CN105104166B

CN105104166B - 一种选育抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的方法

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Publication number: CN105104166B
Application number: CN201510437332.0A
Authority: CN
Inventors: 朴钟泽; 白建江; 杨瑞芳; 方军; 张才辉
Original assignee: Shanghai Songjiang District Xinbang Town Agricultural Service Center; Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Shanghai Songjiang District Xinbang Town Agricultural Service Center; Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: CN105104166A

Abstract

本发明公开了一种选育抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的方法，以抗咪唑啉酮类除草剂水稻突变体CL55为亲本，与优质高产的常规粳稻品种杂交，通过常规育种和苗期抗除草剂鉴定筛选技术相结合的方法培育出抗咪唑啉酮类除草剂的高产优质粳稻品种。与CL55相比较，该品种在农艺性状、产量及品质方面都有较大的改善和提高。本发明的方法采取非转基因技术，选育出的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻品种，可以解决水稻直播稻田杂草稻的防除问题，减轻劳动强度，节省生产成本，推动我国水稻轻型栽培技术的发展。

Description

一种选育抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的方法

技术领域

本发明涉及水稻育种的技术领域，具体涉及一种抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的选育方法。

背景技术

水稻是我国乃至世界的主要粮食作物，是全球近一半人口的主要热量来源。在我国，由于农业劳动力缺乏，水稻种植方式由传统的移栽方式向直播转变，杂草稻随后蔓延开来，并且这种现象日益严重。近十多年随着水稻轻型化栽培技术的推广应用，杂草稻的发生和危害已愈演愈烈，几乎遍及我国各个主要水稻产区，已经成为制约水稻轻型化栽培技术推广的主要问题之一。

杂草稻与一般的水稻在分类学和生理学上比较相似，是水稻田中很难防除的一种杂草。而人工除草所需要的人力和成本很高，不便于农业集约化生产，严重制约了农作物种植向高产、优质和低成本方向的发展进程。

抗除草剂转基因作物的选育首先是作为一种杂草防除对策而提出的。但抗性基因的流向和由此引发的食品安全性问题始终存在着巨大的争议，甚至在一定程度上阻碍了转基因技术的发展。而常规育种手段虽不能像转基因技术一样将物种之间的基因资源利用的十分充分，但却以其自身没有外源基因转入而更容易被接受和推广。

目前，通过非转基因手段培育的抗除草剂作物涉及玉米、大豆、菜豆、烟草等20余种。所抗除草剂包括咪唑啉酮类、磺酰脲类、环己烯酮类、有机磷类、均三氮苯类和激素类等6大类，其中最为突出的是抗咪唑啉酮类除草剂的Clearfield系列作物。在转基因作物的安全性尚未得到证实之前，利用非转基因技术选育抗除草剂作物更具有发展前景。

在已有的国内专利中已报道了抗咪唑啉酮类除草剂的作物，有油菜、水稻、小麦、玉米等，这些作物主要通过自然选择或化学诱变技术获得。在这些技术中，自然选择的突变频率极低，而人工诱变如化学诱变等，虽然其突变频率比自然选择突变频率提高100-1000倍，且变异类型多，范围广，但是突变大多为劣变，有利变异很少，而且变异的方向和性质很难进行有效的预测和控制。目前，国内发现的抗性突变体很多，但还没有报道出生产上可加以利用的材料。

目前国内大部分得到的抗除草剂水稻材料都是自然选择或诱变获得，但是获得的材料综合性状不是很优良，如产量、米质等，生产上很难推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的选育方法，采取非转基因技术，利用杂交、回交等传统育种技术将抗咪唑啉酮类除草剂基因转入高产优质的粳稻水稻品种，以达到水稻直播栽培中有效防除杂草稻，减少劳动强度，节约成本，增加直播水稻种植效益的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种选育抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的方法，包括如下步骤：

1)以抗咪唑啉酮类除草剂突变体种质资源材料为母本，以优质高产的常规粳稻品种为父本，进行杂交获得F₁代种子，F₁代种子自交获得F₂代种子；

2)田间单本稀植F₂代，从F₂开始采用系谱育种方法对农艺性状和稻米品质进行选择，选出综合农艺性状优良的单株，获得F₂代种子；

3)田间按株系种植F₃代，用咪唑啉酮类除草剂(例如山东先达化工有限公司生产的咪唑啉酮类除草剂“豆施乐”)对F₃代株系群体进行抗除草剂定向筛选，包括：

用浓度为0.5％(体积百分比)的除草剂水溶液催芽，然后在苗期2次喷施浓度为0.5％(体积百分比)的除草剂水溶液，其中第一次喷施在秧苗2-3叶期进行，第二次喷施在秧苗3-4叶期进行，筛选出经咪唑啉酮类除草剂处理后不被除草剂药害的综合农艺性状优良的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻株系材料F₄代。

