表型和花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂特征，并于2021 年春季進(jìn)行抗菌核病特性鑒定。

圖1 雜種后代來(lái)源系譜

1.2 方法

1.2.1 人工雜交 2016 年春季，于白菜盛花期，選擇無(wú)明顯病蟲害、生長(zhǎng)健壯的植株作母本，用鑷子將即將開(kāi)放的花蕾剝開(kāi)去除雄蕊，然后套上雜交專用紙袋。翌日上午取父本花粉為母本授粉。授粉后7 d 左右去掉紙袋，讓其自然生長(zhǎng)，待種子成熟后收取種子。

1.2.2 花粉育性觀察 選擇天氣晴朗、氣溫較高時(shí)間段，一般在上午10：00 花粉活力最強(qiáng)，適合觀察花粉育性。在田間取新開(kāi)的花朵，每個(gè)材料選3株，每株取5 朵花用于觀察。從花朵中取1～2 枚花藥放于載玻片上并用鑷子擠破花藥，立即加1～2 滴醋酸洋紅，用蓋玻片蓋好輕輕按壓，然后放在顯微鏡（Nikon Eclipse 80i，日本）下觀察。飽滿、圓形、形體大、被染色程度深的為有活力花粉，反之則是無(wú)活力花粉?；ǚ塾砸运^察的可育花粉占總觀察花粉數(shù)的百分比表示。

1.2.3 雜種后代形態(tài)學(xué)觀察 將親本和雜種后代種植于田間，在幼苗期（10 片真葉）觀察幼苗葉片形態(tài)特征。在終花期觀察株型并統(tǒng)計(jì)分枝數(shù)量以及花器官各部分特征。成熟期統(tǒng)計(jì)植株結(jié)實(shí)情況，植株結(jié)實(shí)性以單株形成角果數(shù)和單角果結(jié)實(shí)數(shù)反映，單株結(jié)實(shí)數(shù)=單株角果數(shù)×每角果種子數(shù)。

1.2.4 花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂觀察 選擇晴好、氣溫較高天氣，上午11：00 左右取發(fā)育階段適宜的花蕾，使用固定液（V無(wú)水乙醇∶V冰乙酸=3∶1）處理迅速殺死細(xì)胞，使染色體保持原有形態(tài)。將花蕾在固定液中處理24 h 以上，于-20 ℃冰箱中貯藏。從花蕾中取出花藥于1 mol·L-1的HCl 溶液中，60 ℃水浴2 min，可有效去除細(xì)胞質(zhì)干擾，觀察染色體更清晰。然后將花藥放在載玻片上用鑷子壓碎，再除去花藥壁，滴加卡寶品紅，蓋上蓋玻片，在光學(xué)顯微鏡（Nikon Eclipse 80i，日本）下觀察。重點(diǎn)觀察處于減數(shù)分裂不同階段的花粉母細(xì)胞染色體行為，選取典型細(xì)胞拍照記錄。

1.2.5 菌核病抗性鑒定 采用PDA 培養(yǎng)基培養(yǎng)菌核?。⊿clerotinia sclerotiorum）病原菌，在25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待菌絲長(zhǎng)滿培養(yǎng)皿后即可接種。選擇菌核病高發(fā)階段（白菜盛花期）進(jìn)行莖稈接種，先在莖稈上鉆小孔，再用牙簽蘸些帶有菌絲的培養(yǎng)基小塊，將牙簽插入小孔中，并用保鮮膜包扎防止雨淋或風(fēng)干。每個(gè)材料隨機(jī)選擇5 株，每株接種3 個(gè)點(diǎn)，以當(dāng)前主栽白菜品種豐抗90 作為對(duì)照。分別于接種后7、10 d 觀察病斑大小，以沿莖稈病斑長(zhǎng)度L為指標(biāo)反映感病程度。測(cè)量結(jié)果與對(duì)照比較計(jì)算相對(duì)感病度S，即S=L/L對(duì)照，S值越大表示感病度越高（抗病性越弱），S值越小表示感病度越低（抗病性越強(qiáng)）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)觀察測(cè)量的性狀設(shè)置5 個(gè)重復(fù)，獲得的數(shù)據(jù)采用方差（ANOVA）和卡平方（χ2）進(jìn)行分析，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜種后代形態(tài)學(xué)特征

