CN104770291A - 一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法 - Google Patents
一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，属于水稻育种技术领域。其包括：建立智能温控恒温冷水池；选择不育起点温度不同的水稻两系不育系，确定被处理的两系不育系的不育起点温度；将挑选出的不育起点温度低于23.5℃的水稻两系不育系作为亲本或亲本之一，进行杂交，选择综合性状优良、异交特性好的单株繁殖；从F4-F7株系中，逐代对不育起点温度进行增压选择，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，同时结合株叶形态、异交特性以及配合力测定农艺性状，继续进行加代稳定；种植不育株系至F8代，选育出不育起点温度低的水稻两系不育系。本发明能够较高效、精准的选育低不育起点温度低于23.5℃的水稻两系不育系。
Description
技术领域
本发明属于水稻育种技术领域，具体涉及一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法。
背景技术
自1973年石明松发现水稻光敏核不育系农垦58S以来，两系法杂交水稻一直成为我国农业科研工作者研究的热点。水稻光敏核不育是指在我国长江流域夏季长日照条件下表现花粉败育，在海南短日照条件下表现花粉可育的现象。两系杂交水稻正是以水稻光敏核不育系为载体而逐步发展的。两系杂交水稻相对于三系而言存在许多明显的优势：（1）其光温敏核不育基因一般为隐性核基因故恢复谱广，理论上任何常规品系均可以使其育性恢复，因而配组自由。（2）光温敏不育基因为核不育基因，不受细胞质影响，因而不存在细胞质效应的负面影响。（3）光温敏核不育基因一般受细胞核内1-2对隐性基因控制，因而很容易将该不育基因导入其他遗传背景中，进而可以更快的改良现有的光温敏核不育材料。（4）两系不育系繁殖更容易，通过自交繁殖，无需保持系因而应用更便利。
然而直至上世纪80年代末国内科研工作者对水稻光温敏核不育的影响因素的认识还只停留在日照长短对其育性的影响，对于温度这个影响因素还考虑甚少。由此出现1989年长江中下游地区盛夏异常低温导致许多原本认为是对日照长短敏感的不育系在制种时出现“打摆子”现象，致使当时国内大面积的两系杂交水稻制种失败，从而使得我国的科研工作者不得不重新审视影响农垦58S不育基因来源的不育系育性的环境因素，进而发现除日照长短外，温度也是影响不育系育性的重要因素，原来许多所谓的光敏核不育系其育性或多或少也受温度的影响，因而指出在长江中下游地区选育实用型水稻两系不育系的育性标准应该是选育不育起点温度较低（低于23.5℃，以利于制种安全），光温互补作用较强（以利于不育系繁殖）的不育系。
两系杂交水稻经过近40余年的发展正逐步走向技术成熟阶段；其载体-水稻两系不育系也由当初的水稻光敏核不育系发展为以温敏核不育系为主的水稻两系不育系新格局。水稻温敏核不育系是指其育性转变主要受幼穗分化时期外界温度的影响，当外界温度低于其不育起点温度时，其抽穗后表现可育；当外界温度高于其不育起点温度时，抽穗时表现为花粉败育。另外研究表明：水稻温敏核不育系感受温度变化的部位是幼穗。因此水稻两系不育系不育起点温度对于两系杂交水稻制种至关重要，只有利用低不育起点温度（低于23.5℃）的水稻两系不育系制种，其制种安全性才能有保证；也因此育种家将低不育起点温度（低于23.5℃）作为培育优良水稻两系不育系的一项重要指标予以考虑。利用现代大型恒温冷水池，对两系不育系选育过程中的中间不育系材料进行不育起点温度鉴定，增压选择，及早淘汰不育起点温度偏高的不育株系，进而选育综合性状优良，不育起点温度低（低于23.5℃），制种安全的水稻两系不育系对保障我国两系杂交水稻制种安全以及两系杂交水稻健康平稳发展具有重要意义。