优选地，所述方法还包括如下步骤：

4)重复步骤2)和3)至F₈-F₁₀代，筛选出综合农艺性状优良的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻品种。

进一步地，步骤1)包括：获得F₁代种子后，经浓度为0.5％的除草剂水溶液催芽，发芽的F₁代种子自交获得F₂代种子。

具体地，所述的抗咪唑啉酮类除草剂突变体种质资源为粳稻(Oryza sativasubsp.japonica)CL55，所述优质高产粳稻品种为秀水123。其中，CL55现已于2014年07月14日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，分类命名为粳稻(拉丁名为：Oryzasativa subsp.japonica)，保藏号为CGMCC No.9348。

进一步地，所述的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻突变体种质资源CL55是通过将水稻种子经0.4％-0.8％的甲基磺酸乙酯(EMS)处理12-24小时获得的。

进一步地，步骤2)和步骤4)中的综合农艺性状优良包括以下中的一种或多种：单株株型紧凑、产量高、抗病性强、抗倒伏、外观品质佳；

其中优选地，所述步骤2)中选出株型紧凑、产量高、抗病性强、抗倒伏的单株，再经室内考种和外观品质检测，淘汰外观品质差的单株；优选地，株型紧凑为植株茎秆间夹角小于20度，产量高为单株产量40克以上，抗病性强为抗稻瘟病、条纹叶枯病等本领域常规病种，抗倒伏为茎秆直立，外观品质佳为垩白粒率不超过30％。

优选地，所述综合农艺性状优良还包括以下中的一种或多种：株高适中、分蘖力好、米质优；其中优选地，所述株高适中为株高90-110cm，分蘖力好为有效分蘖7个以上，米质优为符合国家3级米标准。

进一步地，所述步骤3)中的抗除草剂定向筛选是指在秧苗2-3叶期和3-4叶期喷施2次，喷施有效剂量为防治杂草的剂量，优选为60-80克/亩。

本发明提供了一种获得抗除草剂优良粳稻品种的简便有效的途径，通过传统的杂交育种手段，将通过EMS诱变获得的抗性品系“CL55”与优质高产的栽培水稻品种进行杂交，从而获得高产优质的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻品种。

本发明的有益效果在于：

本发明通过常规育种技术和简便有效的抗性鉴定技术，筛选出具有抗咪唑啉酮类除草剂基因的综合农艺性状优良的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻品种，本发明的选育方法不仅周期短、稳定性好，更为抗除草剂水稻育种提供了新途径、新方法，具有降低水稻生产成本和减轻劳动强度等的优点，可以满足水稻轻型栽培中抗除草剂水稻品种的需求。

本发明的方法中，采取非转基因技术，将常规水稻品种诱变后通过喷施除草剂定向筛选出抗除草剂突变体单株，该材料属于非转基因，将其直接用于抗除草剂水稻品种的选育过程中，不存在转基因水稻的生态和食品安全风险性和公众担忧问题。

本发明利用自身诱变得到的抗性材料，通过与主要推广的品种杂交，将抗性性状导入正在推广的品种中，大大缩短了获得可以推广应用的材料的时间，为抗除草剂水稻品种的选育提供了一个简便，快捷，有效的新方法。

利用本发明的方法培育出来的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻新品种，可以彻底解决直播栽培中杂草稻防治难问题，大大节约成本，大力发展水稻轻型化栽培。

附图说明

图1为本发明实施例5中抗除草剂水稻品种的选育过程。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的详细说明，但这并不是对本发明的任何具体限制。

