CN101697706B - 高频隐性雌不育水稻恢复系的应用及培育方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，应用的具体方法为：以高频隐性雌不育水稻恢复系作为父本，以杂交稻雄性不育系作为母本，对父、母本种子进行混播，再对该父、母本杂交后的种子进行混收，完成制种过程；或者以具有可筛选遗传特异性状的杂交稻雄性不育系作为母本，经混播、混收后再采用不同的分离方法对混收后的种子作进一步除杂处理。本发明还提供一种用雌不育恢复系FSV1与常规水稻恢复系R杂交，从F1后代中选择得到遗传性状稳定、综合农艺性状优良的高频隐性雌不育水稻恢复系的培育方法。本发明的方法能够实现杂交水稻制种、加工的全机械化操作，大大提高杂交水稻制种的效率。

Description

高频隐性雌不育水稻恢复系的应用及培育方法

技术领域

本发明涉及一种杂交水稻的应用及其培育方法，尤其涉及一种杂交稻恢复系的应用及培育方法。

背景技术

杂交水稻是我国农业科技的一面旗帜。杂交水稻自1976年开始大面积推广至今的30多年间累计种植60多亿亩，累计增产稻谷6000多亿公斤；近年种植面积占全国水稻总面积的60％左右，产量占水稻总产的67％左右。可以说杂交水稻产业是我国的民族产业与国际名牌，种业科技是杂交水稻科技的核心。促进杂交水稻种业科技的进一步发展是保持我国杂交水稻国际领先地位与确保我国粮食安全的战略举措。

杂交水稻利用的双亲杂交第一代(F1)杂种优势，到第二代(F2)便会产生性状分离，因此，必须年年制种才能保障大田生产用种。现行杂交水稻制种技术主要是以雄性不育系(母本)与雄性不育恢复系(父本)，按照一定的行比相间种植，不育系上的杂交种子与父本自交种子分别单独收割(父本也可在赶完粉后就割掉)。传统的制种过程繁冗复杂，劳动强度大，效率低下。

随着社会发展、农业现代化进程的加速，我国农村劳动力日益短缺，事实上近年我国制种基地面积不断萎缩；加之外国跨国公司的进驻对我国杂交水稻种业的生存与发展构成巨大威胁，这种“内困外忧”的严峻形势，要求对我国杂交水稻种子生产技术进行革新，实现种子生产与加工全程的现代化。

为此，不少科技工作者进行了相关研究与技术创新：

在申请号为CN97107633.2“一种适宜机械化操作的杂交水稻制种技术”的发明专利申请中，四川省万县市农业科学研究所提出了父母本部分同期播种技术，说明通过同期播种进行杂交水稻制种是可行的；其主要是利用杂交种子与父本间粒色、粒重、粒形差异较大，再通过光学仪器或机械方法把杂交种子与父本分开。该专利方法使用雌性育性正常的常规恢复系混制，混收种子中父本种子含量高；分离方法不仅操作复杂，设备投入大，而且依靠粒色、粒重、粒形进行分离的可靠性不高，获得高纯度杂交种子存在一定的难度。

在申请号为CN99115125.9“化学去杂杂交水稻制种技术”的发明专利申请中，四川农业大学水稻研究所提出将抗除草剂基因导入三系杂交稻的保持系，使保持系获得抗除草剂基因，具备抗除草剂的特性；用该保持系与同型的不含抗除草剂基因的不育系杂交繁殖成制种用不育系，使繁殖成的不育系具有抗除草剂特性；用具有抗除草剂特性的不育系与恢复系杂交生产三系杂交稻种子。采用此种技术可以通过在不育系苗期喷施除草剂灭除不育系种苗里的杂苗，达到制种省时省工、提高种子纯度的目的。该技术虽然提出了利用除草剂除制种时不育系杂的技术措施，但此技术主要是为杂交稻种子的生产提供高纯度的不育系秧苗，而这仅仅是保证杂交种子纯度的条件之一。此外，该专利申请中对于如何革新制种技术、如何提高制种过程效率等问题，均未涉及。

