利用雄性不育杂交育种
1936年美国首先发现洋葱雄性不育系，使洋葱成为世界上最早利用“雄性不育”法配制杂交种的蔬菜作物之一，用雄性不育系生产的杂交种可增产20%左右，高者可达50%。目前，在中国销售的杂交洋葱品种主要是以美国先锋、日本泷井、荷兰B9等公司选育的。
（一）细胞质雄性不育性遗传原理 洋葱育种最重要的成就开始于1936年，Jones和EmsweIler在戴维斯加州大学的育种地里种植的“意大利红”（Italian Red）品种中发现了一株雄性不育植株，对它进行l3～53个育种项目的鉴定，认为它是雄不育的历史系谱成员。这个植株不结种子，但在小花中产生几个鳞茎，小鳞茎使它免于灭绝。把小鳞茎保存起来，再种植后产生了新植株，将这些植株与别的洋葱杂交，用其后代研究雄不育的遗传性。结果表明：雄不育性是由一个隐性核基因与一个胞质基因互作控制的。正常能育株的胞质用“N”表示，不育株的用“S”表示，能育株的细胞核遗传组成表示为Ms／_，不育株的表示为ms／ms，支配雄性不育和能育的胞核和胞质因子有各种结合。图3-1表示为雄不育性只能由具有下列条件的两个系统保持。母本系必须是S（ms／ms）纯合的（称作不育系或A系），父本系必须是N（ms／ms）纯合的。在杂交时，能育胞质因子没有转入到雌性中去。因此，N胞质组成为雄不育系提供了育性（称作保持系或B系）；但当用这个B系与母本系（即A系）杂交时，不能恢复后代的育性。父本系的核基因和胞质基因的其他任何结合都将得到能育或育性分离的后代。
（二）质核互作雄性不育系转育
育种中利用已知的雄不育A系和经测交证明了的一个B系，经育种选择，育种者就很容易建立新的A-B系对，其中A系的基因型经回交将会与B系一致。表3-4表明回交6代或更多代，原始的雄不育系（A）系基本上与轮回亲本B系除育性外的其它各性状都达到一致。
图3-1 质核互作洋葱雄性不育系杂交产生的后代
表3--4 利用回交法与鉴定B选择系培育洋葱新A系的方法
A、B系的培育如表3-4所示，是以B系（能育）与A系（雄不育）不断回交而得到的。经5次以上回交后，A系基本具有与B系相同的核基因型。B系用于保持雄不育A系的种子。由于能育的胞质基因是不会转移到母本里去的，因此，当A系与B系杂交时，A系仍是雄不育的。核不育基因和胞质不育基因必须同时存在，植株才会表现是雄不育的。
新A系的培育和保持系需要同时重复进行，这是一个不断回交的过程，唯一的差别只是隔离网的大小或进行田间隔离。A系中不断淘汰能育株，B系中应当不断按照所要求的类型进行选择淘汰。在所有各阶段的鳞茎或种子的贮藏、栽植或处理中，A、B两系都应当分别保留，注意防止种子或鳞茎的混杂。例如：A系的鳞茎应当作为一组来种植，要与B系或C系（雄性不育恢复系）的鳞茎分开，清洁种子也应当分开进行，防止A系或B系群体的意外混杂。见表3-5。
表3-5 利用测交和回交法培育洋葱雄不育新A系的过程
上述方法是培育新A系最易于采取的途径，也是保持或增加A系种子的唯一途径。用已知B系与C系（雄性不育恢复系）进行杂交产生新的B系，然后用已知的A采进行回交也是可以的。如果育种者有机会在种子生产田在开花时进行观察，也可能获得新的A系，这是获得新A系的第三种方法。有人已经对几个品种进行观察，发现它们的不育株率很低。Peterson和Foskett，Kobabe，Banga和Petiet，Makarov，以及Yen都报道了在种子生产田对这种雄不育分离株的观察。作者也在育种系和品种中观察了这种偶尔出现的不育株。当在某一品种中发现雄不育系后，就能利用它们与一个能育系统进行配对测交。如果从雄不育株上收获的种子是100%不育的，那么选作测交的品系就是B系。因此，无须进行回交就能立即得到一个新A系和一个保持系B系。
（三）田间雄性不育株的选择培育与繁殖
1.雄性不育株特征 在田间可观察到可育株花苞大，花丝和花药大，花药呈亮绿色或亮黄色，花粉充足而有活性。见彩图3-19、3-20。
