针对大白菜核基因雄性不育性研究和利用中存在的问题，在前人工作的基础上，以12个稳定遗传的雄性不育“两用系”、4个核基因雄性不育系及38个可育品系为试材，采用遗传学、生理学、生物化学和解剖学方法，对不育系的雄蕊发育特性，繁殖器官生理、系列化特性及不育性的遗传特性在群体、个体和细胞水平上进行了系统研究，并对不育基因的来源、分布及转育方法进行了探讨，获得了以下试验结果。
雄蕊败育是一个连续的过程，从花粉母细胞形成至单核花粉均有导常。形态解剖观察表明，供试不育系的雄蕊深度退化，花粉发育停止于单核早期。花药绒毡层细胞过早解体造成小孢子发育营养不良，是引起小孢子败育的重要原因。
雄性不育“两用系”不育株与可育株生理、生化性大辩论比较分析表晨，不育株花器官代谢紊乱。不育株花蕾还原糖、蛋白质、脯氨酸、甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和酪氨酸含量均低于可育株。不育株花蕾呼吸强度也较可育株低。不育株花蕾过氧化物酶同工酶谱较同系可育株多1—2条酶带。个别“两用系”的不育株与可育株花蕾酯酶和细胞色素氧化酶同工酶谱也有一定差异。
供试雄性不育系在不同生态条件下种植，不育性表现相同，说明不育性具有良好的环境稳定性。利用同一亲本系统不同蕊代材料重复配制雄性不育系，所获不育系的不育株率和不育度均为，说明不育性具有良好的遗传稳定性。用配成不育系的四型“两用系”可育株与乙型“两用系”可育株正、反交，以及进行不育系与保持系间细胞质转换，证实了供试不育材料的不育性属于核遗传。
通过雄性不育系不育性遗传特征分析，评价了前人提出的大白菜雄性不育性“核基因互作”遗传假说，在国内外提出了“复等位基因”遗传假说，并设计了遗传分析试验对假说进行了验证，证明了供试雄性不育系的不育性确属“复等位基因”遗传：不育性受细胞核内同一位点上三个复等位基因控制，“Ms”为显性不育基因，“ms”为“Ms”的等位隐性可育基因，“Msf”为同一位点上的显性恢复基因，三者之间的显隐关系为Msf＞Ms＞ms。
根据大白菜核基因雄性不育“复等位基因”遗传假说，配成雄性不育系的甲型“两用系”可育株基因型为“MsfMs”,不育株基因型为“MsMs”，不育株不育性通过“两用系”内不育株与可育株兄妹交保持（MsMs×MsfMs→1/2MsMs，1/2MsfMs）；乙型“两用系”可育株基因型为“msms”，不育株基因型为“Msms”；临时保持系基因型和乙型“两用系”可育株相同（msms）。用甲型“两用系”不育株（MsMs）与惭型“两用系”可育株或临时保持系（msms）交配，可以获得具有不育株率的雄性不育系（MsMs×msms→Msms）。
测交试验结果表明，大白菜核不育复等位基因中的隐性可育基因（ms）和显性恢复基因（Msf）广泛存在于可育品系中。在供试的38份可育试材中，21.1%基因型为“MsfMsf”，在42.1%基因型为“msms”,36.8%基因型为“Msfms”。不育材料不育基因的等位性测验表明，显性不育基因（Ms）也不易于在现有的不育材料中找到。
按照大白菜核基因雄性不育的“复等位基因”遗传假说，提出了核不育基因的转育模式，并以这些模式为指导，转育合成了多个新雄性不育系。
参照大白菜核不育基因的转育模式，采用有性杂交手段，向大白菜的近缘蔬菜作物——小白菜中转育大白菜核不育复等位基因获得了成功，在国内外首先合成了不育株率和不育度均为的小白菜核基因雄性不育材料，填补了该项研究的空白。
根据大白菜核基因雄性不育系的遗传特征，提出了核基因雄性不育系的应用模式。利用本试验育成的雄性不育系试配杂交组合，证明了这类不育具有良好的制种性能及较高的配合力。由不育系配成的优势组合已开始应用于大白菜生产。
关键词：大白菜；核基因雄性不育；复等位基因；遗传；生理；生化
Candidate: Feng Hui Supervisor: Prof.Ge Xiaoguang Wei Yutang
Abstract In view of the extent problems in research and utilization of male sterility in Chinese Cabbage,twelve male sterile AB lines,four genic male sterile lines and thirty—eight male fertile lines were employed in investigating the stamen devel-opment,physiological and biochemical characteristics ,and inheritance of the male sterility.The soueces,distribution and transfer methods of the male sterile genes were explored.Results were as follows.
Stamen degeneration was a continuous process,which displayed from the stage of pollen mother cells to single nucleus pollens.Anatomical analysis reveales that the pollen development of the male sterile lines stoped at the early stage of single nucleus pollens.Since the male sterile lines stoped at the early stage of single nucleus pollens.Since the collapse of tapetal cells in male sterile anthers was too early to nourish pollen mother cells ,the development of pollens was undernourishment,which led to degeneration of the pollens.
The comparison of physiological and biochemical characteristics between male sterile plants and male fertile plants in flower buds of AB lines indicated that the metabolism in propagative organs of the male sterile plants was disorder.Contents of saccharides, proteins,proline, glycine, leucine, isoleucine,tyrosine, and the rate of respiration in the flower buds of male sterile planyts were lower than that of male fertile plants.Isoxyme electropheritic analysis results showed that there were one or two more bands in peroxidase zymgrams of male sterile plants than that of male fertile plants in AB lines .The quantitative differerces of esterase or cytochrome oxidase bands in zymgrams in some AB lines were also observed.
As male sterile lines were grown in green house or open field,both their proportion of male sterile plants and degree of male sterility were ,whih illustrated that the male sterility was stable under distinct environments.As the male sterile lines were bred repeatedly by making use of parents from next generations,they maintained the male sterility,which means that the male sterility was stable in inheritance.
Reciprocal tests and cytoplasmic substitution tess proved that the male sterility was beling to the Genetic Male Sterility.
Based in the analysis of hereditary characteristics of the male sterility,two genetic hypothesisses were raised to explain the inheritance,which were Geric inter-active Model and Multiple Allele Model.Genetic esperiments were carried out to test and verify the hypothesisses.Results showed that inheritance of the male sterility talled with the Multiple Allele Model.”Ms”was a dominant male sterile gene,”ms”was a recessive male fertile gene,”Ms”was a dominant re-storer gene.These three genes made up a set of multiple ellele.The dominant-recessive relationship of the multiple allele was as follows:Msf＞Ms＞ms.
Genotype of the male sterile plants in AB line type Iwas “MsMs”,the corresponding fertile plants was “MsfMs”,the male sterility of this line was maintained by siblings (MsMs×MsfMs→1/2MsMs,1/2MsfMs).Genotype of the male sterile plants in AB line type Ⅱwas “Msms”,the corresponding fertile plants was “msms”,the sterility of this line was maintained also by siblings (Msms×msms→1/2Msms,1/2msms).Genotype of the temporary maintainer line in the model was “msms”.The male sterile lines could be obtained by criss between male sterile plants of AB line type I and maintainer lines (MsMs×msms→Msms).
