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CN108243949B - 一种轻简型温敏核不育系的选育方法 - Google Patents

一种轻简型温敏核不育系的选育方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种选育轻简型籼稻温敏核不育系的方法。该方法包括以下步骤：亲本材料的选择—杂交、自交—多方法相结合的育性筛选—育性观察—配组优势的测定，得到聚合大剑叶角度基因的剑叶斜下伸水稻籼型温敏核不育系。利用本方法创制的剑叶斜下伸温敏核不育系进行水稻制种时，在不降低所配组合产量竞争优势的前提下，省去目前杂交水稻制种时人工割叶的环节，减少劳动量，降低劳动强度，同时避免割叶对水稻植株正常生长带来的影响，实现杂交水稻的绿色轻简化制种。

Description

一种轻简型温敏核不育系的选育方法
技术领域
本发明属于水稻杂种优势利用新材料创新领域，具体涉及一种轻简型温敏核不育系的选育方法。
背景技术
杂交水稻在中国种植已近40年的历史，目前年种植面积1600万hm2左右，超过水稻种植面积的50%，对粮食增产发挥了巨大的作用，并逐渐发展到20多个国家。水稻杂种一代种子的生产需要人工辅助授粉以提高异交结实率。为去除传粉障碍，通常要把雄性不育系的剑叶割去上部1/3-1/2。割叶不仅需要高强度的劳动，而且需要较高的操作技术以免伤害幼嫩稻穗。另外，割叶造成的伤口对水稻植株的正常生长亦有不利影响。本课题组在安徽地方品种资源中发现了一个剑叶斜下伸的籼稻地方品种皖恢101。皖恢101全生育期130d，株高131cm，剑叶叶片与稻穗之间的夹角150°左右，剑叶呈斜下伸，而倒二叶等其余叶片均同正常水稻一样呈斜上举。经多年多点（合肥、陵水）的田间观察，该性状表现稳定。
水稻剑叶角度是指齐穗期剑叶叶片与稻穗之间夹角的大小。本方法中将水稻剑叶角度大于90°时定义为剑叶斜下伸，剑叶角度越大，剑叶斜下伸的程度就越大。迄今为止，对水稻剑叶形态性状的遗传研究主要集中于改善株型提高光能利用率方面，多数是对剑叶长、宽、长宽比和剑叶面积性状的研究，而关于水稻剑叶角度的研究报道较少。从沈福成（1983）、晏月明等（1990）对剑叶角度的遗传分析到董国军等（2003）对控制剑叶角度的QTL进行定位直至汪得凯等（2005）等对大剑叶角度基因lla的克隆，研究者所用材料其剑叶角度均小于90°，呈斜上举，对杂交水稻制种并无实际意义。因此，研究、发掘和利用新的水稻种质资源，尤其是大剑叶角度（剑叶角度大于90º）的剑叶斜下伸资源，对于水稻遗传基础研究、育种应用研究及其相关基因的分离克隆都具有重要意义。
皖恢101苗期、分蘖期、拔节期所有叶片与其它品种一样，均是斜上举，但剑叶叶枕高出倒二叶叶枕以后（即孕穗期）剑叶开始斜下伸，剑叶角度150°，而其余叶片仍正常斜上举。将大剑叶角度基因导入温敏核不育系中，可以与水稻品种自由配组，选育两系杂交水稻新品种。利用剑叶斜下伸温敏核不育系进行杂交水稻制种，可免除雄性不育系割叶的环节，按每亩制种田降低人力成本150元（1个劳动日）计，全国每年制种面积约250万亩，可降低制种成本约3.75亿元。不仅如此，随着国民经济和社会的发展，农村劳动力大量向城市转移，杂交水稻省力轻简型制种技术对于持续利用水稻杂种优势保障国家粮食安全也具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻简型籼稻温敏核不育系选育的方法，该不育系具有剑叶斜下伸（剑叶角度大于120º）遗传特性，其他性状与同类型温敏核不育系相似，可以与常规水稻品种自由配组，选育两系杂交水稻新品种。
本发明提供了一种轻简型籼稻温敏核不育系选育的方法。该方法包括以下步骤：
（1）利用来源于安徽籼稻地方品种资源皖恢101（剑叶角度150º）与来源于安农S（如广茉S、广占63S等）以及1892S（矮紫S、Z913S等）的水稻籼型温敏核不育系杂交、自交，获得不同组合的F2代种子；
（2）各组合F2代群体分别种植3000株左右，从中筛选剑叶角度大于120º株高、矮于85cm的温敏核不育单株；
