秈粳交后代的秈粳分類(lèi)及育性穩(wěn)定性分析

林荔輝, 吳建梅, 林培清, 祁建民

(福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院，福建 福州 35002)

秈粳交后代的秈粳分類(lèi)及育性穩(wěn)定性分析

林荔輝, 吳建梅, 林培清, 祁建民

(福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院，福建 福州 35002)

以珍汕97B/秀水13的系列F7代株系為材料，在程氏秈粳分類(lèi)與SSR分子聚類(lèi)分析的基礎(chǔ)上，鑒定了秈粳交后代株系在兩種不同溫度下的花粉黑染率與結(jié)實(shí)率的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,F7代株系的秈粳屬性發(fā)生明顯分離，以偏秈型比例最大，占47.7%；SSR分子聚類(lèi)在遺傳相似系數(shù)為0.54處將秈粳交后代大致分成秈、粳兩大類(lèi)群;SSR分子聚類(lèi)結(jié)果與程氏秈粳分類(lèi)結(jié)果基本吻合，相符度達(dá)85.4%。秈粳交后代花粉黑染率與結(jié)實(shí)率易受低溫影響，育性下降，且變異系數(shù)大。根據(jù)育性表型可篩選出育性穩(wěn)定的株系作為秈粳交育種材料。

水稻; 秈粳交; 程氏分類(lèi); 聚類(lèi)分析; 育性穩(wěn)定性

秈粳亞種雜種超親優(yōu)勢(shì)強(qiáng),有效利用其雜種優(yōu)勢(shì)已成為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)超級(jí)雜交稻育種目標(biāo)的主要方向[1]。秈粳雜種一代不僅存在育性障礙，且結(jié)實(shí)率對(duì)環(huán)境變化較為敏感，溫度是影響其育性穩(wěn)定性的主要因素[2-4]。水稻灌漿結(jié)實(shí)的適宜溫度一般在20-25 ℃左右，而秈粳雜種則需在更高的溫度下方可正常孕穗結(jié)實(shí)，當(dāng)溫度<24 ℃就可能導(dǎo)致育性下降[5]。生產(chǎn)上常常因夏季溫度突然降低而導(dǎo)致秈粳雜種明顯減產(chǎn)，即使帶有廣親和基因的秈粳雜種也易受影響[6]，如廣東、湖南、江蘇、福建等省推廣的亞優(yōu)2號(hào)等均出現(xiàn)因低溫導(dǎo)致結(jié)實(shí)率下降甚至不育，亞種間優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮[7]。因而，在秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用上，既要考慮產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，還需兼顧其在不同地域的適應(yīng)性與穩(wěn)產(chǎn)性，而穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素是結(jié)實(shí)率的穩(wěn)定性[8]。

本研究選用偏秈型珍汕97B與偏粳型秀水13的雜交組合為育種群體，通過(guò)系譜法加代，篩選出株葉形態(tài)好、綜合性狀優(yōu)良的系列F7代株系。在程氏秈粳分類(lèi)法與SSR分子聚類(lèi)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，分析了不同海拔高度與溫度下秈粳類(lèi)群的花粉黑染率與結(jié)實(shí)率的穩(wěn)定性，為育種后代材料的選擇與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

以珍汕97B/秀水13的F2代為育種群體，通過(guò)系譜法育成性狀穩(wěn)定的41個(gè)F7代秈粳交后代。以5個(gè)秈型雜交稻(記為A5)、3個(gè)秈粳雜交稻(記為A6)、4個(gè)常規(guī)秈稻(記為A7)和3個(gè)常規(guī)粳稻(記為A8)為對(duì)照。除對(duì)照A6由三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供外，其他材料均由福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院提供。

1.2 程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)秈粳分類(lèi)

采用程氏形態(tài)指數(shù)分類(lèi)法對(duì)F7株系進(jìn)行秈粳屬性分類(lèi)[9]。根據(jù)分類(lèi)分值判定各株系秈粳特性，即分值18-24為粳(記為A1)，14-17為偏粳(記為A2)，9-13為偏秈(記為A3)，0-8為秈(記為A4)。

