CN106035069A - 一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法 - Google Patents

一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法 Download PDF

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罗志祥
从夕汉
白岩松
施伏芝
阮新民
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罗玉祥
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Abstract

本发明公开了一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法，属于杂交水稻的选育领域。本发明的选育方法以白穗稻为父本，以两系不育系水稻为母本，通过杂交、自交、回交等方式进行选育，获得了一种仅在穗部白化的杂交水稻两系不育系。本申请的发明人在进行水稻选育的研究过程中，意外获得了一种新的穗部颖壳白化的突变体，并且，申请人发现该穗部颖壳白化的突变体与目前所发现的现有白化突变体都有显著的不同。本发明利用该突变体进行了两系不育系的选育，本发明选育获得的不育系白化性状只在颖壳特异表达，着色均匀，不影响水稻的农艺性状，可大大减轻田间种子生产除杂去劣的工作量，高效鉴定纯度。

Description

一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法
技术领域
本发明属于农业技术领域，尤其涉及一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法。
背景技术
水稻是重要的粮食作物，世界一半以上人口和我国60％以上人口以大米为主食。目前杂交水稻的年种植面积占到总水稻种植面积的50％以上，为保障我国的粮食安全做出了巨大的贡献。而两系杂交水稻因一系两用发展迅速，但两系杂交稻在制种过程中，如遇到连续的阴雨低温天气，易发生育性转换，不育系母本自交结实，造成两系杂交稻种子纯度下降，给安全制种带来风险。因此，将标记性状转入不育系中，创制带有特殊标记性状的不育系，以便于除去制种中自交结实的种子和杂株。
标记性状易于观察，当前，应用较多的标记性状为叶色标记，主要包括白化、浅绿、黄化、条纹叶脉、热敏感型、转绿型、黄绿、斑点和紫叶，利用这些叶色突变体育成的两系不育系有玉兔S、紫S、明紫03S等。此类叶色标记在叶片中大面积表达，对水稻的光合作用影响较大，极大地降低了光合效率，对水稻农艺性状造成较大的影响。相比叶色标记，水稻穗部颖壳颜色标记较少，主要包括褐色、金黄色和紫黑色，育成的不育系有新安S等，这些穗部颖壳颜色标记性状大多仅在穗部表达。
但是，虽然褐色、金黄色也可以与正常黄色的水稻颖壳进行区分，但是，这些颜色与绿色的色差并不足够明显，而且这些颜色穗部颜色差异在水稻成熟(变成黄色)之后，将变得越发不明显。实际上，与绿色颖壳色差最大最易区分的颜色是白色，而且在水稻成熟之后也可以区分。
但是，目前关于水稻穗部失绿的突变体报道不多。wp1和wp2是较早报道的白穗突变体，主要特征大致相同，成熟植株穗表现为白色，植株基部3个叶片表现出白色条斑。这种白色条斑对水稻的光合作用影响较大。
因此，如果能够开发出仅仅在水稻穗部颖壳呈现白色的新标记，既能满足水稻杂种剔除和纯度鉴定的要求，也能尽量减少对水稻植株光合作用的影响。
发明内容
本发明提供了一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法，采用本发明的选育方法进行选育时，标记性状仅在不育系穗部颖壳中表达，既达到了杂种剔除、纯度鉴定的目的，也不影响水稻植株的农艺性状。
具体而言，一方面，本发明提供一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(a)、以穗部颖壳白化的白穗稻为父本，以两系不育系水稻品种为母本，进行杂交，得到F1代种子；