实施例1 抗咪唑啉酮类除草剂粳稻突变体“CL55”的获得

参考顾佳清等(顾佳清等，上海农业学报，2005,21(1)：7-11)的方法，将沪稻55号(上海市农业科学院作物所选育，2011年通过上海市品种审定)种子3000克用蒸馏水浸泡24小时，温度不宜过高，防止发芽，沥干水后，用0.6％的EMS处理24小时，处理过程中要不断搅拌，结束后用自来水冲洗24小时后催芽播种，出苗后3叶期用山东先达化工有限公司生产的咪唑啉酮类除草剂“豆施乐”水剂处理，处理浓度为8克/亩。喷药后7天就有药害反应，苗心叶开始变黄，大部分渐渐腐烂，最后死亡，其中2株正常存活，5-6叶期后将秧苗移至育种大田。当年没有结实。当年冬季把植株移栽至海南岛。冬季海南岛该突变体植株仍未结实，第二年移栽至正季育种田获得了2株自交种子。当年冬季海南扩繁。第三年正季以原始亲本“沪稻55”为对照，种成3个株系，每个株系种100粒，待秧苗长至3-4叶期，再次喷施咪唑啉酮类除草剂，药剂用量为咪唑啉酮类除草剂防治杂草的推荐使用浓度，有效剂量80g/亩。从喷药后第3天开始观察药害反应，最后筛选到1株抗性突变体“CL55”。

CL55现已于2014年07月14日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，分类命名为粳稻(拉丁名为：Oryza sativa subsp.japonica)，保藏号为CGMCC No.9348。

实施例2 不同浓度的咪唑啉酮类除草剂对水稻发芽的影响实验

以“CL55”以及亲本“沪稻55”为实验材料，研究了在0.0％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、1.0％和1.2％不同浓度的咪唑啉酮类除草剂(体积比)下对水稻籽粒发芽率的影响。试验设2次重复。每个材料挑选饱满的100粒种子放入铺好2层吸水纸的培养皿中，分别加入不同浓度的除草剂，放入31℃的恒温培养箱中，5天后统计种子发芽情况(表1)。

表1

结果表明，除草剂浓度从0.1％开始，抗和不抗除草剂品种间发芽率开始出现差异，除草剂浓度增至0.5％时抗除草剂品种“CL55”的发芽率开始下降，而不抗除草剂品种“沪稻55”在这种浓度下不发芽，表明通过一定浓度的除草剂处理，通过调查发芽率可以初步筛选抗除草剂水稻品种。

实施例3 不同浓度的除草剂和不同处理时期对水稻生长的影响实验

以“CL55”和“沪稻55”为试验材料，研究了不同浓度的除草剂(40克/亩、60克/亩、80克/亩，配制在30kg水中)和不同处理时期(1叶1芯、2叶1芯、3叶1芯)对水稻生长的影响。将2个供试材料种子浸种催芽后，挑选出芽齐整的发芽种子均匀播种，小区面积为1.5m²。选择晴天，分别在1叶1芯、2叶1芯、3叶1芯叶面均匀喷施不同浓度的除草剂，2天后开始调查植株药害和死苗情况，结果见下表2不同浓度除草剂和不同处理时期对水稻生长的影响。

表2

由表2可见，抗除草剂水稻材料“CL55”，在40g/亩浓度除草剂处理条件下，秧苗3个不同生长时期均不出现药害现象；在60g/亩浓度除草剂处理条件下，秧苗1叶1芯和2叶1芯期受不同程度的药害，而3叶1芯期不受任何影响，生长正常；在80g/亩浓度除草剂处理条件下，秧苗3个不同生长时期均出现药害现象，龄秧越小秧苗受害程度更严重。不抗除草剂“沪稻55”品种，在40g/亩浓度除草剂处理条件下，秧苗不同生长时期均出现严重的药害现象，但一部分还能存活，而其他高浓度处理条件下，秧苗任何时期都出现严重的药害现象，最终全部死亡。

实施例4 抗咪唑啉酮类除草剂水稻遗传特性分析

抗除草剂水稻材料“CL55”分别与“沪稻55”和“武育粳23”配置4个正反交组合，获得F₁代杂交种。4个组合F₁代及亲本“沪稻55”、“武育粳23”、“CL55”催芽后播种，到3叶1芯期用山东先达化工有限公司生产的咪唑啉酮类除草剂“豆施乐”水剂喷雾处理，处理剂量为60g/亩。处理后第7天开始调查秧苗成活苗与死苗数进行抗性鉴定，见表3抗除草剂水稻材料与不抗水稻品种正反F₁代抗性表现。

表3

品种及组合	除草剂处理后第7天调查
		CL55	正常
沪稻55	死亡

武育粳23	死亡
		CL55/沪稻55	正常
沪稻55/CL55	正常
		CL55/武育粳23	正常
武育粳23/CL55	正常

调查结果显示，抗除草剂亲本“CL55”以及与之配置的4个F₁代均生长正常，未发现死苗和药害现象，而“沪稻55”和“武育粳23”品种全部受药害死亡。表明，抗除草剂性状受显性基因控制，属于细胞核遗传。

