水稻粳型亲籼系的创建及其在超级稻育种上的利用

水稻杂种的不育性是一个复杂的现象。20年来,本实验室一直从事水稻杂种不育性的遗传研究,共鉴定出6个F1花粉不育基因座位,或称特异亲和基因座位,其中的5个基因座,S-a、S-b、S-c、S-d和S-e已完成分子定位,这些基因座的基因模式为"单基因座孢子体-配子体互作"模式。在此基础上,提出了通过培育"粳型亲籼系"来克服水稻籼粳亚种间杂种不育性的设想,利用特异亲和基因人为创建了"粳型亲籼系"的水稻新种质,并建立了粳型亲籼系分子育种的技术体系。利用粳型亲籼系克服了水稻籼粳亚种间的杂种不育性,为水稻籼粳亚种间杂种优势利用开辟了新的途径。     

水稻不育系的广亲和基因检测及籼粳型分析

为鉴定部分水稻不育系的广亲和性和籼粳型,根据籼粳亚种间广亲和基因S5-n在第6染色体存在136 bp片段缺失的特征,设计InDel标记S5136,对培矮64S、广占63S等不育系进行广亲和基因鉴定。利用与栽培稻籼、粳遗传分化密切相关的34个InDel标记,对这些不育系PCR产物的电泳结果进行判读和分析,计算其籼型或粳型基因频率(InDel分子指数法)。结果表明:①三系不育系粤泰A具有广亲和基因S5-n。②两系不育系培矮64S、N111S、C815S等11个不育系具有广亲和基因S5-n。③目前广泛应用于生产的不育系培矮64S、广占63S、Y58S等的籼型基因频率均为0.76～0.91,据此认为具有10%～25%左右粳稻血缘的籼型不育系可能更有利于亚种间杂种优势利用。     

水稻品种对细菌性条斑病的抗性研究

选用3套同核异质水稻不育系及其相应的保持系,以及生产上推广应用的13个水稻主栽品种,于水稻孕穗接种具有不同致病力的4个水稻细菌性条斑病菌菌株。不育胞质的抗病性鉴定结果表明,不同胞质类型的不育系之间抗病性差异明显,均比其同名保持系感病,其中野败型不育胞质（W汕A、W协A）高感细条病,T型胞质（T新A、T协A）对细条病的抗性较好。但在G型（如G新A等）少数不育胞质与条斑病菌如Syt等少数菌株的互作中,表现出明显的胞质效应,不育胞质较之正常胞质更感病。水稻品种抗性鉴定结果表明,江苏省水稻细条病发生地区目前推广的13个主栽品种中,武育粳3号、镇稻88等6个粳稻品种表现为高抗,5个籼型品种和1个粳品种高感条斑病。根据调查,在病区种植高抗品种完全可以控制水稻细条病的危害。     

Comparison of gene flow from transgenic Indica and Japonica rice pollen donor

[目的]在同等条件下研究比较籼、粳型转基因水稻花粉源基因飘流差异,为控制转基因水稻基因飘流提供参考.[方法]以籼型转基因水稻Bar9311和粳型转基因水稻B2为花粉供体材料,常规籼稻特籼占25和籼型不育系博A为受体材料,在自然条件下研究籼、粳型转基因水稻向不育系和常规稻的基因飘流频率.[结果]当受体为不育系时,无论花粉源是籼型还是粳型转基因水稻,在不同距离点的基因飘流频率均为粳型＞籼型.10m试验区内籼型转基因水稻向不育系各点平均基因飘流频率为1.325％～23.948％,粳型为3.906％～45.934％;而当受体为常规稻时,籼型转基因水稻向常规稻各点平均基因飘流频率为0.015％～1.189％,粳型为0.041％～0.435％.此外,随着距离的变化,在6m内的基因飘流频率是粳型＜籼型,之后两者出现交互现象.无论籼型还是粳型转基因水稻,向不育系基因飘流的频率远高于向常规稻的飘流频率,且基因飘流频率均随与花粉源距离的递增而递减.[结论]不同类型的花粉供体或受体,都会对基因飘流频率产生影响.     

