CN111387042A - 一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法。选用沈农265与抗病三系保持系B213B有性杂交，F₁再与三系保持系B1B复交；F₂种子混收；F₃种子用稻瘟菌混合毒素浸种，淘汰不发芽种子，群体栽插筛选具有动态穗型的目标单株，以新质源不育系JW1341A为测交母本与目的单株早代测交；选择育性败育彻底的株系进行回交，相应保持系自交，育成新的不育系及其对应保持系，命名为B98A和B98B。本发明为选育适应西南稻区高湿、寡日照环境杂交水稻，提供了一种综合群体光资源分布和降低稻曲病发病程度相协调的新途径；为杂交制种中减少扬花期不育系剑叶对父本花粉遮挡，提高杂交水稻繁殖和制种产量提供了一种新的途径和方法。

Description

一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法

技术领域

本发明属于水稻育种技术领域，具体涉及一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法。

背景技术

矮秆水稻品种的成功选育作为水稻绿色革命的开始预示着株型改良在水稻育种实践中具有重大的现实意义。1989年，国际水稻研究所以G.S.Khush(1995)为首的科学家，提出培育“超级稻”，后又改称“新株型”(new plant type，NPT)水稻育种计划。作物的株型主要取决于株高、叶型、分蘖数目、分蘖角度和穗部形态等几个方面。直立穗型群体结构合理，冠层光照强度、温湿度、CO₂等生态条件优越，对水稻灌浆期生长、光合效率以及产量等有很大的促进意义。但直立穗基因主要来源于粳稻，生产上应用的直立穗型水稻品种也多为粳稻品种。四川及西南丘陵稻区水稻生长季节气候特点表现为寡日照、多雨高湿，水稻病害发生严重。水稻从孕穗期到抽穗期是稻曲病菌的侵染时期，此时适温、高湿、少日照，将延长抽穗时间，有利于水稻稻曲病的发生。稻曲病的孢子萌发和侵染要求适温高湿的环境条件，水稻孕穗到抽穗期降雨量大、降雨日多、日照时数短，则田间湿度大，发病重。山区和丘陵地区由于早晨露水时间长、光照强度相对较低，使田间湿度大，导致稻曲病在该地区普通发生。研究发现水稻穗部的湿度越高，稻曲病发病越严重，大穗型、密穗型、直立穗型等穗部着粒紧凑的水稻品种穗层湿度大，稻曲病发病率高；比较发现稻曲病发生呈直穗型＞半直穗型＞弯穗型的规律。而弯曲穗型水稻品种枝梗硬度低、着粒稀，水稻齐穗后就发生弯曲，较稀疏的着粒密度虽然可以降低穗部湿度。但穗部弯曲低垂会降低抽穗灌浆期群体透光性和空气流动性，降低中上部叶片的光辐射，进而影响决定产量形成关键期(抽穗灌浆期)的光合作用。动态穗型的杂交组合可以在灌浆前期保证群体的通透性，提高光合作用能力；灌浆后期穗部弯曲披散，降低穗层湿度，减轻稻曲病等病害的发生率。

杂交种子生产对促进中国稻作的发展，提高水稻的产量起到了先导作用。杂交水稻制种是介于杂交水稻育种和杂交水稻粮食生产之间必不可少的环节，为水稻的大面积种植提供了充足的种源。杂交水稻制种繁殖产量受不育系结实率高低的直接决定，而不育系结实率与其柱头接受花粉量的大小存在显著正相关性。因此在制种繁殖赶粉前多进行不育系的人工割叶，减少冠层对父本花粉的阻挡，提高柱头接受花粉的几率。但弯曲穗型水稻品种齐穗后穗部立刻开始弯曲，弯曲的穗部也会降低冠层的通透性，减少不育系中下部穗颖花柱头接受的花粉量。因此花期直立的穗型可以增加冠层通透性，进而增加穗层父本花粉量，进一步减少割叶劳动强度和提高不育系结实率。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法，本发明针对水稻直立穗型和弯曲穗型不同生育时期的优缺点，提出了抽穗扬花期穗型直立，灌浆后期穗部弯曲的动态穗型理念。动态穗型水稻抽穗扬花期穗部直立可以保证群体通透性、改善群体光分布，有利于光合作用的进行；灌浆后期穗部弯曲可以避免在西南稻区气候条件下后期穗部湿度过大，减轻稻曲病等穗部病害发生。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法，包括以下步骤：

S1：以直立紧凑穗型水稻沈农265为母本，抗病三系保持系水稻B213B为父本进行杂交，杂交F₁再与高配合力三系保持系水稻B1B进行复交；

S2：复交F₁种子全收，F₂群体种植1000株以上，全部混收；

S3：F₃种子经不同生理小种稻瘟菌毒素混合液间歇浸种，正常催芽后淘汰不发芽种子；F₃继续种植1000株群体，选择穗部枝梗硬度大、着粒密度低于母本、灌浆前期穗部直立、植株性状倾向于父本B213B和B1B以及分子标记至少含有1种以上抗稻瘟病基因的单株；