（3）建立筛选圃，在低温（23.0-23.5℃）环境压力下，通过花粉镜检和育性观察，选不育起点温度低的剑叶斜下伸单株（剑叶角度大于120º），自交直至性状稳定，使控制低起点温度的不育基因与大剑叶角度基因重组聚合；
（4）经不育性鉴定，育成大剑叶角度基因与温敏核不育基因集于一体的籼型温敏核不育系。
本发明的选育方法中，（1）所采用的温敏核不育系，是目前生产上广泛应用的籼型温敏核不育系育性基因的主要来源，是两系杂交水稻的遗传工具。
本发明的选育方法中，为了便于（2）中的变异材料的获得，同期要种植一定数量的双亲植株作为对照，且将F2群体剑叶角度划分为不同等级。
本发明的选育方法中，步骤（1）中两个不同类型材料的杂交，步骤（2）中的剑叶角度差异筛选和步骤（3）中的人工环境压力胁迫，目的是使控制低起点温度的不育基因与大剑叶角度基因重组聚合于一体，以便获得实用型的剑叶斜下伸温敏核不育系。
本发明的选育方法中，未特别指出的方法均可以采用常规技术。如不育系育性分期播种的观察、花粉败育类型的鉴定、套袋自交结实率的调查、温汤法去雄、人工气候箱低温处理、割茬繁殖等。
本发明的选育方法获得的水稻是一种剑叶斜下伸、不育起点温度低的温敏雄性核不育系。
温敏雄性核不育系是指一种育性受隐性核基因控制，在特定的温度条件下育性发生转换，不育时表现为花粉败育退化、柱头发育正常的水稻品系。
育性转换是指在较高温度下表现花粉无活力，雄性不育，不能自交结实，只能依靠外来花粉受精结实，生产上可利用恢复系与其配组通过人工授粉的方式生产杂交种子；而在温度较低条件下该类材料表现雄性可育，自交结实，生产上利用此特性进行繁种。
育性转换起点温度是指使温敏核不育系的育性发生转换的温度值，较高温度时使不育系的育性由可育转向不育的温度称为不育起点温度。生产中，不育起点温度低的不育系应用时风险较小。
恢复系是指一种发育正常的水稻品系，其含有显性恢复基因，与温敏核不育系杂交产生F1代的育性正常能自交结实。
本发明的选育方法获得的剑叶斜下伸籼型温敏核不育系可用于培育新的剑叶斜下伸温敏核不育系；本发明的选育方法获得的剑叶斜下伸籼型温敏核不育系可用于选育两系杂交水稻新品种。本发明的选育方法获得的无论是剑叶斜下伸温敏核不育系，还是利用该不育系选育的两系杂交稻，都具有正常的表型。试验证明，籼型剑叶斜下伸温敏核不育系育性转换明显，不育起点温度低，不育时段较长，败育彻底，不育度为99.96%，套袋自交不结实率100%；该类不育系除剑叶斜下伸外，其他性状与同类型温敏核不育系类似，可以与常规水稻品种进行自由配组以选育两系杂交水稻新品种；且其配制的杂交稻组合在单株有效穗、每穗总粒数、结实率和千粒重等产量性状上与普通两系杂交稻并无显著差异。
本发明的选育方法在培育两系杂交水稻方面有以下用途：
1、利用本发明选育的剑叶斜下伸籼型温敏核不育系可培育新的水稻剑叶斜下伸温敏核不育系；
2、利用本发明选育的剑叶斜下伸籼型温敏核不育系可用于两系杂交水稻新品种的培育；
3、利用本发明选育的剑叶斜下伸温敏核不育系进行杂交水稻制种时可免除割去雄性不育系剑叶的环节，减轻劳动强度，减少劳动量，降低制种成本，实现杂交水稻的轻简化制种。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种聚合大剑叶角度基因选育剑叶斜下伸籼稻温敏核不育系的方法。率先将大剑叶角度基因与温敏核不育基因聚合于一体，从而创建了一个可以随机配组选育两系杂交水稻新品种的系统，解决了生产上杂交水稻制种时需割去雄性不育系剑叶的环节，减轻劳动强度，减少劳动量，降低制种成本，实现杂交水稻轻简化制种。
具体实施方式
利用剑叶斜下伸籼稻恢复系与温敏核不育系材料进行杂交，让基因自由重组聚合，在分离群体中，筛选剑叶角度大于120º的剑叶斜下伸不育材料，再在环境压力下，通过人工选择，将大剑叶角度基因与温敏核不育基因聚合起来，培育剑叶斜下伸温敏核不育系，以达到杂交水稻轻简化制种的目的。
实例1：剑叶斜下伸温敏核不育系选育过程
1.1 材料与方法