在申请号为CN00114492.8“三系杂交水稻除杂保纯技术”的发明专利申请中，提出了一种用除草剂苯达松清除三系法杂交水稻种苗中混入的母本不育系及其保持系的种苗的方法：选择具有对苯达松敏感致死的纯合的隐性性状的保持系和同样具有对苯达松敏感致死的纯合的隐性性状的质核互作雄性不育系杂交繁殖生产不育系种子，用所生产的不育系与不具有所述隐形性状的恢复系配制杂交稻种子，在杂交稻种子播种后喷施0.001～1.0％的苯达松溶液。该专利申请指出其方法可在三系法杂交水稻制种或者杂交种子纯度快速鉴定中加以应用。此专利提出了利用除草剂灭除杂种里所含的对苯达松敏感致死的不育系自交种苗，却没有涉及(也不能实现)父母本混合播种及混收制种技术。

在申请号为CN02104889.4“三系法杂交水稻机械化制种方法”的发明专利申请中，提出了一种机械混播、混收与色选分离杂种与恢复系自交种子的三系制种方法：选用谷壳颜色区别于正常谷壳色的一种水稻品种，与谷壳颜色正常的一种水稻保持系品种杂交，获得谷壳颜色区别于正常谷壳色的水稻保持系种子，进而转育出谷壳颜色区别于正常谷壳色的水稻不育系种子；用谷壳颜色区别于正常谷壳色的水稻不育系种子和谷壳颜色正常的水稻恢复系种子机械混播，在开花期机械赶粉，结实后经机械混收谷壳颜色区别于正常谷壳色的杂交种种子和恢复系自交的谷壳颜色正常的种子，再用色选机分选，分别获得杂交种种子和恢复系种子。但是该专利申请所提出的方法主要限于三系法杂交水稻，而且使用雌性育性正常的常规恢复系混制，混收种子中父本种子含量高；通过昂贵色选设备筛选获得高纯度杂交种子也存在一定的难度。

以上现有的方法和技术中，部分已涉及到杂交水稻机械化制种技术，但都或多或少地存在局限，但仍然有必要研创一种适合各种杂交水稻制种且适合全程机械化生产的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效应用于混播、混收式水稻制种过程的高频隐性雌不育水稻恢复系的培育方法，还提供一种高频隐性雌不育水稻恢复系的应用方法，通过该应用能够实现杂交水稻制种、加工的全机械化操作，大大提高杂交水稻制种的效率。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，所述应用的具体方法为：以所述高频隐性雌不育水稻恢复系作为父本，以杂交稻雄性不育系作为母本，对所述父、母本种子进行混播，再对该父、母本杂交后的种子进行混收，完成制种过程。

要有效提高杂交稻制种过程的效率，减轻农民在杂交稻制种过程中劳动强度，就必须大力推广机械化制种技术，如果能实现杂交稻制种过程的混播、混收，则为机械化制种的推广应用开辟了广阔的前景。在现有技术条件下，实现杂交稻制种过程的混播混收主要基于以下技术思路，即：先使父、母本增加特殊的遗传性状，再通过后续的物理或化学方法进行处理，以达到混播混收的目的。而本发明创造的技术方案是在现有技术基础上的重大突破，我们通过应用所述高频隐性雌不育水稻恢复系，使得整个杂交稻制种的混播混收成为现实，且工艺过程大大简化，由于我们选用制种的父本材料为高频隐性雌不育恢复系(尤其是我们自行筛选、培育出的高频隐性雌不育恢复系)，因此在混收后的种子中只含有极低比率的父本自交种子，混收后的种子基本不用后续的除杂处理即可直接用于大田生产，进而实现杂交水稻制种、加工的全机械化操作，大大提高杂交水稻制种的效率。

