CN112189557B

CN112189557B - 一种基于形态标记的超大穗型水稻的选育方法

Info

Publication number: CN112189557B
Application number: CN202011099405.7A
Authority: CN
Inventors: 张维林; 杨玲
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-10-19
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: CN112189557A

Abstract

本发明公开了一种基于形态标记的超大穗型水稻的选育方法，属于植物育种技术领域。本发明在选用药用野生稻与栽培稻远缘有性杂交、F₁植株幼穗离体培养突破远缘杂交后代不育而获得可育杂交后代的基础上，在低世代时利用抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖作为形态标记，在自交群体抽穗期检查群体中每一株的野载杂交真实性，利用穗基部螺旋扭曲作为超大穗的形态标记。在后期各回交、自交大群体中，通过抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖检查群体中每一株的野载杂交真实性，以穗基部螺旋扭曲作为超大穗的形态标记，在大群体中快速准确鉴别超大穗。利用本发明，不仅节省人力、物力和精力，而且缩短选育周期。

Description

一种基于形态标记的超大穗型水稻的选育方法

技术领域

本发明属于植物育种技术领域，具体涉及一种基于形态标记的超大穗型水稻的选育方法。

背景技术

提高水稻产量一直是水稻育种工作的重要任务和目标。水稻育种研究中产量取得的两次大的突破都得益于新遗传种质资源及其优异性状的发掘和利用。目前由于水稻栽培种遗传资源的利用已日趋饱和，并且许多改良品种具有相同或相似的遗传来源，造成了遗传上的单一性，因此充分利用具有丰富遗传多样性的药用野生稻已成为水稻育种的一个突破口。

提高水稻单位面积产量是提高水稻总产量的根本保证和必然选择。水稻单位面积产量主要由分蘖数、每穗粒数和千粒重三个组成因子构成。目前，从单位面积产量构成因子分析，水稻单位面积产量的提高主要来源于每穗粒数的贡献，通过选育每穗粒数多的水稻是实现水稻高产的有效途径之一。

药用野生稻为极重穗型水稻，主穗粒数为700±100，紫色雌蕊抽穗期外露。挖掘和利用药用野生稻中的极重穗优异性状是扩宽水稻育种资源遗传基础和提高水稻产量的一条重要途径。但药用野生稻的种子颗粒小，千粒重仅有栽培稻的1/4至1/3，成熟就脱落，因此，药用野生稻的极重穗优异性状不能直接应用于生产。

有性杂交是转移和利用药用野生稻极重穗优异性状的一条重要途径。因CC基因组的药用野生稻与AA基因组的栽培稻远缘杂交的亲和性差，产生杂种不育，难以产生可育后代，因此，仅通过有性杂交不易转移和利用药用野生稻优异性状。同时，野栽杂交后代存在优异性状和不良性状连锁，分离世代长，优异性状在低世代中表现不明显，导致优异性状在低世代时难以准确辨别，增加了药用野生稻极重穗优异性状得以选择利用的难度。在回交的过程中，需要在回交、自交大群体中及时准确地辨识用于做回交的超大穗，由于抽穗期与扬花期间隔时间短，如果按照常规的一粒一粒地在田间计数穗粒数，不仅耗时费力，在炎热的季节尤为不现实，增加了田间辨识超大穗的难度；如果将穗子全部取回后考种，不仅增加工作量，也失去田间当年回交的机会，延长了选育周期；实际测量表明穗粒数与穗长不相关，因此，如果通过测量穗长来判别超大穗，将会有误差，会将真正的超大穗遗漏。

发明内容

为了解决上述技术问题，拓宽水稻育种资源遗传基础以提高水稻产量，发掘和利用药用野生稻中的极重穗优异性状，本发明采取的技术方案如下：

一种基于形态标记的超大穗型水稻的选育方法，包括以下步骤：

S1，以栽培稻P₁作为母本，药用野生稻P₂作为父本进行有性杂交，得不育F₁代水稻；

S2，将所述不育F₁代水稻进行幼穗离体培养获得可结实的野栽交F₂植株；

S3，利用抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖作为鉴定野载杂交真实性的形态标记，以穗基部螺旋扭曲作为超大穗的形态标记，在依次进行的四次回交、自交大群体中筛选和鉴定超大穗，得BC₄F₂代水稻；