雄性不育株一般长势比正常株弱，叶片细小、花茎细弱，花苞小，小花的花瓣、花丝和花药也较小，花药呈红褐色，干瘪，花粉无活性。有的缺雄蕊，有的花丝短、花药皱缩不开裂；或花药颜色较浅、呈灰褐色，有的花药呈透明状、亮绿色、或灰绿色干瘪。或花粉败育，或花粉黏集而不发芽。而瓣化型不育则为雄蕊成花瓣状，雌蕊正常。见彩图3-21。在田间寻找不育株时，可用手抚摸花球，发现无花粉时，对小花进行镜检后即可确定。见彩图3-22。
2.雄性不育株来源 雄性不育株的获得途径有3种：一是引入可直接利用的雄性不育系；二是把原始不育株转育成所需的优良不育系，这是最直接的方法；三是在含有不育系的杂交后代中选择不育，这是获得雄性不育株的主要途径，但是工作量很大。
3.雄性不育株系和保持系选育
（1）雄性不育株选择 要育成优良的雄性不育系，首先要有雄性不育株，在含有不育系的商品后代中选择，这需要在较大群体内进行。方法是大量种植商品洋葱的F2鳞茎，在开花期巡视检查是否存在雄性不育株。检查时选择晴天的中午前后，用手掌逐株接触花头，观察掌内有无花粉，如发现某1株接触后掌内无花粉，再观察它的花序和花的形态。一般雄性不育株的花丝较短，花药皱缩不开裂，药色较浅，呈灰褐色或幼年期呈透明状淡绿色，花序和花有时与可育株的花序和花不同。发现这样植株后应搜集该株上的花药进行显微镜检验，凡药内无花粉或虽有花粉，但花粉极少而形态正常者即为雄性不育株。由于雄性不育性有强弱，有些受环境条件影响而变，对这些初步鉴定的不育株，一方面从始花期到终花期分几次观察，另一方面进行人工授粉自交（如属花粉败育性不育），以检验自交结籽率，选择不育性最强而稳定的原始不育株。
雄性不育株在品种间差异很大，存在概率为0.1%～24%，但是一般品种只要检查几千株，即能发现不育株。然后利用在一个洋葱品种中发现的雄性不育变异株与同品种内的可育株进行成对交，其后代的不育株率为50%，不育度为100%，形成由核隐性基因控制的雄性不育两用系，再连续通过所述两用系内不育株与可育株杂交，对所述两用系进行纯化和扩繁，经过数代可培育出雄性不育系。(https://www.daowen.com)
在实际工作中往往不易得到100%不育株的组合，在这种情况下应该用几个不育株率最高组合的父本自交系，分别与各组合内的不育株回交，同时，各父本进行自交。这时每一父本自交系内应该选用约10株作父本，分别进行测交和自交。因为这些自交系的亲本大概是F（msms）基因型，自交系内应该是3种基因型成以1：2：1比例存在。
（2）雄性不育保持系株选育 通过田间检查也可获得保持系，在田间观察到与不育系性状相同的可育株即有可能为保持系，经多代自交即可选择出保持系。或者在发现雄性不育株后，用几个品种正常可育株为父本，进行侧交和连续回交，选育出其不育系及与之匹配的保持系，以便以后进行雄性不育系的有性繁殖。
保持系具有共性，可以作为同一系列其他不育系品种的保持系应用，若作为不同系列保持系需要进行配合力测定。雄性不育系和保持系的选择见图3-2。
图3-2 雄性不育系和保持系的选育
在育成优良雄性不育系后，就可以用作不育系统与另一选定可育系统交配，生产所需的一代杂交种。作为父本的可育自交系，应该是与不育系经过配合力测验证明有最高配合力的。
4.雄性不育株繁殖保存方法
（1）雄性不育株的营养繁殖 在没有找到雄性不育系的保持系之前，要保存雄性不育株的不育系，可以通过营养繁殖保存，比培育保持系更为简便实用。抽薹植株再次形成的鳞茎可以继续利用，但繁殖系数很低，适合于少量的保存雄性不育系，不适合大面积制种。如果将花薹采取割蕾的办法促使其形成顶生小型鳞茎，就能扩大雄性不育株的繁殖。其具体做法是：当花序刚绽苞时（如天津市在5月下旬），将小花的花蕾用剪刀剪掉基部保留部分花梗（0.5～1毫米），而后立即套袋。因小花生长不齐，过几天还要补剪1次。纸袋在起到保湿作用的同时，还可以通气散热，这样到7月中旬顶生小鳞茎即可成熟。如剪蕾后不套纸袋保湿，则很难成功。据试验，在剪蕾后洒布10×10-6的苄基嘌呤，有提高顶生鳞茎发生率的效果。采收时，将花薹剪下，稍经晾晒后以备栽植。在天津市为了躲过雨季，将顶生鳞茎从花薹上摘下装入用窗纱缝制的口袋中，悬吊在通风、凉爽的地方防止受潮，或直接暴晒，以备定植。
