CN104542247A - 一种水稻两用核不育系的选育方法 - Google Patents
一种水稻两用核不育系的选育方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种水稻两用核不育系的选育方法，其特征在于，包括以下步骤：选择亲本、人工杂交重组P1×P2、从F2后代中选择优良可育株、从F3世代株系中选择优良可育株、系谱法选育到F5-F8世代和选育得出两用核不育系。本发明的选育方法可加快育种进程，可实现一年繁殖2-3个世代；保证育成新不育系的利用价值；有利于对农艺性状的考察和选择；实现对米质和产量的准确考察和选择；实现一个群体、一个程序同时选育两用核不育系和恢复系。
Description
技术领域
本发明属于作物遗传育种技术领域，具体来说是涉及一种水稻两用核不育系的选育方法。
背景技术
杂交水稻需要两个基本的亲本，一个是不育系母本，一个是恢复系父本，这两个亲本共同决定了杂交水稻品种的农艺性状优劣。
水稻温(光)敏两用核不育系是两系杂交稻的母本，是一种高度依赖气候条件的杂交稻母本，在某一种气候条件下(短日低温)，其可以实现自我繁殖，在另外某一种气候条件下(长日高温)，可以实现不育，作为两系杂交水稻的母本。
目前，相关研究表明，大面积应用的大多数两用核不育系，其温(光)敏特性是受一对隐性主效基因控制，人工杂交ss(不育系)×SS(恢复系)→产生F1世代→继续种植产生F2世代，F2世代在败育气候条件下可育株和不育株比例为3:1，其基因型SS、Ss和ss的比例为1:2:1.同时，水稻温(光)敏两用核不育的育性转换临界温度的高低，受到微效多基因的修饰。前人的部分研究结果还认为，一些两用核不育系的温(光)敏特性是受2-3对基因控制。
两系杂交稻迅猛发展，两系不育系发展很快，更新换代迅速，全国各地已经先后育成大批两用核不育系。前人选育方法为：①低世代发现、选择光温敏不育株→②稻蔸异地或异季繁殖→③本地种植，选择不育单株，系谱法→④稻蔸异地或异季繁殖→不断重复上述③、④步骤、增加世代，直到稳定，得到一个两用核不育系。该方法存在制约、限制高效选育优良两用核不育系的因素：①选择群体非常小，特别是F3及其后世代，通常为几株至十几株，无法产生大量个体，无法充分选择。因其入选不育单株通常要通过再生或者稻蔸繁殖，期间又经常受到气候影响，能获得的单株种子量很少，常常为几粒到几十粒。②效率低，速度慢，一年很难繁殖2个世代。本地选择不育株，稻蔸异地或者异季繁殖收种，通常一年仅繁殖一个世代，同时耗费较大的精力培养稻蔸。③对米质的选择能力较小。因其群体小，能收获到的种子量极少，故无法开展米质检测等工作。④对农艺性状考察和选择不利，不育现象本身属一种生长不正常的缺陷，不利用考察其农艺性状，特别是育性恢复后的情况，对产量等农艺性状考察较为不准确。⑤实际工作，以育性为核心，单株育性为第一选择条件，而非育种目标确定的农艺性状，常常为育性而牺牲农艺性状，违背了育种总体目标，造成育成的新不育系育性特征很优秀，但不能被生产利用。⑥需与其他亲本选育分开，单独开展，选两用核不育系的群体和过程只能选育出两用核不育系。
为了突破上述限制因素，提高选育效率和育成新不育系的利用价值，需要开发、设计新的育种方法，突破选择群体中个体的数量，提供足够多的重组个体和充分的选择机会，加快育种进程，并始终以农艺性状优良、合乎育种目标为第一选择条件，加强对米质、产量等农艺性状的考察，同时与两系恢复系或者常规稻育种融为一体。
发明内容
本发明的目的是针对现行选育方法的各种局限，设计一种可以在低世代充分考察和选择农艺性状、选择光温敏基因杂合株，高世代再选择光温敏基因纯合的不育株发展成新两用核不育系的方法。
一种水稻两用核不育系的选育方法，包括如下步骤：
(1)选择亲本：选择光温敏基因供体亲本P1和受体亲本P2；
