廣東常規(guī)稻的回交育種

李 宏，周少川，王重榮，黃道強，王志東，陳宜波，趙 雷，龔 蓉，潘陽陽

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點實驗室，廣東廣州510640）

1978—2018 年41 a 間，廣東省共審定了324 個常規(guī)稻品種，其中，航香糯、粵航1 號、華航1 號等3 個品種由空間誘變育成，野秈占8 號、巴太香占、特青2號等14個品種由系選育成，桂朝2號、七山占、粳秈89、粵香占、黃華占等307 個品種均由雜交育種法（單交、復(fù)交、回交）育成［1］。雜交育成品種數(shù)量占整個常規(guī)稻品種數(shù)量的95%，雜交育種無疑是應(yīng)用最廣泛、成效最顯著的育種方法。在雜交育種中，由回交法育成的品種僅有玉香油占、華小黑、美香占2 號、雙銀占、華標(biāo)1 號，粵標(biāo)5 號等6 個品種［1］，回交育成的品種在整個雜交育成種的占比不到2%。本文簡述了回交種及回交導(dǎo)入系的培育過程，分析了回交品種及導(dǎo)入系的相關(guān)情況，提出了回交育種的合理程序。

1 回交品種及回交導(dǎo)入系的培育進(jìn)程

2005 年前的27 a 間，未有回交品種通過審定，2005 年后，玉香油占等6 個回交品種相繼通過審定。同時構(gòu)建了豐矮占1 號回交導(dǎo)入系群體。

玉香油占2005 年通過廣東省品種審定（粵審稻2005013），由廣東省農(nóng)科院水稻研究所超級稻育種研究室育成，其品種來源為“TY36/IR100//IR100”。1999 年選用水稻與玉米遠(yuǎn)緣雜交后代變異中間材料“TY36”為母本，它具備結(jié)實率高，前期早生早長，植株高大，莖稈粗壯，葉片長、寬、厚、直的優(yōu)點，但分蘗偏少，米質(zhì)較差；選用國際水稻所的優(yōu)質(zhì)抗病種質(zhì)IR100 作父本，其優(yōu)點是米質(zhì)優(yōu)，抗病性強，但植株較矮小，產(chǎn)量偏低，通過人工雜交后再用父本回交育成［2］。供體及受體親本均未審定。

雙銀占2009 年通過廣東省品種審定（粵審稻2009029），由廣東省農(nóng)科院水稻研究所超級稻育種研究室育成，其品種來源為“固優(yōu)占/銀晶軟占//銀晶軟占”［1］，具體育種過程未查閱到相關(guān)文獻(xiàn)。受體親本銀晶軟占2006 年通過廣東省品種審定。

美香占2 號2006 年通過廣東省品種審定（粵審稻2006009），由廣東省農(nóng)科院水稻研究所新品種選育研究室育成，其品種來源為“Lemont/豐澳占//豐澳占///豐澳占”，自1998 年早季起，筆者研究室以Lemont 為供體，分別以廣東省審定品種綠黃占，豐澳占，特三矮2 號，特秈占13，綠源占，粵香占，豐矮占等10 個秈稻高產(chǎn)品種為輪回親本雜交，連續(xù)回交2 次，按系譜法種植選種，其中豐澳占衍生組合育成了美香占2 號［3，4］（育種進(jìn)程見圖1）。受體親本豐澳占1999 年通過廣東省品種審定。

圖1 美香占2 號的培育過程

豐矮占1 號回交導(dǎo)入系由廣東省農(nóng)科院水稻研究所新品種選育研究室構(gòu)建，為全球分子育種計劃的一個重要組成部分［5］，從2000 年早季起，以廣東審定品種豐矮占1 號（簡稱FAZ，粵審稻1997002）為輪回親本，分別與全球分子育種計劃中來自世界各地的50 個品種如IR5802513、PSBRC28、Amol3、 沈 農(nóng)89366、IR64a、Bg94-1、Gang16、Doddabyranellu、中123、C71、廣 122、原粳7、PUSA、Phalguna、Y134、Bg300、CS94、IR64、Q5、BR24、C418、粵香占、OM1706、OM1723、IRAT352、PSBRC66、ASD16、Bg304、特青、Kholemarshi、C70 等進(jìn)行雜交，連續(xù)回交3 次，按系譜法種植［6-8］（育種進(jìn)程見圖2）。構(gòu)建完成2 650 份回交導(dǎo)入系。