步骤(b)利用所述F1代种子进行植株培育获得F1代植株；
步骤(c)将F1代植株进行自交，获得了F2代种子；
步骤(d)培育F2代植株，从F2代分离群体中选择穗部颖壳白化的可育水稻植株，与所述的两系不育系水稻品种回交，得到BC1F1代种子；
步骤(e)利用BC1F1代种子培育BC1F1代植株，在BC1F1代植株中选择可育植株，与所述的两系不育系水稻品种回交，得到BC2F1代种子；
步骤(f)重复步骤(c)-(e)的自交和回交过程，连续回交四次后获得BC6F1代种子；
步骤(g)利用BC6F1代种子培育相应的BC6F1代植株，对所述BC6F1代植株进行自交，在自交后代中选择穗部颖壳白化的不育单株；
步骤(h)对步骤(g)所获得的不育单株进行选育，获得穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系。
在一种优选实现方式中，作为父本的所述白穗稻是通过下述方法获得的：
步骤(a-1)、取恢复系RH003水稻品种和扬稻6号水稻品种进行杂交，获得F1代种子；
步骤(a-2)、种植步骤(a-1)中所获得的F1代种子，获得F2代植株及F2代种子；
步骤(a-3)、种植步骤(a-2)中所获得的F2代种子，获得多株F2植株，在所获得植株中找到白穗单株，收获白穗单株的种子；
步骤(a-4)、对所获得的白穗单株的种子进行穿梭育种，并基于所获得植株中的白穗性状判断其性状是否达到稳定状态；
步骤(a-5)、重复步骤(a-4)直到获得性状稳定的白穗稻。
在另一种优选实现方式中，所述步骤(a-4)包括：在中纬度地区和低纬度地区对所获得的白穗单株的种子进行穿梭育种。
在另一种优选实现方式中，所述的两系不育系水稻品种为5308S。
在另一种优选实现方式中，在所述步骤(d)和(e)中对植株进行选择时，基于下述性状对植株进行选择：株高、植株密度、分蘖力、茎秆尺寸、直立程度、叶片平展度以及稃尖和柱头颜色。
另一方面，本发明提供一种利用上述方法获得的两系不育系进行两系不育系选种的方法，该方法包括：
将所述两系不育系的植株与目标植株进行杂交，获得第一代杂交种子；
种植第一代杂交种子，将所获得的植株与所述两系不育系的植株或者目标植株进行回交获得回交植株的种子；
种植回交植株的种子并将所获得的植株进行自交；
筛选自交植株中所述颖壳白化的植株；
采集所筛选出的植株的种子。
另一方面，本发明提供一种利用上述方法获得的两系不育系的应用，其特征在于，将所述两系不育系用于鉴定不育系纯度。
另一方面，本发明提供一种利用上述方法获得的两系不育系的应用，其特征在于，将所述两系不育系用于鉴定杂交种纯度。
另一方面，本发明提供一种获取白穗稻的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(1)、取恢复系RH003水稻品种和扬稻6号水稻品种进行杂交，获得F1代种子；
步骤(2)、种植步骤(1)中所获得的F1代种子，获得F2代植株及F2代种子；
步骤(3)、种植步骤(2)中所获得的F2代种子，获得多株F2植株，在所获得植株中找到白穗单株，收获白穗单株的种子；
步骤(4)、对所获得的白穗单株的种子进行穿梭育种，并基于所获得植株中的白穗性状判断其性状是否达到稳定状态；
步骤(5)、重复步骤(4)直到获得性状稳定的白穗稻。
另一方面，本发明提供一种RH003水稻品种的应用，其特征在于，所述水稻品种用于分离白穗突变体，所述应用包括将所述RH003水稻品种与另一水稻品种杂交，获得F1代种子；种植所获得的F1代种子，获得F2代植株及F2代种子，在所获得植株中找到白穗单株，收获白穗单株的种子，其为白穗突变体。
发明原理
本申请的发明人在进行水稻选育的研究过程中，意外发现了一种新的穗部颖壳白化的突变体，并且，申请人发现该穗部颖壳白化的突变体与目前所发现的现有白化突变体都有显著的不同。本申请发明人对该自然突变体进行了多个世代的种植，发现其穗部白化表型等农艺性状表现稳定，突变体整株叶片呈绿色，抽穗期至成熟期，穗部白色，穗轴和小梗为绿色，且性状不受温度影响。