发明内容
针对目前两系不育系选育过程中往往重视其他农艺性状，忽视不育起点温度的选择，导致选育出的两系不育系不育起点温度偏高，制种安全性差，实用性差的问题，本发明的目的在于设计提供一种较高效、精准的选育低不育起点温度低于23.5℃的水稻两系不育系的技术方案。
所述的一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，其特征在于包括以下步骤：
1）建立一个智能温控恒温冷水池，控制冷水池中的水温恒定在23.5℃；
2）选择生产应用上不育起点温度不同的水稻两系不育系，利用冷水池处理其幼穗分化处于3-4期的幼穗3天，待抽穗后确定被处理幼穗的花粉育性，进而确定被处理的两系不育系的不育起点温度；
3）将挑选出的不育起点温度低于23.5℃的水稻两系不育系作为亲本或亲本之一，进行杂交；在F2群体中选择综合性状优良的不育单株繁殖；在F3不育株系中进一步选择综合性状优良、异交特性好的单株繁殖；
4）从F4不育株系开始，在不育株系处于分蘖末期，挑选综合性状优良、植株群体整体较一致的株系，每个株系选取3株优异单株置于恒温冷水池23.5℃处理3天，处理位置以冷水浸没幼穗为准，之后将处理单株搬出冷水池，同时标记此时剑叶叶枕与倒二叶叶枕平齐的幼穗，待抽穗后确定被标记的稻穗的花粉育性；
5）F5按步骤4）方法选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，结合综合农艺性状以及配合力测定情况，决选优良不育株系分单株繁殖，同时对选择的不育株系再一次扩大配合力测定范围，以便更好的鉴定被选株系的配合力；
6）在F6-F7株系中，逐代对不育起点温度进行增压选择，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，同时结合株叶形态、异交特性以及配合力测定农艺性状，继续进行加代稳定；
7）种植不育株系至F8代，鉴定决选不育株系的不育起点温度，选择不育起点温度低于23.5℃，综合农艺性状好，异交特性高以及配合力强的不育株系，即选育出不育起点温度低的水稻两系不育系。
所述的一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，其特征在于所述的步骤1）中建立智能温控的恒温冷水池具体为：利用大型制冷设备将预流入水池的自来水制冷至19℃，并先储存至大型冷水罐，之后将冷水罐中的冷水泵入水池，水池中利用可调节的温控开关设置冷水池的水温23.5℃，当水池水温高于设定温度23.5℃时开始向水池泵入冷水；当水池水温降至设定温度23.5℃时停止向水池泵入冷水，从而保持水池水温至设定温度23.5℃；随着不断向水池泵入冷水池，冷水池中的水量会超出冷水池的体积而流出，流出的水通过旁边的侧槽回收并被泵入制冷机再次制冷而流入冷水罐。
所述的一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，其特征在于所述的步骤4）中若被标记的稻穗出现可育花粉则表明该不育株不育起点温度高于23.5℃，否则不育起点温度低于23.5℃；淘汰不育起点温度高于23.5℃的不育株系，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系分单株繁殖，再各自种成株系；同时对入选的不育株系进行配合力测定。
本发明的有益效果如下：1）很好的避免了传统育种中容易出现的成型水稻两系不育系，其不育起点温度偏高，致使其制种安全性差，实用性大大降低；2）及早淘汰了不育起点温度偏高的不育株系，大大减少了选育过程中繁种的工作量，提高了选育效率；3）23.5℃的恒温冷水池还能用于鉴定已经成型的其他水稻两系不育系的不育起点温度，为评估水稻两系不育系制种安全性提供技术指导。
附图说明
图1为水稻两系不育系株系田间种植情况（右）及恒温冷水池处理水稻两系不育系（左）；
