外引種質(zhì)對紅蓮型不育胞質(zhì)的恢復(fù)力鑒定研究

邢運高，劉 艷，李 健，遲 銘，楊 波，陳庭木，徐 波，孫志廣，方兆偉，盧百關(guān)，王寶祥，徐大勇

(江蘇省連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 連云港 222006)

水稻(OryzasativaL.)是我國第一大糧食作物，也是單產(chǎn)水平最高的糧食作物，全國65%以上的人口以稻米為主食[1]。我國的雜交水稻種植面積超過50%， 其產(chǎn)量占全國水稻總產(chǎn)量的60%以上，對國家糧食安全具有決定性意義[2]。

紅蓮型細胞質(zhì)雄性不育系(Honglian-type cytoplasmic male sterility, HL-CMS)，由紅芒野生稻為母本， 與江西地方品種蓮塘早父本雜交，選育成的不育系，屬配子體雄性不育類型。截止2012年8月，已選育出20多個紅蓮型雜交水稻品種[3]。在紅蓮型雜交稻新恢復(fù)系選育方面，由于紅蓮型不育系的恢保關(guān)系與野敗型明顯不同，一般來說野敗型細胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)系對紅蓮型細胞質(zhì)雄性不育系一般均具有一定的恢復(fù)能力，但達不到正常水平[4]。而野敗型細胞質(zhì)雄性不育保持系對紅蓮型細胞質(zhì)雄性不育系也有一定的恢復(fù)能力，如珍汕97，但其恢復(fù)力不強[5]。正是因為紅蓮型強恢復(fù)系很少，限制了紅蓮型雜交水稻的發(fā)展，主要從野生稻、農(nóng)家種中發(fā)掘新育性恢復(fù)基因，創(chuàng)制新恢復(fù)材料。朱英國[6]認為長江流域秈稻品種恢復(fù)性好，例如9311、E32等，但強恢復(fù)系品種不多，因此引進新的水稻資源對紅蓮型雜交水稻的發(fā)展具有重要意義。本試驗研究了外引資源對紅蓮型不育系的恢保關(guān)系，為人工選育新的水稻雄性不育系、保持系和恢復(fù)系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

紅蓮型不育胞質(zhì)的不育系為珞紅4A(引自武漢大學(xué))。187 份水稻種質(zhì)資源(表1)引自國際水稻所(來自五大洲28個國家，其中亞洲有107 份、歐洲44 份、南美洲19份、非洲9 份、北美洲8份)。2017年在連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院東辛基地配制測交F1187份。

1.2 田間種植與試驗方法

2018年在連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院東辛基地種植F1以及測交父本，5月10日播種，6月12日移栽，行株距23 cm×17 cm，每個組合種植4行，每行8株。田間管理如一般大田管理。

所有測驗種及其父本材料成熟后，取中間5株考察其自然結(jié)實率。取中間10株考察株高、有效穗、穗長等農(nóng)藝性狀。根據(jù)F1小穗結(jié)實率，參照陸賢軍等[7]提出的育性分類方法，將測交父本分成了3種類型：強恢品種，F(xiàn)1結(jié)實率在75%以上；半恢半保型品種，F(xiàn)1結(jié)實率在5.1%～75%；保持品種，F(xiàn)1結(jié)實率在5.0%以下。參照阮仁超等[8]的方法，以恢復(fù)指數(shù)(CR)對資源進行恢復(fù)力強弱評價。

