CN1951172A - 一种杂交水稻育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杂交水稻育种方法，其包括以下步骤：(1)选育低温不育或短日低温不育光温敏不育系S；(2)选育核雄性不育互作基因系；(3)将低温不育或短日低温不育光温敏不育系S与核雄性不育互作基因的可育自交系S’杂交，获得稳定核雄性不育的S/S’F₁；(4)筛选恢复系R；(5)利用完全雄性不育的S/S’F₁作为母本与恢复系R杂交，筛选符合生产要求的杂交组合，生产杂交水稻种子。本发明可以解决两系法杂交水稻制种时不育性不稳定的问题，提高不育系配合力、配组自由度及杂种优势水平，降低种子生产成本。

Description

一种杂交水稻育种方法

技术领域

本发明涉及一种杂交水稻育种方法，尤其是涉及一种利用作物低温不育或短日低温不育光温敏不育系产生稳定核雄性不育进行杂交水稻育种的方法。

背景技术

人们早已发现杂种的自花授粉植物具有包括许多优良性状的杂种优势。雄性不育系由于可免除人工去雄、节约人力、降低种子成本、保证种子纯度，从而在育种领域得到广泛的重视。降低杂交种子制种成本，提高配组自由度，提高杂种优势水平，选育出生产上要求的各类型优良杂交组合是农作物杂种优势利用的发展趋势。

以细胞质核互作雄性不育系为基础的三系法是利用杂种优势的有效途径。一个好的雄性不育系需具备不育性好，配合力好，开花习性优良，株叶型、抗性和米质好等优点。由于质核互作雄性不育受到很多育性基因的控制，育种上很难排除影响不育性的各种基因，而将各优良性状组合在一起，导致三系法优良不育系的选育难度大，效率较低。以水稻为例，生产上可应用的优良胞质核互作不育系少，几个主要不育系如II-32A、珍汕97A和V20A，已应用了20多年。而且常规籼稻品种中，恢复系频率低于5％，导致现有三系法可利用的恢复系资源有限，配组不自由。以光温敏核雄性不育系为基础的两系法打破恢保关系的限制，大大提高了配组自由度，较易获得增产潜力大的杂交组合。光温敏不育系既可以表现为雄性可育，进行自我繁殖；又能够表现完全雄性不育，作母本与常规品系杂交进行制种，做到一系两用。但是，在制种阶段，光温条件的变化，可使光温敏核雄性不育系不育性出现波动而恢复可育。例如，盛夏低温，能够引起已育成的高温不育或长日高温不育类型光温敏核雄性不育系不同程度地恢复自交结实，导致制种失败。近年来的研究和生产实践说明，由于自然界天气变化不可抗拒，年际间气候变化差异大，容易导致光温敏核雄性不育系恢复自交结实，制种失败的机率较大，难以人为控制。因为天气变化一般是全国性甚至是国际性的，光温敏核雄性不育系制种失败也就可能是全国性的，甚至是国际性的。

《籼型水稻短日低温不育核不育系g0543S的选育研究》(《杂交水稻》1996(1)：9-10)一文报道，低温或短日低温不育、高温或长日高温可育类型光温敏核雄性不育系(有些人称其为反温敏或反光温敏不育系)，在幼穗分化发育的育性转换敏感期遇一定程度和时间的高温表现可育，或遇一定程度和时间的低温表现不育。温度是控制育性表达的关键因子，没有发现纯粹由光照控制的光敏不育系，它们多为单基因隐性核雄性不育。由于在制种季节育性敏感期中，遇上高温天气的概率较大，低温不育或短日低温不育类型光温敏不育系的育性容易出现波动，造成制种失败，应用起来受到很大限制，仅在水稻幼穗分化发育的育性敏感期气温较低的地区(如高海拔地区)，小面积制种，可以获得100％纯度的杂交种子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不育性稳定的核雄性不育系，并用于大面积杂交水稻育种或制种的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，其包括以下步骤：

(1)选育低温不育或短日低温不育光温敏不育系S：利用低温不育或短日低温不育光温敏不育基因，通过杂交育种等手段，育成达到预期目标的低温不育或短日低温不育光温敏不育系S；

(2)选育核雄性不育互作基因系：利用低温不育或短日低温不育光温敏不育S基因的核雄性不育互作基因提供亲本，通过杂交育种等手段，经筛选，育成具有纯合核雄性不育互作基因的可育自交系S’；S’具有纯合核雄性不育互作基因，以S和S’互为近等基因系最佳；

