溫敏型優(yōu)質(zhì)水稻兩系不育系的選育方法探究

蔡星星 張盛 王歡

摘要：兩系不育系在水稻品種選育中占據(jù)重要地位，具有易繁殖、配組自由的特點(diǎn)，同時(shí)也存在一定的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。其對光照、溫度敏感不育的特性使其在選育過程中有別于常規(guī)品種。從一個(gè)育種者的視角，以不育系的米質(zhì)、配合力、繁殖及制種產(chǎn)量為重點(diǎn)，簡述了溫敏型（TGMS）優(yōu)質(zhì)水稻兩系不育系的選育方法和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：水稻；溫敏型（TGMS）兩系不育系；選育方法

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）17-0018-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.004 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： The two-line male sterile lines play an important role in rice variety breeding with characteristics of easy reproducing and being more freedom to test hybrid combinations， at the same time， there exists some certain production risks. The characteristics of light and temperature sensitive male sterility make the two-line sterile lines different from the conventional varieties in the process of breeding. From one breeder's perspective， focusing on the rice quality， combining ability， breed， and seed production of sterile lines， the process and points for attention in breeding high quality rice TGMS lines were described briefly.

Key words： rice； TGMS lines； breeding methods

水稻兩系不育系的恢復(fù)基因廣，普遍存在于一般水稻品種。水稻兩系不育系具有易繁殖、配組自由的優(yōu)勢，應(yīng)用前景更好[1]，是兩系雜交水稻的基礎(chǔ)[2]。水稻兩系不育系最早由石明松在農(nóng)墾58中發(fā)現(xiàn)，1981年，石明松提出了一系兩用的設(shè)想[3]。光溫敏雄性核不育水稻的發(fā)現(xiàn)為雜種優(yōu)勢利用開辟了新途徑，為雜交水稻由“三系法”向“兩系法”轉(zhuǎn)變提供了種質(zhì)基礎(chǔ)[4]。目前，兩系不育系已廣泛應(yīng)用到水稻育種上，科學(xué)家利用農(nóng)墾58S等光溫敏不育系陸續(xù)培育出了100多個(gè)新的兩系不育系[5]，如生產(chǎn)上應(yīng)用比較廣泛的培矮64S和廣占63S。統(tǒng)計(jì)表明，培矮64S和廣占63S是兩系不育系中最重要的骨干不育系[6]。此外，鄧華鳳等[7]于1988年在三系雜交稻中發(fā)現(xiàn)的安農(nóng)S-1，楊遠(yuǎn)柱等[8]于1999年選育的低溫敏兩用核不育系株1S，均是推廣面積比較大的骨干不育系。

光溫敏雄性核不育是典型的生態(tài)遺傳現(xiàn)象，根據(jù)水稻在不同光溫條件下的育性反應(yīng)，水稻兩系不育系可分為光敏不育型（PGMS）、溫敏不育型（TGMS）以及光溫互作不育型（PTGMS）三個(gè)類型[9]。農(nóng)墾58S屬光敏不育型，由其衍生出的廣占63S卻為典型的溫敏型雄性不育[10，11]。此外，安農(nóng)S-1、衡農(nóng)S-1、培矮64S均為TGMS類型。光溫互作不育型如秈型不育系W7415S、密矮64S，粳型不育系GBO1S、L12S等[12]。

隨著兩系雜交水稻推廣面積的不斷擴(kuò)大，兩系不育系在生產(chǎn)中占據(jù)的地位也越來越重要。選育出育性穩(wěn)定、易繁殖、異交結(jié)實(shí)率高的兩系不育系，是適應(yīng)市場需求、提高生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)的前提。兩系不育系的選育與恢復(fù)系類似，主要通過雜交、回交的方法聚合優(yōu)良性狀，改造不良性狀。在選育的過程中可將光溫敏不育看成一個(gè)普通的農(nóng)藝性狀，將其作為目標(biāo)性狀保留即可。選育恢復(fù)系和不育系所要關(guān)注的農(nóng)藝性狀有所差異，恢復(fù)系一般選擇株型粗壯、長勢強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)、多抗、高產(chǎn)的植株，不育系一般選擇株型較矮的植株，易于制種，同時(shí)易于配制出株高適中、抗倒伏的雜交種，同時(shí)還要兼顧開花習(xí)性和柱頭外露率等。