相比之下，现有所发现的其他突变体均不如本发明所发现的突变体更适合用作水稻标记。目前，除本发明所发现的水稻突变体植物，各种水稻中共鉴定到7个穗部白化的突变体：wp1(white panicles 1)、wp2(white panicles 2)(Sanchez et al.,1994)、wlp1(white leaf and panicles 1)(Song et al.,2014)、wslwp(white striped leaf andwhite panicle)(金怡等，2011)、wp(t)(Li et al.,2003)、st-fon(streaked leaf andfloral organ number)(陈德西等，2012)和wp4(white panicles 4)(王晓雯等，2015)。
wp1和wp2是较早报道的白穗突变体，主要特征大致相同，成熟植株穗表现为白色，植株基部3个叶片表现出白色条斑。不同的是wp1突变体的穗轴和小梗表现为绿色，wp2则表现出白色的穗轴和小梗，两个基因分别位于第7和第1染色体上。wlp1的表型受低温度影响，在低温条件下，wlp1幼苗和穗部表现叶绿素缺陷。该基因被定位在第1染色体长臂上，编码核糖体L13蛋白质。wslwp的叶片苗期由白色转为条纹叶，随着植株的发育，叶片颜色几乎恢复正常，至抽穗时颖壳颜色为白色，穗轴和小枝梗表现为绿色，穗粒成熟时变为黄色，叶绿素含量随叶色和颖壳颜色的变化发生了相应的变化，叶绿体发育表现出了明显的时间和组织特异性。该突变体被定位在第7染色体短臂上。wp(t)是一个白穗突变体，少数叶片中脉呈现白色，控制该性状的基因已被定位在第1染色体上。wp4全生育期叶色黄绿，抽穗灌浆期内外颖呈乳白色，穗轴颜色不变。颖壳中，wp4的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量均极显著下降，细胞内无明显的叶绿体结构，该基因已被定位在第8染色体上。
从上面的论述可以看出，除本发明所发现的突变体植物，其他几个突变体在植物叶片、穗轴或小梗上都存在不同程度的白化，而本发明所发现的突变体及其所培育的不育系则不存在这种白化。
本发明的该穗部白化材料是从优良籼型两系恢复系RH003发现的，尤其是在将该两系恢复系RH003与扬稻6号水稻杂交后获得的自然突变体。
此外，本申请的发明人发现，通过将该穗部白化材料与扬稻6号水稻杂交后，经过若干代的培育，能够获得性状极为稳定的白化材料。
本发明中所提到的“穿梭育种”指的是利用地理上不同生态环境条件，把不同育种世代材料交替在异地种植、选择、鉴定来培育新品种的方法。
本发明中所提到的“自交”、“回交”、“杂交”等均是本领域的常用技术术语。
本发明技术与现有技术相比，具有以下优点：
(a)可以将本发明的选育方法及相应白化材料用于鉴定不育系纯度。不育系在繁殖时，由于不育系的穗部为白色，从抽穗期开始，可以直观、准确地剔除穗部不是白色的杂株，提高不育系繁殖的纯度。由于穗部白色与常规颜色具有较大色差，易于观察。
(b)可以将本发明的选育方法及相应白化材料用于鉴定杂交种纯度。因水稻白穗性状受隐性基因控制，白穗不育系所配杂交种F1代水稻植株的穗部都为绿色，因此易于鉴定杂交种中混有自交结实的不育系母本。
(c)相对于以往报道的标记性状紫叶、黄叶、淡绿色等，本发明白穗性状为新型标记，性状表型从抽穗期开始仅在穗部表达，在叶片部分中没有任何表达，不会影响叶片部分的光合作用。
(d)本发明所选育的两系不育系具有良好的农艺性状，株高较矮，松紧适中，分蘖力较强，茎秆较粗壮，直立、叶片平展，稃尖和柱头无色，生长清秀。
附图说明
图1为本发明的选育方法获得的突变体白穗稻和野生型RH003的水稻形态。
图2为本发明的选育方法获得的突变体白穗稻和野生型RH003的穗部形态。
具体实施方式
实施例1
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐释。
育种材料：