由于上述技术方案中混播比例的不同，或者由于父、母本材料在品性、纯度上的差异性，有可能造成混播混收后杂交种子的纯度还不能满足大田生产的要求。基于与上述技术方案相同的技术构思，本发明还提供了另一种改进的技术方案，即一种高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，该应用在上述技术方案的基础上，进一步结合了现有的相关技术，所述应用的具体方法为：以所述高频隐性雌不育水稻恢复系作为父本，以具有可筛选遗传特异性状的杂交稻雄性不育系作为母本，对所述父、母本种子进行混播，再对该父、母本杂交后的种子进行混收，最后根据所述可筛选遗传特异性状的不同，采用不同的分离方法对混收后的种子作进一步除杂处理。

上述改进的技术方案中，所述的可筛选遗传特异性状可以是任何具有区分、筛选或识别功能的遗传性状，优选可以是一种具有非普通谷壳颜色的色泽遗传性状；在以具有非普通谷壳颜色色泽的杂交稻雄性不育系作为母本的情况下，后续相应的分离方法则是指采用机械色选分离方法分选出具有该色泽的杂交种子。

上述改进的技术方案中，所述的可筛选遗传特异性状还优选是指具有抗除草剂特性；在以具有抗除草剂特性的杂交稻雄性不育系作为母本的情况下，后续相应的分离方法则是指在混收后的种子播种后的苗期喷洒除草剂。

通过上述改进后的各技术方案能够进一步提高混收杂交种子的纯度，获得接近100％的高纯杂交种子。

在上述的各技术方案中，所述高频隐性雌不育水稻恢复系优选是指单株雌性败育率在70％～90％的雌不育水稻恢复系。如果单株雌性败育率过高，则影响到该高频隐性雌不育水稻恢复系自身种子的获得，进而影响到该遗传材料的推广和应用。如果单株雌性败育率过低，则影响到混播混收后的种子纯度，从而有可能影响到本发明目的的实现。所述的单株雌性败育率在70％～90％的雌不育水稻恢复系优选是指雌不育恢复系FSV1，或者是指雌不育恢复系FSV1与常规水稻恢复系R杂交后得到的雌不育恢复系R^f。所述雌不育恢复系FSV1为保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的水稻(Oryza sativa)FSV1，保藏单位地址为北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所，保藏日期为2009年10月14日，保藏编号为CGMCC No.3294。因为经过我们长期艰苦地田间实验和实验室观察，我们筛选、培育出的雌不育恢复系FSV1的单株雌性败育率在80％左右，能够很好地满足上述各技术方案的要求。

在上述的各技术方案中，所述父、母本种子的混播比例优选为1∶(10～40)。因为如果该混播比例过大，则父本种子存在很大浪费，且混收后的杂交种子纯度也会随之下降；如果该混播比例过小，则部分母本可能得不到足够花粉授粉，降低了制种产量，增加了成本。

本发明还提供了一种上述高频隐性雌不育水稻恢复系的培育方法，该方法是将上述的雌不育恢复系FSV1(CGMCC No.3294)与常规水稻恢复系R杂交，获得F1后代，再利用常规的育种方法从所述的F1后代中选择遗传性状稳定、综合农艺性状优良的品系R^f(即上述优选的雌不育恢复系R^f)，该品系R^f即为制得的高频隐性雌不育水稻恢复系。因为经过我们长期的观察和实践，直接用雌不育恢复系FSV1作为父本进行制种，组合优势尚不能达到最优；而采用新育成的雌不育恢复系R^f作为父本，由于其产量等综合农艺性状及配合力均比雌不育恢复系FSV1有改良，组合优势更为明显。

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用具有高频隐性雌不育遗传特性的水稻恢复系作父本，以杂交稻两系或三系雄性不育系作为母本，通过混播、混收后的种子中只含有极低比率的父本自交种子，混收后的种子基本不用后续的除杂处理即可直接用于大田生产，进而实现杂交水稻制种、加工的全机械化操作，大大提高杂交水稻制种的效率。本发明创造完全改变了传统方法中以雌性可育恢复系作为制种花粉提供者的技术思路，代之以高频隐性雌不育、花粉育性正常的恢复系作为杂交制种的遗传材料，不仅为规模化、机械化、高效化制种技术的应用提供了前提，而且为今后雌不育水稻恢复系的应用奠定了基础。

