核質互作雄不稔性狀於番椒雜交種子採種之研究

種苗改良繁殖場 李美娟、陳盛義、蕭吉雄

摘要

      番椒核質互作型雄不稔性狀於低溫下，有時可恢復稔性產生正常花粉。為檢定核質互作雄不稔辣椒品系TBC4A 之穩定性，於1997年10 月16 日起至隔年7 月15 日，共39 週，每週檢查花粉稔實性，結果不論在網室或田間，雄不稔株於高溫期(10/16-10/24；4/29-7/15)雄不稔性狀較穩定，約有10﹪植株可產生極微量花粉，而於冬春季低溫期，花粉變為可稔之株數百分率提高，網室植株約為15﹪，田間為20-40%，統計結果花粉變為可稔之植株百分率與溫度成顯著之負相關，相關係數為-0.42**~-0.46**。

      以核質互作雄不稔辣椒品系TBC4A 為母本，紫花雄可稔品系C476 為父本，探討雄不稔品系開放自然授粉生產雜交種子之可行性，結果在父母本1:1 的比例，未人工釋放蜜蜂情況下，計算270 個標示花朵，結果46﹪的花朵著果結實，未授粉而落花為48.5﹪，其餘5.5﹪為單為結果。蜜蜂授粉著果之132果，平均每果種子數為37 粒，與人工授粉之42 粒無顯著差異，種子播種之植株都具有父本之紫花紫莖性狀。故以雄不稔系進行隔離蜜蜂授粉生產辣椒F1 種子，實為可行，但採種時期應避免雄不稔性狀不穩定之低溫期。

前言

      雜交一代品種的整齊性、生長勢與高產為現代農業所要求的目標，又為農民所希望之趨勢，但人工雜交採種成本高。番椒雜交一代種子採種，曾為台灣南部最高價農產品，但由於工商業繁榮，導致人工採種成本過高而採種產業流失，雄不稔性狀之應用為降低採種成本最好的方法。此外，利用具雄不稔性狀為雜交母本，可避免自交而提高採種純度；雄不稔母本品系無法自交留種，也可避免採種親本遭竊流失。目前許多國家如以色列、法國、韓國及荷蘭等都積極進行番椒雄不稔之研究及育種。

      番椒雄不稔性狀之遺傳模式有：(一)細胞核雄不稔型(geneticmale sterility；GMS)(Breuils and Pochard, 1975；Daskaloff, 1968；Daskaloff, 1971a,b；Daskaloff, 1973; Shifriss and Frankel, 1969；Shifriss,1973)，此型雄不稔表現相當穩定，沒有花粉產生，不受環境影響而恢復稔性。(Shifriss, 1997)(二)細胞質雄不稔型(cytoplasmic malesterility；CMS)(Andrasfalvy and Csillery, 1983；Csillery, 1983；WoongYu, 1990)，此型雄不稔因沒有恢復系，故沒有商用價值。(三)核質互作雄不稔型(gene-cytoplasmic male sterility；G-CMS)(Peterson, 1958；Novak et al.,1971；Shifriss and Guri, 1979；Yu, 1985；Yu, 1990)，此型不稔植株間花藥特徵及花粉不稔程度稍有差異，且易受低溫環境影響而恢復稔性，可能影響雜交種子純度。

      雄不稔性狀表現會受環境影響，番椒為溫度敏感型，且主要以核質互作型雄不稔容易受溫度影響。Peterson(1958)指出核質型雄不稔植株在溫暖的環境下雄不稔表現程度較高，而冷涼環境下較易恢復稔性。Shifriss 和Guri(1979)測試核質互作雄不稔品系之自交率，結果在較低溫之3 月~4 月間，各品系之自交率介於1~28﹪，但隨著炎熱季節到來，所有品系不稔性表現增加。番椒正常花朵具有蜜腺，可產生花蜜吸引蜜蜂，為屢異交作物，而自然雜交率可達16.5﹪(Odland and Porter, 1941)。