CR=F1平均結(jié)實率/測交父本結(jié)實率

續(xù)表1：

材料編號品種名來源國家材料編號品種名來源國家18ZY037FAISCA葡萄牙18ZY131HAGOO中國18ZY038FLIPPER意大利18ZY132KAYELIKUNING印度尼西亞18ZY039FRAGANCE意大利18ZY133LIANGGUANG中國18ZY040GANIGI印度尼西亞18ZY134M6034-1中國18ZY041GIGANTEVERCELLI意大利18ZY135MAKKHEUADENG老撾18ZY042GIOVANNIMARCHETTI意大利18ZY136MAOZHANUO中國18ZY043GIZA178埃及18ZY137MAWEIZHAN中國18ZY044GLADIO意大利18ZY138NANERHAI5中國18ZY045GOGO印度尼西亞18ZY139NANTEO14中國18ZY046GRAAL法國18ZY140P168中國18ZY047GRALDO意大利18ZY141SANBAOGU中國18ZY048HAREM葡萄牙18ZY142UPRH166印度18ZY049IR2344-P1PB-9-3-2B菲律賓18ZY143UPRH265印度18ZY050IR28菲律賓18ZY144YERIBUTUKA尼日利亞18ZY051ITALPATNA48意大利18ZY145YUNNANZHAN中國18ZY052LUXOR意大利18ZY146ZAOLENGSHUIZHAN中國18ZY053MEDUSA意大利18ZY147AMON4孟加拉國18ZY054MERLE法國18ZY148ARC13276印度18ZY055MESTRE意大利18ZY149ARC13515印度18ZY056MIARA意大利18ZY150CR157-392-4印度18ZY057MUGA葡萄牙18ZY151CR579-1-3印度18ZY058OPALE意大利18ZY152KAMRANGA孟加拉國18ZY059PELDE澳大利亞18ZY153KEYANUNIA印度18ZY060PIEMONTE意大利18ZY154KHAOTAM老撾18ZY061PLOVDIV22保加利亞18ZY155KWANGLUAI4中國18ZY062PLOVDIV24保加利亞18ZY156RLGOPHER美國18ZY063PLUS意大利18ZY157RP20-12印度18ZY064REXMONT美國18ZY158AMAKOYALI印度18ZY065RIZZOTTO51/1意大利18ZY159ANENOE印度尼西亞18ZY066RODINA保加利亞18ZY160ARC10537印度18ZY067RPC12中國18ZY161ARC11478印度18ZY068RUBIDIO意大利18ZY162ARC13156印度18ZY069RUBINO意大利18ZY163ARC13373印度18ZY070SALVO意大利18ZY164B6311A5553-16-2美國18ZY071SAMBA意大利18ZY165BAIMANGAIZHONG中國18ZY072SANDOCA葡萄牙18ZY166CIPPI印度18ZY073SMERALDO意大利18ZY167DENGPEE老撾18ZY074WAS63-22-5-9-10-1塞內(nèi)加爾18ZY168K113印度18ZY075YRM6-2澳大利亞18ZY169KONSIM老撾18ZY076SEBERANGMR77Mali18ZY170KOTODESHI印度18ZY077BEGUM印度18ZY171MIUDOROXO巴西18ZY078BOND美國18ZY172QUNXUANZAO中國18ZY079CALROSE76美國18ZY173R146印度18ZY080M102美國18ZY174UPRH33印度18ZY081UPRH233印度18ZY175TANALA馬達加斯加18ZY082ARC10754印度18ZY176KALAI緬甸18ZY083ARC10799印度18ZY177R258老撾18ZY084ARC11626印度18ZY178CHAOMEO老撾18ZY085ARC14654印度18ZY179KUJAMKURIT印度尼西亞18ZY086ARC18112印度18ZY180RAMADITRA馬達加斯加18ZY087C662083中國臺灣18ZY181SOKSOV柬埔寨18ZY088CHIRGUA1I22委內(nèi)瑞拉18ZY182BUBAW緬甸18ZY089CICA9哥倫比亞18ZY183AUS359孟加拉國18ZY090CRILLOLAFRIA委內(nèi)瑞拉18ZY184BORO394孟加拉國18ZY091DANGOMOCHI日本18ZY185KHAIDO老撾18ZY092E2024中國18ZY186DAMMNOEBTHNGORN′柬埔寨18ZY093E2040中國18ZY187IR45427-2B-2-2B-1-1菲律賓18ZY094ESTRELAA葡萄牙

2 結(jié)果與分析

2.1 測交F1的自然結(jié)實率的表現(xiàn)

考察187份外引水稻資源與紅蓮型不育系珞紅4A測交F1的自然結(jié)實率，結(jié)果表明F1結(jié)實率在1.9%～87.1%。由圖1可見，測交F1代的結(jié)實率呈連續(xù)性分布，而大多數(shù)品種的結(jié)實率在5%～50%。由此可見，在外引水稻資源中既可篩選出恢復(fù)系，又可篩選出保持系。