本发明中用到的雌不育恢复系FSV1为保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)的水稻FSV1，保藏单位地址为北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所，保藏日期为2009年10月14日，保藏编号为CGMCC No.3294。

附图说明

图1为本发明的一种优选实施方式的工艺流程图；

图2为本发明实施例1应用的工艺流程图；

图3为本发明实施例2应用的工艺流程图；

图4为本发明具体实施方式中水稻雌不育恢复系FSV1穗部结实情况照片；

图5为本发明具体实施方式中水稻雌不育恢复系FSV1败育胚株(雌不育)情况照片。

具体实施方式

一种本发明优选的高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，其基本流程如图1所示。该应用的具体方法为：以具有高频隐性雌不育遗传特性的水稻雌不育恢复系FSV1作为父本，以普通的杂交稻雄性不育系A/S作为母本，对父、母本种子按1∶(10～40)的比例进行混播，再对该父、母本杂交后的种子进行混收，完成制种过程。

经上述应用后混收得到的杂交种子的纯度一般在98％左右，可达我国规定的二级种子96％以上的基本要求。

以下对本发明优选的实施例作进一步介绍。

实施例1：

一种本发明的高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，如图2所示，其具体步骤如下：

1.父本高频隐性雌不育恢复系R^f的培育：以具有高频隐性雌不育遗传特性的水稻雌不育恢复系FSV1作为父本，与其它常规的杂交稻恢复系R(例如湖南杂交水稻研究中心选育的湘恢299等)或者育种中间材料进行杂交，获得F1后代，再用常规育种方法从F1后代中选择得到遗传性状稳定、综合农艺性状优良的具有高频隐性雌不育遗传性状的恢复系R^f(R^f种子可通过自交繁殖)。

2.母本三系不育系05Z227A的获得：具有抗除草特性的水稻三系不育系05Z227A从中国科学院亚热带农业生态研究所引进。该三系不育系05Z227A中含除草剂草丁膦(Basta)抗性bar基因。

3.混播混收：以上述改良的高频隐性雌不育恢复系R^f(也可直接用水稻雌不育恢复系FSV1)作父本，以三系不育系05Z227A作为母本，父、母本种子按1∶25的比例充分混合，再采用常规方法浸种催芽、机械播种，母本种子的播始历期比父本种子约早3天(使制种父母本花期充分相遇)，最后经机械混收，所获混收后的种子中杂交种子的纯度约98％。

4、后续除杂：将上述混收后的种子采用常规的机械直播生产方式进行大田播种，参照除草剂使用说明书的方法在苗期喷洒除草剂Basta，除去父本种苗，使大田生产种苗纯度接近100％。

实施例2：

一种本发明的高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，如图3所示，其具体步骤如下：

1.父本高频隐性雌不育恢复系R^f的培育：其方法和步骤同实施例1。

2.母本紫壳两系不育系紫867S的选育：用显性单基因控制的常规紫稻材料紫32(湖南杂交水稻研究中心选育)育种中间材料与杂交稻培矮64S(湖南杂交水稻研究中心培育，已对外销售)进行杂交，从其后代系中筛选出的谷壳紫色的紫壳两系不育系紫867S。

3.混播混收：以上述改良的高频隐性雌不育恢复系R^f(也可直接用水稻雌不育恢复系FSV1)作父本，以紫壳两系不育系紫867S作为母本，父、母本种子按1∶10的比例充分混合，父本的播始历期比母本长约3天，以保证父母本花期充分相遇，再采用常规方法浸种催芽、机械播种，最后经机械混收，所获混收后的种子中杂交种子的纯度可高达93％。

