CN107006366A - 一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法 - Google Patents

Abstract

一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，以需要改良抗高温性的育种材料为受体材料、抗高温水稻材料为供体材料进行回交转育，通过密植在人工气候室中对BC₁F₂、BC₂F₂、BC₂F₃和BC₂F₄世代材料进行大群体孕穗扬花期的高温抗性筛选，并对BC₂F₄代株系在自然环境下进行农艺性状考察，结合高温鉴定结果和农艺性状考察结果选择优良株系。该设计不仅实现了利用人工气候室的大群体筛选，而且保证了选育效率。

Description

一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法

技术领域

本发明属于植物育种技术领域，具体涉及一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法。

背景技术

二十一世纪以来，长江流域夏季高温热害频发，对我国水稻生产造成极大的危害。2003年长江流域沿线浙、皖、苏、鄂等省水稻抽穗期极值高温超过40℃，持续高温天气达14～16d，水稻产量普遍降低20％～30％，经济损失近百亿元。受高温热害影响当年全国稻谷产量降至近20年来的最低点，2013年和2016年长江流域稻区又接连遭受长时间高温热害，导致水稻严重减产。不容乐观的是，在全球气候变化的大环境中，我国长江流域夏季极端高温天气将会更加频繁出现，持续时间将会更长，高温热害引起的水稻生产风险也将持续。

种植耐热水稻品种是防止水稻高温热害最经济、最有效的途径，但由于抗高温水稻育种滞后，导致现有主要水稻品种抗高温能力差，生产存在发生高温热害的风险。水稻抗高温育种滞后的一个重要原因是缺乏有效的抗高温鉴定方法。抗高温水稻品种的杂交选育通常需要同时进行高温抗性的鉴定和农艺性状的鉴定，目前广泛使用的高温抗性鉴定方法主要有两种：自然高温鉴定和人工气候室鉴定。自然高温鉴定存在高温发生的不确定性；人工气候室鉴定则由于人工气候室的面积较小，而农艺性状鉴定对水稻种植的株行距需要较大(一般为16.8厘米×19.5厘米)，在群体较大时需要的种植面积很大(1000株的群体至少需要30平米)，因此在人工气候室内难以对杂交育种的分离世代进行大群体筛选，也就无法保证筛选出的抗高温材料具有优良的农艺性状。所以，研制一种高效的抗高温水稻育种方法对于提高水稻品种的抗高温能力，保证我国水稻生产安全具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的无法利用人工气候室进行大群体筛选的问题，提供一种能够利用人工气候室进行大群体筛选培育抗高温水稻的方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，依次包括以下步骤：

一、先以需要改良抗高温性的育种材料为受体材料、抗高温水稻材料为供体材料，将两者杂交得到F₁种子，再种植F₁种子后与受体材料回交获得BC₁F₁种子；

二、种植BC₁F₁种子，待其成熟后每株收单穗，混合，获得BC₁F₂种子；

三、种植BC₁F₂种子以获得BC₁F₂群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据结实率筛选出10～15株抗高温植株进行割蔸并移植到室外再生，待其抽穗后取混合花粉与受体材料回交，获得BC₂F₁种子；

四、种植BC₂F₁种子，待其成熟后每株收单穗，混合，获得BC₂F₂种子；

五、种植BC₂F₂种子以获得BC₂F₂群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据结实率筛选出10～15株抗高温植株，每株收单穗，获得BC₂F₃种子；

六、种植BC₂F₃种子以获得BC₂F₃群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据株系平均结实率筛选出2～3个抗高温株系，每个株系选择结实率最高的抗高温单株4～5株收种，获得BC₂F₄种子；

七、种植BC₂F₄种子以获得BC₂F₄群体，再对BC₂F群体中的每个株系同时进行人工气候室抗高温鉴定和自然环境下的农艺性状考察，最后结合高温鉴定条件下株系的平均结实率和农艺性状筛选出1～2个优良株系，该优良株系即为筛选培育得到的抗高温水稻。

步骤三、五中，所述人工气候室内的株行距为4～6厘米×4～6厘米；

步骤六、七中，所述人工气候室内的株行距为4～6厘米×7～9厘米。

步骤三、五中，所述抗高温鉴定和筛选具体为：先将进入孕穗期的BC₁F₂/BC₂F₂群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移入自然环境中至其成熟；