(3)将低温不育或短日低温不育光温敏不育系S与具有核雄性不育互作基因的可育自交系S’杂交，获得稳定核雄性不育的S/S’F₁；

(4)筛选恢复系R：在现有作物品种中或在分离群体中，选单株与S/S’F₁杂交，选择能够使S/S’F₁恢复可育的作为恢复系R；

(5)利用完全雄性不育的S/S’F₁作为母本与恢复系R杂交，筛选符合生产要求的杂交组合，生产S/S’//R F₁杂交水稻种子(“/”表示第一次杂交，“//”表示第二次杂交，“///”表示第三次杂交，如此类推。下同)。

在步骤(1)中，可优选水稻雁农S为低温不育或短日低温不育光温敏不育基因提供亲本。

在步骤(2)中，可优选水稻7001S为核雄性不育互作基因提供亲本。

在步骤(4)中，所述恢复系R可选用常用两系法杂交水稻组合两优培九的父本9311。

本发明者利用水稻低温不育或短日低温不育光温敏不育系与其他水稻材料杂交过程中，发现某些杂交F₁的育性表现为稳定雄性不育，不受环境条件影响。水稻低温不育型光温敏不育系雁农S、湖南杂交水稻研究中心孙梅元发现的短日低温不育型光温敏不育系2610S都可以与7001S杂交产生这种稳定核雄性不育，并且以2610S、雁农S为亲本的杂交后代中产生的低温不育型或短日低温不育型光温敏不育系也能够与7001S杂交产生这种稳定核雄性不育，但是杂交后代中没有低温不育型或短日低温不育型光温敏不育基因的株系则不能与7001S杂交产生这种稳定核雄性不育，其产生需要低温不育型或短日低温不育型光温敏不育基因的存在。7001S与常规品种的杂交后代(包括可育株系)再与2610S、雁农S杂交，也能够产生这种稳定核雄性不育，表明这种互作产生的稳定核雄性不育与7001S的光温敏不育基因无关，7001S基因组中存在有核雄性不育互作基因。上述说明控制这种稳定核雄性不育的遗传因子是来自于2610S或雁农S的低温不育型或短日低温不育型光温敏不育基因以及来自于7001S的核雄性不育互作基因。它们能够在品种间稳定遗传。根据这一现象，我们利用低温不育或短日低温不育光温敏不育基因，育成了低温不育或短日低温不育的目标光温敏不育系S；同时，利用低温不育或短日低温不育光温敏不育基因的核雄性不育互作基因提供亲本，常规品系作为受体亲本，通过杂交和回交，将核雄性不育互作基因转移至特定的遗传背景中，育成了具有纯合核雄性不育互作基因的低温不育或短日低温不育光温敏不育系S的可育近等基因系S’；利用S与S’杂交，获得了稳定核雄性不育S/S’F₁；筛选了能够使S/S’F₁完全恢复可育的恢复系R；利用稳定核雄性不育的S/S’F₁作为母本与恢复系R杂交，筛选到强优势的杂交水稻组合。

本发明中S和S’基本相似，最好互为近等基因系。S和S’的关键差别在于S具有低温不育或短日低温不育基因；S’具有S基因的核雄性不育互作基因。S基因和S’基因的差别不影响S/S’//R杂交F₁的群体整齐性、杂种产量及品质。S与S’其他基因的差别最好不影响S/S’//R杂交F₁的群体整齐性、杂种产量及品质，至少不能影响S/S’//R杂交F₁的实用性。

本发明者发现，育种中某些品系具有很好的配合力，可以在该品系中通过回交等方法转入S基因，获得具有纯合S基因的光温敏不育系；另外，通过回交等方法，以及S品系作为测验种，在该品系中转入S’基因，获得具有纯合S’基因的光温敏不育系S的可育近等基因系。

本发明可利用分子标记在分离群体中鉴定出S’基因(或S基因)，利用与其紧密连锁的分子标记进行辅助选择，将S’基因(或S基因)回交转入目标品系中，育成S’(或S)。

另外，可以采用育性敏感期的冷水窜灌制种技术，进行S/S’F₁种子生产(中国专利申请200610066893.5号，《一种低温不育或短日低温不育光温敏不育系的制种方法》)。S/S’F₁种子使用量很小，达不到国家标准的种子应弃之不用。