Test criss results showed that the male fertile gene (ms)and the restorer gene (Msf)of the multiple allele were widely dispersed over normal fertile lines.anong thirty—eight lines tested ,eight of them were “MsfMsf”in genotype,fourteen of them were “Msfms”,and sixteen of them were “msms”.Allelism test result indicated that the male sterile gene “Ms” could also be easily found out in the extent male sterile materials.
In accordance with the Multiple Allele Hypothesis,genetic models for transfer of the multiple allele were put forward.A number of new male sterile lines were gained from the transfer experiments. The multiple allele were also transferred from Brassica campestris,ssp.pekinensis (lour)olsson to B.campestris,ssp.chinensis Makino.Two genic male sterile lines of B.campestris,ssp .chinensis whose rate of male sterile plants was were obtained for the first time over the world.
A utilization modil for propagation of the male sterile lines and production of the hybrid seeds were put forward.The new genic male sterile lines had been applied to hybrid seed productrion.Their performance on seed productivity and combining ability was satisfactory.Four vigorous hybrids derived from the male sterile lines had already been used in practice.
Key words:Chinese Cabbage;Genic male sterility; Multiple allele; Inhertance; Physiology; Biochemistry
大白菜（Brassica campestris,ssp.pekinensis(Lour)Olsson）为两性花异花授粉蔬菜作物，具有明显的杂种优势，雄性不育系的利用是配制大白菜杂交种经济、可靠的制种手段。早在70年初，我国的蔬菜育种工作者便开始了大白菜雄性不育系选育的研究。70年代中期，沈阳、北京、郑州等地先后育成了不育株率稳定在50%的雄性不育“两用系”的育成和应用，是大白菜雄性不育研究历史上的次突破。
由于“两用系”的不育株率仅能达到50%左右，用其配制杂交种时，必须在开花前拔除可育株，因此制种成本较高，大面积制产种时杂交纯度也难以保证。
为了加快大白菜雄性不育系选育步伐，措施动大白菜杂优化进程，1978年，由农业部组织了全国大白菜雄性不育系选育协作组，集中全国在这一领哉里的研究力量协作攻关，以尽早育成具有不育株率的大白菜雄性不育系，从根本上解决大白菜杂交种的制种手段问题。协作攻关将70年代末至80年代初全国大白菜雄性不育的研究推向了潮。这一时期的研究工作，集中在不育系的选育和利用上，主要是寻找不育源、测交筛选保持系、转育已发现的不育基因等等。在此期间，发表过几篇大白莫须有雄性不育性遗传研究报告。多数研究认为，不育性受细胞核内一对隐生基因控制[12，61，78]，也曾有人报道了由一对显性基因控制的雄性不育性[13]。从理论上讲，无论是单基因隐性还是单基因显性遗传的基因雄性不育材料，采用测交筛选法都仅能获得不育株率稳一在50%的雄性不育“两用系”。
由于在大白菜中未能找到胞质不育源，自70年代末，有人开始尝试转育先期发现的萝卜不育细胞质。我国于1978、1980年先后两次自美国引进Ogura萝卜胞质不育源的白菜雄性不育材料，其后广泛开展了回交转育工作[28，65，83，84]。李光池等（1987）采用远缘杂交及回交法，将大白菜“134”品系的细胞核导入“王兆红”萝卜不育细胞质获得了成功，得到了类似的不育材料。“亚洲蔬菜研究和发展中心”（AVRDC,1990）还合成了芥菜不育胞质的大白菜雄性不育材料。上述几份异源胞质大白菜雄性不育材料的不育性十分稳定，但是都不同程度地存在着苗期叶片黄化、蜜腺退化、结籽不良、经济性状差等缺陷[28]。虽经多代回交，这些问题未能解决。
1989年，柯桂兰等转育甘蓝型油菜“Polima”不育胞质获得了成功，育成了异源胞质大白菜雄性不育系“CMS3411-7”该不育系不育株率，不育度95%以上结籽正常，无黄化现象。黄裕蜀等（1995）转育甘蓝型油菜“三天系”不育胞质也获得了成功，育成了大白菜异源胞质“二平桩”和“早皇白”雄性不育系。由这些异源胞质不白菜雄性不育系配忧的杂交种已在生产上推广应用。甘蓝型油菜不育胞质大白菜雄性不育系的转育成功，是大白菜雄性不育研究历史上的第二次突破。
90年代初，大白菜核基因雄性不育性研究取得了重大进展，张书芳等（1990）和魏毓棠等（1992）先后报告找到了核不育材料的临时保持系，育成了具有不育株率的大白菜核基因雄性不育系，并分别提出了“显性上位”和“显性抑制”核基因互作雄性不育性遗传假说。这一成果无疑是大白菜雄性不育研究历史上的又一重大突破。
回顾近30年国内外大白菜雄性不育性研究历史，三次大的突破都是由我国学者学者取得的。目前，雄性不育系已成为我国大白菜杂种优势利用的重要手段，而国外尚无可利用的大白菜雄性不育系选育成功的报道。但是，也应用看到，以往的研究，集中在不育系的选育和利用上，对不育性遗传特性的认识几乎都是在总结不育系选育资料的基础上获得的。特别是对于我国首创、在上产生较大影响的核基因雄性不育“临时保持”现象的遗传机制，还缺乏系统可靠的分析，影响了这类珍贵传资源的进一步开发。国内外关于大白菜雄性不育生理、生化和发育特性的研究远不及玉米水稻、高粱等大田作物深入，许多领域还是空白。我国是大白菜的原产地，也是大白菜栽培历史悠久、面积大、人均消费多、品种资源丰富的国家。为了更有效地利用我国的大白菜雄性不育遗传源，指导大白菜雄性不育系的选育与利用，推动大白菜杂优化进程，培育更多的优质、抗病、丰产新品种，有必要对大白菜核基因雄性不育的遗传特性、发育特性、生理生化特性及不育基因的转育和利用途径进行深入系统的研究。