步骤六、七中，所述抗高温鉴定具体为：先将进入孕穗期的BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移人自然环境中至其成熟，然后取所有单株稻穗，通过计算单株结实率得到BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料的平均结实率；

其中，所述人工气候室的温湿度条件为：相对湿度60％～70％，每日9:00～14:00时段的温度为37℃±1℃，其他时段为环境温度，所述结实率为实粒数/总粒数×100％。

步骤七中，所述自然环境下的农艺性状考察具体为：将秧龄25～28天的BC₂F₄群体和受体材料移栽进大田，每种材料种植成一个小区，进行常规水肥管理，记载其生育期及生长发育状况，待成熟后在每个小区中选取具有代表性的4～6株考察其株高、有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法以需要改良抗高温性的育种材料为受体材料、抗高温水稻材料为供体材料，利用回交育种技术，在人工气候室中仅进行抗高温鉴定，前期(BC₂F₄代前)并未对群体进行农艺性状鉴定，后期(BC₂F₄代后)只在田间自然环境下进行农艺性状鉴定，最后结合高温鉴定结果和农艺性状考察结果选择优良株系，一方面，该方法无需在人工气候室中进行农艺性状鉴定，可利用人工气候室实现大群体的高温抗性筛选，另一方面，该方法利用回交育种技术，可在只对水稻高温抗性鉴定的情况下保证选育材料具有优良的综合性状，从而提高抗高温水稻品种的选育效率。因此，本发明不仅实现了利用人工气候室的大群体筛选，而且保证了选育效率。

2、本发明一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法中人工气候室内BC₁F₂/BC₂F₂群体的株行距为4～6厘米×4～6厘米，BC₂F₃/BC₂F₄群体的株行距为4～6厘米×7～9厘米，该设计通过密植保证了人工气候室内单位面积的植株量较大，从而在面积有限的人工气候室中可对较大群体进行高温抗性筛选。因此，本发明通过密植实现了人工气候室内的大群体筛选。

附图说明

图1为本发明流程。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，依次包括以下步骤：

一、先以需要改良抗高温性的育种材料为受体材料、抗高温水稻材料为供体材料，将两者杂交得到F₁种子，再种植F₁种子后与受体材料回交获得BC₁F₁种子；

二、种植BC₁F₁种子，待其成熟后每株收单穗，混合，获得BC₁F₂种子；

三、种植BC₁F₂种子以获得BC₁F₂群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据结实率筛选出10～15株抗高温植株进行割蔸并移植到室外再生，待其抽穗后取混合花粉与受体材料回交，获得BC₂F₁种子；

四、种植BC₂F₁种子，待其成熟后每株收单穗，混合，获得BC₂F₂种子；

五、种植BC₂F₂种子以获得BC₂F₂群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据结实率筛选出10～15株抗高温植株，每株收单穗，获得BC₂F₃种子；

六、种植BC₂F₃种子以获得BC₂F₃群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据株系平均结实率筛选出2～3个抗高温株系，每个株系选择结实率最高的抗高温单株4～5株收种，获得BC₂F₄种子；

七、种植BC₂F₄种子以获得BC₂F₄群体，再对BC₂F₄群体中的每个株系同时进行人工气候室抗高温鉴定和自然环境下的农艺性状考察，最后结合高温鉴定条件下株系的平均结实率和农艺性状筛选出1～2个优良株系，该优良株系即为筛选培育得到的抗高温水稻。

步骤三、五中，所述人工气候室内的株行距为4～6厘米×4～6厘米；

步骤六、七中，所述人工气候室内的株行距为4～6厘米×7～9厘米。

步骤三、五中，所述抗高温鉴定和筛选具体为：先将进入孕穗期的BC₁F₂/BC₂F₂群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移入自然环境中至其成熟；

步骤六、七中，所述抗高温鉴定具体为：先将进入孕穗期的BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移人自然环境中至其成熟，然后取所有单株稻穗，通过计算单株结实率得到BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料的平均结实率；

其中，所述人工气候室的温湿度条件为：相对湿度60％～70％，每日9:00～14:00时段的温度为37℃±1℃，其他时段为环境温度，所述结实率为实粒数/总粒数×100％。

步骤七中，所述自然环境下的农艺性状考察具体为：将秧龄25～28天的BC₂F₄群体和受体材料移栽进大田，每种材料种植成一个小区，进行常规水肥管理，记载其生育期及生长发育状况，待成熟后在每个小区中选取具有代表性的4～6株考察其株高、有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。