籼、粳型转基因水稻花粉源基因飘流差异研究

[目的]在同等条件下研究比较籼、粳型转基因水稻花粉源基因飘流差异,为控制转基因水稻基因飘流提供参考.[方法]以籼型转基因水稻Bar9311和粳型转基因水稻B2为花粉供体材料,常规籼稻特籼占25和籼型不育系博A为受体材料,在自然条件下研究籼、粳型转基因水稻向不育系和常规稻的基因飘流频率.[结果]当受体为不育系时,无论花粉源是籼型还是粳型转基因水稻,在不同距离点的基因飘流频率均为粳型>籼型.10m试验区内籼型转基因水稻向不育系各点平均基因飘流频率为1.325%~23.948%,粳型为3.906%~45.934%;而当受体为常规稻时,籼型转基因水稻向常规稻各点平均基因飘流频率为0.015%~1.189%,粳型为0.041%~0.435%.此外,随着距离的变化,在6m内的基因飘流频率是粳型<籼型,之后两者出现交互现象.无论籼型还是粳型转基因水稻,向不育系基因飘流的频率远高于向常规稻的飘流频率,且基因飘流频率均随与花粉源距离的递增而递减.[结论]不同类型的花粉供体或受体,都会对基因飘流频率产生影响.     

普通野生稻(O.rufipogon)微核心种质中广亲和基因S5~n的检测与分析

普通野生稻微核心种质中蕴含丰富的优异基因资源,是用于水稻品种改良和基础研究的重要材料。为了筛选携带广亲和基因S5n的普通野生稻种质,利用前人开发的鉴定水稻S5n基因的InDel分子标记,对107份野生稻微核心种质进行了PCR扩增和读带分析。结果筛选出3份携带S5n广亲和基因的野生稻种质,均来自海南省,该基因可能在海南完成演化。野生稻广亲和材料有助于籼粳交育种材料的创制。     

高温伏旱下籼粳型水稻不育系的开花习性

[目的]研究高温伏旱与籼粳型水稻不育系开花习性的关系,并鉴定高温伏旱条件下具有良好开花习性的籼粳型水稻不育系,为新选系的应用和地方种质的进一步改良提供理论依据.[方法]以5个偏粳型和5个偏籼型的籼粳型水稻不育系材料为研究对象,通过大田分期播种,使各参试材料开花期遭遇自然高温伏旱,通过调查单穗开花花时动态、单穗和单株开花历期及柱头外露率等指标对参试材料进行综合评价.[结果]参试材料间开花习性差异明显;在高温伏旱条件下,材料类型是导致开花习性差异的主要因子;其中6466A、6474A、805A和650A等4个不育系具有开花高峰期较早、单穗和单株开花历期较长、柱头外露率较高、柱头生活力高等优点.6466A开花高峰期集中在10:31~12:00,较G46A提前1.5 h;6474A的柱头外露率较高,达78.16%;650A的单株开花历期最长,达17.2 d;805A的柱头生活力较高,且可保持时间较长.[结论]不育系6466A、6474A、805A和650A在高温伏旱条件下表现出较好的开花习性,可作为高温伏旱下育种的选育亲本,或在种质资源改良中加以利用.     