正反交雜種一代（F1和F'1）營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，秋冬季生長(zhǎng)迅速，形成的葉片與整個(gè)植株都比雙親高大。植株形態(tài)與親本之間有較大差異，總體表現(xiàn)出偏黃芽白親本特征。葉片形態(tài)表現(xiàn)出雙親的中間型，葉柄較雙親長(zhǎng)，葉片大而平展，葉邊緣平滑無(wú)葉裂。苗期株型為半直立，葉片斜向上伸展，整個(gè)植株明顯大于雙親（圖2-A～C）。與雙親相比，雜種一代植株抽薹較早，所形成菜薹肥大粗壯，適合食用。生育后期形成較多分枝，多為基部分枝，株型緊湊，以矮抗青為母本的雜種后代F'1和F'5平均形成19 個(gè)分枝，而雙親只有12～13 個(gè)分枝。開(kāi)花后形成大量角果，F(xiàn)'1和F'5單株形成角果數(shù)分別達(dá)359.9 和391.2 個(gè)，而雙親單株形成角果數(shù)僅有180～190 個(gè)。雖然單角果形成種子數(shù)不如雙親，但單株結(jié)實(shí)數(shù)比親本明顯提高。正交和反交產(chǎn)生的雜種后代表型非常相似，只是反交雜種后代植株生長(zhǎng)更旺盛，葉片大，分枝多，植株高，在葉片表面顏色和光滑度上也有差異。而正反交雜種后代的花粉育性和結(jié)實(shí)性無(wú)明顯差異（表1）。

表1 雜種后代形態(tài)和育性特征

圖2 雜種后代表型和花粉特征

經(jīng)多代自交形成的高世代雜種（F5和F'5）在形態(tài)上未發(fā)生較大變化，葉片形態(tài)與株型都與雜種一代相似，只是植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)更旺盛，植株更高大。尤其是反交雜種后代F'5葉片肥大，生長(zhǎng)快，單株質(zhì)量大，具有極大的生產(chǎn)潛力，葉片連同葉柄長(zhǎng)度達(dá)到50 cm 左右，株高達(dá)155.1 cm，分枝數(shù)平均19個(gè)。經(jīng)過(guò)多代自交花粉育性仍未能恢復(fù)到親本水平，每角果種子數(shù)比親本略低，但由于植株高大，形成較多角果，單株結(jié)實(shí)數(shù)比親本高（表1）。

2.2 花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂染色體聯(lián)會(huì)情況

雜種后代植株染色體數(shù)目與親本一致，均為20條染色體，未發(fā)現(xiàn)染色體數(shù)目變異植株。在同一花藥中細(xì)胞分裂基本同步，絕大多數(shù)細(xì)胞處于同一分裂階段。在MI前期，染色質(zhì)凝縮成細(xì)絲狀（圖3-A）。隨著減數(shù)分裂過(guò)程延續(xù)，染色體形態(tài)更加清晰，聯(lián)會(huì)狀況可清晰辨認(rèn)出來(lái)，但由于染色體凝縮程度不夠，只能觀察到多條染色相互聯(lián)接（圖3-B）。

