CN105941128A - 一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法。包括以下步骤：材料选用——杂交——采取多种手段筛选——测定，得到聚合微效显性基因的水稻显性矮秆籼型温敏核不育系。本发明利用水稻微效显性矮秆基因，通过杂交聚合到优良的温（光）敏核不育系中，育成显性矮秆籼型温敏核不育系，为培育矮秆或半矮秆两系杂交水稻品种奠定基础，可显著增强水稻抗倒性,为选育亚种间杂交品种增加了可能，为进一步提高水稻产量、转换耕作模式提供了物质条件。率先将微效显性矮秆基因与温敏核不育基因聚合于一体，从而创建了一个可以随机配组选育矮秆杂交水稻品种的系统，解决生产上常常发生的倒伏问题。

Description

一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法

技术领域

本发明属于水稻杂种优势利用新材料创新领域，具体涉及一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法。

背景技术

水稻的矮生性是指成熟期植株高度比正常植株缩短的遗传特性，根据株高缩短的程度，矮秆类型分为半矮秆、矮秆和极矮秆三类，矮秆是指成熟期植株高度等于或矮于原正常株高的一半，半矮秆是指成熟期植株高度介于矮秆与正常高度之间的类型。水稻半矮秆品种的育成与推广是20世纪水稻育种最主要的成就之一，解决了水稻品种的耐肥抗倒的问题，使稻谷产量有了大幅度提高。当前，矮秆、半矮秆突变体已分别注册到d-61和sd-13，但是，生产上利用的水稻矮秆资源主要是由sd-1控制的隐性半矮秆材料，同一基因的广泛利用存在遗传背景单一性带来的潜在风险。水稻显性矮生性的研究报道最早见于日本，中国的朱立宏、黄国寿、周开达、吴跃进等也先后报道，然皆为粳型材料或品种。因此，研究、发掘和利用新的水稻矮秆资源，尤其是显性籼型矮秆资源，对于水稻遗传基础研究、育种应用研究及其相关基因的分离克隆都具有重要意义。

将微效显性矮秆基因导入温(光)敏核不育系中，可以与水稻品种自由配组，选育矮秆或半矮秆两系杂交水稻品种，为拓宽品种选择范围奠定了基础，为进一步增强水稻抗倒性提供了条件，为选育株高适宜的亚种间杂交品种增加了可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法，该不育系具有显性矮秆遗传特性，其他性状与同类型核不育系相似，可以与常规水稻品种自由配组，选育矮秆或半矮秆两系杂交水稻品种，本方法获得的水稻是一种植株矮秆、不育起点温度低的温敏雄性核不育系。

本发明采用如下技术方案：

一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用来源于农垦58S的水稻籼型温敏核不育系(如P88S、C815S等)与来源于安农S(如广茉S、广占63S等)的水稻籼型温敏核不育系杂交，获得F2代种子；

(2)种植F2代群体1800-2200株，从中筛选株高矮于65cm的温敏核不育单株；

(3)建立筛选圃，在低温(23.0—23.5℃)环境压力下，通过花粉镜检和不育性观察，选不育起点温度低的矮秆单株(株高65cm以下)，自交直至性状稳定不分离，使控制低起点温度的不育基因与微效显性矮秆基因重组聚合；

(4)经过不育性鉴定，育成显性矮秆基因与温敏核不育基因集于一体的显性矮秆籼型温敏核不育系。

本发明的选育方法中，(1)所采用的温敏核不育系，是目前我国在生产上广泛应用的来源不同的两个类型，是两系杂交水稻遗传工具。

本发明的选育方法中，为了便于(2)中的变异材料的获得，同期要种植一定数量的双亲植株作为对照，且将F2群体株高划分不同等级。

本发明的选育方法中，步骤(1)中两个类型温敏核不育系杂交，步骤(2)中的株高差异筛选和步骤(3)中的人工环境压力胁迫，目的是使得控制低起点温度的不育基因与微效显性矮秆基因重组聚合于一体，以便获得显性矮秆实用型的温敏核不育系。

本发明的选育方法中，未特别指出的方法均可以采用常规技术。例如，不育系育性分期播种观察、花粉败育类型观察、套袋自交结实率调查、温汤去雄手工杂交、人工气候箱低温处理、割茬繁殖等。

本发明的选育方法获得的水稻是一种植株矮秆、不育起点温度低的温敏雄性核不育系。

温敏雄性核不育系：是指一种育性受隐性核基因控制，表现雄性退化(主要是花粉败育退化)雌蕊发育正常的水稻品系。该品系在特定的温光条件下发生育性转换，并且，育性转换以温度为主，光长起一定的修饰作用。