籼粳超级杂交稻育种技术创新与品种培育

【目的】针对籼粳亚种间杂种优势利用存在的生育期偏长、结实率偏低、制种产量较低等问题,开展籼粳亚种间超级杂交稻育种技术创新与实践。【方法】通过籼粳渐渗杂交,选育花时早、柱头外露高的粳型保持系,进一步转育高异交率粳型不育系。通过籼粳渐渗杂交、广亲和基因分子标记辅助选择、籼粳成分定向选择等技术手段,选育穗型大、茎秆粗壮、广亲和性好、恢复谱广的籼粳中间型广亲和恢复系,并比较与普通粳稻恢复系在主要农艺性状、程氏指数、广亲和特性、广亲和基因、恢复谱等方面的差异。采用“粳不籼恢”和“籼不粳恢”2种配组方式,比较两者的光温反应类型表现与异交结实率差异。利用粳型不育系春江16A、籼型不育系五丰A与CH58、C84、C927等籼粳中间型广亲和恢复系配组,选育“粳不籼恢”或“籼不粳恢”籼粳亚种间杂交稻。【结果】在高异交率粳型不育系创制方面,转育出早花时粳型不育系春江16A以及春江99A、春江23A等早花时、高柱头外露率粳型不育系,制种产量明显提高;在籼粳中间型广亲和恢复系创新方面,选育出CH58、C84、C927等穗型大、茎秆粗壮、广亲和性好、恢复谱广的籼粳中间型广亲和恢复系。晚粳不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代表现为较强的感光特性,中粳不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代表现为感温特性,早籼不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代光温反应类型则表现不一。无论是“粳不籼恢”还是“籼不粳恢”配组,父母本的花时差小、不育系柱头外露率高,则有利于提高制种的异交结实率。采用“粳不籼恢”和“籼不粳恢”的配组方式,利用粳型不育系春江16A、籼型不育系五丰A与C84等籼粳中间型广亲和恢复系配组,选育出春优84、五优84等籼粳亚种间杂交稻并通过品种审定,表现出穗型大、杂种优势强、增产潜力大、抗倒性强、结实率高、后期耐寒性好等优点。【结论】通过籼粳渐渗杂交,成功转育出花时早、柱头外露率高的高异交率粳型不育系。籼粳中间型广亲和恢复系携带有S5-n,恢复谱广,明显不同于普通粳稻恢复系。中粳不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代表现为感温特性,有利于缩短全生育期。不育系柱头外露率高、父母本的花时差小,有利于提高籼粳亚种间杂交稻制种的异交结实率;选育出春优84等籼粳超级杂交稻组合。     

水稻几种不同细胞质主要性状的杂种优势效应及其遗传距离

以6组水稻同核异质杂种F_1和亲本为材料,用系×测验系分析法和主成份分析法研究了四种水稻细胞质在19个性状上的杂种优势效应及其遗传距离。系×测验系分析表明,供试胞质对结实率等4个性状的杂种优势仅表现胞质基因效应,对剑叶光合强度等5个性状的杂种优势既表现胞质基因效应,又表现核质互作效应,可育胞质对这些性状多数表现正向胞质基因效应。遗传距离分析表现,雄不育胞质与可育胞质间的遗传差异大于不育胞质间的遗传差异,D胞质、G胞质与野败胞质的遗传差异大于D、G胞质问的遗传差异。以上结果表明,胞质可用来改良作物目标性状,遗传距离分析可作为研究胞质亲缘关系的一种方法。     

K型新质源胞质不育系的发掘和利用

K型胞质不育系是四川省农业科学院水稻高粱研究所培育并大面积应用于生产的通过"粳/籼//籼"复合杂交创制的粳稻不育胞质,它具有"三高一低"的特点即:高柱头外露率、高柱头生活力、高午前花累积率和低闭颖率,并且在提高组合的配合力、结实率、千粒重和异交习性方面都有很好的效果.     

水稻籼粳杂种不育性和亲和性

籼粳稻杂种不育性存在花粉败育和胚囊败育两种主要形式 ;在籼粳稻品种中存在一些具有广亲和性的种质 ,资源广亲和性基因主要是单基因遗传 ,存在育性非等位基因 ;育性控制的解释主要有非等位基因互作理论、等位基因互作理论和广亲和基因理论。广亲和性在水稻籼粳杂交育种和籼粳杂种优势利用上具有十分重要的应用价值。本文对上述领域的研究进展进行了综述。     

水稻籼粳杂种不育性的遗传机理及杂种优势利用

籼稻和粳稻是亚洲栽培稻的两个亚种,两者在形态、生理以及基因水平上存在显著差异,亚种间的遗传差异将会产生强大的杂种优势,能进一步提高水稻的产量潜力,但是,籼粳亚种间的 F1 杂种不育性严重阻碍了杂种优势的利用。杂种不育性是一种合子后生殖隔离,具有普遍性和复杂性,受多个不育基因座控制。广亲和品种的发现为克服亚种间杂种不育提供可能,该材料无论与籼稻还是粳稻杂交,F1 杂种都能正常结实或结实率较高。概述了籼稻与粳稻间差异,剖析了水稻籼粳亚种间杂种不育的遗传基础、已鉴定的杂种不育主效QTL 与基因,分析了已克隆杂种不育基因的分子作用机制及广亲和基因的功能。据此提出利用籼粳架桥培育亚种间渗入水稻、聚合育种培育广亲和系和粳型亲籼系,以及应用基因编辑技术创制广亲和系等途径,能够克服籼粳亚种间杂种不育性,精准化改良籼粳杂种的结实率,从而实现亚种间杂种优势的利用。籼粳亚种间杂交水稻的推广应用,将会推动水稻产业的又一次重大变革。     

