1、    苯磺隆誘導油菜雄性不育研究進展    吳新杰 榮松柏 江瑩芬 費維新 初明光 李強生 梅新全 陳鳳祥摘要 化學誘導雄性不育是油菜雜種優勢利用的重要途經。苯磺隆是一種重要的化學雜交劑。對苯磺隆誘導油菜雄性不育機理以及技術方法進行綜述，并對其應用技術進行展望。關鍵詞 甘藍型油菜;雄性不育;化學雜交劑;苯磺隆s634.3 a 0517-6611（2020）24-0005-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.24.002開放科學（資源服務）標識碼（osid）：review on male sterility of br

2、assica napus l. induced by tribenuronmethylwu xinjie， rong songbai， jiang yingfen et al（ crop research institute，anhui academy of agricultural sciences， hefei rapeseed subcenter， national oil crop improvement center， anhui province key laboratory of crop quality improvement，hefei， anhui 230031）abstr

3、act male sterility induced by chemical product is an important method of heterosis utilization in brasscia napus l. tribenuronmethyl is a promising chemical hybridizing agent. the mechanism and technical methods of tribenuronmethylinduced male sterility in rapeseed were reviewed， and its application

4、 technology was prospected.key words brassica napus l.;male sterility;chemical hybridizing agent;tribenuronmethyl油菜具有較強雜種優勢，優良雜交組合一般可增產20%左右。目前油菜雜種優勢利用途徑主要有細胞質雄性不育、細胞核雄性不育、化學誘導雄性不育（chemical induced male sterility，cims）（又稱化學殺雄）、自交不親和等。cims途徑是指利用化學雜交劑（chemical hybridizing agent，cha）（又稱化學殺雄劑）處理母本油菜品系，誘

5、導花粉生理型敗育，再與其他父本油菜品系雜交來生產雜交種。cims具有親本來源廣泛，組合自由，易選配強優勢雜交種，育種周期短，效率高，成本低以及雜交種沒有不育株等眾多優點，已成為油菜雜種優勢利用重要途徑1-2。cims途徑的關鍵是cha。1970年左右，cha開始用于誘導油菜產生雄性不育，進而生產雜交種。目前，油菜cha種類有20多種，主要包括氯代脂肪酸類、無機鹽類、激素類、甲基胂酸鹽類以及磺酰脲類除草劑、氨基磺酸類藥物，但真正推廣應用的還很少，主要是殺雄效果不穩定，容易受外界環境影響，使得殺雄效果與藥害不能夠得到很好平衡，育種風險較大，而磺酰脲類除草劑是在我國應用最多、最成功的化學雜交劑。近年

6、來，隨著高效低毒化學雜交劑如sx-1、化殺靈等的大面積應用和推廣，cims途徑越來越受到油菜育種單位重視。目前利用該技術已選育出湘雜油6號、渝黃4號、秦優33、中油雜19、陜1209、寧油1818、華油雜68等新品種，推廣面積達400多萬hm23-6。苯磺隆是一種低殘留、低毒、高效內吸傳導選擇性磺酰脲類除草劑，通過植物根、莖、葉吸收后，迅速傳導，1 d左右停止生長，7 d嫩葉退綠發黃，1421 d生長點心葉壞死，2128 d后全株枯死。低劑量苯磺隆可誘導油菜雄性不育，常用于復配化學雜交劑，已經成功運用于油菜雜交種大規模生產，但也存在不同品種、不同氣候環境殺雄效果有差異等問題。該研究對低劑量苯磺

7、隆誘導油菜雄性不育機理以及技術方法進行綜述，并對其應用技術進行展望。1 苯磺隆誘導油菜雄性不育機理1.1 敗育特征趙倫7研究發現苯磺隆處理油菜后，雄性不育的油菜花絲未伸長，花粉粒干癟，顯微觀察發現從小孢子時期起，小孢子和絨氈層的細胞質逐步降解和液泡化，小孢子不能進行正常有絲分裂，最終形成畸形褶皺花粉粒，其內容物全部或大部分被降解。梁魁景等8研究苯磺隆處理甘藍型油菜中雙2號導致雄性不育，花絲不伸長，花藥皺縮，干癟缺水，顏色淡黃，不形成花粉粒等;在花粉發育各個時期，尤其是四分體時期后，都能觀察到花藥細胞有缺陷的絨氈層，絨氈層的破壞是導致雄性不育的主要原因。這些結果說明低劑量苯磺隆誘導油菜雄性不育的