S4：用新质源不育系JW1341A作为测交母本与S3选择的单株早代测交；选择育性败育彻底的株系进行回交，相应保持系自交；经过若干代回交与自交后育成抗病、抗倒、败育彻底，育性稳定同时具有穗部枝梗硬度大、着粒密度适中，灌浆前期穗部直立的新不育系及其对应保持系，分别命名为B98A和B98B。

本发明针对粳稻和籼稻各自的优点和缺点，利用对温光反应稳定、且株叶形态适应长江上游寡日照气候特点的籼型抗病三系保持系与穗型直立紧凑的北方粳稻品种杂交，通过系谱选择、自交、复交的方法，成功选育出穗部枝梗硬度较大、着粒密度适中、齐穗期穗部保持直立、灌浆中后期穗弯曲度与弯曲穗型相近的具有动态穗型特性，且不育特性表现、温光反应特性和抗病性表现均倾向三系籼稻的杂交水稻新不育系；并通过广泛测交筛选同样具有动态穗型的杂交水稻新组合。为杂交水稻不育系和组合的选育方法提供了一种新的途径和方法；为适应西南稻区高湿、寡日照环境，提供了一种综合群体光资源分布和降低稻曲病发病程度的协调方式。同时因为不育系抽穗扬花期穗部保持直立，可以在杂交制种生产中减少剑叶对父本花粉遮挡，提高不育系移交结实率，保证繁殖、制种产量。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，S3中F₃种子的浸种时间为48h。

本发明的有益效果是：

1.将直立穗粳稻品种中的枝梗硬度大等有利于灌浆期穗部保持直立的性状引入三系籼稻保持系和不育系中，抽穗开花期穗部直立的不育系为减少制种生产中不育系剑叶对父本花粉遮挡，提高制种产量提供新思路。

2.将动态穗型三系不育系应用于杂交育种，培育动态穗型杂交水稻组合，为培育高光效的杂交水稻品种提供了材料资源。

3.将直立穗粳稻中的枝梗硬度与三系籼稻的合理着粒密度相结合，去除因直立穗粳稻中高着粒密度性状导致的穗部湿度大等问题，为选育适应西南稻区高湿、寡日照的动态穗型组合提供了亲本资源。

4.将粳稻的优质与西南地区三系籼稻的抗病二者成功结合在一起，培育出抗病、优质的三系保持系及其对应的不育系，为组配优质、抗病的杂交水稻新品种提供了亲本资源。

5.利用三系败育特性对温光反应的稳定性，克服了粳稻品种中存在的恢复基因残留导致籼粳杂交应用困难等问题，育成的新材料倾向三系的败育特性，为其创造了更大的利用空间。

6.粳稻与籼稻的结合成功，提供了一种选育杂交水稻新材料的新方法和新途径，为杂交水稻亲本材料的多元化提供了新材料。

附图说明

图1为本发明改良水稻选育系谱图；

图2为B98A/R720和宜香优2115穗角度变化动态图；

图3为B98A/R720和宜香优2115抽穗5d后穗弯曲度变化；

图4为B98A/R720和宜香优2115抽穗15d后穗弯曲度变化；

图5为B98A/R720和宜香优2115抽穗5d后群体光照强度垂直变化；

图6为B98A/R720和宜香优2115抽穗15d后群体光照强度垂直变化；

图7为B98A/R720和宜香优2115抽穗5d后群体温度日变化；

图8为B98A/R720和宜香优2115抽穗15d后群体温度日变化；

图9为B98A/R720和宜香优2115抽穗5d后群体湿度日变化；

图10为B98A/R720和宜香优2115抽穗15d后群体湿度日变化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：利用动态穗型改良杂交水稻

2010年夏，在四川绵阳西南科技大学水稻研究所青义科研基地用选用的穗部直立等有利于群体光资源分布的东北粳稻品种沈农265(从沈阳农业大学引种获得)为母本与西南科技大学水稻所自育抗稻瘟病力强的三系保持系B213B(自繁)为父本进行有性杂交(单交)。

2011年冬，在海南陵水英州种植杂交F₁，以杂交F₁为母本与西南科技大学水稻所自育高配合力三系保持系B1B(自繁)为父本进行有性杂交(复交)。

2011年春，在四川绵阳青义种植复交F₁群体，F₁群体全收。2011年冬在海南陵水英州种植F₂群体1000个单株，F₂群体种子全收，充分混匀后取1kg混合种子作为F₃。

