CN107455256A - 一种杂交水稻选育方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种杂交水稻选育方法，包括：确定强优杂交组合：选择现有的性状优良的常规粳稻品种、品系进行交叉配组，观察其杂交F1的杂种优势，对产量、品质、抗性进行鉴定，选育出优势组合P1/P2；根据优势组合分别将P1构建成三系不育系P1A、两系不育系P1S；构建恢复系P2恢；以三系不育系P1A为母本，以两系不育系P1S可育条件下为父本，配置杂合不育系F1(P1S/P1A)；以杂合不育系F1(P1S/P1A)为母本，同恢复系P2恢配置杂交组合P2恢//P1S/P1A。本发明能解决目前三系杂交水稻杂种优势不强、两系杂交水稻制种安全系数低的技术瓶颈。

Description

一种杂交水稻选育方法
技术领域
本发明涉及一种杂交水稻选育方法，具体的说是一种既具有三系杂交水稻制种安全，又具有两系杂交水稻高产、优质特性的育种方法。
背景技术
目前，世界上的杂交水稻主要包括三系杂交水稻和两系杂交水稻，这两种水稻各有优缺点。从水稻产量与稻米品质来看，使用两系法制成的种子杂种优势比使用三系法制成的种子杂种优势更明显，但是两系制种的不育系育性是受一定的温、光条件所控制的，一般在大于13.45h的长日照和日均温度高于24℃的条件下，表现为雄性不育，可以制种；当日照长度短于13.45h和日平均温度低于24℃时，不育系的育性发生变化，由不育转为可育，自交结实，不能制种，只能用于不育系繁殖。因此，两系杂交水稻制种受光温条件影响，具有一定的风险性。三系杂交水稻的不育系不受环境影响，制种安全系数高，但三系杂交稻的杂种优势(产量、品质)不如两系杂交水稻。如何寻找到一种同时具有三系杂交水稻制种安全系数高、两系杂交水稻杂种优势强的杂交水稻育种模式，对我国的水稻发展具有重大意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决目前三系杂交水稻杂种优势不强、两系杂交水稻制种安全系数低的技术瓶颈，提供一种两系半杂交水稻选育方法。
由于本申请的杂交水稻选育方法介于两系和三系之间，既具有三系杂交水稻制种安全，又具有两系杂交水稻高产、优质特性，因此，发明人也将该育种方法称之为“两系半杂交水稻选育方法”。
技术方案：本发明所述的杂交水稻选育方法，包括：
(1)确定强优杂交组合：选择现有的性状优良的常规粳稻品种、品系进行交叉配组，观察其杂交F1的杂种优势，对产量、品质、抗性进行鉴定，选育出优势组合P1/P2；
(2)根据优势组合分别将P1构建成三系不育系P1A、两系不育系P1S；
(3)构建恢复系P2恢；
(4)以三系不育系P1A为母本，以两系不育系P1S可育条件下为父本，配置杂合不育系F1(P1S/P1A)；
(5)以杂合不育系F1(P1S/P1A)为母本，同恢复系P2恢配置杂交组合P2恢//P1S/P1A。
步骤(1)中，优势杂交组合P1/P2的两个亲本P1、P2的熟期时间差异不超过5天，熟期尽可能接近(0-5天)，以便于育成组合制种时有利于提高花期相遇。
步骤(2)中，保证构建的三系不育系P1A、两系不育系P1S的基因遗传背景与亲本P1的吻合度达到95％以上。
所述三系不育系P1A通过以现有的三系不育系为母本，亲本P1为轮回父本，回交5-6次得到；两系不育系P1S通过以现有的两系不育系为母本，亲本P1为轮回父本，每次回交后选择与亲本P1性状最为接近的、大柱头及柱头外露率高的单株进行花药的单倍体离体培养，获得两系不育系材料继续与亲本P1回交、花药培养，循环5-6次得到。
步骤(3)中，保证构建的恢复系P2恢的基因遗传背景与亲本P2的吻合度达到95％以上。
所述恢复系P2恢通过以现有恢复系为母本，亲本P2为轮回父本，回交4-6次得到。因为早期可能会保留非轮回亲本的有利基因，构建恢复系P2恢时，在回交4代、5代、6代要分别通过花药培养稳定，并且与三系不育系P1A杂交配组，鉴定优势，从中选择最优的三系恢复系。
步骤(4)中，两系不育系P1S的可育条件一般指日照长度短于13.45h和日平均温度低于24℃。
一种可具体实施的方式，亲本P1为镇稻14号，亲本P2为武运粳24号。构建三系不育系P1A时采用的母本为武运粳7号A，构建两系不育系P1S采用的母本为P88S，构建恢复系P2恢时采用的母本为C418。
本发明中涉及的花药培养通过诱导、分化、生根三步成苗培养；其中，
诱导培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI 0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L、Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、2.4-D 2.5mg/L、KT 1mg/L、蔗糖35g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇20g/L，pH＝5.8。
分化培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L、Na2-EDTA 0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L,肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、6-BA 3mg/L、NAA 0.2mg/L、蔗糖30g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇15g/L，pH＝5.8。
生根培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI 0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L,Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、NAA 0.7mg/L、蔗糖30g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇15g/L，pH＝5.8。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)目标明确，少走弯路。在不育系转育、恢复系选育之前已经进行了杂种优势的鉴定，可以预测到杂交新组合的产量、品质、抗性等其他性状，打破了“杂交粳稻靠碰”的局面。