8、特征與不育性穩定徹底的蘿卜質雄性不育系蘿a和蘿a以及細胞核雄性不育系s45a和117a的敗育特征相似9-10。1.2 不育機理乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthetase，als）是植物體內3種支鏈氨基酸合成的關鍵酶，包括亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸。苯磺隆除草機理是通過錨定als酶的催化亞基csr1，抑制als酶活性，造成支鏈氨基酸合成受阻，導致植物死亡7，11-12。目前多數研究認為低劑量苯磺隆作為化學雜交劑的機理也是抑制als 酶活性。zhao等13研究表明als酶是苯磺隆的唯一靶標，als酶抑制是苯磺隆誘導油菜雄性不育的主要原因。葉面噴施的低劑量苯磺隆通過極性運輸，即通過

9、葉片或韌皮部由形態學下端的葉片、莖干運輸到形態學上端的花藥，在花藥中積累，花藥中苯磺隆含量遠遠高于葉片和莖，分別為10.43、3.26和1.55 ng/g，造成花藥中als酶活明顯低于葉片和莖中的酶活，相對酶活分別為0.23、0.93和0.85，花藥中als酶幾乎全部被抑制，支鏈氨基酸合成受到抑制，最終誘導花藥自體吞噬型細胞死亡，小孢子大量細胞質被降解，最終導致雄性不育7，13。li等14-15用單嘧磺隆鈉誘導甘藍型油菜雄性不育，發現碳水化合物和脂質代謝受到影響，可溶性糖含量降低，而花藥糖含量減少通常被認為是誘導雄性不育的主要因素之一。liu等16報道磺酰脲類除草劑引起的葉綠體和絨氈層纖毛體異

10、常，對內源乙烯合成有明顯促進作用，導致絨氈層細胞和小孢子在早期發育階段自噬。劉志權5從苯磺隆處理后油菜花蕾轉錄組中篩選出727個差異表達轉錄本，其中437個上調和290個下調。富集出差異顯著基因本體物go（gene ontology）432條，kegg（kyoto encyclopedia of genes and genomes）生物學途徑35條。一些重要go terms主要有氨基酸代謝途徑、能量代謝途徑、碳水化合物脂質蛋白質代謝途徑、細胞分裂生長凋亡途徑、刺激和防御響應途徑、葉綠體和線粒體、激素、過氧化氫酶、類黃酮生物合成等。此外，bnspl、bnroxy2、bnems1、bntpd1、b

11、ndyt1、bntdf1、bnams、bnmyb103、bnms1等油菜育性相關基因表達均受到不同程度的抑制。1.3 als酶抑制與雄性不育關系1.3.1 als酶抑制類除草劑不一定都能誘導油菜雄性不育。als酶抑制類除草劑主要有磺酰脲類、咪唑啉酮類、磺酰胺類、嘧啶水楊酸類等17，但不是所有als酶抑制類除草劑都可以誘導油菜雄性不育。任莉鎖3研究發現，0.51.0 mg/l甲咪唑煙酸與2.24.4 mg/l三氟啶磺隆鈉具有較好殺雄效果，而五氟磺草胺與乙氧磺隆即使對油菜在藥害比較嚴重的劑量下，對als酶有明顯抑制作用，也沒有殺雄效果。劉志權5研究發現，雙草醚、闊草清處理后油菜花蕾、幼葉als酶活

12、性基本維持在40%60%，對油菜生長有較強抑制作用，但不能誘導雄性不育。這些說明als酶活性降低不一定會導致油菜雄性不育，要誘導雄性不育還取決于化學除草劑自身結構特性以及發揮藥效的分子作用機理18。1.3.2 als酶活抑制程度與苯磺隆噴施量有關。劉志權5研究發現苯磺隆處理后油菜花蕾、幼葉als酶活性基本保持在20%40%，可以誘導雄性不育;苯磺隆濃度為1.56.0 mg/l時花蕾als酶活性與苯磺隆濃度之間具有線性關系（r2=0.546 5）;油菜植株出現明顯藥害時als 酶受抑制程度基本上超過50%。于澄宇19用0.2 mg/l苯磺隆溶液處理油菜，4 d后對花蕾als酶活性抑制達到最大，僅