图2为水稻两系不育系Y58S，广占63S，安农S-1， 湘陵628S幼穗分化时期，夏季自然高温条件下与23.5℃恒温冷水池处理3天后的花粉育性表现；
图3为水稻两系不育系亲本C815S 和1892S幼穗分化时期，23.5℃恒温冷水池处理3天后的花粉育性表现；
图4为 C815S/1892S F4不育株系中各株系幼穗分化时期，23.5℃恒温冷水池处理3天后各不育株系的花粉育性表现。
具体实施方式
以下结合说明书附图表及试验例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，包括以下步骤：
1）建一个智能温控恒温冷水池：利用现代大型制冷设备将预流入水池的自来水制冷至19℃，并先储存至大型冷水罐，之后将冷水罐中的冷水泵入水池，水池中利用多个可调节的温控开关设置冷水池的水温23.5℃，当水池水温高于设定温度23.5℃时开始向水池泵入冷水；当水池水温降至设定温度23.5℃时停止向水池泵入冷水，从而保持水池水温至设定温度23.5℃。随着不断向水池泵入冷水，冷水池中的水量会超出冷水池的体积而流出，流出的水通过旁边的侧槽回收并被泵入制冷机再次制冷而流入冷水罐，这样既保证节约用水，又使整个系统处于循环流动状态，从而保证水池水温处于设定的恒温状态。
2）选择生产应用上不育起点温度不同的水稻两系不育系多个，利用恒温冷水池23.5℃处理其幼穗分化处于3-4期的幼穗3天，待抽穗后考查被处理幼穗的花粉育性，进而鉴定被处理的两系不育系的不育起点温度。
3）将挑选出的不育起点温度低于23.5℃的水稻两系不育系作为亲本或亲本之一，进行杂交；在F2群体中选择综合性状优良的不育单株繁殖；在F3不育株系中进一步选择综合性状优良，异交特性好的单株繁殖。
4）从F4不育株系开始，在不育株系处于分蘖末期（主茎剑叶叶枕与倒二叶叶枕平齐时期），挑选综合性状优良、植株群体整体较一致的株系，每个株系选取3株优异单株置于恒温冷水池23.5℃处理3天，处理位置以冷水浸没幼穗为准；之后将处理单株搬出冷水池，同时标记此时剑叶叶枕与倒二叶叶枕平齐的幼穗，待抽穗后考察被标记的稻穗的花粉育性。若被标记的稻穗出现可育花粉则表明该不育株不育起点温度高于23.5℃，否则不育起点温度低于23.5℃；淘汰不育起点温度高于23.5℃的不育株系，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系分单株繁殖，再各自种成株系；同时对入选的不育株系进行配合力测定。
5）F5按步骤4）方法选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，结合综合农艺性状考查以及配合力测定情况，决选优良不育株系分单株繁殖，同时对选择的不育株系再一次扩大配合力测定范围，以便更好的鉴定被选株系的配合力。
6）在F6-F7株系中，逐代对不育起点温度进行增压选择，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，同时结合株叶形态、异交特性以及配合力测定等农艺性状考查，继续进行加代稳定。
7）种植不育株系至F8代，鉴定决选不育株系的不育起点温度；选择不育起点温度低于23.5℃，综合农艺性状好，异交特性高以及配合力强的不育株系，即选育出不育起点温度低的水稻两系不育系。
试验例1
选取生产应用上具有代表性的水稻两系不育系Y58S，广占63S，安农S-1， 湘陵628S于夏季种植于大田，待各不育系生长至幼穗分化3-4期（主茎剑叶叶枕与倒二叶叶枕齐平时期），每个不育系选3株分别移入23.5℃的恒温冷水池处理3天，冷水深度以浸没幼穗为准。水稻两系不育系田间种植情况及23.5℃恒温冷水池处理情况见图1。处理结束后，将不育系移出冷水池，挂牌标记此时剑叶叶枕与倒二叶叶枕齐平的幼穗，待其抽穗后考查花粉育性。挂牌标记后将不育系再次种植于阴凉处使其恢复正常生长。