育性转换：在较高温度下表现雄性不育，花粉无生活力，不能自交结实，只能依靠外来花粉授粉受精结实，生产上借此作为遗传工具当作不育系，利用恢复系通过人工辅助授粉生产杂交种子；在较低温度下表现雄性可育，能自交结实，但后代在较高温度条件下又表现雄性不育，生产上利用这一特点繁殖不育系种子，省去了三系杂交稻中的保持系。

育性转换起点温度：是指使温敏核不育系的育性发生转换的温度值。在较高温度时，使不育系转向不育的温度称为不育起点温度。不育起点温度低的不育系在应用中风险较小。

恢复系：是指一种发育正常的水稻品种，具有显性恢复基因，与温敏核不育系杂交产生的F1代，育性恢复正常能自交结实，若杂种优势较强的话，就可用于大田生产。

本发明的选育方法获得的显性矮秆籼型温敏核不育系可用于培育新的显性矮秆温(光)敏核不育系，本发明的选育方法获得的显性矮秆籼型温敏核不育系可用于培育两系矮秆杂交水稻品种。本发明的选育方法获得的不论是矮秆温敏核不育系，还是配制的矮秆两系杂交稻，都具有正常的表型。试验证明，显性矮秆籼型温敏核不育系育性转换明显，不育起点温度低，不育时段较长，败育彻底，不育度为99.98％，套袋自交不实率为100％，使用安全,该类不育系具有显性矮秆遗传特性，其他性状与同类型核不育系相似，可以与常规水稻品种自由配组，选育矮秆或半矮秆两系杂交水稻品种。矮秆杂交水稻除株高矮秆或半矮秆外，有效穗、穗总粒数、结实率、千粒重等经济性状与普通两系杂交稻相似，品种抗倒性增强。

本发明的选育方法在培育两系杂交水稻方面有以下用途：

1、利用本发明选育的显性矮秆籼型温敏核不育系可培育新的水稻矮秆温(光)敏核不育系；

2、利用本发明选育的显性矮秆籼型温敏核不育系可培育两系矮秆杂交水稻品种；

3、利用本发明选育的显性矮秆温敏核不育系，可以解决生产上因株高而产生倒伏这一难题，配组更加自由，所以，它的利用可以大大拓宽品种资源的选择范围；

4、利用本发明选育的显性矮秆温敏核不育系所配组的两系杂交稻品种，株高一般表现为矮秆或半矮秆，植株高度显著降低，抗倒性增强，同时丰富了矮秆资源，在一定程度上避免了矮秆品种单一化带来的遗传脆弱性问题；

5、利用本发明选育的显性矮秆温敏核不育系，为降低亚种间杂交品种的株高、避免田间倒伏提供了可能。

6、利用本发明选育的显性矮秆温敏核不育系制种，可采用直播、抛秧等轻简栽培方式，减轻劳动强度，降低制种成本。

7、利用本发明选育的显性矮秆温敏核不育系配制的杂交水稻品种，可采用直播、抛秧等轻简栽培方式，减轻劳动强度，降低生产成本。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法。率先将微效显性矮秆基因与温敏核不育基因聚合于一体，从而创建了一个可以随机配组选育矮秆杂交水稻品种的系统，解决生产上常常发生的倒伏问题。同时，适应制种、大田生产中的轻简栽培模式，降低劳动强度，减少生产成本。

附图说明

图1是植株表型比较图，即籼稻显性矮秆温敏核不育系定名为皖矮907S及其父母本株高比较(图中a为广茉S，b为显性矮秆温敏核不育系，c为P88S)：

a为温敏核不育系广茉S植株，株高82cm；b为F7代显性矮秆温敏核不育系植株，最矮，株高为65cm；c为温敏核不育系P88S植株，株高76cm。所有材料来自2010年合肥试验田。

图2是不育期花粉表型对比：

图a，温敏核不育系广茉S的花粉育性情况；图b，F7代显性矮秆温敏核不育系的花粉育性情况；图c，温敏核不育系P88S的花粉育性情况。三个不育系取样镜检无花粉，或花粉不染色，为不育。花粉取自2010年夏季合肥的试验田，自然条件为高温长日。

图3是可育期花粉表型对比图：

图中(a)为温敏核不育系广茉S的花粉育性情况，(b)为F7代显性矮秆温敏核不育系的花粉育性情况，(c)为温敏核不育系P88S的花粉育性情况。三个不育系取样镜检，都有正常花粉粒，为可育。花粉取自2010年秋季合肥的试验田，自然条件为低温短日。

图4是矮秆杂交品种与两系普通品种株高性状对比图：

(a)图中(c)为广茉S与安香2号杂交种的植株，株高128cm；(d)为籼稻显性矮秆温敏核不育系皖矮907S与安香2号的杂交种植株，株高112cm；

(b)图中(e)为两优100(广茉S/紫恢100选)植株；(f)为籼稻显性矮秆温敏核不育系皖矮907S与紫恢100选的杂交种植株，所有材料来自2010年合肥中籼试验田。