13、為對照的20%，之后緩慢恢復，18 d后約為對照的25%，28 d后也不到50%。付三雄等20用0.2 mg/l苯磺隆溶液處理后3 d，2種油菜中花蕾als相對酶活分別為40.63%和37.23%。這些研究結果暗示als酶活抑制程度與苯磺隆誘導的油菜雄性不育程度以及藥害程度有關。影響化學雜交劑藥效的因素較多，而且在施用化學雜交劑后，不能在早期準確判斷其化學殺雄效果，這是影響化學雜交劑大面積推廣應用的主要障礙。化學殺雄效果一般需要等到初花期之后才能通過花瓣大小及直徑、柱頭長短、結實率、植株育性及植株高度等性狀直觀地觀察到，如果此時發生藥害或者殺雄效果不好，想再實施補救措施則為時已晚。根據als酶

14、活性與不育性和藥害之間相關性，在早期通過檢測als酶活性，有望快速鑒定化學雜交劑噴施效果，進而根據需要盡早采取補救措施來提高化學殺雄效果。2 苯磺隆化學殺雄效果的影響因素苯磺隆化學殺雄效果與噴藥濃度、噴藥時期、施藥方式、噴藥技術等因素密切相關。2.1 噴藥濃度濃度是影響苯磺隆對油菜化學殺雄效果的重要因素。濃度小，殺雄不徹底;濃度大，易出現藥害，影響結實率，導致制種產量低。適宜濃度應是在滿足化學殺雄效果的同時盡可能降低藥害程度，或是產生輕微藥害的濃度。前人研究中適宜濃度一般為0.05%0.35%。在有效劑量相同的條件下，濃度與噴藥量可以采取不同組合，不同組合化學殺雄效果不盡相同。李建廠等21比較

15、化學雜交劑sx-1飽和噴霧和標準噴霧的化學殺雄效果，結果表明飽和噴霧（單株噴藥量12 ml，濃度1.4 mg/l）的化學殺雄效果明顯好于標準噴霧（單株噴藥量3 ml，濃度5.6 mg/l），藥害明顯比標準噴霧輕，說明合適噴藥量也是影響藥效的因素之一。選擇噴藥量應綜合考慮藥液濃度、噴藥方式、噴藥時期等因素，前人研究中常見油菜單株噴藥量為220 ml。不同基因型油菜對苯磺隆的敏感性存在差異，因而不同基因型油菜適宜的噴藥濃度也不同。信曉陽等22用2 mg/l苯磺隆溶液處理49個基因型油菜幼苗，鑒定出低度敏感材料2份、中度敏感材料22份、高度敏感材料25份，說明不同基因型油菜對苯磺隆抗性存在差異。王倩

16、等23用25 mg/kg苯磺隆溶液處理241份甘藍型油菜種質，鑒定出耐苯磺隆級3份、級30份、級198份、級6份、級4份，對苯磺隆耐性較強的甘藍型油菜品種（系）為希望106、swu95和wh-33，可作為甘藍型油菜苯磺隆耐性育種的重要資源。于澄宇等24研究表明，苯磺隆對20種基因型油菜的化學殺雄效果具有一定差異， 對82089、史力豐等葉色較深、花期較晚的品種（系）殺雄率較低。張秀英等25研究認為，單株噴藥量10 ml時中雙11號最適合濃度為0.1 mg/l，滬16最適合濃度為0.25 mg/l。何忠軍等26研究認為，苯磺隆對甘藍型油菜楊4和中11的最佳施用濃度為0.200.25 mg/l，而

17、早熟1號、早熟2號的最佳濃度為0.35 mg/l。2.2 噴藥時期已有研究表明苯磺隆誘導油菜雄性敗育主要始于四分體至小孢子單核前期這個階段7-8。一般認為這個階段也是第一次噴藥最佳時期。花粉發育與花蕾發育密切相關，可以通過花蕾長度這一形態指標來估計小孢子所處發育階段，因此第一次噴藥時期可以根據最大花蕾長度來確定，一般認為花蕾長度1.52.5 mm比較合適，但是不同環境不同基因型油菜最適合最大花蕾長度也不盡相同，必要時需要進行鏡檢確定。李東昊等27觀察甘藍型油菜湘油15號花粉母細胞減數分裂行為，認為花蕾長度1.52.5 mm時，處于單核花粉粒時期。曹毅等28觀察甘藍型油菜蜀雜9號，認為花蕾長度3