各处理的不育系抽穗后花粉镜检考查挂牌标记的稻穗的花粉育性，同时对应考查田间自然高温条件下各不育系的花粉育性。结果表明（见图2）：在田间自然高温条件下，水稻两系不育系Y58S，广占63S，安农S-1， 湘陵628S表现花粉典败甚至无花粉型败育。在23.5℃的恒温冷水池处理3天后，Y58S仍表现典败类型，表明其不育起点温度低于23.5℃；广占63S出现小部分可育花粉，出现育性波动，表明其不育起点温度略高于23.5℃；安农S-1出现较多的可育花粉，表明其不育起点温度远高于23.5℃；湘陵628S表现较少的典败花粉，表明其不育起点温度低于23.5℃。23.5℃恒温冷水池处理3天对以上4个两系不育系不育起点温度的鉴定结果与生产应用上对这4个不育系的不育起点温度的评定结果较一致。在生产应用上，长江中下游地区，夏季连续3天出现23.5℃低温天气的可能性极低；而且在湖南、湖北等省份23.5℃恒温冷水池处理3天是水稻两系不育系不育起点温度鉴定的标准。因而23.5℃恒温冷水池处理3天可以作为水稻两系不育系不育起点温度鉴定的参数指标。
实施例1
选取水稻生产应用面积较大的水稻两系不育系1892S和C815S作为亲本，这两个亲本在生产应用上不育起点温度差异较大，但综合农艺性状优良，且具有互补的优缺点，适用于水稻两系不育系的遗传改良。首先应用试验例1的水稻两系不育系不育起点温度鉴定参数指标对水稻两系不育系1892S和C815S这两个亲本进行不育起点温度鉴定。夏季种植水稻两系不育系1892S和C815S，待其生长发育至幼穗分化3-4期（主茎剑叶叶枕与倒二叶叶枕齐平时期），每个不育系选3株分别移入23.5℃的恒温冷水池处理3天，冷水深度以浸没幼穗为准。处理结束后，将不育系移出冷水池，挂牌标记此时剑叶叶枕与倒二叶叶枕齐平的幼穗，待其抽穗后考查花粉育性。挂牌标记后将不育系再次种植于阴凉处使其恢复正常生长。各处理的不育系抽穗后花粉镜检考查挂牌标记的稻穗的花粉育性；结果如图3显示：水稻两系不育系1892S 23.5℃的恒温冷水处理3天后出现较多可育花粉，表明其不育起点温度远高于23.5℃。然而水稻两系不育系C815S 23.5℃的恒温冷水处理3天后，其花粉仍表现典败类型不育，由此显示其不育起点温度低于23.5℃。以这两个不育起点温度差异较大的两系不育系杂交，对杂交后代各不育株系，利用23.5℃的恒温冷水处理3天增压选择有望选育出综合性状优良，不育起点温度较低的水稻两系不育系。
实施例2
1）选择不育起点温度差异较大的水稻两系不育系1892S与C815S，利用实施例1的方法鉴定这两个不育系的不育起点温度，结果表明：水稻两系不育系1892S的不育起点温度远高于23.5℃；C815S的不育起点温度低于23.5℃。
2）将水稻两系不育系C815S作为母本，1892S作为父本，进行杂交。
3）在F2群体中选择综合性状优良的不育单株繁殖；在F3不育株系中进一步选择综合性状优良，异交特性好的单株繁殖。
4）从F4不育株系开始，在不育株系处于分蘖末期（主茎剑叶叶枕与倒二叶叶枕平齐时期），挑选综合性状优良、植株群体整体较一致的株系，每个株系选取3株优异单株置于恒温冷水池23.5℃处理3天，处理位置以冷水浸没幼穗为准；之后将处理单株搬出冷水池，同时挂牌标记此时剑叶叶枕与倒二叶叶枕平齐的幼穗，待抽穗后考察被标记稻穗的花粉育性。结果如图4所示：在随机选取被考查的8个不育株系中，其中4个株系表现败育彻底（A, D, F, H），表明这4个株系不育起点温度低于23.5℃；另外4个株系表现花粉部分可育（B, C, E, G），表明这4个不育株系不育起点温度高于23.5℃。淘汰不育起点温度高于23.5℃的不育株系（图4. B, C, E, G），选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系（图4. A, D, F, H）分单株繁殖，再各自种成株系；同时对入选的不育株系进行配合力测定。