S4，BC₄F₂代水稻经过两次自交，在自交群体中利用抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖作为鉴定野载杂交真实性的形态标记，以穗基部螺旋扭曲作为超大穗的形态标记，通过系谱追踪法确定BC₄F₂群体中性状稳定、谷粒大小和栽培稻相近、不倒伏的超大穗型水稻。

在本发明中，所述超大穗型水稻是指超过700粒每穗的水稻。

进一步地，步骤S1具体如下：

S11，以栽培稻P₁作为母本，药用野生稻P₂作为父本进行有性杂交，授粉14天后收取杂种，获得幼胚F₀；

S12，在无菌条件下，将杂交幼胚F₀接种于1/2 MS+0.1%活性炭+1.5%蔗糖培养基上暗培养。当芽长至1-2 cm时，转入光培养；苗高5-9 cm时移入土壤中；经胚拯救获得F₁植株。

进一步地，步骤S2具体如下：

S21，在无菌条件下，将F₁幼穗接种于N6+2 mg/L 2,4-D+4.5%蔗糖培养基上诱导愈伤组织；

S22，在MS+2 mg/L激动素+0.5 mg/L萘乙酸+3%蔗糖培养基上诱导愈伤组织分化成绿苗，获得野栽交F₂植株。

进一步地，步骤S3具体如下：

S31，随机选取200粒F₂种子，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，且穗长大于P₁稻穗穗长的SF₃植株，获取主穗；

S32，选取主穗粒数超过300粒的SF₃种子，随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，且主穗粒数超过400的植株作为父本，在扬花期与作为母本的P₁进行回交，于冬季温室繁育，获得BC₁F₁种子；

S33，随机选取BC₁F₁种子200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖、主穗穗长大于35 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₁F₁植株作为父本，在扬花期与作为母本的P₁进行回交，于冬季温室繁育，获得BC₂F₁种子；

S34，随机选取BC₂F₁种子200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖、主穗穗长大于38 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₂F₁植株作为父本，在扬花期与作为母本的P₁进行回交，于冬季温室繁育，获得BC₃F₁种子；

S35，随机选取BC₃F₁种子200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖、主穗穗长大于40 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₃F₁植株作为父本，在扬花期与作为母本的P₁进行回交，于冬季温室繁育，获得BC₄F₁种子；

S36，随机选取BC₄F₁种子200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖、主穗穗长大于40 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₄F₁植株，获得BC₄F₁种子；

S37，选取主穗粒数超过450粒的BC₄F₁种子，随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，成熟期不倒伏、主穗穗长大于40 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₄F₁植株，获得BC₄F₂种子；

进一步地，步骤S4具体如下：

S41，选取主穗粒数超过700粒的BC₄F₂种子，随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，成熟期不倒伏、主穗穗长大于40 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₄F₂植株，获得BC₄F₃种子；

S42，选取主穗粒数超过700粒的BC₄F₃种子，随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中，选取抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，成熟期不倒伏、主穗穗长大于40 cm，且穗基部螺旋扭曲的BC₄F₃植株，获得BC₄F₄种子。

在本发明中，所述栽培稻P₁为93-11。

本发明的有益效果

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明所利用的抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖作为鉴定野载杂交真实性的形态标记，以穗基部螺旋扭曲作为超大穗的形态标记，与常规的杂交和后代选育方法相比，不需要使用传统的分子标记进行杂交种真实性辨别，也就不需要昂贵的分子实验设备（诸如PCR仪及凝胶成像仪等）；尤为可贵的是，由于野栽杂交后代存在优异性状和不良性状连锁，优异性状在低世代中表现不明显，导致优异性状在低世代时难以准确辨别，增加了药用野生稻极重穗优异性状在低世代得以选择利用的难度，如果按照常规的杂交选育方法，低世代的野载杂交群体中，用作回交亲本的主穗粒数为438，介于栽培稻93-11主穗粒数（278±12）和药用野生稻主穗粒数（700±100）之间，与常规杂交中后代会超双亲的杂交优势相悖，这份主穗粒数为438植株极可能不被选择为回交亲本，也就不会有后继的超大穗选育。同时，由于在回交过程中，因水稻抽穗与扬花间隔时间短，如果按照常规方法在田间一粒一粒地计数水稻的穗粒数，要将大群体中的水稻穗粒数及时准确地记数并统计是一项费时费力的繁琐劳动，在炎热的季节尤其不现实；如果在成熟期将田间回交、自交大群体中各单株的主穗取回，然后再考种统计各单株的穗粒数，虽然穗粒数是准确了，但这必将是费时费力的巨大工作，也将失去当年进行回交的机会，延长了选育周期；如果按照常规的测量穗长进行超大穗判别，由于穗粒数与着粒密度等因素相关，穗粒数并不一定与穗长正相关，本发明的实际测量也表明穗粒数与穗长不相关，因此，通过测量穗长来判别超大穗将有误差，会将真正的超大穗遗漏。本发明穗粒数的统计过程中，发现超大穗的穗基部螺旋扭曲，田间观察也表明，回交或自交大群体中，穗基部螺旋扭曲的穗一定是超大穗，因此，通过穗基部螺旋扭曲这一易于观察的形态标记，能够准确便捷地辨识超大穗，节省了大量的人力和物力，也缩短了选育周期。