可利用S/S’F₁与恢复系R配组，筛选符合生产要求的强优势杂交组合用于生产。

本发明之S/S’F₁的稳定核雄性不育性，在一般环境条件下，均为完全雄性不育，用于制种，安全可靠，没有不育细胞质单一性和负效应问题，恢复谱广。与其他农作物杂种优势利用方式比较，育种简便易行，能够获得最佳不育系和最佳恢复系，能够满足对最佳组合选育的要求，有着其他雄性不育类型难以比拟的优越性，是相当理想的作物杂种优势利用方式。

育种实践中，很容易获得育性转换临界温度能够高达27℃以上的低温不育或短日低温不育类型水稻光温敏不育系，在本发明中，它们能够具有利用价值。低温不育或短日低温不育类型水稻光温敏不育系的选育将变得效率非常高。容易获得性状优良，配合力好，异交率高的各类型低温不育或短日低温不育类型水稻光温敏不育系。

利用本发明有利于培育强优势杂交早稻、杂交粳稻，能够较容易地解决杂交粳稻和杂交早稻制种问题。

概而言之，通过本发明S/S’F₁的稳定核雄性不育性的利用，能够明显提高育种效率，增加制种产量，提高种子纯度，大大降低制种失败风险，有效降低种子生产成本。它的应用，可以使水稻杂种优势利用更加普及，在今后粮食安全保障的建立中发挥重大作用。

具体实施方式

本发明中所使用的各水稻品种(品系)均为市售可得，并且均为育种领域中常规使用的品种(品系)。

以下通过实施例对本发明作进一步说明，但不得用于解释对本发明保护范围的限制。

实施例1  培矮64DS/培矮64DS’//9311组合的制备

光温敏不育基因提供亲本：雁农S，籼稻低温不育型光温敏不育系雁农S(湘品审2001年第313号；《杂交水稻》1998，13(4)：37-38)，为湖南衡阳市农科所育成通过湖南省审定的低温不育型光温敏不育系。

核雄性不育互作基因提供亲本：7001S(安徽省科技进步奖1994农林-1-005号：粳型光敏核不育系7001S的选育与利用研究；安徽省审定品种皖稻48号的母本)。

恢复系：杂交水稻制种常用父本，9311，生产上广泛应用两系法杂交水稻组合两优培九(国审稻2001001；《江苏农业学报》，2000，16(4)：193～196)的父本。

光温敏不育基因和核雄性不育互作基因的受体亲本：籼稻品系培矮64(罗孝和、袁隆平，水稻广亲和系的选育，《杂交水稻》，1989，2：35-38；2001年国家科学技术进步奖一等奖—培矮64S选育中使用的亲本)

低温不育型光温敏不育系培矮64DS选育

(1)利用雁农S与培矮64杂交，并用培矮64回交，获得雁农S/培矮64//培矮64的杂交种子。在其F₂群体中选择低温不育型光温敏不育株，作母本用培矮64回交，获得雁农S/培矮64//培矮64///培矮64杂交种子。

(2)种植雁农S/培矮64//培矮64///培矮64的F₁，在其F₂群体中选择性状与培矮64相似的低温不育型光温敏不育株，作母本用培矮64回交，获得雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64杂交种子。

(3)种植雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64的F₁，在其F₂群体中选择性状与培矮64相似的低温不育型光温敏不育株，作母本用培矮64回交，获得雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64杂交种子。

(4)种植雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64的F₁，在其F₂群体中选择性状与培矮64相似的低温不育型光温敏不育株，作母本用培矮64回交，获得雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64杂交种子。

(5)种植雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64的F₁，在其F₂群体中选择性状与培矮64相似的低温不育型光温敏不育株，作母本用培矮64回交，获得雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64///////培矮64杂交种子。

(6)在雁农S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64///////培矮64的F₂(即BC₆F₂)群体中选择性状与培矮64完全相似的低温不育型光温敏不育株。在BC₆F₃中仍然选择性状与培矮64完全相似的低温不育型光温敏不育株，这些单株的基因组与培矮64的相似，差别在于它们具有低温不育型光温敏不育基因，通过自交，从而育成纯系低温不育型光温敏不育培矮64DS。