圖3 雜種花粉母細(xì)胞MⅠ前期染色體行為

到終變期，染色體形態(tài)進(jìn)一步凝縮，是觀察染色體聯(lián)會(huì)的最佳時(shí)機(jī)。二價(jià)體是雜種后代染色體聯(lián)會(huì)的主要構(gòu)型，平均每個(gè)花粉母細(xì)胞形成7.0～8.5個(gè)二價(jià)體，個(gè)別細(xì)胞中也觀察到四價(jià)體。二價(jià)體的形態(tài)主要有環(huán)狀和棒狀兩種構(gòu)型，環(huán)狀二價(jià)體是由同源染色體之間形成2 個(gè)交叉點(diǎn)而引起的，而棒狀二價(jià)體則是同源染色體之間只形成1 個(gè)交叉點(diǎn)，二價(jià)體交叉的數(shù)量可在一定程度上反映同源染色體聯(lián)會(huì)的緊密程度（圖3-C）。雜種后代平均每個(gè)花粉細(xì)胞形成3～5 個(gè)環(huán)狀二價(jià)體和3～4 個(gè)棒狀二價(jià)體。而兩個(gè)親本矮抗青和黃芽白每個(gè)細(xì)胞平均形成環(huán)狀二價(jià)體的數(shù)目分別為5.5 和5.2 個(gè)，而棒狀二價(jià)體的平均數(shù)分別為3.7 和4.4 個(gè)（表2）。雜種后代中，F(xiàn)5形成環(huán)狀和棒狀兩種形態(tài)的二價(jià)體數(shù)量相同，其他雜種均形成較多的環(huán)狀二價(jià)體。但與親本相比，環(huán)狀二價(jià)體的數(shù)量偏低。除二價(jià)體外，還有少數(shù)四價(jià)體形成，雜種后代平均每個(gè)細(xì)胞形成0.6～1.3 個(gè)四價(jià)體，而矮抗青和黃芽白形成四價(jià)體的平均數(shù)分別為0.4 和0.2 個(gè)。四價(jià)體多以兩個(gè)環(huán)狀二價(jià)體之間由部分染色質(zhì)相連形成“8”字形四價(jià)體（圖3-D）。雜種后代中形成四價(jià)體的比例比親本高，同時(shí)，雜種后代中還以極低的比例（平均每個(gè)細(xì)胞0.1 個(gè)）出現(xiàn)其他染色體聯(lián)會(huì)構(gòu)型（除四價(jià)體之外其他類型的多價(jià)體），而在親本中未發(fā)現(xiàn)其他染色體聯(lián)會(huì)構(gòu)型（表2）。染色體聯(lián)會(huì)情況表明，在雜種后代同源染色體聯(lián)會(huì)過(guò)程中出現(xiàn)較多的多價(jià)體等異常情況，所形成的二價(jià)體交叉數(shù)偏少，也表明同源染色體聯(lián)會(huì)不夠緊密。

表2 雜種花粉母細(xì)胞MⅠ前期染色體聯(lián)會(huì)

正反交雜種后代之間的花粉母細(xì)胞染色體聯(lián)會(huì)情況非常相似，形成二價(jià)體的比例無(wú)顯著差異，都以較低的比例出現(xiàn)四價(jià)體以及其他類型的多價(jià)體。經(jīng)過(guò)多代自交形成的高世代雜種花粉母細(xì)胞形成二價(jià)體的比例比雜種一代高，而形成四價(jià)體的比例較低。表明經(jīng)過(guò)多代自交，在減數(shù)分裂過(guò)程中染色體聯(lián)會(huì)更加正常。

2.3 花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂后期染色體分離

在雜種后代花粉母細(xì)胞MI和MⅡ中期，染色體整齊地排列于赤道板位置，但在少數(shù)細(xì)胞中也出現(xiàn)少數(shù)染色體停留在其他區(qū)域，與其他染色體不同步（圖4-A～B）。MI后期，配對(duì)的染色體發(fā)生分離，并在紡錘絲的牽引下移向細(xì)胞兩極，83%～86%的花粉母細(xì)胞染色體發(fā)生均等分離，即染色體10∶10 分開(kāi)，而兩親本發(fā)生均等分離的細(xì)胞數(shù)分別占95%和97%。但不均等分離的情況也以較低頻率發(fā)生，如11∶9 和12∶8 分離方式（表3）。不同雜種后代發(fā)生均等分離的細(xì)胞比例和發(fā)生不均等分離的細(xì)胞比例相近，但與親本相比，發(fā)生均等分裂的細(xì)胞比例小，而發(fā)生不均等分離的細(xì)胞比例更大。這也是雜種后代減數(shù)分裂異常的一個(gè)表現(xiàn)。