(2)人工杂交重组P1×P2，创造(P1×P2)F2分离世代：人工杂交P1×P2，然后种植杂交F1世代，收获F1代种子，种植产生F2世代植株；
(3)从F2后代群体中选择优良可育株：从F2开始，采用系谱法，从分离出不育单株的优良群体内，选择农艺性状优良的可育株；
(4)从F3后代群体中选择优良可育株：种植F3世代株系，持续从分离出不育株的株系群内选择优良可育株；
(5)系谱法选育到F5-F8世代：采用系谱法选育到F5-F8世代，直至各株系群体特异性、一致性和稳定性已基本显现；
(6)选育得出两用核不育系：从分离出不育单株的优良株系群体中，选择不育单株，利用不育株稻蔸异季或者异地繁殖收种，系谱法种植观察1-2世代，鉴定、定名，产生新的两用核不育系。
其中，步骤(3)所述选择F2世代群体中的优良可育株，包括以下步骤：
①种植F2分离世代50-2000株；
②观察其中的不育单株，考察其育性随气温变化波动情况，若所有不育株整体转育起点温度普遍比对照高，可考虑整体淘汰；
③选择产量、米质性状好，株叶形态好，植株较矮，以及其他性状合乎总体育种目标的可育单株，收获种子，进入系谱法程序。
其中，步骤(4)所述种植F3世代株系，从分离出不育株的株系群体中选择优良可育株，包括以下步骤：
①每个株系群体，根据具体情况和条件，种植50-500株；
②首先选择分离出不育株的株系群体，即Ss基因型单株的子代；
③然后，依据总体育种目标，再选择其中总体表现较优的群体；
④观察选中群体中的不育单株，考察其育性随气温变化波动情况，淘汰转育起点温度普遍高于对照群体，对于F2、F3世代不育株转育起点温度普遍较高的群体，可整个家系淘汰或者仅保留个别农艺性状极优群体。同等条件下，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体；
⑤考察和记录各群体不育株在柱头外露率等方面的整体情况，同等情况下，优先选择柱头外露好的群体；
⑥经过上述过程选出的优势群体中，选择产量、米质、抗性、株型等均较优，且其他农艺性状合乎总体育种目标的可育单株，产生下一世代株系。
其中，步骤(6)所述选择不育单株，产生新的两用核不育系，包括以下步骤：
①本地正季种植各株系群体：
②首先选择分离出不育株的株系群体，即Ss基因型单株的子代；
③依据总体育种目标，选择其中总体表现较优的群体；
④观察入选群体中的不育单株，考察其育性随气温变化波动情况，淘汰转育起点温度普遍高于对照群体。同等情况下，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体；
⑤考察和记录各群体不育株在柱头外露率等方面的整体情况，同等情况下，优先选择柱头外露好的群体；
⑥在经过上述过程选出的优势群体中，选择不育单株，入选单株温(光)敏基因型为ss；
⑦利用入选单株稻蔸异季或者异地繁殖收种。如华南稻区，早稻稻蔸可不断分蔸移栽，直到10月中旬抽穗繁殖种子；晚稻割蔸收种子，或在海南三亚用稻蔸繁殖收获种子；
⑧本地正季播种，产生新一世代株系，该株系即为新的两用核不育系；
⑨考察该新的两用核不育系群体的一致性、特异性和稳定性，如发现其特异性不显著的，可以淘汰，一致性和稳定性不良的，可以系谱法继续种植1-2个世代，直到稳定；
⑩鉴定、定名，成为新的两用核不育系。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明突破现行方法中F3及其后代选择群体小的限制，提供足够多的重组个体和充分的选择机会。
2、本发明突破对米质、产量等农艺性状的考察限制，实现始终以群体农艺性状优良、合乎育种目标为第一选择条件，保证育成新不育系的生产利用价值。
3、本发明可缩短不育系选育时间，可实现一年繁殖2-3个世代，加快育种进程。
4、本发明将两用不育系和恢复系选育融为一体，同步、同群体选育不育系和恢复系，提高育种效率，加快育种进程。
附图说明