图5是矮秆杂交品种与两系普通品种有效穗对照图。(g)温敏核不育系广茉S与安香2号杂交种的有效穗；(h)为F6代籼稻显性矮秆温敏核不育系sa907与安香2号配制的杂交后代有效穗。材料来自2010年合肥中籼试验田。

图6是矮秆杂交品种与两系普通品种有效穗对比图。(I)为广茉S与紫恢100选杂交种的有效穗；(j)为F6代籼稻显性矮秆温敏核不育系皖矮907S与紫恢100选配制的杂交后代有效穗。材料来自2010年合肥中籼试验田。

图7是矮秆杂交品种穗部性状对照图。(k)为温敏核不育系广茉S与安香2号杂交种的单穗；(n)为F6代籼稻显性矮秆温敏核不育系皖矮907S与安香2号配制的杂交后代单穗。材料来自2010年合肥中籼试验田。

图8是矮秆杂交品种穗部性状对照图。(m)为温敏核不育系广茉S与紫恢100选杂交种的单穗；(x)为F6代籼稻显性矮秆温敏核不育系sa907与紫恢100选配制的杂交后代单穗。材料来自2010年合肥中籼试验田。

具体实施方式

选择光温敏核不育系材料杂交，让基因自由重组聚合，在分离群体中，筛选微效显性基因聚合的矮秆不育材料，再在环境压力下，通过人工选择，将聚合的微效显性矮秆基因与光温敏核不育基因结合起来，培育籼稻显性矮秆温敏核不育系，达到适当降低两系杂交水稻株高的目的。

实施例1：聚合微效显性矮秆基因培育籼稻显性矮秆温敏核不育系的选育过程

1.1配组

1.1.1亲本材料：选择来源于农垦58S、安农S的光温敏核不育系，分别作父母本。

1.1.2播种期：2006年12月在海南分1日、10日、20日三期播种，秧龄30天移栽，株行距为4×5寸。

1.1.3温汤去雄：始穗后，取单株选穗，用45℃的温水浸稻穗4分钟或4分钟20秒，使花粉失去活力。

1.1.4杂交制种：用温汤去雄的单株，分别与未去雄的套袋授粉，人工配制杂交种子，收获F1种子。共配制杂交组合7个，其亲本来源、类型、配制效果等情况详见表1。

表1：配组及其亲本来源情况

1.2种植

1.2.1 F1代

1.2.1.1方式：2007年4月27日播种，5月27日移栽，株行排列，厢宽4尺，走道1.5尺，株行距4×5+10寸。

1.2.1.2收种子：抽穗成熟后收获F2种子。这两类不育系的不育基因不等位，所以F1能够自交结实。

1.2.2 F2代

1.2.2.1规模：2007年冬季在海南播种F2代，每个组合均栽插2000株的群体。

1.2.2.2选种：在F2代群体中，选择株高较矮(一般低于65cm)，并且分段结实的，可能是温敏核不育的单株。7个组合F2代当选单株1-5株不等。

1.3建立选种圃

1.3.1种植：从F2代群体中选得的矮秆不育株；自2008年后，正季在合肥4月下旬播种，冬季在海南12月初播种，栽插方式均为株行排列，厢宽4尺，走道1.5尺，株行距4×5+10寸。自此，合肥、海南往返加代，并优选单株至品系稳定。

1.3.2选择：从中选择植株矮，育性表现彻底的单株，并且，注重综合形状，抗性较强，米质较优。

1.3.3决选：分期播种观察育性,稳定不育期要在30天以上的材料才能当选；人工气候箱鉴定育性，在光照13.5h条件下起点温度低于23.5℃；种植杂交种子测验矮秆效应，株高要比正常不育系矮15—20cm，在65cm左右。

采用此方法至2014年秋，已育成显性矮秆温敏核不育系7个：皖矮918S、皖矮907S(又名即编号sa907)、紫粤S、紫泰S、矮粤S、W226S、绿泰S。

皖矮907S即sa907选育过程

实施例2：自然条件下育性筛选

2.1取样：始穗至齐穗期，在选种圃中，选株高较矮，抗性较强，经济性状优良的单株，选刚刚始穗的单穗，取穗子上中部枝梗送室内镜检。

2.2镜检：取中上部颖花花药，每朵颖花内6个花药全部取出，或取6朵颖花的6个花药，放在载玻片上，滴适量1％的I—KI溶液，用镊子把花药充分捣碎染色后，放在10×10倍显微镜下观察花粉类型。通常分典败、染败、圆败和正常4种，只有正常花粉才能自交结实，败育彻底的植株无花粉，即花药内没有任何形状的花粉粒。取样同时，选类似单穗套自交袋，20天后检查自交结实情况；