附图说明

图1示出了水稻抽穗期的紫色雌蕊与稃尖。

图2示出了水稻抽穗期稻穗基部的螺旋扭曲。

图3示出了利用本发明选育的巨穗1号的稻穗及其谷粒与优异种质93-11的谷粒比较。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例

以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。

除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。

那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。

实施例 1

本实施例提供一种基于形态标记的700粒每穗超大穗型水稻的选育方法，包括以下步骤：

1）稻属种间有性杂交转移药用野生稻优异性状

以优异栽培稻93-11为母本，药用野生稻为父本杂交。授粉14天后收取杂种。在总计3203个杂交颖花中，获得9粒幼胚F₀，杂交幼胚F₀结实率为2.8‰。

）胚拯救获得F₁植株

在无菌条件下，将杂交幼胚F₀接种于1/2 MS+0.1%活性炭+1.5%蔗糖培养基上暗培养。当芽长至1-2 cm时，转入光培养。苗高5-9 cm时移入土壤中。经胚拯救获得9株F₁绿苗；移栽成活9株。

）F₁幼穗离体培养获得可结实的野栽交后代植株

在无菌条件下，将杂种F₁幼穗接种于N6+2 mg/L 2,4-D+4.5%蔗糖培养基上诱导愈伤组织。在MS+2 mg/L激动素+0.5 mg/L萘乙酸+3%蔗糖培养基上诱导愈伤组织分化成绿苗。通过F₁幼穗离体培养获得61株可结实的野栽交F₂植株，单株收取水稻种子。

）杂交后代极大穗型水稻的选育

a, 每份种子随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期，观察SF₃雌蕊是否为紫色，将雌蕊为紫色的植株挂上红色的标签牌；观察稃尖颜色是否为紫色，将稃尖为紫色的植株挂上红色的标签牌；观察植株的穗型，选取穗长大于26 cm（93-11稻穗的穗长为26cm）的植株挂上红色的标签牌。成熟期，将通过以上三种方式挂上标签牌的植株的主穗从穗的基部剪取收回，总计获取50份。

b, 统计回收的50份主穗的穗粒数，获得主穗粒数≥400的1份（438），介于400与390的1份（395）、介于380与370对的2份（370和379），介于350与300的18份。分析发现，这22份主穗超过300粒的植株在抽穗期雌蕊为紫色、稃尖为紫色（如图1所示），表明可以通过抽穗期的雌蕊颜色、稃尖颜色作为田间形态学标记辨别杂交种真实性。50份的主穗粒数与穗长的相关性分析发现，主穗粒数与穗长并不成正相关，但主穗粒数大于370的4份主穗基部均有一个明显特征，穗基部螺旋扭曲（如图2所示）。

c, 主穗粒数超过300粒的（93-11的主穗粒数为278±12）22份种子，各随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中。在扬花期选取主穗粒数为438的植株作为父本，93-11作为母本回交并冬季温室繁育BC₁F₁ 20份。

d, BC₁F₁的种子20份，各随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₁F₁植株雌蕊颜色并测量、统计主穗穗长，选取主穗穗长大于35 cm且穗基部螺旋扭曲的BC₁F₁植株作为父本，93-11作为母本回交并冬季温室繁育BC₂F₁10份。

e, BC₂F₁的种子10份，各随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₂F₁植株雌蕊颜色并测量、统计主穗穗长，选取主穗穗长大于38 cm且穗基部螺旋扭曲的BC₂F₁植株作为父本，93-11作为母本回交并冬季温室繁育BC₃F₁ 13份。