雄性不育是指两性花植物雄性器官发生退化、畸形或丧失功能的现象。雄性不育性有些是由环境条件（如高、低温，化学试剂等）诱发的，有些是受遗传因素控制的。植物遗传性不育有核基因控制的雄性不育（简称“核不育”，即NMS）和质核互作雄性不育（简称“胞质不育”，即CMS）两种类型。利用稳定遗传的雄性不育系配制杂交种，可以免去去雄的操作，极大地提高制种效率。
雄性不育是植物界的一种普遍现象。据统计，目前已在43个科162个属617个植物种中发现了雄性不育性（刘定富，1993），基中多数属胞质不育型，但是核不育也相当普遍。据报道已在175个植物种中发现了自发产生的核不育材料，包括了几乎所有的栽培作物。根据不育基因与对应的可育基因间的显隐关系，核基因雄性不育又分为显性核不育和隐性核不育两种类型。在核不育材料中，隐性核不育居多，占88%左右，在而显性核不育仅占10%[20]。
隐性核不育受控于隐性不育基因。由一对隐性不育基因（ms）控制的雄性不育性不育株基因型为“msms”，它与正常可育品种（MsMs）杂交代（Msms）是正常可育的，也就是说品种都是它的恢复系。但是，隐性核不育材料找不到典型的保持系，它只能从F1杂合可育株（Msms）的自交后代中得到四分之一的不育株（Msms × 1/4Msms,
2/4Msms,1/4msms）,或让F1的杂合可育株（Ｍsms）与不育株（msms）回交，从后代得到二分之一的不育株（msms×Msms→1/2msms,1/2Msms）。
显性核不育虽不及隐性核不育普遍，但是，截止目前，也至少在21个属24个植物种中发现了显性核不育现象[19]。显性核不育的显性不育基因（Ms）总是处于杂合状态（Msms）与正常可育品种（msms）杂交代（1/2Msms,1/2msms）有一半不育株，一半可育株。显性核不育材料既没有典型的恢复系，也没有典型的保持系。
显性核不育与隐性核不育有许多相似的遗传特征。例如，测交筛选保持系时，两者都仅能获得不育株率稳定在50%的不育系统。但是，两者也有两个明显的差别：①显性核不育测交F1有育性分离；隐性核不育测交F1全部可育，F2才出现育性分离。②显性核不育系统内的可育株自交后代全部正常可育，而隐性核不育系统内的可育株自交后代有育性分离。
胞质不育型的不育性由细胞质不育基因与细胞核不育基因（一对或多对）互作控制。由胞质不育基因“S”与隐性核不育基因“msms”互作控制的雄性不育性，经测交筛选可以获得稳定遗传的胞质不育系S（msms）及其相应的保持系N（msms）和恢复系S（MsMs），实现三系配套。
目前已经获得的大白菜[Brassica campestris,ssp.pekinensis (Lour)Olsson,AA,2n=20]雄性不育材料可分成两类：一类是发现于大白菜中的核基因雄性不育材料主类是通过远缘杂交及回交转育的异源胞质雄性不育材料。
异源胞质雄性不育材料的不育胞质来自萝卜（Raphanus sativus,L.,OO,2n=18）、芥菜（Brassica juncea Coss,AABB,2n=36）和甘蓝型油菜（Brassica napus L.,AACC,2n=38）。萝卜不育胞质早来自小仑Ogura(1968)发现的日本萝卜雄性不育系该不育系花蕾瘦小、花柱畸形。花粉退化开始于小孢子发育的早期，花粉败育与花药绒毡层的早期崩溃有密切关系；不育性由一对隐性核基因“msms”和胞质不育基因“S”互作控制；已经查明，所有的日本萝卜品种都拥有纯合隐性不育基因“msms”，无恢复基因“Ms”。Bonnet(1975，1977)将这一不育源引入法国后，与欧洲萝卜测交，筛选到了保持系，同时还发现了育性恢复基因。Bannerot等（1974）采用“远缘杂交→幼胚培养→连续回交”方法，成功地将甘监（Brassica oleracea var.capitata L.,CC,2n=18）的细胞核导入日本萝卜不育细胞质中，获得了甘蓝异源胞质雄性不育材料。该不育材料幼苗培养在12以下时，叶片黄化。黄化程度因轮回亲本不同而导师。Bannerot（1977）采用同样方法还育成了具有Ogura不育胞质的甘蓝型油菜雄性不育系。Williams和Heyn(1980)用Bannetot转育的甘蓝型油菜不育系与白菜型沙逊（sarson）油菜（Brassica campestris L.,AA,2n=20）杂交及回交，育成了Ogura胞质白菜型油菜雄性不育系，又转成了小白菜（B.campestris L.,ssp.chinensis(L)Makino.,AA,2n=20）和大白菜雄性不育系。李光池等（1987）采用远缘杂交及回交方法，将大白菜细胞核导入“王兆红”萝卜不育细胞质中，获得了新的萝卜不育细胞质源的大白菜雄性不育材料。
目前获得的这几份萝卜不育胞质大白菜雄性不育材料，均为的雄性不育。其雄蕊深度退化，花丝短缩，花药瘦小、无花粉。转育早期蕊代材料的雄蕊 呈花瓣状，蜜腺都有不同程序的退化。花粉败育于四分体至单核花粉早期，退化花药的绒毡层细胞呈现异常。被测试过的所有白菜品种都是其保持系，在白菜中未找到恢复基因。这种不育系属于属间异核质杂种，由于核质不协调，导致这类不育系黄化、蜜腺退化、雌蕊也有不同程度的退化。黄化以苗期重，黄化程序对低温十分敏感。黄化防碍了光合作用，致使植株生长缓慢，产量降低。由于蜜腺退化，使化朵对传粉昆虫的吸引力下降，导致自然结籽率较低。十几年来，国内外诸多学者采用广泛测交筛选及连续回交方法，试图改进上述不良性状，并取得了一定进展，但几乎所有报道都认为连续回交选择不能消除黄化和蜜腺退化现象。Paulmann等（1988）应用染色体技术改良萝卜不育胞质甘蓝型油菜雄性不育系。他们先用萝卜不育系（OO，2n=18）与甘蓝型油菜（AACC，2n=38）杂交，获得异源六倍体杂种（AACCOO，2n=56）后，使该杂种与白菜（AA，2n=20）或甘蓝（CC，2n=18）杂交，增加萝卜染色体与甘蓝型油菜染色体的异源联会机会。然后，再改用甘蓝型油菜作轮回父本连续回交，获得了不内化的萝卜胞质甘蓝型油菜不育材料。(Peelletier等1985）以萝卜胞质甘蓝型油菜不育株与正常保持系的原生质体融合，在再生植株中筛选到了不缺绿植株。Jourdan等（1989）用萝卜胞质的花椰菜（B.oleracea,var.italica Planch,CC,2n=18）不育系与白菜型油菜进行原生质体融合，合成了体细胞杂种（AACC，2n=38），获得了5株不黄化不育株。Bornman等（1985）采用体细胞非对称融合法获得了含萝卜线粒体，甘蓝型油菜叶绿全和细胞核的不黄化雄性不育株。看来利用现代生物技术手段，解决这类不育材料的黄化问题有一定的希望。但是，迄今未见可利用的不黄化萝卜胞质大白菜雄性不育系选育成功的报道。