5308S：安徽省农业科学院水稻研究所选育的籼型两系不育系(已在国家水稻数据中心备案登记，并且为市售产品，可购于安徽省农业科学院水稻研究所)
白穗稻：恢复系RH003(已在国家水稻数据中心备案登记，并且为市售产品，可购于安徽省农业科学院水稻研究所)的自然突变。
扬稻6号：江苏里下河农科所，(扬稻4号×3021)F160Co-γ辐照后选育而成(已在国家水稻数据中心备案登记，并且为市售产品，可购于中国水稻研究所)
如上面所提到的，本申请的发明人发现恢复系RH003在杂交过程中会产生一定比率的白穗突变体，因此，本发明以恢复系RH003为基础展开研究。
通过各种杂交材料的对比，本申请的发明人发现，恢复系RH003在与扬稻6号进行杂交之后，能够分离出稳定的白穗稻。
白穗稻的具体选育过程为：
(1)将优良恢复系RH003和扬稻6号杂交获得F1代种子，种植F1代种子，得到F2代植株以及相应种子。
(2)种植F2代获得F2代植株2000株，在F2分离群体中发现了一个白穗单株，收获白穗种子。
(3)正季在合肥以及冬季在海南进行穿梭育种，加快选育进程，直至获得农艺性状稳定的白穗稻。
对白穗稻进行白穗性状的遗传分析：白穗突变体水稻品种“白穗稻”和穗部为绿色的携带广亲和基因正常水稻品种“轮回422”(湖南杂交水稻研究中心，芦苇稻×培C422)进行正反交，F1植株的叶片和穗部颖壳均发育正常；F2群体中，根据穗部颜色可分为两类，一类与轮回422类似，叶片和穗部颖壳颜色均正常发育，一类与白穗稻的表型相似，全生育期叶色发育正常，抽穗后穗部颖壳呈白色。χ2测验显示正反交F2群体中穗部为白色与绿色植株均符合3:1的分离比[χ2＝0.0480,0.2803＜χ2(0.05)＝3.84]，分析结果表明，“白穗稻”的穗部为白色性状受一对隐性基因控制(表1)。
表1白穗突变体和正常植株在杂交后F2群体中的分离
通过遗传分析，发明人认定上面的白穗突变体有进一步研究价值。
因此，利用所获得的性状稳定的白穗突变体进行了选育研究。
具体而言，发明人将其用于穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育，选育过程如下：
步骤(a)以上面获得的穗部颖壳白化(白穗)稻为父本，以两系不育系水稻品种5308S为母本，杂交得到F1代种子；
步骤(b)利用所述F1代种子进行植株培育获得F1代植株；
步骤(c)将对F1代植株进行自交，获得了F2代种子；
步骤(d)培育F2代植株，从F2代分离群体中选择性状优良、穗部颖壳白化的可育水稻植株，与所述的两系不育系水稻品种回交，得到BC1F1代种子；
步骤(e)利用BC1F1代种子培育BC1F1代植株，在BC1F1代植株中选择农艺性状优良的可育植株，与所述的两系不育系水稻品种回交，得到BC2F1代种子；
步骤(f)重复步骤(c)-(e)的自交和回交过程，连续回交四次后获得BC6F1代种子；
步骤(g)利用BC6F1代种子培育相应的BC6F1代植株，对所述BC6F1代植株进行自交，在自交后代中选择穗部颖壳白化的不育单株；
步骤(h)对步骤(g)所获得的不育单株进行系统选育，获得穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系。
本发明所采用的育种材料中，穗部颖壳白化稻为农艺性状优良的恢复系RH003的自然突变体水稻品种，该突变体水稻品种穗部颖壳白化，即白穗，性状仅在穗部特异表达，不影响水稻的农艺性状，且该白化标记从抽穗期开始，不受温度诱导，性状稳定，有利于杂种剔除和纯度鉴定。
本发明所采用的两系不育系水稻品种为5308S，该不育系由安徽省农业科学院水稻研究所选育的穗部颜色正常的两系不育系，该不育系株型松紧适中，分蘖力较强，茎秆较粗壮，剑叶较长、直立、叶片较平展，稃尖和柱头无色，生长清秀，且异交结实率高，抗性好，米质优，配合力高。
两系不育系的选育时运用回交的传统育种方法，由于白穗性状受隐性核基因控制，为便于性状的筛选，白穗杂交水稻两系不育系选育过程中，回交的总次数一般为6代即可。