(2)同三系杂交水稻相比，本发明两系半杂交水稻具有两系杂交水稻的特性，在产量、品质、抗性等方面要优于同组合的三系恢复系。
(3)同两系杂交水稻相比，本发明的两系半杂交水稻不育系从本质上来说属于质核互作雄性不育，不育性稳定，不受气候环境条件的干扰，制种无风险。
(4)同两系杂交水稻、三系杂交水稻相比，本发明的两系半杂交水稻不育系具有知识产权安全的特性。两系不育系不育性受光温条件下控制，在杂交稻中很容易找到两系不育系(制种过程中两系不育系低温结实产生)。三系不育系在知识产权安全上容易保护，需要同时获得不育系和保持系，才能完全留种三系不育系。而两系半杂交水稻不育系在知识产权安全上更加容易保护，必须同时获得三系不育系、保持系，以及两系不育系才能留种。
(5)实现优质化：本发明中的不育系和恢复系都是优质常规粳稻类型，配置杂交组合属于优优相配，选育出的组合灌浆快、充实度好、品质优。
(6)株高适中：由于本发明中用的不育系和恢复系都是常规粳稻类型，株高不高，配制的杂交组合株高适中。
(7)同MS培养基相比，添加了80mg/L的脯氨酸，可提高出愈率6％—8％。
(8)同MS培养基相比，增加琼脂浓度到8g/L，可提高成苗率4％—5％。
附图说明
图1为两系半杂交水稻恢复系筛选流程图；
图2为两系半杂交水稻(镇粳恢6511-2//镇稻14S/镇稻14A)选育流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明育种过程中采用的花药培养通过愈伤诱导、分化、生根三步成苗培养，花药培养的实验流程为常规技术，采用的实验条件包括诱导培养基、分化培养基、生根培养基等也可采用已报道的配方条件，仍可育成相应的水稻不育系、恢复系，最终育成两系半杂交水稻组合，但是发明人对培养基进行了一定的改进，发现通过脯氨酸的添加可以提高愈伤组织的诱导率，提高琼脂的添加量，可提高成苗率；其中，诱导培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O 0.02mg/L、KI 0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L、Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、2.4-D 2.5mg/L、KT 1mg/L、蔗糖35g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇20g/L，pH＝5.8。
分化培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI(碘化钾)0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L、Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L,肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、6-BA 3mg/L、NAA 0.2mg/L、蔗糖30g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇15g/L，pH＝5.8。
生根培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI 0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L,Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、NAA 0.7mg/L、蔗糖30g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇15g/L，pH＝5.8。
实施例1(镇稻14A/镇稻14S)×镇粳恢6511
图1为两系半杂交水稻恢复系筛选流程图，图2为两系半杂交水稻(镇粳恢6511-2//镇稻14S/镇稻14A)选育流程图，具体步骤如下：
(1)确定强优杂交组合。
选择现有的性状优良的常规粳稻品种、品系(武运粳7号、武运粳27号、武运粳24号、武2330、镇稻8848、镇稻99、镇稻11号、镇稻14号、镇稻18号、淮稻5号选、淮稻9号、日本晴、连粳7号、徐稻3号、泰粳394、镇粳6511、扬育粳1号、圣稻519)进行交叉配组，观察其杂交F1的杂种优势，对产量、品质、抗性进行鉴定，选育出优势组合P1/P2(镇稻14号/武运粳24号，两者熟期一致)。
(2)根据优势组合分别构建三系不育系镇稻14A、两系不育系镇稻14S。
以三系不育系武运粳7号A(品种权号：CNA20010203.6)为母本，镇稻14号为轮回父本，回交5代得镇稻14A。选择大柱头及柱头外露率高的、携带有广亲和基因的籼稻光温敏不育系P88S为母本，镇稻14号为轮回父本，每次回交后选择与镇稻14号性状最为接近的、大柱头及柱头外露率高的单株进行花药的单倍体离体培养，获得两系不育系材料继续与镇稻14号回交，反复回交、花培选两系，连续4次，获得镇稻14S。通过分子标记检测镇稻14A、镇稻14S、镇稻14号，遗传背景吻合度达到96％。
计算遗传背景吻合度时，通过对水稻的12条染色体设计分子标记，每条染色体设计但不仅限于10-15个分子标记，检测PCR扩增产物是否一致，一致即为吻合，从而计算出吻合度。
(3)将武运粳24号发展成为恢复系镇粳恢6511。
以武运粳24号(申请公告号：CNA004608E)为父本，C418(品种权号：CNA20030544.1)为母本回交4次并通过花药培养稳定得镇粳恢6511恢-1，通过分子标记对武运粳24号、镇粳恢6511-1基因遗传背景进行分子标记检测，吻合度达95.1％。镇稻14A与镇粳恢6511-1配组，产量621kg、品质不如(镇稻14号/武运粳24号)，说明有利基因还没完全转移到镇粳恢6511-1，继续回交1代并通过花药培养稳定得镇粳恢6511-2。通过分子标记对武运粳24号、镇粳恢6511-2基因遗传背景进行分子标记检测，吻合度达96.8％(超过95％)。镇稻14A与镇粳恢6511-2配组，产量663kg、品质优、抗条纹叶枯病、抗稻瘟病。镇粳恢6511-2继续回交1代并通过花药培养稳定得到镇粳恢6511-3，镇稻14A与镇粳恢6511-3配组，产量641.4kg，说明有对产量不利基因转移到镇粳恢6511-3。因此，镇粳恢6511-2是最好的恢复系粳稻。