以来源于安徽省地方品种籼稻资源皖恢101为父本，以来源于安农S（如广茉S、广占63S等）以及1892S（矮紫S、Z913S等）的6个温敏核不育系作母本；2011年12月1日、10日和20日将父母本分三期播种于海南陵水基地，28天后移栽，株行距13.3×16.5cm；待父本皖恢101抽穗开花后，从温敏核不育系中选刚抽穗但尚未开花的单株，采用温汤法去雄，分别与皖恢101套袋人工授粉，配制不同温敏核不育系组合的杂交种子（表1）。
表1 皖恢101与不同籼型温敏核不育系配组情况
组合 母本来源 父本来源 杂交种数量
广茉S/皖恢101 安徽省农科院水稻所 安徽省农科院水稻所 54粒
广占63S /皖恢101 辽宁省农科院、丰乐 安徽省农科院水稻所 38粒
新安S /皖恢101 安徽荃银高科 安徽省农科院水稻所 63粒
新二S /皖恢101 安徽省农科院水稻所 安徽省农科院水稻所 45粒
矮紫S /皖恢101 安徽省农科院水稻所 安徽省农科院水稻所 91粒
Z913S /皖恢101 安徽省农科院水稻所 安徽省农科院水稻所 39粒
1.2 剑叶斜下伸温敏核不育系的选育
（1）2012年4月27日将各组合所配的F1种子播于合肥基地，5月27日移栽，株行距13.3×16.5cm，抽穗成熟后同一组合混收得到F2种子；
（2）2012年冬季将各组合的F2种子种植于海南陵水基地，每个组合的F2群体种植3000株左右，从中选择剑叶斜下伸且分段结实的可能是温敏核不育的单株留种，6个不同组合的F2群体当选单株3-10株不等；
（3）自2013年后，正季在合肥4月下旬播种，冬季在陵水12月初播种，如此合肥、海南往返加代，各世代根据目标性状优选单株直至品系稳定；
（4）当选的稳定品系利用分期播种和人工气候箱进行育性观察与鉴定，至2017年秋，已育成皖茉101S、皖新101S、皖紫101S和皖913S籼型剑叶斜下伸温敏核不育系4个。
实例2：自然条件下剑叶斜下伸温敏核不育系的育性筛选
将不同剑叶斜下伸温敏核不育系的品系种植于选种圃中，始穗至齐穗期，选刚刚始穗尚未开花的单穗，取穗子上中部枝梗的颖花花药进行镜检，镜检时每朵颖花内6个花药全部取出，放在载玻片上，滴适量1%的I-KI溶液，用镊子把花药充分捣碎染色后，放在10×10倍显微镜下观察花粉类型；取样的同时选类似单穗套自交袋，20天后检查自交结实情况；根据镜检和套袋自交结实的结果，选自交不结实、无花粉或少量典败花粉粒的单株中选。
实例3：育性观察
2016年在合肥自然条件下，自4月12日始播至7月12日结束，每10d播1期共10期，观察各期剑叶斜下伸温敏核不育系的育性动态。每期种植100株左右，株行距13.3×16.5cm，秧龄28天；从始穗（7月13日）开始到抽穗结束，每隔1-2天取5穗镜检花粉，观察花粉败育程度；同时选类似10穗套袋，成熟时调查自交结实率。结果表明：7月13日-9月8日期间镜检，花粉败育率99.95%-100%，套袋自交不结实均为0，9月12日-23日期间镜检，花粉败育率68.91%-96.82%，套袋自交结实率13.75%-43.82%，说明观察的剑叶斜下伸温敏核不育系在合肥不育时段较长，不育可育转换期明显（表2）。
表2 2016年合肥自然条件下剑叶斜下伸温敏核不育系育性观察
Figure 195324DEST_PATH_IMAGE002
实例4：剑叶斜下伸温敏核不育系配组优势测定
（1）4个剑叶斜下伸温敏核不育系：皖茉101S、皖新101S、皖紫101S和皖913S；7个恢复系：安香2号、安香15、R998、R727、中籼WH26、华占、扬稻6号；
（2）2016年12月将4个剑叶斜下伸温敏核不育系及7个恢复系种植于陵水基地，抽穗开花期以4个剑叶斜下伸温敏核不育系为母本，温汤去雄，分别于7个恢复系套袋授粉获得28个杂交组合；
（3）2017年5月8日将28个杂交组合及2个对照播于合肥基地，6月12日移栽，株行距16.5×26.5cm，单本种植，成熟期进行产量性状的调查，结果列于表3。
表3 4个剑叶斜下伸温敏核不育系所配组合产量性状调查
组合 株高/cm 单株有效穗 每穗总粒数 结实率/% 千粒重/g
皖茉101S /安香2号 125.2 11.5 236.4 82.5 26.6
皖茉101S /安香15 132.4 9.8 217.2 86.3 25.7