表3 雜種后代花粉母細(xì)胞后期染色體分離

圖4 MⅠ 和MⅡ中期和后期染色體分離行為

在MI后期同源染色體分開(kāi)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有個(gè)別染色體落后現(xiàn)象。在雜種后代中，在最低3%比例最高12%比例的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)落后染色體，而在親本中極少觀察到包含落后染色體的細(xì)胞（表3）。在有些細(xì)胞中還發(fā)現(xiàn)由于同源染色體不能及時(shí)分裂而形成染色橋的現(xiàn)象（圖4-C）。而雜種后代中出現(xiàn)后期染色體橋的細(xì)胞占總觀察細(xì)胞數(shù)的4%～10%（表3）。中后期橋和落后染色體的出現(xiàn)勢(shì)必影響配子的形成，造成部分花粉敗育。而在兩個(gè)親本中，這種染色體落后情況極少出現(xiàn)，也沒(méi)觀察到染色體橋的發(fā)生。后期染色體分離過(guò)程的異常也可能引起雜種后代花粉育性降低。

所有雜種后代花粉母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂，同源染色體和染色單體分開(kāi)形成具有四個(gè)核的四分孢子，未發(fā)現(xiàn)有其他情況（三分孢子和五孢子）出現(xiàn)（圖4-D）。與雜種一代相比，經(jīng)過(guò)自交形成的高世代雜種花粉母細(xì)胞中，不均等分離、落后染色體和染色體橋等異常情況顯著減少，與親本相比，染色體行為仍然存在較多異常，雖然最終都形成四分孢子，但仍然對(duì)配子育性有一定影響。

2.4 小孢子發(fā)育過(guò)程

減數(shù)分裂完成后，雜種所有花粉母細(xì)胞形成四分體，即新形成的4 個(gè)小孢子被包裹在一起，后期，小孢子釋放出來(lái)繼續(xù)發(fā)育。初期小孢子體積較小，平均直徑在15.0 μm 左右，后來(lái)小孢子體積不斷增大，平均直徑達(dá)到20.0 μm，此時(shí)小孢子進(jìn)入單核靠邊期，細(xì)胞核被中央大液泡排擠到細(xì)胞邊緣，此時(shí)花蕾長(zhǎng)度達(dá)（5.6±1.1）mm，而在相同小孢子發(fā)育時(shí)期，親本花蕾長(zhǎng)度為（4.5±1.3）mm。與親本相比雜種小孢子處于單核靠邊期的花蕾體積偏大，經(jīng)卡平方（χ2）檢測(cè)二者之間在0.05 水平上存在顯著差異。這表明雜種營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)更加旺盛，而生殖生長(zhǎng)相對(duì)較遲。

當(dāng)花蕾長(zhǎng)度達(dá)到6.0 mm 時(shí)，雜種小孢子發(fā)育進(jìn)入三核期，細(xì)胞核較大，仍位于細(xì)胞邊緣（圖4-B）。與單核期相比，小孢子直徑進(jìn)一步增大，達(dá)到（25.0±1.3）μm，此時(shí)小孢子發(fā)育成熟。與親本相比，雜種成熟的小孢子直徑大小一致，二者之間在0.05 水平上無(wú)顯著差異，這表明雜種小孢子發(fā)育正常。但雜種正常發(fā)育的小孢子數(shù)量只占總數(shù)的93%，另外7%體積較小，發(fā)育遲緩，而親本全部小孢子均發(fā)育正常。

2.5 雜種后代菌核病抗性

分別對(duì)雜種一代（F1與F'1）和高世代雜種（F5與F'5）進(jìn)行莖稈接種菌核病病原菌鑒定雜種抗病性，接種后7 d 和10 d 沿莖稈測(cè)量形成病斑長(zhǎng)度，并以大白菜豐抗90 為對(duì)照計(jì)算相對(duì)感病度。所有待檢測(cè)材料在接種點(diǎn)均形成病斑，顏色黑暗，早期呈圓形，后期沿莖稈擴(kuò)大，呈橢圓形。病斑生長(zhǎng)速度較快，接種7 d 后病斑平均長(zhǎng)度為3.74 cm，接種10 d 后，病斑平均長(zhǎng)度為6.09 cm。隨著病斑的繼續(xù)生長(zhǎng)，植物莖稈組織壞死，后期病斑部位長(zhǎng)出肉眼可見(jiàn)的菌絲，植物莖稈腐爛，極易折斷。通過(guò)病斑長(zhǎng)度和相對(duì)感病度測(cè)算，矮抗青親本表現(xiàn)為抗病，接種后7 d 和接種后10 d 的病斑長(zhǎng)度都顯著小于對(duì)照，相對(duì)感病度也顯著小于對(duì)照。而黃芽白親本接種后7 d 病斑長(zhǎng)度大于對(duì)照，接種后10 d 的病斑長(zhǎng)度與對(duì)照無(wú)差異。雜種后代中只有雜種后代F'5形成病斑長(zhǎng)度和相對(duì)感病度明顯低于對(duì)照，表明其與對(duì)照相比有較好的菌核病抗性，而另外3個(gè)雜種抗病性與對(duì)照相比無(wú)顯著差異（表4）。