兩系不育系的育性穩(wěn)定性是雜交制種安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。增壓選擇可以有效選育不育起點(diǎn)溫度較低的不育系，是兩系不育系選育的技術(shù)核心。全面提高綜合性狀水平和配合力是選育實(shí)用光溫敏核不育系技術(shù)的關(guān)鍵[13]。袁隆平[14]提出選育實(shí)用的光溫敏不育系，首先要考慮的是育性對溫度的反應(yīng)而不是光長。中國南方多以溫敏型水稻兩系不育系為主。典型的溫敏不育系是指在水稻正常生長所需光照范圍內(nèi)，育性轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為受溫度主控，存在明顯的溫度臨界點(diǎn)，光周期變化對育性不產(chǎn)生明顯影響[15]。結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)和自身認(rèn)知，總結(jié)了一套溫敏型優(yōu)質(zhì)水稻兩系不育系的選育方法，以一個(gè)育種者的視角介紹了具體的選育程序和應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 選育目標(biāo)的制定

1）兩系不育系選育常用的三種途徑。改造已有兩系不育系；高配合力優(yōu)良恢復(fù)系回交轉(zhuǎn)育成兩系不育系；雜交選育新的兩系不育系。

2）選擇適合改造成不育系的親本（恢復(fù)系）。一般選擇配合力好、株高較矮、分蘗能力強(qiáng)、米質(zhì)優(yōu)、綜合性狀好的各類型水稻。

3）不育系應(yīng)具備的農(nóng)藝性狀。株高較矮，易配組出株高適中的雜交組合；轉(zhuǎn)色好，有利于雜交種的后期灌漿，增加種子飽滿度，提高稻穗結(jié)實(shí)率；分蘗能力強(qiáng)，構(gòu)建良好的源庫流結(jié)構(gòu)，能夠提高雜交制種產(chǎn)量；柱頭外露率高，開花習(xí)性好，異交結(jié)實(shí)率高，易于制種，降低種子生產(chǎn)成本；轉(zhuǎn)育溫度適當(dāng)，高溫下能夠敗育徹底，育性敏感期對低溫耐受時(shí)間長，育性穩(wěn)定，低溫下自交結(jié)實(shí)率高，易繁殖。

2 選育方法

2.1 低世代選可育株

育種的原則是低世代選復(fù)雜性狀，高世代選擇簡單性狀。溫敏不育是一個(gè)遺傳簡單的性狀，常受一對或少數(shù)主效隱形基因控制，如安農(nóng)S-1、株1S受一對隱形基因控制[16，17]，因此，不育性狀應(yīng)放到高世代選擇。低世代選可育株便于獲得足量的種子和對入選單株進(jìn)行米質(zhì)分析。

2.2 高溫下鑒定米質(zhì)

水稻米質(zhì)受溫度影響較大，同一水稻品種在高溫下米質(zhì)表現(xiàn)較差，低溫下米質(zhì)較優(yōu)。溫敏型兩系不育系僅在低溫條件下可自交結(jié)實(shí)，若直接用不育系的種子作米質(zhì)分析，其結(jié)果是不準(zhǔn)確的，因此需要借助可以正常結(jié)實(shí)的雜合體在高溫環(huán)境下收種鑒定米質(zhì)。從F2開始選擇優(yōu)良可育單株收種，鑒定米質(zhì)保留優(yōu)質(zhì)米單株。每世代多選單株種成株系，保證后代有不育株分離出來，再從有不育株分離出來的株系繼續(xù)選擇可育優(yōu)質(zhì)米單株，以保證每個(gè)世代選擇出的單株都具備優(yōu)質(zhì)的特性。

2.3 高世代分離不育株

隨著世代增加，一般以5代為界，此時(shí)，多數(shù)農(nóng)藝性狀陸續(xù)穩(wěn)定，僅在育性上存在分離。這個(gè)時(shí)候可從后代選擇表型優(yōu)良的不育株。在不育株的選擇過程中應(yīng)注意幾個(gè)重要的性狀：柱頭外露率，開花是否集中，天然異交結(jié)實(shí)率，這關(guān)系到雜交組合的制種產(chǎn)量潛力；應(yīng)選擇包頸較重的不育株，然后輔助花粉鏡檢，一般包頸較重意味著育性轉(zhuǎn)換溫度較低。根據(jù)鏡檢結(jié)果，選擇無花粉型>典敗類型>圓敗類型，這是由花粉敗育時(shí)期決定的，敗育時(shí)期越早敗育越徹底。