自1980年起，柯桂兰等（1992）试验转育甘蓝型油菜“Polima”胞质不育源。该不育源是傅廷栋（1981）在甘蓝型油菜品种“Polima”中发现的。其不育性受温度影响较大，因保持系不同，有的对高温敏感，有的对低温敏感，有的对温度不敏感。柯桂兰等以“Polima”不育油菜（AACC，2n=36）为母本，与大白菜杂交获得种间杂种F1，然后以F1为母本分别授以大白菜和甘蓝花粉，得到BC1和三交种F1[(AACC×AA )×CC]。用三交种F1为母本与大白菜自交系3411—7连续回交4代，获得的后代（BC4）核内染色体已全部被白菜所替代（AA，2n=20），经济性状与保持系相似，不育性基本稳定。该不育系（CMS3411—7）不育株率，不育度95%以上，不黄化，蜜腺发育正常，有正常结籽能力[52]。剧保关系研究表晨，在大白菜中既有保持材料，又有恢复材料。黄裕蜀等（1995）向大白菜中转育甘蓝型油菜“三天系”不育细胞质也获得了成菌，育成了具有甘蓝型油菜“三天系”不育细胞质的大白菜“二平桩”雄性不育系和“早皇白”雄性不育系。这两个不育系的不育株率均可育花粉。上述两类具有甘蓝型油菜不育胞质的大白菜异源胞质雄性不育系（CMS3411—7和早皇白等）都已用于配制杂交种。
十字花科植物核基因雄性不育性早见于Tokumasu(1951)的报道，他在日本萝卜中首先找到了核不育材料，并发现不育性受一对隐性基因（msms）控制。随后，在青花菜（Austeg and Moore,1954）、普通甘蓝（Kototani and Yamada,1958;Nishi and Hiraoka,1957;Rundfeldt,1960）、抱子甘蓝（Johnson,1958;Niwuwhof,1961）、菜花(Borchers,1966;Nieuwhof,1961;Rundfeldt,1960)、折菜型褐籽和黄籽沙逊油菜（Chowdury and Das,1966;Das and Pandey,1961）、甘蓝型油菜（Heyn,1973）中均发现了单隐性核基因雄性不育材料。大白菜核基因雄性不育早见过于辽宁农学院（沈阳农业大学前身，1974的公开报道，他们在“小青口”、“二青帮”、“青帮河头”等品种中发现了核不育材料，测交筛选获得了不育株率稳定在50%左右的不育系统。这种不育系统内的不育株与可育株交配，后代不育析与可育株1:1分离，同一系统既作不育系（指不育株），又作保持系（指可育株），一系两用，因此称作雄性不育“两用系”。此后，北京市农科院（1978），钮心格等（1980），韦顺恋等（1981）还育成了小白菜“矮脚黄”雄性不育“两用系”。用“两用系”配制杂交种，必须在开花授粉前拔除“两用系”内的可育株，因此制种成本较高，大面积制种时可育株很难拔除，杂交种的纯度难以保证。尽管如此，在可利用的具有不育株率的大白菜雄性不育系育成之前，“两用系”已经用于大规模配制杂交种。
关于大白菜雄性不育“两用系“不育性的遗传，多数研究认为受一对隐性基因控制，遗传模式为：“msms（不育株）×Msms（可育株）→1/2msms（不育株），1/2Msms（可育株）”。Van Der Meer(1987)报道了大白菜单显性核基因控制的雄性不育性，在大白菜“Granaat”与小白菜“pakchoi”的杂交后代中发现了1株雄性不育株。用另一大白菜品种（Mounment）可育株给基授粉得到 BC1，BC1中不育株/可育株=15/17；BC2中不育株/可育株=10/11；几乎所有的轮回亲本（Mounment）自交后代是可育的。X2测验回交后代符合1:1分离，因而断定不育性受一对显性基因控制，遗传模式为：“Msms（不育株）×msms(可育株)→1/2Msms(不育株)，1/2msms（可育株）”。
在大白菜核不育系选育过程中，许多学者都发现不育株测交后代经常出现不符合“1:1”，“1:2”，甚至极端小比例分离（远小于“4:1”），单隐性和单显性基因都不能解释上述分离现象。沈阳农业学院（沈阳农业大学前身，1978）首先意识到核不育性可能受两对或两对以上基因控制，认为“闭药I型”的不育性由两对隐性基因（rf1和rf2）控制，不育株是两对隐性不育在因的纯合体（rf1rf1rf2rf2）；“闭药Ⅱ型”，的不育性除与上述两对隐性不育在因的作用有关外，还受另一对基因的影响，第三对基因的作用与前两对是独立重叠的。隐性不育基因rf1和rf2还可能与纯合致死基因l1,l2,等紧密连锁，由于平衡致死，使可育株自交“1:2”或“2:1”分离。在此之前，他们还发现了个别不育材料测交代有近于的不育株率，但是继续回交后又恢复可育或部分可育，即不育性“临时保持”现象。遗憾的是，其后未能对这种现象作进一步深入分析。
李树林等（1985）用8个甘蓝型油菜“两型系”（即“两用系”）与74个可育品系杂交，F1有育性分离的组合占80.3%，并获得了6个全不育组合（占4.5%），据此认为甘蓝型油菜的雄性不育性受显性核基因控制。由于“两型系”可育株自交“3:1”分离或“13:3”分离（未作验证），故认为不育性受控于两对核基因，并假设基中一对基因对另一对基因起上位作用，提出了甘蓝型油菜“核基因互作”雄性不育性遗传假说。根据这一假说，“Ms”为显性不育基因，“Rf”不“Ms”的显性上位基因。不育性临时保持现象遗传模式如图1所示。
以这一模式为指导，很快筛选到了临时保持系，育成了具有不育株率的核基因雄性不育系并进一步采用测交方法对核基因互作假说进行了验证。由该不育系配成的甘蓝型油菜杂交种已经生产上推广应用。
核基因互作雄性不育性遗传模式的提出，是甘蓝型油菜，乃至整个植物核基因雄性不育研究历史上的重大突破。它从理论上阐明了核不育材料临时保持现象的柚是，解决了核基因雄性不育性利用的难题。张书芳等（1990）首先在大白菜中发现了类似的核基因雄性不育性遗传机制，在大白菜地方品种“万泉青帮”中发现了显性不育基因（Sp）及其显性上位基因（Ms）,提出了大白菜显性不育与显性上位在因互作雄性不育性遗传模式（图2），并育成了具有不育株率的核基因互作型雄性不育系88—1A。
雄性不育“两型系” 临时保持系
AB line temporary maintainer line
MsMsrfrf × MsMsRfrf msmsrfrf
不育株 可育株 （系内交配）
sterile plants fertile plants (inner-line
(兄妹交) pollinatios）
（siblings）
1/2MsMsRfrf 1/2MsMsrfrf smsrfrf
可育株 不育株
fertile plants sterile plants
×
Msmsrfrf
雄性不育系
msle sterile line
图1 甘蓝型油菜核基因互作雄性不育系遗传模式
Fig.1 Genetic model foe the genic inter—acrive male sterile line in Brassica napus L.