表4 雜種的莖稈菌核病抗性鑒定

3 討論與結(jié)論

本研究中兩種形態(tài)差異較大的白菜雜交所產(chǎn)生的雜種后代在生長(zhǎng)勢(shì)和植株形態(tài)上表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，莖葉等營(yíng)養(yǎng)器官明顯比雙親大，單株質(zhì)量也遠(yuǎn)超過(guò)兩親本。近緣種雜交后代營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛現(xiàn)象也在多種植物雜交中發(fā)生，白菜與蘿卜雜種后代就表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)旺盛的特征，進(jìn)一步對(duì)轉(zhuǎn)錄組和代謝組研究發(fā)現(xiàn)，在雜種體內(nèi)發(fā)生了大量的轉(zhuǎn)錄和代謝的改變，表明雜種的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)伴隨著基因表達(dá)和代謝的變化，但雜種營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛的遺傳機(jī)制仍不清晰[17]。擬南芥雜種后代在葉片大小、分枝數(shù)量、種子產(chǎn)量等方面也存在優(yōu)于雙親的特征，而且擬南芥表現(xiàn)出的這種特征與親本親緣關(guān)系遠(yuǎn)近無(wú)相關(guān)性[18]。但蕓薹屬白菜和甘藍(lán)與其近緣種雜交后代的種子產(chǎn)量卻與親本的親緣關(guān)系表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系[19]。在表現(xiàn)較強(qiáng)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的擬南芥雜種研究中發(fā)現(xiàn)與光合作用有關(guān)的基因上調(diào)表達(dá)，這些上調(diào)表達(dá)的基因往往是參與葉綠體形成的基因或參與光合作用過(guò)程的基因，同時(shí)發(fā)現(xiàn)雜種葉片中葉綠體數(shù)量增多，光合作用速率加快[20]。白菜雜種后代表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)旺盛，發(fā)生在植株生長(zhǎng)的早期，葉綠體合成相關(guān)基因在發(fā)芽后2 d 就開(kāi)始上調(diào)表達(dá)，在種子萌發(fā)過(guò)程中一系列的代謝活動(dòng)的改變可能是雜種旺盛生長(zhǎng)的基礎(chǔ)[21]。甘藍(lán)型油菜雜種也表現(xiàn)出植株發(fā)育早期光合作用相關(guān)基因表達(dá)與雜種營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛有關(guān)的現(xiàn)象[22]。