2.2 測交父本的類型分類

供試的187份外引水稻種質(zhì)對紅蓮型不育系的恢保關(guān)系測定結(jié)果(表2)表明：強恢復(fù)類類型有19份；保持類型有5份；半恢半保型有163份。在恢復(fù)類型中，來源于中國的PAI CHUEH CHIU LIU、SAN SHIH TSI、YA NONG ZAO 4、LIANG GUANG、NAN ERH AI 5、NAN TEO 14，印度的CO 39、K 479-2-3、ARC 11959、CSR-89 IR-15、ARC 11478，老撾的MAK KHEUA DENG、DENG PEE，意大利的MEDUSA，保加利亞的RODINA，馬達加斯加的KALAPATLE，印度尼西亞的ANENOE，美國的B 6311 A 5553-16-2，柬埔寨的SOK SOV與珞紅4A所配的測驗種的結(jié)實率在75%以上，對紅蓮型不育系的恢復(fù)能力較強，可作為選育恢復(fù)系的親本。在保持類型中，來源于西班牙的CAPATAZ、哥倫比亞的CT 36、葡萄牙的ESTRELA A、中國臺灣的TSAI YUAN CHON以及緬甸的BUBAW等5個種質(zhì)與珞紅4A所配的測驗種的結(jié)實率分別是1.9%、2.6%、2.6%、2.1%、24%，對紅蓮型不育系保持力強，可作為選育紅蓮型保持系的材料。

圖1 測交F1結(jié)實率分布

項目育性類型恢復(fù)型半恢半保型保持型結(jié)實率/%≥755.1～74.9≤5品種數(shù)/個191635占供測品種比例/%10.287.12.7代表品種PAICHUEHCHIULIU、SANSHIHTSI、YANONGZAO4、LIANGGUANG、NANERHAI5、NANTEO14、CO39、K479-2-3、ARC11959、CSR-89IR-15、ARC11478、MAKKHEUADENG、DENGPEE、MEDUSA、RODI-NA、KALAPATLE、ANENOE、B6311A5553-16-2、SOKSOVCAPATAZ、CT36、ES-TRELAA、TSAIYUANCHON、BUBAW

2.3 測交組合F1與其父本的性狀表現(xiàn)差異

分析測交F1結(jié)實率在75%以上的19個組合以及相應(yīng)測交父本的株高、穗長、穗總粒數(shù)、實粒數(shù)、自然結(jié)實率和千粒重等6個性狀，結(jié)果(表3)與測交父本相比，測交F1的株高、自然結(jié)實率和千粒重有降低的趨勢，穗長和穗粒數(shù)有增加的趨勢。15個測交父本的株高在130 cm以下， 4個父本株高在140～159 cm，但所有測驗種的株高在140 cm以下。

一般情況下，相對恢復(fù)指數(shù)CR<1，表明測驗種的結(jié)實率小于父本的結(jié)實率。一般以相對恢復(fù)指數(shù)CR=0.8為恢復(fù)閾值。本試驗中4個品種的CR>1，超過了恢復(fù)閾值0.8，可能是這些種質(zhì)對光溫反應(yīng)較為敏感，在連云港地區(qū)的結(jié)實率低于原產(chǎn)地的緣故。

2.4 恢復(fù)種質(zhì)測交F1與父本主要性狀的相關(guān)與回歸分析

對19個強恢種質(zhì)測交F1與其測交父本的6個重要性狀均值進行相關(guān)和回歸分析，結(jié)果表明(表4)，株高(r=0.948**)、千粒重(r=0.884**)和穗長(r=0.766**)3個性狀達極顯著相關(guān)，而其余的3個性狀的相關(guān)不顯著。相關(guān)程度的大小順序為: 株高>千粒重>穗長>穗總粒數(shù)>穗實粒數(shù)>自然結(jié)實率。這與蘇澤勝[10]對安徽地方種質(zhì)資源以及阮仁超等[8]對貴州地方稻種資源的研究結(jié)果類似。

表3 恢復(fù)種質(zhì)測交F1與父本的性狀比較

表4 恢復(fù)種質(zhì)測交F1與父本主要性狀的相關(guān)與回歸分析結(jié)果

2.5 強恢種質(zhì)的地理分布與育種利用

依據(jù)測驗種的小穗自然結(jié)實率，共篩選結(jié)實率在75%以上的種質(zhì)19份(表3)。分析這19份種質(zhì)的來源區(qū)域，除南美洲沒有篩選到種質(zhì)外，其余的4個洲都有分布(圖2)。篩選出亞洲種質(zhì)最多，達15個，占強恢種質(zhì)的78.9%，占來源于亞洲種質(zhì)的14%。僅篩選出2份歐洲強恢資源，占來源于歐洲種質(zhì)的4.5%，說明歐洲種質(zhì)含有恢復(fù)資源較少。總的來說，對紅蓮型不育系具有恢復(fù)能力的種質(zhì)分布較為零散，分布范圍較廣。