2012年春F₃种子经不同生理小种稻瘟菌毒素混合液间歇浸种48h，正常催芽后淘汰不发芽种子，F₃继续种植1000株群体，选择符合育种目标的单株。育种目标为：穗部枝梗硬度大、着粒密度低于母本，灌浆前期穗部直立，植株性状倾向于父本B213B和B1B，分子标记(抗稻瘟病基因Pib、Pi-ta、Pigm、Pi1、Pi2/9)至少含有1种以上抗稻瘟病基因，获得目标单株38个，选用自育新质源不育系JW1341A(自繁)作为测交母本，38个优良单株作为父本进行育性测交，单独收取测交用的38个优良单株的自交种子供下年种植。

2012年冬，在海南陵水英州种植38个测交F₁及其对应的测交父本(F₄)，室内对应父本进行稻瘟病接种鉴定抗稻瘟病表型。在测交田间中，首先用肉眼观察，在发现其测交F₁中雄蕊表现花粉白色，瘦小等不育特性明显的优良株系中，通过I-KCI染色镜检，选取染色后花粉败育彻底且对应父本稻瘟病接种鉴定为抗的测交株系10个为母本，与其对应的测交父本进行回交。

2013年春，在四川绵阳青义种植10个B₁F₁株系及其对应保持系(F₅)，采用以上同样的方式，进行回交、稻瘟病抗性鉴定；至2017年冬，形成6个群体性状稳定，具备动态穗型的优良不育株系(B₈F₁)及其对应保持系(F₁₂)。用恢复系：华占、雅恢2115、西科恢720、西科恢2928进行不完全双列测交。

2018年春，在四川绵阳青义种植测交F₁，选择产量性状好、品质优、穗部枝梗硬度高、具备动态穗型的杂交组合，保留其对应不育系及保持系，定名为B98A和B98B。

本发明获得的动态穗型杂交水稻新材料、新组合，具有齐穗灌浆前期穗部直立、群体透光性强，灌浆后期穗部弯曲穗层湿度低的株型优势，同时具备高产、优质、抗病等籼型杂交水稻特性，选育系谱图如图1所示。

实施例二：种植改良后的杂交水稻

(1)试验设计：2018年冬，在海南陵水英州利用B98A为母本，西科恢720为父本，人工剪颖获得大量B98A/西科恢720种子；2019年春，在四川绵阳青义种植杂交组合：B98A/西科恢720(以下简称B98A/R720)，对照品种为宜香优2115。采用单因素随机区组设计，3次重复，小区面积15m2。栽插规格为33.5cm×16.67cm，每穴插单株。试验田为水稻土，土壤养分含量：全N1.98g/kg、速效N 80.3mg/kg、速效P 43.3mg/kg、速效K 76.2mg/kg。于4月22日播种，5月28日插秧，按大田生产水平进行管理。

(2)田间测定指标

在始穗期各水稻材料选取5株生育进程相近的主茎，并进行挂牌标记，从抽穗期开始至全熟期每隔3天分别测量不同穗型水稻材料的穗颈弯曲度，制作穗角度变化曲线。

分别于齐穗和齐穗后20d，在微风晴天13:00-14:00，用TASI-8720型照度计从穗顶层下，以10cm的间隔测定群体光垂直分布。从6：00至18：00测定群体中部(1/2株高，下同)的日变化；用GM816型电子微风计测定群体群体中部风速；用干湿温度计测定群体群体中部温度、相对湿度的24小时日变化。

于齐穗后20d，参考GBT 15791-2011《稻纹枯病测报调查规范》统计纹枯病的发病情况并计算病情指数，每个重复调查30株；调查籽粒稻曲病的发病情况，按照株稻曲病发病粒数统计发病严重度，每个重复调查10株；室内离体叶片接种鉴定组合的稻瘟病抗性，每个重复调查10张叶片。

实施例三：结果分析

一、B98A/R720穗弯曲度变化动态

比较了在抽穗后0～30d的不同时段B98A/R720和典型籼稻品种宜香优2115的穗颈弯曲度变化，结果如图2～4所示，图3和图4中左边为宜香优2115，右边为B98A/R720。从图中可以看出，在抽穗后宜香优2115穗部快速弯曲，抽穗后9d穗弯曲度已经大于90°，后期穗部弯曲度增加变缓，灌浆后期穗弯曲度稳定在140°左右；B98A/R720在抽穗前10d内穗部基本程直立状态，10d～20d内随着灌浆进程穗部弯曲度迅速增加，灌浆后期穗弯曲度与宜香优2115无显著差异，属于典型的动态穗型杂交水稻组合。