白菜不同亞種和變種染色體組雖然都來(lái)自同一祖先，包含相同數(shù)目的染色體，但在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生差異，影響雜種減數(shù)分裂過(guò)程中染色體同源聯(lián)會(huì)過(guò)程。本研究中二倍體雜種的染色體來(lái)自不同變種的白菜，在減數(shù)分裂過(guò)程中主要發(fā)生同源聯(lián)會(huì)形成二價(jià)體，但同時(shí)也會(huì)發(fā)生四價(jià)體等多價(jià)體聯(lián)會(huì)構(gòu)型，異常聯(lián)會(huì)情況比親本頻繁，這表明不同來(lái)源的染色體影響同源聯(lián)會(huì)過(guò)程。同一染色體內(nèi)不同染色體間也可能存在部分同源關(guān)系，白菜單倍體在減數(shù)分裂過(guò)程中10 條染色體可形成1個(gè)三價(jià)體、2 個(gè)二價(jià)體和3 個(gè)單價(jià)體[23]。甘藍(lán)型油菜單倍體染色體聯(lián)會(huì)時(shí)也觀察到同一細(xì)胞中發(fā)生2個(gè)A 染色體組形成的二價(jià)體，表明A 染色體組中的10 條染色體存在部分同源關(guān)系[24]。同一染色體組內(nèi)不同染色體間的部分同源性可能影響二倍體雜種染色體同源聯(lián)會(huì)，在減數(shù)分裂時(shí)形成多價(jià)體。有研究表明，合成雜種的染色體組結(jié)構(gòu)也影響染色體同源聯(lián)會(huì)，在蕓薹屬合成種間四倍體雜種（AABC、ABBC 和ABCC）中，同源染色體主要發(fā)生同源聯(lián)會(huì)，但也有染色體組內(nèi)不同染色體間的聯(lián)會(huì)和不同染色體組間聯(lián)會(huì)的情況[25]。白菜與甘藍(lán)型油菜合成三倍體雜種（AAC）中所有A 染色體組發(fā)生同源聯(lián)會(huì)的花粉母細(xì)胞只占71%[26]。還有研究表明，雜種減數(shù)分裂中染色體行為紊亂與相關(guān)基因表達(dá)情況有關(guān)系。以甘藍(lán)型油菜與甘藍(lán)為親本合成的三倍體雜種（ACC）中，減數(shù)分裂過(guò)程很不正常，減數(shù)分裂中期染色體排列混亂，后期形成落后染色體和染色體橋，同時(shí)發(fā)現(xiàn)雜種體內(nèi)與減數(shù)分裂相關(guān)的基因發(fā)生下調(diào)表達(dá)，這說(shuō)明減數(shù)分裂過(guò)程中染色體行為受相應(yīng)基因表達(dá)的影響[27]。細(xì)胞周期相關(guān)蛋白表達(dá)豐度也影響減數(shù)分裂過(guò)程中的染色體行為，例如染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞周期控制、細(xì)胞分裂、染色體聯(lián)會(huì)和細(xì)胞骨架等，相關(guān)蛋白等指標(biāo)常優(yōu)先上調(diào)表達(dá)，在白菜同源多倍體中表達(dá)豐度下降，從而同源多倍體白菜在減數(shù)分裂過(guò)程中染色體聯(lián)會(huì)形成單價(jià)體或多價(jià)體，染色體排列和分離時(shí)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象[19]。減數(shù)分裂是形成配子的關(guān)鍵步驟，在人工合成雜種細(xì)胞內(nèi)來(lái)自不同親本的遺傳物質(zhì)進(jìn)入同一細(xì)胞勢(shì)必引起減數(shù)分裂過(guò)程紊亂，而異常的減數(shù)分裂往往引起配子的敗育[28]。魚腥草減數(shù)分裂過(guò)程11.8%的花粉母細(xì)胞出現(xiàn)落后染色體、微核、不均等分離和非四分孢子等現(xiàn)象，而可育花粉僅1.5%[29]。馬鈴薯雜種的花粉育性與花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程中形成二價(jià)體數(shù)目呈正相關(guān)[30]。

通過(guò)甘藍(lán)與合成蕓薹屬六倍體雜交已成功將甘藍(lán)的菌核病抗性基因轉(zhuǎn)入甘藍(lán)型油菜[31-32]。經(jīng)過(guò)多代自交后，從F'5中篩選到對(duì)菌核病有較強(qiáng)抗性的材料。由于雙親中矮抗青具有較好抗性，因此可推測(cè)此抗性的獲得源自母本矮抗青。雜種后代的形態(tài)、生理等層次的性狀表現(xiàn)具有多樣性，有些性狀表現(xiàn)為雙親的中間型，有些性狀可能表現(xiàn)出超親型，有些性狀表現(xiàn)為偏親型（即某一性狀與雙親之一相近）[33]。雜種后代某些性狀偏某一親本的現(xiàn)象比較普遍，比如野生玫瑰與黃刺玫種間雜種的花冠大小就完全遺傳了母本（野生玫瑰）的特征[34]。

通過(guò)雜交和連續(xù)自交獲得的白菜雜種豐富了白菜遺傳改良遺傳資源，尤其是所獲得的菌核病抗性較強(qiáng)的雜種為白菜雜交育種創(chuàng)造了良好材料，通過(guò)進(jìn)一步篩選有望獲得白菜新品種，雜種花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂規(guī)律的揭示也為白菜雜交育種提供了理論依據(jù)。