1.3 SSR分子標(biāo)記聚類(lèi)分析

根據(jù)McCouch et al[10]的SSR分子標(biāo)記連鎖圖譜，在覆蓋水稻整個(gè)基因組的SSR引物中，篩選出均勻分布在12條水稻染色體的76對(duì)SSR引物，對(duì)F7代株系進(jìn)行聚類(lèi)分析。SSR標(biāo)記引物由上海生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成。采用SDS方法提取水稻親本與F7代株系DNA[11]。20 μL PCR反應(yīng)體系為：(1)13.5 μL ddH2O；(2)2.0 μL引物；(3)2.0 μL Buffer(含Mg2+)；(4)0.3 μL dNTPs；(5)0.2 μL Taq酶；(6)2.0 μL模板DNA。Taq酶、Buffer(含Mg2+)由福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院配置。PCR反應(yīng)設(shè)33個(gè)循環(huán)，每循環(huán)為：94 ℃變性5 min，94 ℃ 1 min、55 ℃ 1 min、72 ℃ 1min，最后72 ℃延伸10 min。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物采用6%非變性聚丙烯酰胺凝膠垂直電泳分離，根據(jù)引物片段大小調(diào)整電泳時(shí)間，經(jīng)銀染后顯帶分析。

1.4 育性穩(wěn)定性鑒定

2009年7月1日、3日，分別在不同海拔高度下播種F7代株系與對(duì)照，其中順昌縣坂山村與莆田縣西天尾鎮(zhèn)的海拔高度分別為856、60 m(海拔每升高100 m，溫度下降0.6 ℃，順昌試點(diǎn)溫度大約比莆田試點(diǎn)低4.8 ℃)，以A5、A6、A7、A8為對(duì)照，考察秈粳交后代的花粉黑染率與結(jié)實(shí)率，分析A1、A2、A3、A4四類(lèi)群在不同溫度條件下的花粉黑染率與結(jié)實(shí)率差值，鑒定育性穩(wěn)定性。待各株系全部抽穗后，分別于10月5日(低海拔)和6日(高海拔)早上8：00左右，每株系隨機(jī)取3穗，每穗取當(dāng)日5朵開(kāi)放穎花，混合制片，采用1%I2-KI染色鏡檢，以黑染率的百分率考察育性，取平均值。在水稻成熟期，每份材料取5穗相同成熟度的稻穗考察結(jié)實(shí)率，取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

利用DPS軟件分析秈粳交后代程氏形態(tài)學(xué)分類(lèi)指數(shù)與6個(gè)性狀間分值間的相關(guān)；采用Nei-Li類(lèi)平均法進(jìn)行SSR標(biāo)記數(shù)據(jù)的聚類(lèi)分析；并對(duì)比程氏形態(tài)學(xué)分類(lèi)與SSR分子聚類(lèi)分析結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)分類(lèi)

程氏形態(tài)學(xué)分類(lèi)結(jié)果(表1)表明，對(duì)照常規(guī)粳稻、常規(guī)秈稻、秈型雜交稻以及秈粳雜交稻的程氏指數(shù)分值均對(duì)應(yīng)于各自不同的類(lèi)群。41個(gè)F7代株系的秈粳屬性發(fā)生明顯分離, 形態(tài)指數(shù)值呈連續(xù)分布。按秈型(0-8分)、偏秈型(9-13分)、偏粳型(14-17)、粳型(18-24)等4種類(lèi)群劃分，群體中出現(xiàn)了大量偏秈與偏粳的中間類(lèi)型，秈∶偏秈∶偏粳∶粳的比例為7∶21∶10∶3，即21個(gè)株系偏秈型，占總株系的47.7%；而屬性偏粳或粳的株系較少，分別為10個(gè)和3個(gè)，兩者總和占總株系的31.7%，分離偏值可能與親本秀水13程氏指數(shù)分值較低(分值僅14分)有關(guān)。從表1還可見(jiàn)，部分株系形態(tài)學(xué)明顯偏粳，但分類(lèi)卻偏秈，反之亦然。上述偏差可能由于葉毛、稃毛等性狀的表型分值具有較大的人為誤差所致，這些株系的遺傳背景則有待于采用更為精確的分子標(biāo)記加以分析。

表1 珍汕97B/秀水13群體秈粳交后代的程氏形態(tài)學(xué)分類(lèi)