      雄不稔花朵雄蕊發育異常，但仍具有蜜腺(圖1a，1b)，故雄不稔性狀應用於番椒雜交種子採種上，除了可免去除雄的步驟外，父母本若種植在隔離環境下，應可利用蜜蜂進行雜交授粉。本試驗針對種苗改良繁殖場選育之核質互作型雄不稔番椒品系，於不同季節之溫度環境下進行雄不稔性狀穩定性之研究，並以開放蜜蜂雜交授粉方式，調查及評估雄不稔品系經自然雜交授粉後雜交果實之著果情形與生產雜交種子之可行性。核質互作雄不稔性狀於番椒雜交種子採種之研究。

材料與方法

試驗一：溫度與溼度對核質互作辣椒雄不稔穩定性之影響材料：核質互作辣椒雄不稔系TBC4A，共52株，定植於田間27株，網室盆植25株。

方法：參試之株齡為6個月之老株，試驗前於1997年8月底先行修剪，修剪後栽培管理，待植株生長勢旺盛及抽新梢開花後進行試驗，試驗期間定期施肥、病蟲害管理。於1997年10月16日起至1998年7月15日，每週以agar 1% + sucrose 10% + H3BO3 100ppm + MgSO4.7H2O200ppm + Ca(NO3)2.4H2O 300ppm +KNO3 100ppm培養基(Brewbaker and Kwack,1963)培養花粉配合顯微鏡檢查花粉1次，每株套袋並取樣2-5朵花，共39週，若取樣花粉中有1粒具完整花粉粒形狀(圖1c，1d)，雖未發芽仍判定植株受環境影響恢復稔性，試驗期並以HOBO記錄器記錄網室之溫度及田間之溫、溼度。

試驗二：核質互作辣椒雄不稔系開放自然授粉可行性之評估。

材料：核質互作辣椒雄不稔系TBC4A 及紫花雄可稔品系C476，各27 株。
方法：以1：1 方式，於田間種植雄不稔株27 株及紫花雄可稔品系27 株，試驗種植地周圍100 公尺內無種植其他辣椒品系，做為雜交授粉之安全隔離範圍。參試之植株為育種採種後之材料，故株齡為6個月之老株，試驗前於1997 年8 月底先行修剪，修剪後栽培管理，待植株生長勢旺盛及抽新梢開花後進行試驗。於1997 年9 月25 日起11 月26 日止共10 週，每週於每一雄不稔株隨機選取1 朵花掛牌標示，約1 個月後記錄著果情形，同時進行人工雜交授粉，做為蜜蜂授粉之對照組，若著果成功則計算每果種子數及播種鑑定是否為雜交種子。

結果

試驗一：溫度與溼度對核質互作辣椒雄不稔穩定性之影響

      1997 年10 月16 日起氣溫由24℃左右持續下降，進入冬季之低溫期，於1998 年2 月6 日溫度最低只有12℃，隨後春季來臨而溫度核質互作雄不稔性狀於番椒雜交種子採種之研究回升至7 月8 日初夏高溫28℃(圖2d)，田間溫度略低於網室1~2℃(圖2a)。田間溼度紀錄結果，並無季節變化之趨勢，相對溼度介於65﹪~85﹪之間(圖2c)。

      辣椒雄不稔品系於試驗期間經歷不同高低溫，調查溫度對雄不稔植株花粉恢復稔實情形，田間雄不稔株進入秋冬之低溫期，花粉變為可稔之植株百分率介於10﹪~55﹪，於隔年4 月份，溫度回升花粉變為可稔情形降低至0~10﹪(圖2e)，網室盆植雄不稔株，也在進入高溫期雄不稔性狀維持較穩定，花粉變為可稔之植株百分率介於5﹪~10﹪(圖2b)。將溫、濕度與花粉可稔率進行相關分析，結果濕度與花粉可稔率無關，但不論於網室或田間，花粉可稔植株百分率與溫度呈極顯著之負相關，相關係數-0.42**~-0.46**(表一)，顯示低溫時，雄不稔植株較容易恢復稔性產生花粉。