二、产量性状

将B98A/R720和典型籼稻品种宜香优2115的产量性状列于表1中。

表1不同组合水稻产量性状比较

从表1中可以看出，B98A/R720亩产量达到678.35kg，显著高于对照品种宜香优2115。这主要是由于B98A/R720有效穗数、结实率显著提高的结果。但B98A/R720的着粒密度与宜香优2115差异不显著，表明采用本发明所提供的改良杂交水稻改良方法，能着粒密度不增加的条件下，保持水稻穗部直立。

三、B98A/R720群体通透性

将B98A/R720和典型籼稻品种宜香优2115不同时期群体通透性列于表2中。

表2抽穗后不同时期群体通透性比较

从表2中可以看出，灌浆前期(抽穗后5d)，当外界风速较小时(2.5m/s)，B98A/R720和宜香优2115群体中部透气性无显著差异；当外界风速较大时(4.5m/s)，B98A/R720群体中部透气性显著高于宜香优2115，其主要原因宜香优2115抽穗后5d穗部已开始弯曲，且叶片宽大、株型松散(图4)，导致对外界风的阻尼作用较大。灌浆中后期(抽穗后15d)B98A/R720和宜香优2115群体中部透气性均无显著差异。B98A/R720虽然分蘖数显著高于宜香优2115，但因其穗部直立，因此在灌浆前期可以获得较高的群体通透性；在灌浆后期其中下部叶片物质输出较快(中下部叶片物质输出后变黄脱落，见图4)，使得该组合在保证较高有效穗数的前提下群体通透性不会显著降低。

灌浆中后期两个杂交水稻组合穗型弯曲度相似，因此群体不同位置光照强度变化规律一致，其具体的光照强度值也相近，如图6所示。而齐穗扬花期(图5)B98A/R720自穗层向下光照强度的降低速率显著较宜香优2115慢，主要是其穗部在这个时期保持较好的直立性，穗部对光辐照的遮挡作用较低。进而有利于中上部叶片的光合作用能力的提高。

灌浆中后期两个杂交水稻组合穗型弯曲度相似，因此群体中部温湿度变化规律一致，其具体的温湿度值也相近(图8、图10)。而齐穗扬花期(图7、图9)B98A/R720群体中部温湿度在早上7:00以前以及下午19:00以后与宜香优2115无显著差异；在9:00-16:00之间存在显著差异，B98A/R720的群体中部温度较低一些，其湿度也相对较低。分析原因在于齐穗扬花期B98A/R720较直立的穗型使得群体通透性增加，进而使得群体中部的温湿度与外界环境更接近一些，而这一时期群体的温度过高(＞35℃)也会对光合作用产生抑制作用。而相对较低的湿度有利于避免稻曲病等病害的发生。

四、抗病性比较

将B98A/R720和典型籼稻品种宜香优2115的主要病害发病情况列于表3中。

表3主要病害发病情况比较

从表3中可以看出，B98A/R720最终的稻瘟病接种抗性与宜香优2115无显著差异，均属于中抗稻叶瘟；稻曲病的发病指数无显著差异，纹枯病严重度显著低于宜香优2115。纹枯病发病严重度的降低主要由于B98A/R720后期群体下部叶片物质输出较快，下部叶片脱落后群体中下部通透性好，湿度低所致。

综上，本发明所涉及的动态穗型籼型杂交水稻组合，既具有直立穗粳稻品种抽穗扬花期的群体通透性强、光合作用能力强等优势，灌浆后期保持与杂交籼稻组合一样的弯曲型穗部，又可以避免因后期穗部紧凑直立导致的穗层湿度过大而引起稻曲病高发等问题，可以作为一种杂交育种中的新型株型标准应用。

虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用动态穗型改良杂交水稻的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：以直立紧凑穗型水稻沈农265为母本，抗病三系保持系水稻B213B为父本进行杂交，杂交F₁再与高配合力三系保持系水稻B1B进行复交；

S2：复交F₁种子全收，F₂群体种植1000株以上，全部混收；

S3：F₃种子经不同生理小种稻瘟菌毒素混合液间歇浸种，正常催芽后淘汰不发芽种子；F₃继续种植1000株群体，选择穗部枝梗硬度大、着粒密度低于母本、灌浆前期穗部直立、植株性状倾向于父本B213B和B1B以及分子标记至少含有1种以上抗稻瘟病基因的单株；

S4：用新质源不育系JW1341A作为测交母本与S3选择的单株早代测交；选择育性败育彻底的株系进行回交，相应保持系自交；经过若干代回交与自交后育成抗病、抗倒、败育彻底，育性稳定同时具有穗部枝梗硬度大、着粒密度适中，灌浆前期穗部直立的新不育系及其对应保持系，分别命名为B98A和B98B。

2.根据权利要求1所述的利用动态穗型改良杂交水稻的方法，其特征在于：S3中F₃种子的浸种时间为48h。

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