18、4 mm處于四分體時期，花蕾長度46 mm處于單核期。噴藥時期對化學殺雄效果有較大影響。馮順山等29在用0.094 mg/l苯磺隆藥液240 kg/hm2的劑量條件下研究不同噴藥時期對低溫敏感型細胞質雄性不育系8963a的輔助殺雄效果，結果表明：3月5日（最大花蕾平均蕾長1.2 mm）處理，殺雄徹底，但藥害重，結實差;3月10日（2.5 mm）處理僅個別植株有輕微藥害，殺雄徹底，開花結角正常;而3月15日（3.5 mm）和3月20日（4.0 mm）輔助殺雄效果不明顯，藥害也不明顯。黃馳等30研究0.10 mg/l苯磺隆藥液不同噴施時期對油菜育性的影響，在主花序最大花蕾長度1.502.00 mm

19、（即小孢子單核期）和3.004.00 mm時噴施都可誘導100%全不育株率，并保持整個花期不育，僅出現輕微藥害;而0.501.00 mm處理，由于噴施時期過早，雖然可誘導95.66%全不育株率，但不育持續時間短，藥害株率高。油菜花期長達30 d左右，多數情況下一次噴藥無法實現整個花期不育，一般在初花期前后還要噴一次。如果這2次噴藥間隔期較長，如超過40 d以上，則還需要在間隔期再噴一次。控制好噴藥次數和間隔是實現整個花期不育的保證。選擇合適噴藥時期還應考慮天氣條件和土壤墑情，要選擇晴好、溫暖天氣，以日均氣溫達10 以上，田間相對濕度達70%以上為好，注意避開下雨、大風以及露水，一般要求噴藥后2

20、4 h內不降雨。曹永紅等31采用人工模擬中雨研究降雨對化學雜交劑sx-1使用效果的影響，結果表明：sx-1噴施后人工模擬中雨時間越近，化學殺雄效果越差，表現為不育率降低、不育性持續時間變短;sx-1噴施后8 h降中雨對藥效影響不大。2.3 施藥方式目前化學雜交劑施用方式主要有葉面噴施、涂莖處理和土壤施用等。葉面施用優點是藥效高，用藥量較少，操作相對簡單，是大田應用主要方式。苯磺隆用作涂莖處理，藥效次于葉面噴施，相對費時費力，一般僅用于人工輔助去雄雜交。土壤施用雖然方法簡單，容易操作，但其最大弊端是用藥量很大。李建廠等21研究化學雜交劑sx-1涂莖、注莖、灌根、飽和噴霧和標準噴霧共5種方法對油菜

21、的化學殺雄效果，結果表明：單株注莖（22 l，110 mg/l）處理和飽和噴霧（單株噴藥量12 ml，濃度1.2 mg/l）處理對雄性不育誘導效果最好，均可誘導油菜雄性不育株率 100%，且對農藝性狀影響不顯著。2.4 噴藥技術化學雜交劑施用技術要求較高，均勻一致噴霧是保障良好化學殺雄效果的前提。然而噴霧效果容易受噴霧機械質量優劣、噴施人員技術水平、植株生長狀況及使用環境等因素限制，施藥劑量往往誤差較大、施藥不均勻，化學雜交劑利用率低，從而導致化學殺雄效果不理想。因此，化學殺雄母本群體要求個體均勻一致，密度適中，加大父母本間距，防止藥液飄移到父本上;噴霧時要求霧化效果好，不漏噴、不重噴;噴藥前

22、需組織專人培訓，噴藥時需由專業技術人員指導32。2.5 化學殺雄效果張寶娟等33在陜西楊凌研究苯磺隆對甘藍型油菜中雙9號的殺雄效果，結果表明：在薹高1520 cm、最大花蕾長度12 mm時第1次噴藥，單株噴藥量1520 ml，間隔10 d 左右再進行第2次噴藥，單株噴藥量810 ml，葉面噴施最佳濃度為0.0750.100 mg/l，可誘導94%100%全不育株率，不育持續時間可達2125 d，達到整個花期不育，花期推遲12 d，藥害較輕，天然授粉結實率與對照無明顯差異。王同華等34在湖南長沙研究苯磺隆對甘藍型油菜pol-cms恢復系sc4和不育系20a的殺雄效果，結果表明：在sc4薹高121