皖茉101S / R998 131.9 11.9 212.3 80.5 27.3
皖茉101S / R727 128.1 12.6 207.5 88.1 27.1
皖茉101S /中籼WH26 127.6 10.3 226.4 83.4 27.5
皖茉101S /华占 126.5 10.8 229.9 82.3 25.6
皖茉101S /扬稻6号 132.3 12.7 238.1 85.1 25.2
皖新101S/安香2号 126.8 11.0 213.4 86.7 27.6
皖新101S/安香15 126.1 12.4 245.2 88.4 26.8
皖新101S/ R998 127.5 10.3 239.1 83.2 26.6
皖新101S/ R727 126.2 10.0 217.3 84.1 27.6
皖新101S/中籼WH26 119.7 9.2 226.1 80.9 27.9
皖新101S/华占 128.2 9.1 257.1 85.6 28.5
皖新101S/扬稻6号 128.6 10.5 233.8 81.5 27.8
皖紫101S/安香2号 118.3 9.8 250.2 87.3 28.3
皖紫101S/安香15 119.2 8.7 247.6 82.8 28.7
皖紫101S/ R998 118.5 10.3 236.4 84.1 27.9
皖紫101S/ R727 120.1 11.7 216.4 82.9 28.1
皖紫101S/中籼WH26 121.5 12.1 213.8 84.6 27.8
皖紫101S/华占 115.7 11.5 237.7 85.2 28.2
皖紫101S/扬稻6号 116.5 11.0 226.2 86.7 27.6
皖913S/安香2号 122.6 13.2 232.0 87.2 28.1
皖913S/安香15 128.3 10.5 208.7 85.4 28.3
皖913S/ R998 124.3 11.9 222.5 83.2 28.3
皖913S/ R727 129.7 10.5 243.2 85.6 28.1
皖913S/中籼WH26 131.4 9.9 211.6 81.8 28.5
皖913S/华占 128.4 9.3 220.9 86.1 28.4
皖913S/扬稻6号 123.6 12.1 206.3 84.3 28.9
平均 125.2 10.9 227.6 84.5 27.6
扬两优6号（CK1） 127.1 10.5 227.8 86.1 27.4
II优838（CK 2） 125.2 11.1 215.2 87.3 28.1
（4）由表3知，28个组合平均单株有效穗10.9个，介于8.7-13.2之间，介于2个对照之间；平均每穗总粒数227.6，与扬两优6号基本一致，高于II优838；平均结实率84.5%，比两个对照略低；平均千粒重27.6g，介于2个对照之间。由此可见，剑叶斜下伸温敏核不育系组配杂交水稻品种，其产量性状表现正常。

Claims (1)

1.种轻简型温敏核不育系选育的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)利用剑叶斜下伸、角度150°的籼稻资源皖恢101与来源于安农S以及来源于1892S的水稻籼型温敏核不育系杂交、自交，获得各组合F2代种子；
(2)各组合F2群体分别种植3000株左右，从中筛选剑叶斜下伸、剑叶角度大于120°的温敏核不育株；
(3)建立筛选圃，在23.0~23.5℃环境压力下，通过花粉镜检和育性观察，筛选不育起点温度低、株高低于85cm 的剑叶斜下伸、角度大于120°的单株，自交直至性状稳定，使控制低起点温度的不育基因与大剑叶角度基因重组聚合；
(4)经过育性鉴定，育成剑叶斜下伸基因与温敏核不育基因聚合在同一株系中的大剑叶角度籼型温敏核不育系，该不育系即为轻简型温敏核不育系；
所述的轻简型温敏核不育系的剑叶角度大于120°且株高低于85cm。
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