所述的农艺性状优良指的是株高适中、茎秆粗壮、大穗、长粒、结实率高和分蘖好。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系的选育方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(a)、以穗部颖壳白化的白穗稻为父本，以两系不育系水稻品种为母本，进行杂交，得到F1代种子；
步骤(b)利用所述F1代种子进行植株培育获得F1代植株；
步骤(c)将F1代植株进行自交，获得了F2代种子；
步骤(d)培育F2代植株，从F2代分离群体中选择穗部颖壳白化的可育水稻植株，与所述的两系不育系水稻品种回交，得到BC1F1代种子；
步骤(e)利用BC1F1代种子培育BC1F1代植株，在BC1F1代植株中选择可育植株，与所述的两系不育系水稻品种回交，得到BC2F1代种子；
步骤(f)重复步骤(c)-(e)的自交和回交过程，连续回交四次后获得BC6F1代种子；
步骤(g)利用BC6F1代种子培育相应的BC6F1代植株，对所述BC6F1代植株进行自交，在自交后代中选择穗部颖壳白化的不育单株；
步骤(h)对步骤(g)所获得的不育单株进行选育，获得穗部颖壳白化的杂交水稻两系不育系。
2.如权利要求1所述的选育方法，其特征在于，作为父本的所述白穗稻是通过下述方法获得的：
步骤(a-1)、取恢复系RH003水稻品种和扬稻6号水稻品种进行杂交，获得F1代种子；
步骤(a-2)、种植步骤(a-1)中所获得的F1代种子，获得F2代植株及F2代种子；
步骤(a-3)、种植步骤(a-2)中所获得的F2代种子，获得多株F2植株，在所获得植株中找到白穗单株，收获白穗单株的种子；
步骤(a-4)、对所获得的白穗单株的种子进行穿梭育种，并基于所获得植株中的白穗性状判断其性状是否达到稳定状态；
步骤(a-5)、重复步骤(a-4)直到获得性状稳定的白穗稻。
3.如权利要求2所述的选育方法，其特征在于，所述步骤(a-4)包括：在中纬度地区和低纬度地区对所获得的白穗单株的种子进行穿梭育种。
4.如权利要求1所述的选育方法，其特征在于，所述的两系不育系水稻品种为5308S。
5.如权利要求2所述的选育方法，其特征在于，在所述步骤(d)和(e)中对植株进行选择时，基于下述性状对植株进行选择：株高、植株密度、分蘖力、茎秆尺寸、直立程度、叶片平展度以及稃尖和柱头颜色。
6.一种利用权利要求1-5所述方法获得的两系不育系进行两系不育系选种的方法，该方法包括：
将所述两系不育系的植株与目标植株进行杂交，获得第一代杂交种子；
种植第一代杂交种子，将所获得的植株与所述两系不育系的植株或者目标植株进行回交获得回交植株的种子；
种植回交植株的种子并将所获得的植株进行自交；
筛选自交植株中所述颖壳白化的植株；
采集所筛选出的植株的种子。
7.一种利用权利要求1-5所述方法获得的两系不育系的应用，其特征在于，将所述两系不育系用于鉴定不育系纯度。
8.一种利用权利要求1-5所述方法获得的两系不育系的应用，其特征在于，将所述两系不育系用于鉴定杂交种纯度。
9.一种获取白穗稻的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(1)、取恢复系RH003水稻品种和扬稻6号水稻品种进行杂交，获得F1代种子；
步骤(2)、种植步骤(1)中所获得的F1代种子，获得F2代植株及F2代种子；
步骤(3)、种植步骤(2)中所获得的F2代种子，获得多株F2植株，在所获得植株中找到白穗单株，收获白穗单株的种子；
步骤(4)、对所获得的白穗单株的种子进行穿梭育种，并基于所获得植株中的白穗性状判断其性状是否达到稳定状态；
步骤(5)、重复步骤(4)直到获得性状稳定的白穗稻。
10.一种RH003水稻品种的应用，其特征在于，所述水稻品种用于分离白穗突变体，所述应用包括将所述RH003水稻品种与另一水稻品种杂交，获得F1代种子；种植所获得的F1代种子，获得F2代植株及F2代种子，在所获得植株中找到白穗单株，收获白穗单株的种子，其为白穗突变体。
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