图1是本发明水稻两用核不育系的选育方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：水稻两用核不育系530S的选育
一、实施步骤
(1)选择亲本
2011年南宁早稻从材料圃选择亲本，①选择温(敏)不育基因供体材料(即光温敏不育种质材料)P1：Y58S；②选择受体材料P2：测253。
(2)人工杂交
2011年南宁晚稻开展人工杂交Y58S×测253，收获杂交种子，海南三亚南繁，种植(Y58S×测253)F1世代，收获F1代种子。
(3)选择F2世代优良可育单株20株
2012年，南宁早稻种植产生(Y58S×测253)F2群体50-2000株，根据总体育种目标，严格选择产量、米质性状好，株叶形态好，植株较矮，其他性状合乎总体育种目标的可育单株，收获种子，进入系谱法育种程序。
(4)F3世代系谱选育
2012年，南宁晚稻种植F3株系，每株系种植120株。首先选择分离出不育株的株系群体，再选择其中总体农艺性状表现较优的群体，同时观察其中的不育单株，淘汰转育起点温度普遍高于标准(或对照)的群体，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体。在经过上述过程选出的优势群体中，选择产量、米质、抗性、株型等均较优，且其他农艺性状合乎总体育种目标的可育单株，产生下一世代株系20株。
(5)重复上一步系谱选育程序
2013年，早稻F4世代；2013年晚稻F5世代，群体特异性、一致性和稳定性已基本显现。
(6)选择不育单株，产生新两用核不育系
2013年晚稻，南宁本地正季种植F5世代，从分离出不育株的株系群体中选择不育单株8个，2013年冬季，保留稻蔸在海南三亚繁殖，收获足量种子；2014年早稻，南宁种植产生下一世代(F6)株系，该株系为新的温光敏两用核不育系，株系间特异性不显著的仅保留一个，最终保留农艺性状相对优良的3个株系，开展测交组配，同时考察其本身一致性和稳定性，以及各项重要农艺性状，如不育特性、柱头外露等，最终保留自身及测交组配农艺性均表现较优的株系1个，定名530S，获得新的两用核不育系530S。
二、实施效果
(1)新不育系农艺性状好，生产性好。新不育系530S，全生育期132天，茎秆粗壮，自然株高105cm，穗长29.3cm，平均穗粒数328粒，包颈20％，千粒重22.6g，长宽比3.5，米质外观好，目测米质优良，预计可达优质米标准。(大穗型新两用核不育系)
(2)新不育系育性特性较好。育性转换临界温度在22.5℃。不育气候条件下，败育好，不育株率达100％；可育气候条件下，结实率高，结实率可达76％(现行结实率多在40-60％)。
(3)选育效率高，实现一个生长周期繁殖一个世代，现行方法需异地或者异季稻蔸繁殖，一般2个生育周期繁殖一个世代。本实例时间从2011-2014年，4年时间，仅实施一次南繁，比现行育种周期大幅缩短(现行方法至F6世代一般需6-7年时间)。
实施例2：水稻两用核不育系L8S的选育
一、实施步骤
2011年南宁早稻从材料圃选择亲本，选择温(敏)不育基因供体材料(即光温敏不育种质材料)P1：广占63S；选择受体材料P2：自育材料638。
2011年南宁晚稻开展人工杂交广占63S×638，收获杂交种子，海南三亚南繁，种植(广占63S×638)F1世代，收获F1代种子。
2012年，南宁早稻种植产生(广占63S×638)F2群体，50-2000株，根据总体育种目标，严格选择产量、米质性状好，株叶形态好，植株较矮，其他性状合乎总体育种目标的可育单株，收获种子，进入系谱法育种程序。
2012年，南宁晚稻种植F3株系，每株系种植120株。首先选择分离出不育株的株系群体，再选择其中总体农艺性状表现较优的群体，同时观察其中的不育单株，淘汰转育起点温度普遍高于标准(或对照)的群体，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体。在经过上述过程选出的优势群体中，选择产量、米质、抗性、株型等均较优，且其他农艺性状合乎总体育种目标的可育单株，产生下一世代株系30株。