41個(gè)株系和對(duì)照的程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)與各性狀分值的相關(guān)分析見(jiàn)表2。從表2可知，稃毛、酚反應(yīng)、1-2穗節(jié)長(zhǎng)、抽穗殼色、葉毛、籽粒長(zhǎng)寬比等6個(gè)性狀與程氏指數(shù)總分值之間均呈極顯著正相關(guān)，表明程氏指數(shù)法中的6項(xiàng)判別性狀指標(biāo)都是區(qū)分秈粳類(lèi)型的重要性狀。其中與程氏形態(tài)指數(shù)相關(guān)系數(shù)最高的性狀為籽粒長(zhǎng)寬比和酚反應(yīng)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.70**和0.69**，兩性狀對(duì)判斷秈粳分類(lèi)較為可靠。6個(gè)性狀間除了酚反應(yīng)與長(zhǎng)寬比的相關(guān)系數(shù)為0.53**外，其他性狀間的相關(guān)系數(shù)都較低，且大多性狀間未達(dá)顯著相關(guān)，表明上述6個(gè)判別性狀在遺傳上相互獨(dú)立，其綜合作用決定秈粳交后代的程氏分類(lèi)指數(shù)與秈粳分類(lèi)的表現(xiàn)。

表2 程氏形態(tài)學(xué)秈粳指數(shù)與6個(gè)性狀分值間的相關(guān)分析1)

1)**表示差異達(dá)0.01顯著水平。

2.2 SSR分子聚類(lèi)分析

秈粳交后代株系經(jīng)多代自交后，出現(xiàn)了明顯的遺傳變異。F7代株系的SSR分子標(biāo)記聚類(lèi)分析見(jiàn)圖1。由圖1可知，SSR標(biāo)記能較好地區(qū)分粳稻和秈稻，且可直觀表現(xiàn)出各株系間的遺傳距離差異。41個(gè)F7代株系在遺傳相似系數(shù)0.54處可分成兩大類(lèi)群，即粳稻類(lèi)群(與秀水13同類(lèi)群) 和秈稻類(lèi)群(與珍汕97B同類(lèi)群)。對(duì)比程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)分類(lèi)與SSR分子聚類(lèi)結(jié)果，僅6個(gè)株系出現(xiàn)分類(lèi)偏差，相符度達(dá)85.4%。其中在粳稻類(lèi)群中，除了株系440(程氏秈粳分值14)聚類(lèi)到秈稻類(lèi)群中，其余12個(gè)粳或偏粳的株系均與秀水13聚類(lèi)于同一類(lèi)群，兩種分類(lèi)結(jié)果基本吻合；在粳稻類(lèi)群中還聚類(lèi)了26、28、30、144、204等5個(gè)偏秈型株系，上述株系的程氏秈粳分值分別為12、10、13、12和13，接近偏粳；酚反應(yīng)分值分別為3、4、4、3、3，長(zhǎng)寬比分值均為3分，兩性狀均傾向粳類(lèi)群分值。故上述誤差可能由于程氏分類(lèi)時(shí)對(duì)葉毛、1-2穗節(jié)長(zhǎng)、抽穗殼色等性狀判別的人為誤差所致。此外，鑒定結(jié)果也可能受外部自然環(huán)境影響產(chǎn)生一些微小的變化。綜上分析表明，程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)分類(lèi)與SSR分子聚類(lèi)對(duì)較為典型的秈粳特性分析是有效的，但對(duì)判斷一些中間型材料的分類(lèi)仍需加以完善。

圖1 41個(gè)秈粳交后代的SSR分子聚類(lèi)圖

2.3 秈粳交后代育性穩(wěn)定性分析

9月中下旬后，各供試材料均處于水稻的生殖生長(zhǎng)期。逐日記載莆田低海拔試點(diǎn)的日平均溫度變化，并依據(jù)兩地溫差(4.8 ℃)推算順昌試點(diǎn)的高海拔溫度變化情況(圖2)。由圖2可知，莆田試點(diǎn)在10月7日后出現(xiàn)<24 ℃的日平均溫度， 11月2日后逐漸低于20 ℃；而在9月19日，順昌試點(diǎn)日平均溫度就出現(xiàn)<24 ℃，10月3日后已明顯低于20 ℃。不同海拔間溫度差異可有效鑒定出秈粳交后代的育性穩(wěn)定性。