f, BC₃F₁的种子13份，各随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₃F₁植株雌蕊颜色并测量、统计主穗穗长，选取主穗穗长大于40 cm且穗基部螺旋扭曲的BC₃F₁植株作为父本，93-11作为母本回交并冬季温室繁育BC₄F₁ 17份。

g, BC₄F₁的种子17份，各随机选取200粒，浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₄F₁植株雌蕊颜色并测量主穗穗长。将主穗穗长大于40 cm且穗基部螺旋扭曲的植株的主穗从穗的基部剪取收回，总计获取133份。

h, 统计回收的133份BC₄F₁主穗的穗粒数，获得主穗粒数介于560与500的6份（分别为559、558、518、518、505和500），介于499与480的7份，介于479与450的12份。

i, 主穗粒数超过450粒的25份BC₄F₁种子，各随机选取200粒；浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₄F₂植株雌蕊颜色并测量主穗穗长。成熟期观察植株倒伏性状并将主穗穗长大于40 cm且穗基部螺旋扭曲的植株的主穗从穗的基部剪取收回，总计获取76份。

j, 统计回收的76份BC₄F₂主穗的穗粒数，获得主穗粒数介于810与800的2份（分别为802和800，但植株倒伏），介于749与740的1份（745），介于729与700的4份（分别为729、728、728和711）。

k, 主穗粒数超过700粒的7份BC₄F₂种子，各随机选取200粒；浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₄F₃植株雌蕊颜色并测量主穗穗长。成熟期观察植株倒伏性状并将主穗穗长大于40 cm且穗基部螺旋扭曲的植株的主穗从穗的基部剪取收回，总计获取82份。

l, 统计回收的82份BC₄F₃主穗的穗粒数，获得主穗粒数超过900的1份（933），介于810与800的1份（805），介于799与750的10份（分别为798、794、788、782、776、772、770、770、762和752），介于740与700的13份（分别为732、729、727、727、724、720、718、718、718、715、708、704和702）。系谱分析发现，这些主穗粒数超过700的来源于BC₄F₂的4份植株（主穗粒数分别为800、745、729和711）。

m, 主穗粒数超过700粒的25份BC₄F₃种子，各随机选取200粒；浸种、发芽并移栽到大田中。抽穗期观察BC₄F₄植株雌蕊颜色并测量主穗穗长。成熟期观察植株倒伏性状并将主穗穗长大于40 cm且穗基部螺旋扭曲的植株的主穗从穗的基部剪取收回，总计获取351份。

n, 统计回收的351份BC₄F₄主穗的穗粒数，获得主穗粒数超过900对的1份（933），介于899与800的7份（分别为888、879、826、820、812、805和801），介于799与700的23份。系谱分析发现，这些主穗粒数超过700的来源于BC₄F₂的2份植株（主穗粒数分别为745和711）。BC₄F₂的这2份主穗粒数分别为745和711植株来源于BC₄F₁的同一植株（主穗粒数为558）。植株的倒伏性状观察结果发现，主穗粒数超过800的植株在成熟期倒伏，排除倒伏性状植株后，BC₄F₂的这份主穗粒数711的植株确定为700粒每穗极大穗水稻，命名为巨穗1号。

比较可知，本发明选育的巨穗1号的性状稳定、谷粒大小和93-11相近，但谷粒数更多（如图3所示）。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种基于形态标记的超大穗型水稻的选育方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2，将所述不育F₁代水稻进行幼穗离体培养获得可结实的野栽交F₂植株，具体如下：

S22，在MS+2 mg/L激动素+0.5 mg/L萘乙酸+3%蔗糖培养基上诱导愈伤组织分化成绿苗，获得野栽交F₂植株；

S3，利用抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，以及穗基部螺旋扭曲作为形态标记，在依次进行的四次回交、自交大群体中筛选和鉴定超大穗，得BC₄F₂代水稻，具体如下：

S4，BC₄F₂代水稻经过两次自交，在自交群体中用抽穗期紫色雌蕊、紫色稃尖，以及穗基部螺旋扭曲作为形态标记，通过系谱追踪法确定BC₄F₂群体中性状稳定、谷粒大小和栽培稻相近、不倒伏的超大穗型水稻，具体如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超大穗型水稻是指超过700粒每穗的水稻。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S1具体如下：

S12，在无菌条件下，将杂交幼胚F₀接种于1/2MS+0.1%活性炭+1.5%蔗糖培养基上暗培养，当芽长至1-2 cm时，转入光培养；苗高5-9 cm时移入土壤中；经胚拯救获得F₁植株。