2014年，早稻F6世代；群体特异性、一致性和稳定性已很明显，且较好。
2014年早稻，南宁本地正季种植F6世代各株系群体，各群体表现整齐一致，除不育株外，其他单株一致性已经非常好，挑选农艺性状整体较好的群体10个，再从中挑选分离不育株的群体1个，选择其中的不育单株；2014年晚稻，不育单株稻蔸繁殖，并不断分株扩繁，观察其败育彻底，9月初最后一次稻蔸移栽，调节抽穗期处于10月中旬，收获种子，定名L8S。
二、实施效果
(1)新不育系农艺性状好，生产性好。新不育系L8S，全生育期115天，播抽期85天，自然株高93cm，穗长28.3cm，平均穗粒数228粒，包颈12％，千粒重28.2g，长宽比3.8：1，米质外观好，目测米质优良，预计可达优质米标准。
(2)新不育系育性特征较好，败育时期，败育好，花粉败育率达99.6％，在南宁可观察到较长时期的无花粉败育；可育气候条件下，结实率高。
(3)选育效率高，实现一个生长周期繁殖一个世代，现行方法需异地或者异季稻蔸繁殖，一般2个生育周期繁殖一个世代。本实例时间从2011-2014年，仅4年时间实施一次南繁，比现行育种周期大幅缩短(现行方法至F6世代需6-7年左右时间)。
实施例3：水稻两用核不育系H12S的选育
一、实施步骤
2008年南宁早稻从材料圃选择亲本，选择温(敏)不育基因供体材料(即光温敏不育种质材料)P1：培矮64S；选择受体材料P2：7whf-12。
2008年南宁晚稻开展人工杂交培矮64S×7whf-12，收获杂交种子，海南三亚南繁，种植(培矮64S×7whf-12)F1世代，收获F1代种子。
2009年，南宁早稻种植产生(培矮64S×7whf-12)F2群体50-2000株，根据总体育种目标，严格选择产量、米质性状好，株叶形态好，植株较矮，其他性状合乎总体育种目标的可育单株，收获种子，进入系谱法育种程序。
2009年，南宁晚稻种植F3株系，每株系种植120株。首先选择分离出不育株的株系群体，再选择其中总体农艺性状表现较优的群体，同时观察其中的不育单株，淘汰转育起点温度普遍高于标准(或对照)的群体，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体。在经过上述过程选出的优势群体中，选择产量、米质、抗性、株型等均较优，且其他农艺性状合乎总体育种目标的可育单株，产生下一世代株系20株。
2010年，早稻F5世代；2010年晚稻F6世代，群体特异性、一致性和稳定性已基本显现。
2010年晚稻，南宁本地正季种植F6世代，从分离出不育株的株系群体中选择不育单株8个，2010年冬季，保留稻蔸在海南三亚繁殖，收获足量种子，即为新的两用核不育系；2011年早稻，南宁种植，株系间特异性不显著的仅保留一个，最终保留农艺性状相对优良的2个株系，开展测交组配，同时考察其本身一致性和稳定性，以及各项重要农艺性状，如不育特性、柱头外露等，最终保留自身及测交组配农艺性均表现较优的株系1个，定名H12S。
二、实施效果
(1)新不育系农艺性状好，生产性好。新不育系H12S，南宁全生育期108天，播抽期76天，抗寒性极为优良，自然株高80cm，叶片小，叶片厚、硬、直立，穗长22.3cm，平均穗粒数128粒，包颈10％，千粒重22.6g，长宽比3.5：1，米质外观好，目测米质较优良。
(2)新不育系育性特征较好，败育时期，败育好，可育气候条件下，结实率较高，育性转换临界温度23℃。