F7代株系類(lèi)群程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)平均分值分別為19.33(A1)、13.02(A2)、10.71(A3)和6.14(A4)；而對(duì)照分值分別為6.60(A5)、9.00(A6)、8.50(A7)以及17.34(A8)，類(lèi)群內(nèi)的變異系數(shù)變幅為11.95%-28.34%，秈粳分值變異大，說(shuō)明秈粳交后代及對(duì)照具有典型性(表3)。

圖2 2009年2種不同海拔高度的溫度差異

類(lèi)型秈粳分值CV/%低海拔黑染率/%CV/%結(jié)實(shí)率/%CV/%A119.33±2.3111.9595.67±4.935.1571.6±8.9012.43A213.02±3.6928.3487.80±26.0629.6776.24±22.0928.97A310.71±1.4813.8296.10±8.578.9275.86±12.1015.95A46.14±1.4623.7792.86±14.5315.7874.91±12.6816.93A56.60±1.5323.0397.00±3.934.0586.98±6.217.14A69.00±2.0022.2297.30±1.151.1875.87±6.438.48A78.50±1.9122.4798.75±0.500.5185.23±9.5611.21A817.34±3.0517.5998.67±0.570.5887.70±4.695.35類(lèi)型高海拔黑染率/%CV/%結(jié)實(shí)率/%CV/%不同海拔下育性差值黑染率/%CV/%結(jié)實(shí)率/%CV/%A165.0±18.0327.7458.3±7.1512.2630.67±17.0155.4613.33±6.9552.14A278.97±23.7930.1366.86±20.7030.968.83±13.03147.569.38±11.31120.57A381.02±20.6025.4262.54±19.4231.0515.07±18.99126.0113.32±15.22114.26A485.21±17.5020.5361.44±12.8220.877.64±3.4244.7613.47±7.4555.31A591.01±6.527.1681.78±7.288.905.99±3.2454.005.20±2.1441.15A683.33±5.776.9262.57±6.6410.6113.97±5.1336.9113.3±11.6787.74A794.00±5.005.3282.55±9.3011.274.75±3.7779.372.68±0.269.70A891.67±2.893.1586.37±3.954.577.00±2.6437.711.33±0.8060.15

1)A1.粳型后代；A2.偏粳型后代；A3.偏秈型后代；A4.秈型后代；A5.秈稻雜交稻；A6.秈粳雜交稻；A7.秈稻常規(guī)對(duì)照；A8.粳稻常規(guī)對(duì)照。

從表3可見(jiàn)，所有供試材料在低海拔的花粉黑染率變幅為87.80%-98.75%，屬正?？捎?，但秈粳交后代株系的花粉黑染率變異系數(shù)明顯高于對(duì)照(A5-A8)。在高海拔條件下，秈粳交后代受低溫影響的黑染率降幅明顯高于對(duì)照，變幅為65.00%-85.21%，變異系數(shù)增大，育性穩(wěn)定性差；而對(duì)照A5、A7、A8較為穩(wěn)定，表明秈粳交后代易受低溫影響，導(dǎo)致花粉黑染率明顯降低。結(jié)實(shí)率變化趨勢(shì)與花粉黑染率相似，低海拔下的秈粳交后代結(jié)實(shí)率均值明顯高于高海拔下的結(jié)實(shí)率，兩者差值變幅在9.38-13.47個(gè)百分點(diǎn)，變異系數(shù)在6.95%-15.22%之間；秈粳雜交稻(A6)差值為13.3個(gè)百分點(diǎn)，其他3組對(duì)照的結(jié)實(shí)率較為穩(wěn)定，變幅僅為1.33-5.20個(gè)百分點(diǎn)，且變異系數(shù)小(0.26%-2.14%)。綜上所述，秈粳交后代及秈粳雜交稻育性均易受低溫影響，降幅大，育性穩(wěn)定性明顯低于對(duì)照(A5、A7、A8)。后代株系間在不同溫度條件下花粉黑染率與結(jié)實(shí)率的穩(wěn)定性也不同，其中7個(gè)株系的育性穩(wěn)定性好。因而，這些株系是符合育種目標(biāo)的中間材料，尤其是7、17、163等3個(gè)偏粳株系利用價(jià)值高。