核雄性不育互作基因系培矮64DS’选育。

(1)利用7001S与培矮64杂交，并用培矮64回交，获得7001S/培矮64//培矮64的杂交种子。种植它们的F₁和F₂。在其F₂群体中选择可育株，与雁农S测交，当选与雁农S测交F₁表现稳定不育的F₂可育株父本；并用它们作母本与培矮64回交，获得7001S/培矮64//培矮64///培矮64杂交种子。

(2)种植7001S/培矮64//培矮64///培矮64的F₁和F₂。在其F₂群体中选择可育株，与雁农S测交，当选与雁农S测交F₁表现稳定不育的F₂可育株父本。并用它们作母本与培矮64回交，获得7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64杂交种子。

(3)种植7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64的F₁和F₂。在其F₂群体中选择可育株，与雁农S测交，当选与雁农S测交F₁表现稳定不育的F₂可育株父本。并用它们作母本与培矮64回交，获得7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64杂交种子。

(4)种植7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64的F₁和F₂。在其F₂群体中选择可育株，与雁农S测交，当选与雁农S测交F₁表现稳定不育的F₂可育株父本。并用它们作母本与培矮64回交，获得7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64杂交种子。

(5)种植7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64的F₁和F₂。在其F₂群体中选择可育株，与雁农S测交，当选与雁农S测交F₁表现稳定不育的F₂可育株父本。并用它们作母本与培矮64回交，获得7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64///////培矮64杂交种子。

(6)在7001S/培矮64//培矮64///培矮64////培矮64/////培矮64//////培矮64///////培矮64的F₂(即BC₆F₂)群体中选择性状与培矮64完全相似的可育株。与雁农S测交，当选与雁农S测交F₁表现稳定不育的F₂可育株父本。在BC₆F₃中仍然选择性状与培矮64完全相似的可育株，这些单株的基因组与培矮64相似，差别在于它们具有稳定核雄性不育互作基因，通过自交，育成纯合稳定的核雄性不育互作基因系培矮64DS’。

将低温不育型光温敏不育培矮64DS育性转换敏感期安排高温在条件下，使其表现为可育，进行低温不育型光温敏不育培矮64DS繁殖。将低温不育型光温敏不育培矮64DS育性转换敏感期安排低温在条件下，使其表现为不育，作为母本，与培矮64DS’杂交，获得杂种F₁，此即F₁为稳定核雄性不育系。

培矮64DS/培矮64DS’的F₁与恢复系9311杂交，获得培矮64DS/培矮64DS’//9311F₁，即为目标组合，进行杂交制种，供大田种植使用。

观察鉴定结果表明，培矮64DS/培矮64DS’F1在长沙表现不育性稳定，为终身雄性不育；培矮64DS/培矮64DS’//9311制种产量高，达3200公斤/公顷；培矮64DS/培矮64DS’//9311杂种F1表现产量高，比生产上大面积栽培组合汕优63增产11.3％；种子纯度达到99.9％。

实施例2  雁农S/Y58-7001S’//9311组合的制备

光温敏不育基因提供亲本：雁农S(湘品审2001年第313号；《杂交水稻》1998，13(4)：37-38)，为湖南衡阳市农科所育成通过湖南省作物品种审定委员会审定的低温不育型光温敏不育系。

核不育互作基因提供亲本：7001S(安徽省科技进步奖1994农林-1-005号：粳型光敏核不育系7001S的选育与利用研究；安徽省审定品种皖稻48号的母本)。

核不育互作基因受体亲本：Y58S(品种权号CNA20030431.3)。

恢复系：杂交水稻制种常用父本，9311，生产上广泛应用两系法杂交水稻组合两优培九(国审稻2001001；《江苏农业学报》，2000，16(4)：193～196)的父本。

雁农S与Y58S性状较相似，它们的杂交F₁再与9311杂交，其三交F₁群体也比较整齐，杂交优势强，具有生产应用价值。将7001S的核不育互作基因转移到Y58S遗传背景下，并去掉Y58S的高温不育基因(来源于安农S)和7001S光敏不育基因(与Y58S的不同，来源于农垦58S)，使其纯合稳定的可育后代与雁农S的杂交F₁，能够表现为稳定核雄性不育。再与9311为父本进行制种，生产大田用杂交种子。