(3)选育效率高，实现一个生长周期繁殖一个世代，现行方法需异地或者异季稻蔸繁殖，一般2个生育周期繁殖1个世代。本实例时间从2008-2010年，3年内实现繁殖7个世代，比现行育种周期大幅缩短(现行方法至F6世代一般需6-7年时间)。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种水稻两用核不育系的选育方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)选择亲本：选择光温敏基因供体亲本P1和受体亲本P2；
(2)人工杂交重组P1×P2，创造(P1×P2)F2分离世代：人工杂交P1×P2，然后种植杂交F1世代，收获F1代种子，种植产生F2世代植株；
(3)从F2后代群体中选择优良可育株：从F2开始，采用系谱法，从分离出不育单株的优良群体内，选择农艺性状优良的可育株；
(4)从F3后代群体中选择优良可育株：种植F3世代株系，持续从分离出不育株的株系群内选择优良可育株；
(5)系谱法选育到F5-F8世代：采用系谱法选育到F5-F8世代，直至各株系群体特异性、一致性和稳定性已基本显现；
(6)选育得出两用核不育系：从分离出不育单株的优良株系群体中，选择不育单株，利用不育株稻蔸异季或者异地繁殖收种，系谱法种植观察1-2世代，鉴定、定名，产生新的两用核不育系。
2.如权利要求1所述的水稻两用核不育系的选育方法，其特征在于，步骤(3)所述采用系谱法从分离出不育单株的优良群体内选择优良可育株，包括以下步骤：
①种植F2分离世代50-2000株；
②观察其中的不育单株，考察其育性随气温变化波动情况，若所有不育株整体转育起点温度普遍比对照高，可考虑整体淘汰；
③选择产量、米质性状好，株叶形态好，植株较矮，以及其他性状合乎总体育种目标的可育单株，收获种子，进入系谱法程序。
3.如权利要求1所述的水稻两用核不育系的选育方法，其特征在于，步骤(4)所述正季种植F3世代株系，持续从分离出不育株的株系群内中选择优良可育株，包括以下步骤：
①每个株系群体，根据具体情况和条件，种植50-500株；
②首先选择分离出不育株的株系群体，即Ss基因型单株的子代；
③然后，依据总体育种目标，再选择其中总体表现较优的群体；
④观察选中群体中的不育单株，考察其育性随气温变化波动情况，淘汰转育起点温度普遍高于对照群体，对于F2、F3世代不育株转育起点温度普遍较高的群体，可整个家系淘汰或者仅保留个别农艺性状极优群体。同等条件下，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体；
⑤考察和记录各群体不育株在柱头外露率等方面的整体情况，同等情况下，优先选择柱头外露好的群体；
⑥经过上述过程选出的优势群体中，选择产量、米质、抗性、株型等均较优，且其他农艺性状合乎总体育种目标的可育单株，产生下一世代株系。
4.如权利要求1所述的水稻两用核不育系的选育方法，其特征在于，步骤(6)所述选育得出两用核不育系，包括以下步骤：
①本地正季种植各株系群体：
②首先选择分离出不育株的株系群体，即Ss基因型单株的子代；
③依据总体育种目标，选择其中总体表现较优的群体；
④观察入选群体中的不育单株，考察其育性随气温变化波动情况，淘汰转育起点温度普遍高于对照群体。同等情况下，优先选择不育株转育起点温度普遍较低的群体；
⑤考察和记录各群体不育株在柱头外露率等方面的整体情况，同等情况下，优先选择柱头外露好的群体；
⑥在经过上述过程选出的优势群体中，选择不育单株，入选单株温(光)敏基因型为ss；
⑦利用入选单株稻蔸异季或者异地繁殖收种。如华南稻区，早稻稻蔸可不断分蔸移栽，直到10月中旬抽穗繁殖种子；晚稻割蔸收种子，或在海南三亚用稻蔸繁殖收获种子；
⑧本地正季播种，产生新一世代株系，该株系即为新的两用核不育系；
⑨考察该新的两用核不育系群体的一致性、特异性和稳定性，如发现其特异性不显著的，可以淘汰，一致性和稳定性不良的，可以系谱法继续种植1-2个世代，直到稳定；
⑩鉴定、定名，成为新的两用核不育系。
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