本发明的原理说明如下：

本发明提供了一种利用人工气候室进行较大群体筛选、并结合回交转育选育抗高温水稻品种的方法，该方法利用回交育种技术，可在只对水稻高温抗性鉴定的情况下保证选育材料具有优良的综合性状，并通过连续多代的抗高温筛选，保证了选育材料抗高温性状的存在，且在抗高温鉴定时对水稻采取密植，从而显著减少了群体的种植面积(1000株的群体只需要3平米)，使得20平米的人工气候室即可满足对较大群体的鉴定需要。

实施例1：

参见图1，一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，该方法以不抗高温的优良两系水稻恢复系R005作为受体材料、抗高温水稻R1056为供体材料，依次按照以下步骤进行：

一、2011年春季在海南以R005为母本、R1056为父本进行杂交得到F1种子，夏季在武汉种植F1种子得到20株F₁植株，去掉杂株，并于开花期以R005为母本，F₁植株为父本进行回交，获得BC₁F₁种子；

二、冬季在海南种植BC₁F₁种子得到200株BC₁F₁植株，待2012年春季成熟后每株收单穗，混合，获得BC₂F₂种子；

三、夏季在武汉将BC₁F₂种子催芽后播种于秧田获得BC₁F₂群体共1520株，同时种植R005和R1056作为对照，待二叶一心时移栽进已平整好泥土的塑料盒中，于自然环境中进行常规水肥管理，并于孕穗期将塑料盒移入人工气候室中(人工气候室的温湿度条件同下：相对湿度60％～70％，每日9:00～14:00时段的温度为36～38℃，其他时段为环境温度，株行距为5厘米×5厘米)进行抗高温鉴定，成熟后先观察淘汰群体中结实率差的植株，随后对剩余的52个单株进行编号，考察其结实率，并根据结实率从高到低的顺序，选中10株抗高温植株(结实率在45.6％～58.3％，R005和R1056的结实率分别为23.6％和65.5％)进行割蔸移栽进5升装有泥土的塑料桶中，每桶1株，做好水肥管理促进腋芽再生，当环境温度低于20时，移入玻璃温室。10月份再生植株开花后取混合花粉与R005回交(R005通过分期播种，保证与再生苗同期开花)，获得BC₂F₁种子；

四、冬季在海南种植BC₂F₁种子得到150株BC₂F₁植株，待2013年春季成熟后每株收单穗，混合，获得BC₂F₂种子；

五、夏季在武汉将BC₂F₂种子催芽后播种于秧田获得BC₂F₂群体共1005株，同时种植R005和R1056作为对照，待二叶一心时移栽进已平整好泥土的塑料盒中，于自然环境中进行常规水肥管理，并于孕穗期将塑料盒移入人工气候室中(株行距为5厘米×5厘米)进行抗高温鉴定，成熟后通过观察淘汰群体中结实率差的植株后，剩余52个单株，进行编号，考察结实率，根据结实率从高到低的顺序，最后选中10株抗高温植株(结实率在40.3％～52.5％，R005和R1056的结实率分别为28.2％和70.8％)，每株收单穗，混合，获得BC₂F₃种子；

六、2014年夏季在武汉将BC₂F₃种子催芽后播种于秧田获得BC₂F₃群体(其中每个株系50苗)，同时种植R005和R1056作为对照，待二叶一心时移栽进已平整好泥土的塑料盒中，于自然环境中进行常规水肥管理，并于孕穗期将塑料盒移入人工气候室中(株行距为5厘米×8厘米)进行抗高温鉴定，成熟后对株系所有单株进行考种，考察单株结实率，计算得到R005和R1056的结实率分别为25.4％和71.5％，10个株系的平均结实率为35.8％～45.6％，选取结实率最高的两个株系，并选取其中结实率最高的4个单株(共8株，其结实率为41.2％～55.5％)收种，获得BC₂F₄种子；