(4)以三系不育系镇稻14A为母本，以两系不育系镇稻14S(可育条件下：日照长度短于13.45h和日平均温度低于24℃时)为父本，配置杂合不育系F1(镇稻14S/镇稻14A)。
(5)以杂合不育系(镇稻14S/镇稻14A)为母本，同恢复系镇粳恢6511-2配置两系半杂交组合。两系半杂交组合为(镇粳恢6511-2//镇稻14S/镇稻14A)，由于镇稻14A、镇稻14S基因遗传背景纯合度为96％，杂交组合(镇粳恢6511-2//镇稻14S/镇稻14A)不会分离，只是在产量和品质上比三系杂交组合(镇粳恢6511/镇稻14A)更好，制种产量、种子纯度比两系杂交组合(镇粳恢6511/镇稻14S)更高(见表1)。
表1 三系、两系、两系半杂交组合对比表
。

Claims (10)

1.一种杂交水稻选育方法，其特征在于，包括：
(1)确定强优杂交组合：选择现有的性状优良的常规粳稻品种、品系进行交叉配组，观察其杂交F1的杂种优势，对产量、品质、抗性进行鉴定，选育出优势组合P1/P2；
(2)根据优势组合分别将P1构建成三系不育系P1A、两系不育系P1S；
(3)构建恢复系P2恢；
(4)以三系不育系P1A为母本，以两系不育系P1S可育条件下为父本，配置杂合不育系F1(P1S/P1A)；
(5)以杂合不育系F1(P1S/P1A)为母本，同恢复系P2恢配置杂交组合
P2恢//P1S/P1A。
2.根据权利要求1所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，优势杂交组合P1/P2的两个亲本P1、P2的熟期时间差异不超过5天。
3.根据权利要求1所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，保证构建的三系不育系P1A、两系不育系P1S的基因遗传背景与亲本P1的吻合度达到95％以上。
4.根据权利要求1所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，三系不育系P1A通过以现有的三系不育系为母本，亲本P1为轮回父本，回交5-6次得到；两系不育系P1S通过以现有的两系不育系为母本，亲本P1为轮回父本，每次回交后选择与亲本P1性状最为接近的、大柱头及柱头外露率高的单株进行花药的单倍体离体培养，获得两系不育系材料继续与亲本P1回交、花药培养，循环5-6次得到。
5.根据权利要求1所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，保证构建的恢复系P2恢的基因遗传背景与亲本P2的吻合度达到95％以上。
6.根据权利要求1所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，恢复系P2恢通过以现有恢复系为母本，亲本P2为轮回父本，回交4-6次得到。
7.根据权利要求6所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，构建恢复系P2恢时，在回交4代、5代、6代要分别通过花药培养稳定，并且与三系不育系P1A杂交配组，鉴定优势，从中选择最优的三系恢复系。
8.根据权利要求1所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，亲本P1为镇稻14号，亲本P2为武运粳24号。
9.根据权利要求8所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，构建三系不育系P1A时采用的母本为武运粳7号A，构建两系不育系P1S采用的母本为P88S，构建恢复系P2恢时采用的母本为C418。
10.根据权利要求4或7所述的杂交水稻选育方法，其特征在于，花药培养通过诱导、分化、生根三步成苗培养；其中，
诱导培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI 0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L、Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、2.4-D 2.5mg/L、KT 1mg/L、蔗糖35g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇20g/L，pH＝5.8；
分化培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L、Na2-EDTA 0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L,肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、6-BA 3mg/L、NAA 0.2mg/L、蔗糖30g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇15g/L，pH＝5.8；
生根培养基的配方为：KNO3 1.7g/L、NH4NO3 1.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2 0.44g/L、ZnSO4·7H2O 8mg/L、MnSO4·H2O 20mg/L、H3BO3 6mg/L、CuSO4·5H2O0.02mg/L、KI 0.8mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.25mg/L、CoCl2·6H2O 0.025mg/L,Na2-EDTA0.04g/L、FeSO4·7H2O 0.03g/L、肌醇0.1g/L、烟酸0.5mg/L、盐酸硫胺素0.4mg/L、盐酸吡哆醇0.5mg/L、甘氨酸2mg/L、脯氨酸80mg/L、NAA 0.7mg/L、蔗糖30g/L、琼脂8g/L、水解酪蛋白1g/L和山梨糖醇15g/L，pH＝5.8。
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