（2）洋葱雄性不育系的组培繁殖 利用组织培养法保存与繁殖洋葱雄性不育系，为进一步广泛利用洋葱杂种一代，提供了一条有效的途径。1986年，华中农业大学徐跃进开展了洋葱雄性不育系的试管繁殖的研究。取已春化处理10天的球茎，在球茎基部1.5厘米处横切，取出茎尖，浸入70%酒精2～5秒，然后浸入Antiformin溶液（次氯酸钠）中灭菌15分钟，再剔除外部叶鞘，用无菌蒸馏水冲洗3～4次，将鳞盘均等6份，移入培养基中（茎尖以2～6毫米为宜）。用MS培养基，外加Kinetin4～12mg/l：NAA0.1～1.0mg/l，促进根和芽的生长。当移植二周后，部分试管出现绿苗，另一部分试管为白色愈伤组织。3～4周后，全部长出绿苗。移植4星期后，芽长超过2厘米，每支试管芽数为1.8～2.3根。在此试验中，以MS+Kinetin8mg/l+NAAO.5mg/l培养基效果最好，既诱导出了芽，也诱导出了根。
5.培育恢复系 恢复系即进行杂交一代制种的父本。需要经过多代自交，按株系种植并进行综合性状的严格选种，经过3～4代自交后，可获得若干综合性状优良的自交系。然后再与雄性不育系杂交，进行配合力测验，以配合力最高的株系为恢复系。恢复系原种的扩繁，要在隔离条件好的情况下用成熟的鳞茎进行露地采种；也可设立网室，予以人工授粉，进行隔离采种。可从各种皮色品种中选择若干优良种株，每1单株定植在1立方米的网罩中，花期每罩放数只蜜蜂或苍蝇帮助授粉。如此年年自交，代代优选，约经4代可以获得若干各种皮色、性状稳定的优良自交系。
（四）雄性不育杂交种的育种程序 由于洋葱具有生长周期长（22个月）、自交衰退严重、无法进行大规模人工授粉、加代繁殖困难、性状遗传复杂等特点，采用传统育种方法选育周期长（越10～14年）。因此，世界洋葱育种专家主要利用洋葱细胞质雄性不育系培育洋葱杂交种。
1.利用雄性不育系培育洋葱杂交种的育种程序 如果具有优良的不育系和保持系，可以选择多个优良的父本系和雄不育系进行广泛的配合力测定，筛选出优良杂种组合，然后经过田间鉴定、品比试验、区域试验和生产试验过程，筛选出获得具有目标性状的杂交种。利用雄性不育两用系培育洋葱杂交种的育种程序见图3-3。
图3-3 利用雄性不育系选育优良杂品种
2.雄性不育两用系选育洋葱杂交种 采用雄性不育系配制1代杂种需要3系配套，即不育系（A）、保持系（B）和父本系（C）。
第1年：杂交种生产，在1代杂种制种圃内以所述雄性不育两用系中的不育株为母本，分别选择多个洋葱自交系为父本配制杂交组合。种植时两系鳞茎成对种植：一个是已知的雄性不育系，另一个是待选择的父本系。开花前隔离这些植株。开花之初检查雄不育系，如果具有3个以上的花茎，那么不育鳞茎上就只留一个花茎，以方便检查不育性，如果是能育的，将雄性不育两用系中的可育株彻底拔除。并对父本进行检查，摘掉所有已开放的花。因为它在隔离罩里可能会与不育株发生一些杂交。随后开始向网罩内投放苍蝇蛹。授粉结束后，将父本植株全部拔除，以便种子在继续成熟中不会发生种子混杂现象。这时应取掉隔离网罩，支撑住茎，防止吹风花茎断裂。种子成熟后将种子分别收在小纸袋中，给每对编号。从上述各个组合的母本株上采收的种子，均为100%纯度的杂交种。为了后续生产试验中所需种子量，杂交组配时适当加大种子繁殖量。
第2年：分别种植杂交生产的F1种子，对种植的F1组合的田间表现、株型、球型、产量、品质、皮色、紧实度、抗病虫性、抗逆性、耐贮藏性等性状进行综合分析、评判，选择优良组合。
第3～5年：对上年筛选出的优良组合，用第1年生产的种子分别进行品比、区域试验和生产试验，进一步对F1杂交种的田间表现、产量构成、抗病虫性、适应区域等进行综合分析、评判，选择优良组合。在进行生产试验的同时，可对综合表现优良的组合进行扩繁。
利用雄性不育系作母本和能育自交系作父本，已成为目前洋葱配制F1代杂种的主要途径了。目前生产上所用的F1代杂种几乎都是单交种，如果所用亲本的性状能保证配成杂种在主要经济性状方面无显著分离，则3系杂种的产量常高于单交种。