实施例5 抗除草剂粳稻新品种“除草稻18号”选育过程(示意图参见图1)

以抗咪唑啉酮类除草剂的种质资源“CL55”为母本，与高产、优质水稻品种“秀水123”为父本进行杂交获得F₁代种子，F₁代种子(经浓度为0.5％的除草剂水溶液催芽)自交获得F₂代种子；从杂种后代F₂开始采用系谱育种法对产量、生育期、抗性、株型、品质等农艺性状进行系统育种，选出株型紧凑(植株茎秆间夹角小于20度)、产量高(单株产量40克以上)、抗病性强(抗稻瘟病、条纹叶枯病等本领域常规病种)、抗倒伏(茎秆直立)的单株，获得F₃代种子；

同时从杂种后代F₃开始，用山东先达化工有限公司生产的咪唑啉酮类除草剂“豆施乐”进行抗除草剂定向筛选，用浓度为0.5％的除草剂水溶液催芽，在苗期2次喷施除草剂，药剂用量为60g/亩，第一次喷施在秧苗2-3叶期进行，第二次喷施在秧苗3-4叶期喷施处理；

重复步骤3)和步骤4)至F₁₀代，直至获得高产优质的抗咪唑啉酮类除草剂的粳稻新品种“抗草稻18号”。

“除草稻18号”的主要特点：抗咪唑啉酮类的除草剂，苗期(3-4叶期)用一定浓度咪唑啉酮类的除草剂处理能够防除杂草稻和禾本科杂草。株高为100.5cm，穗长为18.2cm，每穗实粒数为135，结实率为94.5％，千粒重为27.9g，株型紧凑，产量高达658公斤/亩，抗条纹叶枯病和稻瘟病，抗倒伏。选育的新粳稻品系“除草稻18号”与“CL55”相互比较，农艺性状有较大的改善，产量和品质有了较大的提高(见表4抗咪唑啉酮类除草剂除草稻18号产量及农艺性状特性)。

表4

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种选育抗咪唑啉酮类除草剂粳稻的方法，包括如下步骤：

1）以抗咪唑啉酮类除草剂突变体种质资源材料为母本，以优质高产的常规粳稻品种为父本，进行杂交获得F₁代种子后，经体积百分比浓度为0.5%的咪唑啉酮类除草剂水溶液催芽，发芽的F₁代种子自交获得F₂代种子，并且所述抗咪唑啉酮类除草剂突变体种质资源材料为粳稻（Oryza sativa subsp.japonica）CL55，其保藏编号为CGMCC No.9348；

2）田间单本种植F₂代，从F₂开始采用系谱育种方法对农艺性状和稻米品质进行选择，选出综合农艺性状优良的单株，获得F₃代种子；

3）田间按株系种植F₃代，用咪唑啉酮类除草剂对F₃代株系群体进行抗除草剂定向筛选，包括：

用体积百分比浓度为0.5%的除草剂水溶液催芽，然后在苗期2次喷施体积百分比浓度为0.5%除草剂水溶液，其中第一次喷施在秧苗2-3叶期进行，第二次喷施在秧苗3-4叶期进行，筛选出经咪唑啉酮类除草剂处理后不被除草剂药害的综合农艺性状优良的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻株系材料F₄代；所述除草剂的喷施有效剂量为60-80克/亩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

4）重复步骤2）和3）至F₈-F₁₀代，筛选出综合农艺性状优良的抗咪唑啉酮类除草剂粳稻品种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优质高产的常规粳稻品种为秀水123。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗咪唑啉酮类除草剂突变体种质资源材料是通过将水稻种子经0.4%-0.8%的甲基磺酸乙酯处理12-24小时获得的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤2）和步骤4）中的综合农艺性状优良包括以下中的一种或多种：单株株型紧凑、产量高、抗病性强、抗倒伏、外观品质佳。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述株型紧凑为植株茎秆间夹角小于20度，产量高为单株产量40克以上，抗病性强为抗稻瘟病、条纹叶枯病，抗倒伏为茎秆直立，外观品质佳为垩白粒率不超过30%。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述综合农艺性状优良还包括以下中的一种或多种：株高适中、分蘖力好、米质优。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述株高适中为株高90-110cm，分蘖力好为有效分蘖7个以上，米质优为符合国家3级米标准。