广谱强恢复系GR38对籼粳两类型不育系的恢复基因分析

GR38是自育的偏梗型广亲和性广谱强恢复系种质,为了解其对籼、粳两种类型不育系的恢复特性,发掘该恢复系的育性恢复基因,利用GR38分别与籼型不育系G46A和粳型不育系光A杂交的F2群体,应用集团分离分析方法和SSR标记对GR38的育性恢复基因进行鉴定和定位.结果在G46A/GR38的F2群体中检测到两个独立的育性恢复基因,分别位于第1染色体短臂上的SSR标记RM1331与RM3740之间以及第1染色体长臂上的SSR标记RM5310与RM486之间;在光A/GR38的F2群体中只检测到一个育性恢复基因,位于第1染色体短臂上的SSR标记RM3740与RM490之间.GR38对籼粳两种类型不育系的恢复基因既有共同亦有差别,对籼型不育系G46A的恢复性由两个基因控制,而对粳型不育系光A的恢复性只由一个基因控制,恢复基因均来自第一染色体,其中,位于第1染色体短臂上的恢复基因在籼粳背景下均起恢复作用,根据其在染色体上的位置,推测与Rf3等位.     

水稻籼粳杂交衍生系创新效果评价与利用

采用不断聚合和累加不同有利基因的方法,历时21年4个选育阶段,进行水稻籼粳杂种优势利用的育种实践.育成了32个水稻籼粳杂交衍生系,试图评价衍生系创新的效果及在实用型亚种间杂交稻改良中的有效利用.通过对水稻籼粳杂交衍生系创新过程和主要产量相关性状的鉴定与分析,认识到水稻籼粳杂交衍生系的创新是一个逐步认识与改良的育种实践.第一,在育种的早期阶段,应聚合多个广亲和基因与恢复基因,并重视分蘖力、千粒重及落粒性状的选择;中期阶段是解决生产实用性问题,改良农艺性状和籽粒充实度;实用阶段是达到推广应用的目标.第二,籼粳交恢复系后代选择技术不同于常规选择法.有效的选择法是用籼粳交恢复系后代与多种类型胞质不育系进行广泛测配.第三,扩大双亲籼粳遗传差异,在恢复系综合性状改良的基础上适度增加粳稻成分,可提高杂种优势.第四,通过有利基因的不断聚合和累加,优良株型和高产、优质、抗逆性和适应性相结合是选育实用型强优势籼粳亚种间杂交稻的育种策略与技术.     

花培技术在选育水稻广亲和恢复系中的应用

水稻广亲和品种与籼粳恢复系杂种 F_1及其亲本在花药培养出愈率、绿苗率和培养力上存在很大差异,三者变幅分别为0.44%～13.54%、0～42.865和0～4.69%。F_1平均出愈率高出亲本平均1.75倍,表现出明显的杂种优势。对广亲和品种与恢复系杂交 F_1花粉植株以珍汕97A 和7627A 分别作为籼、粳测验种进行了广亲和恢复性的筛选和鉴定。来自杂交组合 CP-SL017/明恢63的花培系 TG7、TG8和 TG11综合了亲本 CPSL017的广亲和基因和明恢63的恢复基因,与籼、粳不育系和南京11、IR36,巴里拉、秋光等广亲和测验种测交 F_1结实均正常,并有矮杆、株型较佳、米质好、抗稻瘟病等优点。而且与珍汕97A 和7627A 等籼粳不育系配组还表现出较强的杂种优势。可作为直接利用水稻亚种间杂种优势的优良种质。证实花药培养是一条快速选育水稻广亲和恢复系的有效途径。     