由表3可以看出，篩選的19個種質(zhì)，平均株高121.2 cm，平均穗總粒數(shù)176.7粒。來自老撾的MAK KHEUA DENG和美國的B6311A5553-16-2的種質(zhì)，株高適中，穗型較大，與珞紅4A所配的F1結(jié)實率分別是83.9%、80.7%，可作為恢復(fù)系直接使用。尤其是B6311A5553-16-2，也可恢復(fù)野敗型不育細胞質(zhì)，與野敗型不育系贛73A所配組合的株葉形態(tài)好、株高較矮、熟期適中、豐產(chǎn)性好，對此品種的遺傳背景值得進一步研究。

圖2 強恢種質(zhì)各洲分布

3 討論

豐富的水稻種質(zhì)資源及其遺傳多樣性是種質(zhì)創(chuàng)新與新品種培育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，中國水稻育種進入瓶頸期，恢復(fù)基因來源較窄，遺傳基礎(chǔ)十分狹窄，同質(zhì)化嚴重，難以出現(xiàn)突破性的品種[11]，其中重要原因之一就是對稻種資源的引進、利用和創(chuàng)新不夠[12]。目前國內(nèi)表現(xiàn)突出的品種往往是導(dǎo)入國外優(yōu)異種質(zhì)而育成的，如華占是以馬來西亞的SC02-S6為基礎(chǔ)材料，經(jīng)過反復(fù)測交與系統(tǒng)選育而成的恢復(fù)系。它的特點是矮稈、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、抗稻瘟病，對三系、兩系不育系皆能恢復(fù)。本研究通過引進來自五大洲的187份種質(zhì)資源，以測交F1的自然結(jié)實率為標(biāo)準(zhǔn)，對紅蓮型細胞質(zhì)不育系恢復(fù)種質(zhì)進行了測驗與分類，并對恢復(fù)種質(zhì)的來源地進行了分析。從中可知對紅蓮型不育系具有恢復(fù)能力的種質(zhì)資源分布較為廣泛，并且篩選到的資源大多數(shù)農(nóng)藝性狀較好，可作為選育恢復(fù)系的理想親本。例如來自老撾的MAK KHEUA DENG和美國的B 6311 A5553-16-2可以直接作為恢復(fù)系，配制新組合，而篩選的CAPATAZ、CT 36、ESTRELA A、TSAI YUAN CHON、BUBAW等種質(zhì)柱頭外露率高、異交習(xí)性好，可以轉(zhuǎn)育為不育系。篩選的19份強恢種質(zhì)資源，主要來源于亞洲，其中中國6份、印度5份、老撾2份、印度尼西亞和柬埔寨各1份。分析原因主要有兩點：一是亞洲地區(qū)有較多強恢種質(zhì)；二是，來源于亞洲的供測品種較多(107份)，篩選到的強恢種質(zhì)幾率較大。來源于南美地區(qū)19份供試種質(zhì)，沒有篩選到強恢種質(zhì)，但篩選出保持種質(zhì)一份(CT 36)，在育種實踐中，來自于南美洲的材料，應(yīng)避免作為恢復(fù)系的選育親本。對農(nóng)藝性狀較好、配合力好、柱頭外露率高的種質(zhì)，可以考慮作為選育保持系的親本資源。

遺傳學(xué)分析表明，紅蓮型不育胞質(zhì)的恢復(fù)是由兩對恢復(fù)基因Rf5和Rf6控制的。只攜帶Rf5或Rf6時F1植株中50%的花粉粒可育，而聚合2個基因時花粉育性可達到75%，同時植株抗逆性增強[3]?；謴?fù)基因Rf5[13]和Rf6[14]已經(jīng)被克隆。根據(jù)恢復(fù)基因Rf5 和Rf6的特點，朱仁山等[15]利用分子標(biāo)記對100 多份野生稻和農(nóng)家種的育性恢復(fù)基因進行分析，結(jié)果表明絕大部分材料中均存在恢復(fù)基因Rf5，同時含有Rf5和Rf6這2 個恢復(fù)基因的材料不多；同時對新選育的4個穩(wěn)定的新型配子體細胞質(zhì)雄性不育系進行測恢發(fā)現(xiàn)，部分恢復(fù)系具有細胞質(zhì)特異性，這與已克隆的紅蓮型恢復(fù)基因Rf5和Rf6不同。本試驗篩選的19份強恢種質(zhì)，是否含有Rf5、Rf6或者新的恢復(fù)基因有待進一步研究。