5）F5按步骤4）方法选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，结合综合农艺性状考查以及配合力测定情况，决选优良不育株系分单株繁殖，同时对选择的不育株系再一次扩大配合力测定范围，以便更好的鉴定被选不育株系的配合力。
6）在F6-F7株系中，逐代对不育起点温度进行增压选择，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，同时结合株叶形态、异交特性以及配合力测定等农艺性状考查，继续进行加代稳定。
7）种植株不育株系至F8代，鉴定决选不育株系的不育起点温度；选择不育起点温度低于23.5℃，综合农艺性状好，异交特性高以及配合力强的不育株系，即选育出不育起点温度低的水稻两系不育系。
Claims (3)
1. 一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，其特征在于包括以下步骤：
1）建立一个智能温控恒温冷水池，控制冷水池中的水温恒定在23.5℃；
2）选择生产应用上不育起点温度不同的水稻两系不育系，利用冷水池处理其幼穗分化处于3-4期的幼穗3天，待抽穗后确定被处理幼穗的花粉育性，进而确定被处理的两系不育系的不育起点温度；
3）将挑选出的不育起点温度低于23.5℃的水稻两系不育系作为亲本或亲本之一，进行杂交；在F2群体中选择综合性状优良的不育单株繁殖；在F3不育株系中进一步选择综合性状优良、异交特性好的单株繁殖；
4）从F4不育株系开始，在不育株系处于分蘖末期，挑选综合性状优良、植株群体整体较一致的株系，每个株系选取3株优异单株置于恒温冷水池23.5℃处理3天，处理位置以冷水浸没幼穗为准，之后将处理单株搬出冷水池，同时标记此时剑叶叶枕与倒二叶叶枕平齐的幼穗，待抽穗后确定被标记的稻穗的花粉育性；
5）F5按步骤4）方法选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，结合综合农艺性状以及配合力测定情况，决选优良不育株系分单株繁殖，同时对选择的不育株系再一次扩大配合力测定范围，以便更好的鉴定被选株系的配合力；
6）在F6-F7株系中，逐代对不育起点温度进行增压选择，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系，同时结合株叶形态、异交特性以及配合力测定农艺性状，继续进行加代稳定；
7）种植不育株系至F8代，鉴定决选不育株系的不育起点温度，选择不育起点温度低于23.5℃，综合农艺性状好，异交特性高以及配合力强的不育株系，即选育出不育起点温度低的水稻两系不育系。
2.如权利要求1所述的一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，其特征在于所述的步骤1）中建立智能温控的恒温冷水池具体为：利用大型制冷设备将预流入水池的自来水制冷至19℃，并先储存至大型冷水罐，之后将冷水罐中的冷水泵入水池，水池中利用可调节的温控开关设置冷水池的水温23.5℃，当水池水温高于设定温度23.5℃时开始向水池泵入冷水；当水池水温降至设定温度23.5℃时停止向水池泵入冷水，从而保持水池水温至设定温度23.5℃；随着不断向水池泵入冷水池，冷水池中的水量会超出冷水池的体积而流出，流出的水通过旁边的侧槽回收并被泵入制冷机再次制冷而流入冷水罐。
3.如权利要求1所述的一种低不育起点温度水稻两系不育系的选育方法，其特征在于所述的步骤4）中若被标记的稻穗出现可育花粉则表明该不育株不育起点温度高于23.5℃，否则不育起点温度低于23.5℃；淘汰不育起点温度高于23.5℃的不育株系，选择不育起点温度低于23.5℃的不育株系分单株繁殖，再各自种成株系；同时对入选的不育株系进行配合力测定。
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