甲型“两用系” 乙型“两用系”
AB line Type I AB line type I
SpSpmsms × SpSpMsms SpSpmsms × spspmsms
不育株 可育株 （兄妹交）
（siblings） (siblings)
1/2SpSpMsms 1/2SpSpmsms 1/2spspmsms 1/2Spspmsms
可育株 不育株 可育株 不育株
fertile plants sterile plants fertile plants sterile plants
×
Spspmsms
雄性不育系
Male sterile line
图2 大白菜核基因互作雄性不育系遗传模式
Fig.2 Genetic mokel foe the genic male sterile line of Chinese Cabbage
魏毓棠等（1992）利用9个雄性不育“两用系”进行“两用系”间不育株与可育株的双列杂交，配成了4个具有不育株率的核基因雄性不育系（1NA、2NA、3NA、4NA），提出了“细胞核主效基因显性抑制及微效基因修饰”雄性不育性遗传假说。这一假说认为，与显性不育基因互作控制雄性不育性的不是显性上位基因，而是显性抑制基因。除主效基因外，可能还有一些修饰基因影响不育基因的表达。
植物雄性不育的表现类型有三种：①雄蕊不育，即雄蕊畸形或退化；②功能不育，其雄蕊虽然接近正常，但不产生花粉，或花粉极少，或花粉无活力；③功能不育，其雄蕊 和花粉都基本正常，但由于花药不能自然开裂散粉，或迟熟、退裂，或雌、雄蕊 异长（如柱头高，花药低）而阴碍自花授粉[31]。雄性不育性还常出现群体、单株、甚至单花不育程度的变异，表现不育株率和不育度的变化，出现“半不育”或“嵌合不育”。某些遗传性雄性不育性的表达还受到环境条件的影响，表现“环境敏感性”。
大白菜雄性不育有多种表现类型[79]。由萝卜或芥菜转育成的异源胞质雄性不育系花丝短缩，花药瘦小，无花粉，花粉败育发生在四分体至单核花粉时期[106]。由甘蓝型油菜转育成的大白采异源胞质雄性不育系花丝短缩，花药戟形瘦小、白色无粉，花粉败育发生于孢原细胞阶段，末花期不育性呈现温度敏感性。在大白菜中发现的核基因雄性不育材料有的雄蕊不育，有的花粉不育。有的兼具多种形态特征。有时同一植株不同花枝、同一花枝不同花朵、甚至同一花朵不同花药还存在着从可育到不育的变化。关于不育株率的大白菜核基因雄性不育系的花粉退化时期，还未见报道。
植物遗传性雄性不育受控于雄性不育基因。根据“中心法则”不育基因转录成特异性mRNA,mRNA与核糖体结合后合成某种蛋白质。不育基因翻译的直接产物可能是某种酶蛋白，酶蛋白催化特殊的代谢反应，或改变某些代谢途径引起雄蕊发育障碍，导致不到形成有功能的花粉。不育基因的产物也可能通过阻断可育基因的转录，在调控水平上阻碍花粉发育。上述过程可以用下列模式表示：
雄性不育基因（DNA） 转录 mRNA 翻译 酶蛋白 代谢反应 雄蕊发育障碍
雄性不育的发生机制，可以在不育基因（DNA），不育基因转录产物（RNA），不育基因翻译产物（蛋白质、酶），酶蛋白催化的代谢反应及相关的生理、生化变化等不同水平上进行研究。不育基因（DNA）的分子生物学研究多采用DNA酶切电泳法。关于线粒体、叶绿体和质粒DNA与胞质雄性不育的关系，孙俊等（1993）和李继耕等（1992）作过综述。植物核基因组非常庞大，因此核基因雄性不育DNA分子生物学的研究较为困难。王京兆等（1995）采用RAPD方法找到了一个与水稻光敏核不育（PGMS）基因连锁的分子标记，为水稻光敏核不育工因的定位和分离奠定了基础。杨代常等（1990）分析了长日诱导下光敏核不育水稻叶片RNA含量和电泳特性发现在由可育到不育转换过程中，总RNA含量明显减少，证明长日照对光敏核不育水稻育性基因的表达在转录水平上有阴遏调控作用，并发现了两个由长日照诱导产生的特异性RNA分子。这些特异RNA组份可能就是PGMR的特异性阻遇产物。在蛋白质水平上，有人对水稻核质型不育（许仁林等，1992），水稻光敏核不育（宣亚南等，1995；梅启明等，1991；梁承邺等，1995），棉花核质不育（邱竟等，1991），玉米核质型不育（曾孟潜等，1986），高梁核质型不育（张也氵恬等，1991，1992），亚麻核不育（张辉等，1991），萝卜质核不育（周长久等，1994；龚义勤等，1995；赵双宜等，1994），大白菜胞质不育（梁燕等，1994）大白菜核不育（王亚馥等，1984）进行过分析，找到了与不育性相关 的同工酶带或蛋白质多肽。此外，有人还对游离氨基酸（王亚馥等，1984；刘 善，1995）、三磷酸腺苷（王秀珍等，1986）、碳水化合物（王台等，1991）的含量及其变化与不育性关系，以及呼吸强度和途径与不育性关系（王亚馥等，1984）作过研究。由于核酸代谢研究的不断深入和DNA转化技术的日趋完善，人们已将发现于细菌中的RNA裂解酶基因（Bar-nase）在体外与Ti质粒重组，并与花药特异性表达基因的调控序列相连接，成功地构建了人工植物雄性不育基因，并且转化玉米和油菜获得了成功，人工合成了这些作物的雄性不育材料[18]。人工植物雄性不育基因的合成，开辟了植物雄性不育研究的新纪元。关于大白菜雄性不育生理、生化机制及分子生物 学研究，迄今报道极少，许多领域还是空白。
综观大白菜雄性不育研究历史，在雄性不育系选育和利用上诸多突破性进展都是由我国学者取得的，我国在这一领域已处于领先地位。要保持这一水平和地位，必须着眼未来，针对大白菜雄性不育性研究和利用中现存的问题，进一步进行深入系统的研究。
在大白菜杂交制种过程中，少量的非目的花粉参与受精就可能对杂交种的纯度产生较大的影响。因此，用作配制杂交种的雄性不育系的雄蕊必须败育，不育度度好是或接近。从雄性不育的表现类型看，雄蕊 不育型或花粉不育型较为理想。大白菜采种期跨跃春、夏两季，春间环境因子变化剧烈，前期温度低，日照短；后期温度高，日照长。用于配制杂交种的雄性不育系的不育性必须具有较好的环境稳定性的遗传稳定性。了解不育系的雄蕊 发育特征，对于探索不育性的发生机现也具有重要意义。
一、材料与方法
（一）试材
1．大白菜核基因雄性不育系：1NA，2NA，3NA，5NA。
2．大白菜雄性不育“两用系”：AB100，AB200，AB300，AB400，AB900。
3．大白菜自交系：小青口-3-2-3。
（二）方法
1．花药解剖观察彩卡诺固定液固定→石蜡切片→铁矾苏木精染色→光学显微镜观察。
2．花粉生活力鉴定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法。
二、试验结果
（一）花器结构特征
供试雄性不育系和雄性不育“两用系”的花器形态特征相似。不育株花冠略小于同系可育株（或保持系）。不育花雄蕊浓度退化，花丝短缩，花药瘦小，花药颜色浅黄至白色。花朵开放后，退化的花药随即脱水萎缩，花药就开裂。将刚刚开放的花朵内的花药取出捣碎，用0.5%TTC水溶液染色，在显微镜下可以看到花药内残存有少量未被染色的无活力花粉，其直径仅为正常可育花粉的1/3～1/2。不育株上花朵之间雄蕊的退化程序及同一花朵内不同花药的退化程序（花药大小、颜色）有一定差异，但每株上均无可育的花药。不育株花朵雄蕊以外其它器官（雌蕊、花瓣、萼片和蜜腺）都是正常的（图版1，表1）。
表1 大白菜雄性不育株与可育株花器官性状比较 (单位：毫米)
Table 1 Comparisons between male sterile plants and male fertile plants on flower organs in Chinese Cabbage (unit:mm)
| 品系 | 花蕾 | 花冠
直径 |
蜜腺
直径 |
雄蕊
长度 |
花丝
长度 |
花药 | 雌蕊 | |||
| Lines | 长
Length |
直径
Diameter |
Corolla
Diameter |
Nectary
Diameter |
Stamen
Length |
Filment
Length |
长
Length |
宽
Width |
长
Length |
直径
Diameter |
| 小青口-3-2-3
Xiaoqingkou |
6.7 | 2.7 | 16.7 | 0.9 | 6.6 | 4.4 | 2.1 | 0.8 | 8.0 | 0.9 |
| INA | 4.9 | 2.4 | 13.0 | 0.9 | 3.9 | 2.6 | 1.3 | 0.5 | 8.2 | 0.9 |
| 2NA | 4.4 | 2.4 | 12.3 | 0.7 | 3.2 | 2.0 | 1.2 | 0.4 | 8.1 | 0.8 |
| 3NA | 4.6 | 2.4 | 14.4 | 0.7 | 3.6 | 2.3 | 1.3 | 0.5 | 8.1 | 1.0 |
| 4NA | 4.7 | 2.4 | 13.0 | 0.9 | 3.6 | 2.4 | 1.2 | 0.5 | 8.0 | 1.0 |
| AB100（不育株）(sterile plants) | 4.6 | 2.3 | 14.4 | 0.9 | 4.9 | 2.5 | 1.4 | 0.4 | 8.2 | 0.8 |
| AB200（不育株）(sterile plants) | 4.7 | 2.5 | 13.6 | 0.8 | 3.7 | 2.4 | 1.4 | 0.5 | 8.3 | 0.8 |
| AB300（不育株）(sterile plants) | 4.6 | 2.5 | 13.0 | 0.7 | 3.8 | 2.5 | 1.3 | 0.4 | 8.3 | 0.8 |
| AB400（不育株）(sterile plants) | 4.7 | 2.4 | 14.9 | 0.7 | 3.7 | 2.4 | 1.3 | 0.4 | 8.2 | 0.8 |
| AB900（不育株）(sterile plants) | 4.7 | 2.4 | 14.0 | 0.8 | 3.8 | 2.4 | 1.4 | 0.4 | 8.3 | 0.8 |
注：表中数据为刚开放的10米花测量数据的平均值。
Mote:Figures in the table was the average of 10 flowers.