23、5 cm，最大花蕾長度1.01.5 mm時，噴施0.01、0.05、0.10 mg/l苯磺隆溶液，間隔15 d左右再噴1次，每次噴施至葉片濕潤至白色露珠為止，殺雄作用可以持續22 d以上，未見明顯藥害，雜交種純度可達75.2%81.5%;在20a第1次打頂后，噴施0.05、0.10 mg/l苯磺隆溶液，制種純度分別達95.9%98.1%。于澄宇等24研究苯磺隆對甘藍型油菜秦油3號等20個品種（系）的化學殺雄效果，結果表明：在最長花蕾23 mm（小孢子單核期）時噴施有效成分90 mg/hm2（折合濃度0.07 mg/l，藥液1 275 kg/hm2）苯磺隆溶液，單株噴藥量68 ml，12 d后復

24、噴1次，噴施時加入0.2%0.5%洗衣粉，全不育株可達100%，持續時間22 d，結實基本正常。馮順山等29研究苯磺隆對甘藍型油菜胞質不育系8963a的輔助化學殺雄效果，結果表明：最佳噴藥時期是最大花蕾平均長度2.5 mm（平頂期），最佳濃度0.094 mg/l，噴施藥液240 kg/hm2。黃馳等30在成都研究苯磺隆對甘藍型油菜自交系99-35和09qb48-54的殺雄效果，當主花序最大花蕾長度1.52.0 mm時，第1次葉面噴施，隔10 d左右再第2次噴施，單株噴藥量1520 ml時，0.050.10 mg/l苯磺隆溶液可誘導全不育株率100%，不產生藥害，整個花期雄性不育;單株噴藥量81

25、0 ml時，0.30 mg/l苯磺隆溶液可誘導群體不育株率90%以上，但結實率受到一定影響;0.30 mg/l苯磺隆溶液涂莖2次，可誘導群體全不育株率91.16%。付三雄等20在江蘇溧水研究苯磺隆對甘藍型油菜寧油18號和096030的殺雄效果，結果表明：在70%最大花蕾長度為12 mm時，葉面噴施0.2 mg/l苯磺隆溶液，間隔10 d再噴1次，每次單株噴藥量810 ml，可誘導100%全不育株率，整個花期不育，但是藥害較重，相對結實率僅約 4%。任莉鎖3在陜西楊凌利用抗苯磺隆材料 k5 和 ds3 作為父本、用普通自交系 zh9 作為母本進行網室模擬制種，zh9×k5 噴施 0.2

26、25 mg/l苯磺隆鈉溶液后父本正常，母本完全不育，結實性較好。3 展望苯磺隆是一種較為理想的油菜化學雜交劑，然而其誘導油菜雄性不育效果受不同生態條件、品種、田間長勢、噴藥時期、噴藥濃度、噴藥量以及施藥方式等因素的綜合影響，在使用時，應著重考慮以下幾個方面。一是針對不同生態區不同基因型油菜，需要進行苯磺隆噴藥濃度、噴藥量、噴藥時期以及用藥間隔的優化，以期達到整個花期最佳雄性不育誘導效果。二是大面積噴施應用時，應建立標準化程序，如培育長勢一致且單株之間葉片不重疊的母本群體;實施均勻一致的機械葉面噴藥等。三是探討基于飽和噴霧的苯磺隆誘導不育技術，盡可能降低噴藥量對化學殺雄效果的影響，從而降低對母本

27、群體和噴藥技術的要求，大大方便大田實際操作。四是研究建立最佳苯磺隆處理模式下花蕾als酶活性變化模型，通過噴藥后早期監控花蕾als酶活性來預測殺雄效果及藥害，并根據需要及時采取措施進行補救，有效降低制種風險，提高生產效益。五是cims途徑組合選配宜選擇推廣面積較大、適宜機械化栽培、產量較高、配合力較好的常規品種作為母本。參考文獻1 傅廷棟.雜交油菜的育種與利用m.武漢：湖北科學技術出版社，1995.2 官春云.油菜雜種優勢利用新技術：化學雜交劑的利用m.北京：科學出版社，2012.3 任莉鎖.油菜新型化學殺雄劑篩選及藥效評價d.楊凌：西北農林科技大學，2019.4 楊光圣，辛強，董發明，等.一

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