七、2015年夏季在武汉将BC₂F₄种子催芽后播种于秧田获得BC₂F₄群体，待二叶一心时移栽进已平整好泥土的塑料盒中，于自然环境中进行常规水肥管理，再于孕穗期将塑料盒移入人工气候室中对BC₂F₄群体中的每个株系进行人工气候室抗高温鉴定(株行距为5厘米×8厘米)，同时对BC₂F₄群体进行自然环境下的农艺性状考察，最后结合高温鉴定条件下株系的平均结实率和农艺性状(见表1)筛选出株系W55作为培育得到的抗高温水稻，其中，所述自然环境下的农艺性状考察具体为：将秧龄26天的BC₂F₄株系和R005移栽进大田，每种材料种植成一个小区(小区5行，每行10株，行内株间距为16.5cm，行间距为19.8cm，小区间距39.6cm，小区顺序排列，每小区重复两次)，进行常规水肥管理，记载其生育期及生长发育状况，待成熟后在每个小区中选取具有代表性的4～6株考察其株高、有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重；

上述方法中，

BC₁F₂/BC₂F₂群体的抗高温鉴定具体为：先将进入孕穗期的BC₁F₂/BC₂F₂群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至所有材料开花结束，再将所有材料移至自然环境中至其成熟；

BC₂F₃/BC₂F₄群体的抗高温鉴定具体为：先将进入孕穗期的BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移人自然环境中至其成熟，然后取所有单株稻穗，通过计算单株结实率得到BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料的平均结实率。

表1入选株系的农艺性状及自然环境与高温环境下的结实情况

从上表中能够看出，W55的株叶型态、生育期以及生长发育情况与受体材料R005差异不显著，且开花期高温结实率最高，达50.2％，因此，选取该株系作为培育得到的抗高温水稻。

Claims (4)

1.一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，其特征在于：

所述方法依次包括以下步骤：

一、先以需要改良抗高温性的育种材料为受体材料、抗高温水稻材料为供体材料，将两者杂交得到F₁种子，再种植F₁种子后与受体材料回交获得BC₁F₁种子；

二、种植BC₁F₁种子，待其成熟后每株收单穗，混合，获得BC₁F₂种子；

三、种植BC₁F₂种子以获得BC₁F₂群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据结实率筛选出10～15株抗高温植株进行割蔸并移植到室外再生，待其抽穗后取混合花粉与受体材料回交，获得BC₂F₁种子；

四、种植BC₂F₁种子，待其成熟后每株收单穗，混合，获得BC₂F₂种子；

五、种植BC₂F₂种子以获得BC₂F₂群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据结实率筛选出10～15株抗高温植株，每株收单穗，获得BC₂F₃种子；

六、种植BC₂F₃种子以获得BC₂F₃群体，并于孕穗期将其移入人工气候室中进行抗高温鉴定，成熟后根据株系平均结实率筛选出2～3个抗高温株系，每个株系选择结实率最高的抗高温单株4～5株收种，获得BC₂F₄种子；

七、种植BC₂F₄种子以获得BC₂F₄群体，再对BC₂F₄群体中的每个株系同时进行人工气候室抗高温鉴定和自然环境下的农艺性状考察，最后结合高温鉴定条件下株系的平均结实率和农艺性状筛选出1～2个优良株系，该优良株系即为筛选培育得到的抗高温水稻。

2.根据权利要求1所述的一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，其特征在于：

步骤三、五中，所述人工气候室内的株行距为4～6厘米×4～6厘米；

步骤六、七中，所述人工气候室内的株行距为4～6厘米×7～9厘米。

3.根据权利要求1或2所述的一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，其特征在于：

步骤三、五中，所述抗高温鉴定和筛选具体为：先将进入孕穗期的BC₁F₂/BC₂F₂群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移入自然环境中至其成熟；

步骤六、七中，所述抗高温鉴定具体为：先将进入孕穗期的BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料移入人工气候室进行高温处理，直至开花结束，再将所有材料移人自然环境中至其成熟，然后取所有单株稻穗，通过计算单株结实率得到BC₂F₃/BC₂F₄群体、受体材料、供体材料的平均结实率；

其中，所述人工气候室的温湿度条件为：相对湿度60％～70％，每日9:00～14:00时段的温度为37℃±1℃，其他时段为环境温度，所述结实率为实粒数/总粒数×100％。

4.根据权利要求1或2所述的一种大群体筛选培育抗高温水稻的方法，其特征在于：

步骤七中，所述自然环境下的农艺性状考察具体为：将秧龄25～28天的BC₂F₄群体和受体材料移栽进大田，每种材料种植成一个小区，进行常规水肥管理，记载其生育期及生长发育状况，待成熟后在每个小区中选取具有代表性的4～6株考察其株高、有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。