不育系（1NA，2NA，3NA，4NA）的不育株率为，“两用系”不育株接近50%（表2）。在不育系和“两用系”内均未发现嵌合不育株，不育度。
表2 大白菜雄性不育系、“两用系”育性调查结果
Table 2 Fertility surveying result of the male sterile lines and AB lines in Chinese Cab-bage
| 品系
Lines |
总株数
Total number of plants |
可育株数
No.of fertile plants |
不育株数
No.of fertile plants |
不育株率（%）Rercentage of sterile plants | 不育度（%）
Degree of sterility |
| 1NA | 271 | 0 | 271 | 100 | 100 |
| 2 NA | 252 | 0 | 252 | 100 | 100 |
| 3 NA | 241 | 0 | 241 | 100 | 100 |
| 4 NA | 294 | 0 | 294 | 100 | 100 |
| AB100 | 156 | 75 | 81 | 51.9 | 100 |
| AB200 | 130 | 66 | 64 | 49.2 | 100 |
| AB300 | 87 | 43 | 44 | 50.6 | 100 |
| AB400 | 204 | 110 | 94 | 46.1 | 100 |
| AB900 | 229 | 109 | 120 | 52.4 | 100 |
| 小青口-3-2-3
Xiaoqingkou |
563 | 563 | 0 | 0 | 0 |
（二）花药（粉）发育特征
花蕾切片观察，在不育系花药发育的早期，从孢原细胞至造孢细胞未发现异常（图版2）。花粉母细胞形成后，绒毡层细胞核仁消失、核质变淡、液泡异常增大。一些花药的绒毡层细胞极化，液泡集中于花药中心一侧，在显微镜下可以看到围绕花粉腔形成一个透明的液泡环（图版3）。可育株绒毡层细胞在同一时期（花粉母细胞减数分裂前）染色仍然较深，液泡不明显（图版4），到减数分裂完成后才开始退化。随着花药发育，不育株小孢子母细胞减数分裂形成四分体，药室壁中层细胞和绒毡层细胞迅速退化，小孢子发育逐渐停止在单核早期。至花朵开放时，残存的小烈属子直径仅为正常可育花粉的1/2~1/3，而且大小、形状也不整齐（图版5、6）。
（三）不育性的环境稳定性
将4年不育系（1NA，2NA，3NA，4NA）在春季露地和秋冬温室条件下种植，分别鉴定它们的不育株率和不育度，结果列于表3。
表3 大白菜雄性不育系雄蕊 育性鉴定结果
Table 3 Fertility surveying result of the male sterile lines in Chinese Cabbage
| 季节、地点
season,place |
调查项目
items |
不育系 male sterile lines | |||
| 1NA | 2NA | 3NA | 4NA | ||
| 1993年春，露地
spring of 1993, open fiele |
可育株：不育株
No.of fertile plants;no.of sterile plants |
0:50 | 0:48 | 0:53 | 0:55 |
| 不育株率（%）
Percentage of sterile plants |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 不育度（%）
Degree of 集sterility |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 1993年冬，温室
winter of 1993, green house |
可育株：不育株
No.of fertile plants: no.of sterile plants |
0:47 | 0:27 | 0:33 | 0:24 |
| 不育株率（%）
Percentage of sterile plants |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 不育度（%）
Degree of sterility |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 1994年春，露地
spring of 1994,open field |
可育株：不育株
No.of fertile plants:no.of sterile plants |
0:69 | 0:83 | 0:82 | 0:93 |
| 不育株率（%）
Percentage of sterile plants |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 不育度（%）
degree of sterility |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 1994年冬，温室
winter of 1993, green house |
可育株：不育株
No.of fertile plants:no.of sterile plants |
0:105 | 0:94 | 0:73 | 0:122 |
| 不育株率（%）
Percentage of sterile plants |
100 | 100 | 100 | 100 | |
| 不育度（%）
Degree of sterility |
100 | 100 | 100 | 100 | |
表3表明，5个不育系在连续两年露地和湿室栽培条件下，不育株和不育度均为，说明不育性不因环境条件的改变而变化，具有良好的环境稳定性。
（四）不育性的遗传稳定性
用相同的亲本品系不同世代的材料重复配制不育系，雄蕊 育性鉴定结果列于表4。
表4 大白菜不同世代亲本配成的雄性不育系育性鉴定结果
Table 4 Fertility surveying result of the male sterile lines derived from different gener-ation parents in Chinese Cabbage
| 不育系（甲型“两用系”×临时保持系）
Male sterile lines (male sterile plants of AB line type 1×temporary maintainer lines) |
可育株：不育株
No.of fertile plants:no.of sterile plants |
不育株率（%）
Percentage of sterile plants |
不育度（%）
Degree of sterility |
| AB900-1A×B1-1
AB900-1-4A×B1-1-5 AB900-1-4-10A×B1-1-5-1 AB900-1-4-10-2A×B1-1-5-1-1 |
0:119
0:271 0:37 0:44 |
100
100 100 100 |
100
100 100 100 |
| AB900-3A×B2-1
AB900-3-1A×B2-1-2 AB900-3-1-4A×B2-1-2-1 AB900-3-1-4-4A×B2-1-2-1-2 |
0:174
0:252 0:29 0:24 |
100
100 100 100 |
100
100 100 100 |
| AB900-2A×B3-2
AB900-2-5A×B3-1-2 AB900-2-5-4A×B3-2-14 AB900-2-5-4-2A×B3-2-1-4-1 |
0:183
0:241 0:14 0:53 |
100
100 100 100 |
100
100 100 100 |
注：“A”表示不育株，B1，B2和B3为三个临时保持系。
Note：“A”represented male sterile plants,B1,B2and B3 were maintainer lines.