2.4 不育株自交加代，穩(wěn)定優(yōu)良性狀，獲得一系列優(yōu)良不育系材料

黃岡夏季高溫環(huán)境下，在不育系幼穗分化4期，從每個(gè)株系選擇3～5株長勢比較好的單株，利用冷水串灌等設(shè)施輔助鑒定不育系的育性轉(zhuǎn)換溫度。用23 ℃的冷水對不育系進(jìn)行低溫處理，10 d左右（可適當(dāng)延長）從冷水池移至大田。抽穗時(shí)保留目測敗育的單株進(jìn)行花粉鏡檢，選擇育性達(dá)標(biāo)單株割蔸低溫處理，處理溫度21 ℃，再生穗收種。對大田中沒有冷水處理的不育系可觀察記錄高溫下各株系的開花習(xí)性，如柱頭外露率、花時(shí)等。不育系周圍可種植一定的恢復(fù)系，以比較不育系的自然異交結(jié)實(shí)率。

海南低溫條件下，對不育系綜合性狀進(jìn)一步篩選。觀察不育系在低溫環(huán)境下的自交結(jié)實(shí)情況和繁殖產(chǎn)量。同時(shí)，可以利用分子標(biāo)記對含有稻瘟病抗源的后代進(jìn)行輔助選擇和接種鑒定。

3 配合力測定

成批的不育系被選擇出來后要做適當(dāng)?shù)娜∩?。不育系的選育是為了測配雜交組合，因此配合力尤其是一般配合力是不育系尤為重要的一個(gè)性狀，因此有必要對它們做一個(gè)簡單的配合力測驗(yàn)。

根據(jù)已有報(bào)道和所在課題組多年測配數(shù)據(jù)，選擇不同類型，一般配合力好的恢復(fù)系5～10個(gè)。分兩期播種（兩期恢復(fù)系播種時(shí)間和間隔根據(jù)不育系生育期設(shè)置，盡量與多的不育系花期相遇，兩期恢復(fù)系間隔5～10 d為宜），將不育系種植于恢復(fù)系旁，每個(gè)不育系種1～2行。整個(gè)田間設(shè)置參考雜交制種，不同的是不育系數(shù)量較多。揚(yáng)花期趕粉獲得相應(yīng)組合的種子，次年種成株系觀察綜合性狀，并進(jìn)行測產(chǎn)。根據(jù)測產(chǎn)結(jié)果選擇配合力較好的不育系，并繼續(xù)進(jìn)行測配組合。

4 討論

1）溫敏型兩系不育系的選育方法大同小異。較多育種者在低世代即開始選擇不育性狀。溫敏型兩系不育系低溫結(jié)實(shí)的特性使得低世代選出來的不育株無法保障米質(zhì)。本研究提供的思路可以有效選育優(yōu)質(zhì)的溫敏型兩系不育系，易于配組優(yōu)質(zhì)雜交稻組合，提高了選育效率。

2）兩系不育系育性轉(zhuǎn)換溫度主要體現(xiàn)在臨界轉(zhuǎn)育溫度上和育性敏感期對低溫的耐受期長短。有些不育系遇到短期低溫育性即會(huì)波動(dòng)，有些不育系則只有受到一定長度的低溫期育性才會(huì)受到影響。因此，育性溫敏感期對低溫的耐受性的鑒定顯得尤為重要，且鑒定操作較為復(fù)雜。目前，不育系的審定還無法鑒定不育系的低溫耐受性，這為兩系雜交稻的種子生產(chǎn)埋下隱患。

3）兩系不育系在生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用，因此有必要更深入地探究兩系不育系臨界轉(zhuǎn)換溫度的遺傳機(jī)理；兩系雜交水稻生產(chǎn)中應(yīng)用的光溫敏不育基因絕大多數(shù)（>95%）由3種獨(dú)立來源的不育系衍生而來，即光敏不育系農(nóng)墾58S、溫敏不育系安農(nóng)S-1和株1S[18，19]。育種家需要鑒定和篩選新型、更加優(yōu)良、能夠直接用于兩系不育系的選育和改良的優(yōu)良主效基因源，為兩系不育系選育奠定高效和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

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