(1)利用Y58S与7001S杂交，并用Y58S回交，获得Y58S//7001S/Y58S的杂交种子(BC₁F₁)。在其BC₁F₂群体中选择可育株，作父本与雁农S杂交，鉴定此杂交F₁为稳定核雄性不育的组合，选留其父本(Y58S//7001S/Y58S BC₁F₂可育株)。

(2)种植Y58S//7001S/Y58S BC₁F₃，用Y58S回交，获得Y58S///Y58S//7001S/Y58S(BC₂F₁)的杂交种子。在其BC₂F₂群体中选择可育株，作父本与雁农S测交，筛选鉴定测交F₁为稳定核雄性不育的组合，选留其父本(Y58S///Y58S//7001S/Y58S的BC₂F₂可育株)。

在BC₂F₃中选择性状与Y58S相似的可育株，这些单株的基因组与Y58S相似，关键差别在于它们不具有Y58S高温不育型的核雄性不育基因，但具有7001S核雄性不育互作基因，通过自交，育成可育纯系Y58-7001S’。

将低温不育型光温敏不育雁农S育性转换敏感期安排高温在条件下，其表现为可育，进行低温不育型光温敏不育系雁农S繁殖。将低温不育型光温敏不育系雁农S育性转换敏感期安排在低温条件下，使其表现为不育，作为母本，与Y58-7001S’杂交，获得杂种F₁，即为稳定核雄性不育系。

雁农S/Y58-7001S’的F₁与恢复系9311杂交，获得雁农S/Y58-7001S’//9311F₁，即为目标杂交组合，供大田种植使用。

观察鉴定结果表明，雁农S/Y58-7001S’的F1在长沙表现不育性稳定，为终身雄性不育；雁农S/Y58-7001S’//9311制种产量高，达2950公斤/公顷；雁农S/Y58-7001S’//9311杂种F1表现产量高，比生产上大面积栽培组合汕优63增产5.7％；种子纯度达到99.8％。

实施例3  2610S/Y58-7001S’//9311组合的制备

2610S，为湖南杂交水稻研究中心孙梅元在香125S中发现的短日低温不育型光温敏不育系，在本组合的选育选配中直接引用。

Y58-7001S’的选育参照实施例2

2610S/Y58-7001S’//9311组合的不育系(2610S/Y58-7001S’)繁殖技术和2610S/Y58-7001S’//9311杂交种子的制种，参照实施例2。

观察鉴定结果表明，2610S/Y58-7001S’的F1在长沙表现不育性稳定，为终身雄性不育；2610S/Y58-7001S’//9311制种产量高，达3720公斤/公顷；2610S/Y58-7001S’//9311杂种F1表现产量高，比生产上大面积栽培组合汕优63增产3.9％；种子纯度达到99.5％。

Claims (6)

1、一种杂交水稻育种方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选育低温不育或短日低温不育光温敏不育系S；

(2)选育核雄性不育互作基因系：利用低温不育或短日低温不育光温敏不育S基因的核雄性不育互作S’基因，通过杂交育种手段，经筛选，育成具有纯合核雄性不育互作基因的可育自交系S’；

(3)将低温不育或短日低温不育光温敏不育系S与核雄性不育互作基因的可育自交系S’杂交，获得稳定核雄性不育的S/S’F₁；

(4)筛选恢复系R：在现有作物品种中或在分离群体中，选单株与S/S’F₁杂交，选择能够使S/S’F₁恢复可育的作为恢复系R；

(5)利用完全雄性不育的S/S’F₁作为母本与恢复系R杂交，筛选符合生产要求的杂交组合，生产S/S’//R F₁杂交水稻种子。

2、如权利要求1所述的杂交水稻育种方法，其特征在于，所述低温不育或短日低温不育光温敏不育基因提供亲本为水稻雁农S或2610s。

3、如权利要求1所述的杂交水稻育种方法，其特征在于，所述核雄性不育互作基因的提供亲本为水稻7001S。

4、如权利要求1或2或3所述的杂交水稻育种方法，其特征在于，所述低温不育或短日低温不育光温敏不育系S和核雄性不育互作基因的可育自交系S’互为近等基因系。

5.如权利要求1或2或3所述的杂交水稻育种方法，其特征在于，所述恢复系R为两系法杂交水稻组合两优培九的父本9311。

6.如权利要求4所述的杂交水稻育种方法，其特征在于，所述恢复系R为两系法杂交水稻组合两优培九的父本9311。