表4表明，不同世代的甲型“两用系”不育性与临时保持系配成的不育系的不育株率和不育度均为，说明不育性具有良好遗传稳定性。
三、小结
通过本单试验，摸清了供试的大白菜雄性不育系的雄蕊 退化时期是花粉母细胞形成至单核花粉早期。指出了花药绒毡层细胞过早解体，造成小孢子发育营养不良是引起不孢子退化的重要株因。证明了供度不育系的不育性具有良好的环境稳定性和遗传稳定性。
(以下章节略)
一、大白菜细胞核复等位基因雄性不育系的雄蕊退化时期与退化机理
供试大白菜雄性不育系的雄蕊深度退化，不育株率，不育度，不育花雄蕊 以外的其它器官发育正常。从不育性的上述表型特征来看，这是一种较为理想的不育材料。
不育系花药发育早期，从孢原细胞未见异常。花粉母细胞形成后，花药壁中层细胞首先退化，随即绒毡层细胞液泡化。而同一时期可育品系花药中层细胞和绒毡层细胞发育正常。因此，可以断定不育系花药败育起始于花粉母细胞形成期。前人观察到的大白菜核不育材料花药退化多发生在花粉母细胞减数分裂之后，这可能是试材不同退化时期不同。尽管花粉母细胞形成后雄蕊 便开始退化，但是，终退化的花药内仍残存有少量地生活力的花粉，说明雄蕊退化是一个连续的过程。小孢子连续缓慢地逐渐败育有可能是营养供应不足造成的。小孢子正常发育所需的养份主要来自绒毡层，本试验观察到的不育系花药绒毡层细胞解体的时间远比正常可育品系早，因此，势必阻断小孢子的营养源。所以，绒毡层细胞过早解体，失去为小孢子提供养份的功能，从而引起小孢子发育营养供应不足，可能是造成小孢子败育的重要原因。
二、大白菜核基因不育的生理、生化机制
供试的6个雄性不育“两用系”是我们多年选育稳定跗的雄性不育材料。经过连续多代兄妹交繁殖后，“两用系”内不育株与可育株花器官之外的其它性状高度一致，不育株与可育株的跗背景基本相同，相当于“等基因系”。用这样的“等基因系”研究不育基因的相关产物和相关性状，可以排除非目标基因的干扰，同一“两用系”内不育株可育株生理、生化特性的差异能真实地反映雄蕊育性基因的差异。
6个供试“两用系”之间虽然遗传基础不同，但是每个“两用系”内不育株与可育株某些生理、生化特性的差异是相似的：①不育株花蕾还原糖含量低于可育株，②不育株花蕾中脯氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸及酪氨酸的含量均低于可育株，③不育株花蕾蛋白质含量低于可育株，④不育株呼吸强度低于可育株。可见，不育性表达引起的繁殖器官内粮、蛋白质、氨基酸、呼吸等代谢变化的趋势是一致的。王亚馥等（1984）也检测到了大白菜雄性不育“两用系”不育株与可育株花蕾氨基酸含量的差异。王台等（1991）报道由碳水化合物代谢紊乱引起的小孢子发育营养缺乏是造成光繁核不育水稻雄性不育的重要原因。
同工酶是基因表达的直接产物，在植株个体发育过程中，同工酶谱具有高充的时、空特异性。因此，同工酶可以用作植物某些特异性状的遗传标记，包括雄性不育性。供试的6个“两用系”同系不育株与可育株间过氧化物酶同工酶谱有明显差异，不育株比可育株普遍多1—2条酶带。彭永康等（1988）在高粱同核异质和异核同质雄性不育系及其体质系的花药过氧化物酶同工酶分析中得到了类似的试验结果。越双宜等（1994）和龚义勤等（1955）在萝卜雄性不育系与保持系、王亚馥等（1984）在大白菜雄性不育“两用系”同工酶分析中，也发现不育株过氧化物酶同工酶带比可育株多。即将开放的花蕾中，正常可育的小孢子已经成熟，小孢子内积累大量淀粉和蛋白质，合成代谢旺盛，过氧化物酶同工酶活性相对较低（其主要催化分解代谢）。不育株花药退化后，其分解代谢逐渐加强，某些正常状态下处于阻遏状态的过氧化物酶基因可能在不育基因的影响下启动，合成相应的过氧化物酶。酶类活性强度和方向的改变，必然引起花蕾中其它代谢的紊乱。
AB900和AB04不育株与可育株酯酶同工酶谱，以及AB900、AB02、AB04和AB05不育株与可育株细胞色素氧化酶同工酶谱也有一定差异，说明其不育性还与酯酶或细胞色素氧化酶同工酶基因的启动与关闭有关。
三、大白菜核基因雄性不育系的遗传机制
大白菜雄性不育“两用系”甲、乙两型的分化早已被蔬菜育种工作者认识。能够配成核不育系的甲型“两用系”可育株自交后代“3:1”分离，不育性具有受一对隐性基因控制的典型特征；乙型“两用系”可育株自交后代全为可育株，不育性具有受一对显性基因控制的典型特征。甲型“两用系”和乙型“两用系”不育基因之间或是等位，或是非等位的，无非有这两种情况。
如果甲、乙两型“两用型”不育基因非等位，那么，这两对基因间必然存在互作，这是大白菜雄性不育“核基因互作”遗传假说的立论基础。关于大白菜雄性不育“核基因互作”假说中两对互作基因间的关系，有“显性上位”和“显性抑制”[82]两种看法。“显性上位”假说认为，不育性爱显性不育基因与显性上位基因互作控制：“Sp”为显性不育基因；“Ms”为另一位点上的显性上位可育基因，它一方面控制可育性，另一方面抑制“Sp”基因的表达。根据这一模式，甲型“两用系”不育株基因型为“SpSpmsms”，可育株为“SpSpMsms”；乙型“两用系”不育株基因型为“Spspmsms”，可育株为“spspmsms”。前三种基因型（SpSpmsms，SpSpMsms，Spspmsms）与其表现型之间的关系，可以用两对基因间的上位互作关系解释，但是后一种基因型（spspmsms）的表现型为“可育”就难以理解了。根据“显性上位”模式，“spsp”控制可育性，“msms”控制不育性，两者相遇（spspmsms）到底谁表达？原文认为“spsp可以产生形成花粉的诱导物质”[41]，这种解释未免有些牵强。“显性抑制”模式认为，不育性由显性不育基因与显性抑帛基因互作控制：“Ms”为显性不育基因；“I”为另一位点上的显性抑制基因，它专门报制“Ms”基因的表达。根据这一模式，甲型“两用系”不育株基因型为“MsMsii”，可育株为“MsmsIi”；乙型“两用系”不育株基因型为“Msmsii”，可育株为“msmsii”。依据遗传学中“抑制基因”的定义，抑制基因只起抑制其它基因表达的作用，其本身不决定性状。在上述四种基因型中，“MsMsIi” 和“Msmsii”抑制基因呈隐性，所以不育基因“Ms”表达，其表现型为“不育”。“MsMsIi”的抑制基因呈显性，它要抑制“Ms”基因的表达，所以其表现型为“可育”。在双隐性纯合体“msmsii”中，“msms”控制可育性，而“ii”不起抑制作用，故其表现型为“可育”。可见，与“显性上位”模式相比，“显性抑制”模式更圆满地解释了核不育性的遗传特征。