国外引进核心种质资源的鉴定及恢保关系研究

本研究对从美国农业部戴尔帮佩国家水稻研究中心引进的197份资源在我国的适应性、抗病性,以及对我国6种不同胞质不育系的恢保关系进行了研究。结果表明,引进的核心种质资源具有广适性,在我国两个稻作生态区能正常种植,但不同生态条件下,其株高和播抽期的差异较大;通过对引进资源的稻瘟病鉴定,发现了34份抗稻瘟病的资源,其中3份资源高抗稻瘟病;经过核心资源对6类不育系的恢保关系研究发现不同资源对同一不育系恢保关系不同,而且相同资源对不同胞质类型的不育系的恢保关系差异也很大;通过研究发现了一批特异资源:对6种不育系都恢复的种质资源有2份(4015,4024);对6种不育系为保持的资源材料有22份,适宜籼粳交的资源2份(4142,4195),两系选育资源1份(4130),光身稻36份,紫稻2份。     

四种诱导粳稻雄性不育的细胞质对粳籼和 粳粳杂种一代的遗传效应分析

用BT型、红莲型、印水型、野败型4种胞质的粳稻不育系六千辛A及相应的保持系六千辛B分别与8个粳型恢复系和12个籼型恢复系配成的100个组合对4种细胞质的遗传效应进行分析。结果表明:不育细胞质对粳籼杂种F1的株高、每穗总粒数和播抽历期有显著的平均负效应,对穗长、单株有效穗的平均负效应不显著;不育细胞质对粳粳杂种F1的5个性状没有显著遗传效应。对于粳籼杂种F1的5个性状,4种胞质之间遗传效应存在极显著差异;对于粳粳杂种F1的每穗总粒数、株高、播抽历期,4种胞质之间遗传效应差异极显著。根据4种胞质平均相对效应秩次总和排序,无论是粳籼还是粳粳杂种F1,都是印水型细胞质最好。     

海南疣粒野生稻基因组DNA导入与创新水稻种质

为挖掘和应用海南疣粒野生稻优异资源,本研究调查和筛选优异疣粒野生稻资源,经穗颈注射法向R225等水稻恢复系导入疣粒野生稻基因组DNA,创新水稻育种中间材料;与三系、两系不育系测交配组,对F1代及后代观察、考种与测产,选育杂交水稻强优新组合。采用SSR标记检测导入创新种质、杂交水稻新组合与疣粒野生稻的遗传相关性。结果表明,筛选出15份优异疣粒野生稻资源,获得7份导入种质创新材料,与不育系测交配组选育出12份有效穗数、穗长、千粒重、抗病等农艺性状优良的杂交水稻新组合,通过品种比较试验,筛选出5份高产抗病水稻新组合。SSR标记检测导入创新种质、杂交新组合具有疣粒野生稻特有分子标记带型,说明获得来自疣粒野生稻的种质创新材料,并可稳定遗传。本研究为海南疣粒野生稻种质创新和进一步研究应用提供参考。     

籼型水稻光温敏不育系包颈长度与育性的相关性研究

本文分析了１６个水稻籼型（或籼粳中间型）光温敏不育系、两个光温敏不育系的杂交组合后代花粉育性、自交结实率与包颈长度的关系．结果表明,水稻籼型（或籼粳中间型）光温敏不育系的不育性与包颈长度呈极显著的相关,即包颈长度越大,不育度越高．根据包颈长度判断花粉育性程度可作为水稻籼型（或籼粳中间型）光温敏不育系田间选择的重要参考指标．     

野败型早籼稻三系不育系吉田A选育及繁殖

针对广东省早造杂交水稻生产上主要利用籼稻不育系珍汕97A和优ⅠA等育成的杂交稻组合普遍存在的米质差和稻瘟病抗性差等问题,连山壮族瑶族自治县农业科学研究所于2003年以引自佛山农科所的优质稻种质粳籼89与由省农科院水稻研究所育成的三系保持系种质五丰B杂交,进而选育三系新保持系和新不育系的育种改良工作,于2009年早造育成了早籼稻新不育系吉田A。阐述了早籼稻新不育系吉田A的选育经过、特征特性、配合力表现,总结了其繁殖技术,以供参考。