3 討論

秈粳間遠(yuǎn)緣品種雜交后代變異大，易創(chuàng)制出新的水稻資源，有效利用優(yōu)異的中間材料，是實(shí)現(xiàn)雜交水稻超高產(chǎn)育種的有效途徑。許旭明[12]研究表明，秈粳雜種優(yōu)勢(shì)利用存在雙親秈粳差異適度問(wèn)題，即過(guò)大或過(guò)小的雙親遺傳差異均不利于雜種優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。因此，判定與分析秈粳交后代的秈粳含量對(duì)育種材料的選擇是必要的。采用偏秈型珍汕97B與偏粳型秀水13雜交群體的高代株系中，秈粳屬性發(fā)生明顯分離,形態(tài)指數(shù)值呈連續(xù)分布，多為偏秈型。這一結(jié)果與徐正進(jìn)等[13]利用秈稻與偏粳型親本雜交的F2代群體株系后代程氏指數(shù)變異結(jié)果相似。本研究中發(fā)現(xiàn)部分株系植株形態(tài)學(xué)偏粳型，但程氏形態(tài)學(xué)指數(shù)分類(lèi)結(jié)果為偏秈型，SSR分子聚類(lèi)分析則偏粳。由此表明，形態(tài)學(xué)標(biāo)記只是一種表觀的分類(lèi)方法，在實(shí)際應(yīng)用中可能存在一定人為誤差，有效探討其遺傳基礎(chǔ)，應(yīng)采用SSR分子標(biāo)記法加以鑒定。

低溫可使水稻亞種間雜種的雌、雄配子發(fā)育受阻，花粉黑染率和結(jié)實(shí)率降低。亞種間開(kāi)花期的安全日平均溫度和適宜日平均溫度一般比常規(guī)水稻的平均溫度分別高2.0、1.2 ℃左右，因而，篩選鑒定亞種間雜種結(jié)實(shí)率的耐低溫能力是秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要前提[14]。Li et al[15]對(duì)秈粳雜種育性的低溫敏感性遺傳分析表明，不同組合間的育性受低溫影響程度大，且與其親本的遺傳背景密切相關(guān)，育性基因由一或幾個(gè)基因共同控制，等位基因間的互作導(dǎo)致了在低溫條件下的雜種不育性。李和標(biāo)等[2]認(rèn)為溫度可以影響秈粳雜種的育性，當(dāng)夏季日平均溫度低于22 ℃時(shí)，亞種間雜種結(jié)實(shí)率明顯降低。本研究中秈粳交后代育性也易受溫度變化影響，與常規(guī)對(duì)照相比，低溫條件下的水稻花粉黑染率與結(jié)實(shí)率明顯降低，但也篩選出部分育性穩(wěn)定性好的中間材料，并在秈粳雜交育種上取得明顯進(jìn)展[1]。當(dāng)然，育性的耐冷性可能涉及諸多復(fù)雜的遺傳機(jī)制和生理生化過(guò)程，如何有效克服秈粳交后代育性低溫敏感性問(wèn)題則有待進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯:陳幼玉)

Indica-japonicaclassification and fertility stability analysis ofindica×japonicacross progeny

LIN Li-hui, WU Jian-mei, LIN Pei-qing, QI Jian-min

(College of Crop Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Based on Cheng′s morphological classification and SSR molecular clustering, the fertility stability of 41 F7lines derived from an original Zhenshan 97B (indica) × Xiushui 13 (japonica) cross was analyzed under two different temperatures. The results showed the following: 1) the F7lines were clearly segregating forindica-japonicaattributes, with a larger proportion (47.7%) beingindica-clinioustype; 2) the F7lines were divided intoindica- orjaponica-clinious groups at the genetic similarity coefficient value of 0.54; 3) there was a 85.4% agreement on results between SSR molecular clustering and Cheng′s index; and 4) the fertility of the F7lines, in terms of pollen stain rate and seed setting rate, was declined by exposure to low temperature with large coefficient of variation values. The fertility phenotype can be to screen for excellent breeding material inindica-japonicahybrid breeding program.

rice;indica-japonicahybrid; Cheng′s index; cluster analysis; fertility stability

2015-08-05

福建省教育廳資助項(xiàng)目(JA12096)。

林荔輝(1970-)，男，副研究員，博士。研究方向：水稻遺傳育種。Email:lihui9027@163.com。

S511

A

1673-0925(2015)03-0145-06

10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2015.03.001