試驗二：雄不稔系開放自然授粉可行性之評估

      雄不稔之辣椒植株，因無有功能之花粉，故無法自花授粉，在無雜交授粉情況下，花朵老化掉落，但於低溫下，未授粉之雄不稔花朵容易產生單為結果現象(圖3)。開放蜜蜂自然授粉下，雄不稔系TBC4A植株於10 週內共標定270 朵花，結果48.5﹪的花朵落花，46﹪的花朵著果且發育成熟，而有5.5﹪的花朵雖著果但內無種子的單為結果(圖4)。計算授粉著果之132 條辣椒果實之種子，有47﹪的果實單果種子數為1-20 粒，18.9﹪的果實單果種子數為21-40 粒，而有34.9﹪的果實單果種子數超過40 粒(圖5)。比較蜜蜂授粉與人工授粉方式對辣椒單果種子數之影響，結果人工授粉平均單果種子約42 粒，蜜蜂授粉者約為37 粒，兩者無顯著差異(表二)。收穫果實之種子播種後，所有族群皆具有雜交花粉來源之紫色性狀，故確為雜交授粉得來之種子。

討論

      番椒核質互作雄不稔植株TBC4A，歷經試驗期9 個月之高低溫度，結果於高溫24℃以上(圖2)，花粉不稔性表現穩定；於低溫下較多雄不稔植株可產生不具發芽能力的花粉，故本試驗材料於低溫下具有恢復稔性的潛力及趨勢，此結果與Peterson(1958)、Shifriss 等人核質互作雄不稔性狀於番椒雜交種子採種之研究(1979)研究結果相符。

      Peterson(1958)認為核質互作雄不稔植株(Smsms)在冷涼條件下增加花粉量可能原因為：(一)不稔細胞質敗育特性的暫時改變；(二)雄不稔(ms)基因產物誘導相關基因的作用。相同的雄不稔植株在盛夏花粉孢子完全缺乏，至冷涼時期可產生畸形或有活力之花粉，這種外表型的改變應是溫度影響花粉敗育過程的進行。番椒雄不稔花粉敗育發生在四分子形成前後(耿等，1994；Hirose and Fujime,1981； Horner and Roger, 1974；Meshram and Narkhede, 1982；Novaket al., 1971；Shifriss and Frankel, 1969)，在冷涼條件下由於花粉敗育過程的延遲或缺乏，花粉母細胞可達到成熟後期，因此，高溫是番椒雄不稔性狀表達最重要的環境條件，而從雄不稔至部分可稔的表型改變並非遺傳性的改變，而是不稔修飾因子與溫度交感之結果(Peterson,1958)。

      許多園藝作物生產上，以授粉昆蟲增加雜交授粉，進而增加果實生產量，包括蘋果、梨、杏仁(Kendall and Solomon)、草莓(Nye andAnderson, 1974)、溫室番茄及溫室甜椒(Marcelis and Hofman-Eijer,1997；Jalarn et al., 1997；De Ruijter et al., 1991)。除此之外，授粉昆蟲也應用在一代雜交種子採種生產上，Stanghellini 等人(1998)利用蜜蜂生產西瓜(Citrullus lanatus)雜交種子，結果隨著授粉昆蟲增加，雜交種子產量提高。Soroka 等人(2000)利用授粉昆蟲生產蕪(Brassicanapus L.)一代雜交種子，其採種方式以核質互作雄不稔品系為母本，雄不稔恢復品系為父本，在隔離之網室內以授粉昆蟲進行雜交授粉，雖觀察到授粉昆蟲造訪雄可稔父本的時間較母本長的現象，但結果授粉昆蟲愈多，雜交種子產量仍愈高，且在充足的授粉昆蟲下，可生產高量的雜交種子。

      番茄、番椒單果種子量與授粉量有關，所授與之花粉愈多，種子數愈多(Picken, 1984；Marcelis and Hofman-Eijer, 1997)。本試驗以核質互作雄不稔之番椒TBC4A 品系，在不釋放授粉昆蟲下，進行開放授粉，可成功生產雜交種子，且著果率可達約50﹪，開放授粉與人工授粉之單果種子數無顯著差異(圖4、表2)，由此結果顯示，以雄不稔性狀及蜜蜂授粉運用在番椒一代雜交採種上，應為有效降低雜交採種之成本，且可由父母本比例及授粉昆蟲數量來增加採種量。

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資料來源：種苗科技成果發表會專輯