如果甲、乙型“两用系”不育基因是等位的，都是“Ms”，那么，甲型“两用系”中，与不育基因（MS）等位的必定是显性恢复基因（Msf），它对不育基因为显性（Msf＞Ms）；乙型“两用系”中，与不育基因（Ms）等位的必定是隐性可育基因（ms），它对不育基因为隐性（Ms＞ms）。甲型“两用系”不育株基因型为“MsMs”，可育株为“MsfMs”，可育株自交3:1分离（MsfMs × 1/4MsfMsf,2/4MsfMs,1/4MsMs）乙型“两用系”不育株基因型为“Msms”，可育株基因型为“msms ”，可育株自交不分离（msms × msms）。甲型“两用系”不育株（MsMs）与乙型“两用系”可育株杂交，可获得雄性不育系（MsMs×msms→Msms）。可见，“复等位基因”假说也圆满解释了核不育系的各种遗传特征。
虽然“复等位基因”假说和“核基因互作”假说（“显性抑制”模式）都能解释大白菜核基因雄性不育系的遗传特征，但是对于具体某一份核不育材料来说，它只可能属于其中一种。区分核不育系的遗传类型，对于指导核不育系的转育和选育具有重要意义。例如，在“核基因互作”模式下，理论上可以从1株杂合可育株（MsmsIi）的自交后代中，筛选到所有所需的基因型[甲型“两用系”（MsMsii,MsMsIi）,临时保持系（msmsii）]，而在“复等位基因”模式下，就不能期望从1株杂合可育株（MsMsfMsfms）的自交后代中获得所有所需的基因型[甲型“两用系”（MsMs,MsfMs），临时保持系（msms）]。本试验设计了能简便地鉴别“核基因互作”与“复等位基因”的遗传分析试验，并对供试的大白菜核基因雄性不育系进行验证，证实了其不育性确属复等位基因遗传，在国内外提出了大白菜核基因雄性不育的“复等位基因”遗传假说。本研究方法可用于鉴别其它作物核基因雄性不育系的遗传类型，特别是对于在学术界争论不休的“谷子”等作物核基因雄性不育遗传机制的研究[3，4，22，56，57]有较大参考价值。
四、大白菜核基因雄性不育系的选育方法
大白菜为二倍体生物，植株每一基因位点上有两个等位基因，每份育材料多含有核不育复等位基因（Msf,Ms,ms）中的两个。当不育基因（Ms）与显性恢复基因（Msf）相遇时，不育性为隐性，不育材料具有甲型“两用系”的遗传特征（MsMs×MsfMs→1/2MsMs,1/2MsMs,1/2MsfMs;MsfMs × 1/4MsfMsf,2/4MsfMs,1/4MsMs）；当不育基因（Ms）与隐性可育基因（ms）相遇时，不育性呈显性，不育材料具有乙型“两用系‘的遗传特征（Msms×msms→1/2Msms,1/2msms;msms × msms）。无论在甲型或乙型“两用系‘内部如何选择，所获得的不育材料的不育株率都不会突破50%，这可能就是二十多年来，具有不育株率的大白菜核基因雄性不育系选育未获成功的原因所在。采用传统的测交筛选保持系方法，即便偶而获得不育株率的群体，也会因继续回交使后代不育株率迅速恢复到50%以下。辽宁农学院（沈阳农业大学前身）于1974年就曾报道获和过大白菜雄性不育材料。
并不是所有的具有甲型和乙型“两用系”遗传特征的不育材料相配，都能获得雄性不育系。如本试验中（表27），具有甲型“两用系”遗传特征的AB600和AB700，与具有乙型“两用系”遗传特征的AB500和AB800杂交，后代不育株率都在50%以下，原因是这些“两用系”控制不育性的基因位点不同。只有在同一不育基因（Ms）位点上既找到显性恢复基因（Msf），又有了隐性可育基因（ ms），三个复等位基因相互配合，才能获得雄性不育系。
本试验证明，大白菜核不育复等位基因广泛存在于现有的大白莫须有育种材料中。因此，可以按照核不育复等位基因雄性不育系的遗传模式，在现有的不育及可育材料中筛选甲型“两用系”和临时保持系，配制雄性不育系。如果已有已知基因型的核不育材料（如：核不育复等位基因雄性不育系，甲型“两用系”或乙型“两用系”好直接利用这些材料转育新的不育系。按照本文提出的转育模式，在3~4个世代内，便可完成不育基因的转育。
应该指出，核不育复等位基因雄性不育系的转育应包括不育基因转育和经济性状选育两个方面。根据核不育复等位基因雄性不育系应用模式，不育系本身即为一代杂种，由不育系配成的杂交种相当于三交种。要想使三交种经济性状整齐一致，配成单位交种（即不育系）的双亲遗传基础必须相近。因此，甲型“两用系”与临时保持系好出自同一品系，或者来自同一杂交组合的后代。中外，在不育基因转育过程中，应特别注意经济性状的选育。甲型“两用系”与临时保持系的株形、帮色、叶色、熟期及其它主要经济性状应基本一致。
本试验将大白菜的核不育复等位基因转入小白菜获得了成功，在国内外合成了不育株率和不育度均为的小白菜核基因雄性不育材料，这是大白菜细胞核雄性不育基因开发利用上新的突破。芸苔属（Brassica）中的栽培作物种类繁多，许多作物与大白菜有较近的亲缘关系，能与大白菜相互杂交，进行基因交流。利用有性杂交手段将大白菜核不育复等位基因导入其它芸苔属作物，特别是那些至今未育成雄性不育系的作物中，进一步开发利用这一珍贵的遗传资源，是一个有希望的研究课题。
1．供试的大白菜雄性不育系雄蕊深度退化。雄蕊败育开始于花粉母细胞形成期，花粉发育停止在单核早期。花药绒毡层细胞过早解体造成小孢子发育营养供应不足，是引起小孢子败育的重要原因。
2．大白菜雄性不育植株花器官代谢紊乱。不育株花蕾还原糖、蛋白质、脯氨酸、甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和酪氨酸含量均低于可育株。不育株花蕾呼吸强度也较可育株低。
3．大白菜雄性不育基因的表达与过氧化物酶同工酶基因的启动有关，或影响到过氧化物酶基因的表达。某些核不育材料不育基因的表达还与酯酶或细胞色素氧化酶同工酶基因的表达相磁联。
4．根据供试的大白菜核不育材料的遗传特征，在国内外提出了大白菜核基因雄性不育“复等位基因”遗传假说，并验证了供试不育系的不育性确属“复等位基因”遗传。
5．摸清了核不育复等位基因在大白菜育种材料中的分布情况，证实了核不育复等位基因中的隐性可育基因（ms）和显性恢复基因（Msf ）广泛存在于可育品系中；显性不育基因（Ms）也易于在现有的雄性不育材料中找到。
6．提出了利用已知基因型的大白菜雄性不育材料合成新的雄性不育系，以及向正常可育品系中转育核不育复等位基因的遗传模式。以这些模式为指导，转育合成了多个不同生态类型的大白菜新雄性不育系。
7．采用常规有性杂交方法，向大白菜的近缘蔬菜作物—小白菜中转育大白菜核不育复等位基因获得了成功，在国内外首先获得了具有不育株率和不育度的小白菜核基因雄性不育材料。此项研究填补了国内外空白。
8．利用本试验育成的大白菜雄性不育系试配杂交组合，证明了这类不育系具有良好的制种性能和配制强优势组合的潜力。
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沈阳农业大学博士学位论文：大白菜核基因雄性不育性的研究
研 究 生：冯 辉
指导教师：葛晓光教授
魏毓棠教授
专业名称：蔬菜学
研究方向：遗传育种
所在学院：园艺学院
1996年5月10日
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