4、后续除杂：通过常规机械色选分离方法将谷壳紫色的杂交种子与正常黄色的父本种子分开，以获得用于大田生产的纯度接近100％的杂交种子。

上述各实施例中用到的水稻雌不育恢复系FSV1的研创过程和主要特性如下：

1993年春于三亚用穗茎注射法将大黍(Panicum maximum，具高频兼性无融合生殖特性)基因组DNA导入水稻恢复系桂99中，1993年夏于长沙获得低结实变异株Vg99；1994年春三亚种植Vg99第2代群体，结实率发生分离，出现正常结实株(结实率75％以上)、低结实株(结实率20％左右)和极低结实株(结实率1％以下，含不结实株)；淘汰正常结实株和极低结实株，从第2代低结实株的第3代株系(1994年夏长沙)获得低结实性不发生分离的株系，经南繁北育多代系选，育成具有低结实性及其它农艺性状稳定遗传的材料水稻雌不育恢复系FSV1(见附图4)。

经过镜检与胚胎解剖发现雌不育恢复系FSV1的花粉正常，约80％的胚株败育(见附图5)；将该遗传材料与典型的三系不育系V20A(湖南杂交水稻研究中心选育，已对外销售)、典型两系不育系培矮64S(湖南杂交水稻研究中心选育，已对外销售)及常规籼稻品系等进行杂交配组，杂种F1均结实正常，说明雌不育恢复系FSV1具有恢复基因；F2按照3∶1的比例分离出正常结实株与低结实株，低结实株结实率与FSV1一致：说明该材料为隐性单基因控制的高频隐性雌不育水稻。

Claims (5)

1.一种高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，所述应用的具体方法为：以所述高频隐性雌不育水稻恢复系作为父本，以杂交稻雄性不育系作为母本，对所述父、母本种子进行混播，所述父、母本种子的混播比例为1∶(10～40)，再对该父、母本杂交后的种子进行混收，完成制种过程；所述高频隐性雌不育水稻恢复系是指单株雌性败育率在70％～90％的雌不育水稻恢复系；所述单株雌性败育率在70％～90％的雌不育水稻恢复系是指雌不育恢复系FSV1，或者是指雌不育恢复系FSV1与常规水稻恢复系R杂交后得到的雌不育恢复系R^f；所述雌不育恢复系FSV1为保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的水稻FSV1，保藏编号为CGMCC No.3294。

2.一种高频隐性雌不育水稻恢复系在混播、混收式水稻制种过程中的应用，所述应用的具体方法为：以所述高频隐性雌不育水稻恢复系作为父本，以具有可筛选遗传特异性状的杂交稻雄性不育系作为母本，对所述父、母本种子进行混播，所述父、母本种子的混播比例为1∶(10～40)，再对该父、母本杂交后的种子进行混收，最后根据所述可筛选遗传特异性状的不同，采用不同的分离方法对混收后的种子作进一步除杂处理；所述高频隐性雌不育水稻恢复系是指单株雌性败育率在70％～90％的雌不育水稻恢复系；所述单株雌性败育率在70％～90％的雌不育水稻恢复系是指雌不育恢复系FSV1，或者是指雌不育恢复系FSV1与常规水稻恢复系R杂交后得到的雌不育恢复系R^f；所述雌不育恢复系FSV1为保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的水稻FSV1，保藏编号为CGMCC No.3294。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的可筛选遗传特异性状是指具有非普通谷壳颜色的色泽；所述分离方法是指采用机械色选分离方法分选出具有所述色泽的杂交种子。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的可筛选遗传特异性状是指具有抗除草剂特性；所述分离方法是指在混收后的种子播种后的苗期喷洒除草剂。

5.一种如权利要求1或2中所述高频隐性雌不育水稻恢复系的培育方法，该方法是将雌不育恢复系FSV1与常规水稻恢复系R杂交，获得F1后代，再利用常规的育种方法从所述的F1后代中选择遗传性状稳定、综合农艺性状优良的品系R^f，该品系R^f即为制得的高频隐性雌不育水稻恢复系；所述雌不育恢复系FSV1为保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的水稻FSV1，保藏编号为CGMCC No.3294。

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