2.3当选：自F2代后，在合肥正季都进行花粉镜检，根据镜检和套袋自交结实结果，当选自交不结实、无花粉单株或有少量典败花粉粒的单株。

实施例3：分期播种育性观察

3.1试验方法：2010年在合肥自然条件下，自4月11日始播至7月11日结束，每10d播1期共10期，分期播种观察显性矮秆温敏核不育系的育性动态。每期播栽100株左右，4×5寸栽插，秧龄30天左右。

3.2取样镜检：从始穗开始(7月13日)到抽穗结束，每隔1-2天取5穗镜检花粉，考察花粉败育程度，同时套袋10穗，成熟时调查自交结实率。

3.3试验结果：在7月13日—9月9日期间内，花粉败育率为99.97％—100％，套袋自交不结实。9月12日—23日镜检，花粉败育率为72.24％—97.49％，套袋自交结实率为15.15％—41.69％。表明该不育系在合肥不育时段较长，不育可育转换期明显。详见表2

表2、2010年籼稻显性矮秆温敏核不育系在自然条件下育性观察结果(合肥)

实施例4：育性人工气候箱测定

4.1供种：2010年4月提供sa907籼稻显性矮秆温敏核不育系株系种子400粒做人工气候箱育性鉴定试验。

4.2试验单位：华中农业大学

4.3检测结果：经华中农业大学人工气候箱鉴定(表3)，在14.5h光周期条件下，当温度高于23.5℃时，显性矮秆温敏核不育系自交不结实，与对照品种培矮64S相当。在12.5h光周期条件下，当温度高于25.5℃，自交不结实。表明显性矮秆温敏核不育系的不育起点温度低于23.5℃，有利于制种。

表3、显性矮秆温敏核不育系育性人工气候箱鉴定结果(2010年)

实施例5：杂交品种矮秆效应测定

5.1亲本

5.1.1母本：sa907(籼稻显性矮秆温敏核不育系)

5.1.2父本：有P9311、WH26L、安香1号、安香2号、中红791、ZH084、创丰占、R711、9311、Z9311等32个亲本。

5.2杂交制种：温汤去雄后，手工杂交收种子55份(其中23份重复)。

5.3种植：2010年5月8日播种，6月12日移栽，株行距5×8寸，单苗栽插。

5.4试验结果(详见表4)：32个组合株高平均值为95.4cm，比三系杂交稻II优838的124.6cm矮29.2cm，比两系杂交稻扬两优6号矮31.3cm。

表4、sa907(籼稻显性矮秆温敏核不育系)所配组合部分性状测定结果(2010年)

实施例6：矮秆杂交品种其他性状测定

6.1亲本

6.1.1母本：sa907(显性矮秆温敏核不育系)。

6.1.2父本：有P9311、WH26L、安香1号、安香2号、中红791、ZH084、创丰占、R711、9311、Z9311等33个亲本。

6.2杂交制种：温汤去雄后，手工杂交收种子55份(其中22份重复)。

6.3种植：2010年5月8日播种，6月12日移栽，株行距5×8寸，单苗栽插。

6.4试验结果：从表3知，32个组合有效穗平均为10.33个，与三系、两系杂交稻对照相当，分布在7.5—13.4个之间；穗总粒数平均为228.4粒，比两系扬两优6号略小，比三系II优838的穗形略大；结实率平均为83.9％，比两个对照略低，这与气候有关；千粒重平均为27.6g，比两系扬两优6号略大，比三系II优838的粒形略小。由此可见，sa907(显性矮秆温敏核不育系)组配杂交水稻品种，除株高偏矮外，其经济性状表现正常，保持了较高的杂种优势。应用前景广阔。

Claims (4)

1.一种聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）利用来源于农垦58S的水稻籼型温敏核不育系与来源于安农S 的水稻籼型温敏核不育系杂交，获得F2代种子；

（2）种植F2代群体1800-2200株，从中筛选株高矮于65cm的温敏核不育株；

（3）建立筛选圃，在23.0—23.5℃的低温环境压力下，通过花粉镜检和不育性观察，选不育起点温度低的株高矮于65cm的矮秆单株自交，自交直至性状稳定不分离，使控制低起点温度的不育基因与微效显性矮秆基因重组聚合；

（4）经过不育性鉴定，育成显性矮秆基因与温敏核不育基因集于一体的显性矮秆籼型温敏核不育系。

2. 利用如权利要求1所述的聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法选育的显性矮秆核不育系转育新的显性矮秆温敏核不育系。

3.如权利要求1所述的聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法在水稻生产中的应用，其特征在于，将该方法所得的显性矮秆籼型温敏核不育系用于培育株高一般低于115cm的矮秆两系杂交水稻。

4.如权利要求1所述的聚合微效显性基因选育矮秆籼稻核不育系的方法在培育两系杂交水稻方面的应用。