圖2 豐矮占1 號回交導(dǎo)入系的構(gòu)建

華小黑1 號2005 年通過廣東省品種審定（粵審稻2005015），由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院育成，其品種來源為“華粳秈74/聯(lián)鑒33//華粳秈744”，該品種是以華粳秈74 為母本，以聯(lián)鑒33 為父本雜交后，通過分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)與回交育種相結(jié)合，以華粳秈74 為父本連續(xù)回交4 代后再經(jīng)6 代自交選育而成的常規(guī)種，華小黑1 號種皮紫黑色，除種皮性狀改良外，其產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀與華粳秈74 相當(dāng)或基本相似［9-12］。受體親本華粳秈74 于2000 年通過廣東省品種審定。

華標(biāo)1 號2009 年通過廣東省品種審定（粵審稻2009033），由廣東省植物分子育種重點實驗室育成，其品種來源為“（華粳秈745/Lemont）/（華粳秈745/中4188）”，華標(biāo)1 號以2 個單片段代換系之間雜交進(jìn)行聚合育種，經(jīng)分子標(biāo)記輔助選擇獲得雙片段聚合系而成的。其親本是以華粳秈74 為受體親本，分別以Lemont 和中4188 為供體親本，經(jīng)連續(xù)4 次回交和1 次自交，通過分子標(biāo)記輔助選擇篩選出的單片段代換系［9-12］。

粵標(biāo)5 號2015 年通過廣東省品種審定（粵審稻2015031），由廣東省農(nóng)科院水稻研究所抗病育種研究室和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院共同育成，其品種來源為“粵豐占5/C101A51”，2007 年晚季以粵豐占為母本，以攜帶瘟病抗病基因 Pi2 的單基因系C101A51 為父本，獲雜交F1。以粵豐占為輪回親本，從回交第1 代起用基因緊密連鎖的分子標(biāo)記RM7311 檢測后代，對含有目標(biāo)基因的雜合株連續(xù)回交4 代后，選取農(nóng)藝性狀較好的含目標(biāo)基因植株自交，同時進(jìn)行抗性鑒定。經(jīng)5 代自交加代后，于2012 年早季獲得農(nóng)藝性狀較好、抗病的Pi2 基因純合系［13，14］。受體親本粵豐占2001 年通過廣東省品種審定。

2 回交品種及導(dǎo)入系的相關(guān)情況分析

華小黑1 號、華粳秈745/Lemont、華粳秈745/中4188、粵標(biāo)5 號可視為同一大類，育種者采用同樣的育種程序，4 次連續(xù)回交，受體親本為審定品種。3 個品種都綜合了親本的優(yōu)點，但未能超越親本。粵標(biāo)5 號的培育過程，分子標(biāo)記跟蹤的是供體所帶的目標(biāo)基因—稻瘟病抗性基因Pi2，屬教科書回交育種的經(jīng)典事例［15］。華小黑1 號、華粳秈745/Lemont、華粳秈745/中4188 則來源于染色體單片段代換系（single-segment substitution line, SSSL）文庫的水稻設(shè)計育種平臺，在構(gòu)建SSSL 文庫時，分子標(biāo)記跟蹤受體親本和供體親本的染色體片段，確保供體染色體單片段的導(dǎo)入。華小黑是在培育SSSL的過程中發(fā)現(xiàn)1 份紫色種皮的SSSL，其攜帶來自黑米親本聯(lián)鑒33 第4 染色體的一個代換片段，該片段上包含紫色種皮基因Pb［12,16］。華粳秈745/Lemont則是攜帶來自Lemont 第6 染色體含Wx-20G和alk基因的代換片段，華粳秈745/中4188 攜帶來自中4188 第3 染色體含gs3基因的代換片段和第8 染色體含有g(shù)w8基因的代換片段。華標(biāo)1 號聚合了該三片段聚合系的4 個基因。華小黑1 號、華標(biāo)1 號并不屬于傳統(tǒng)意義上的回交育種，傳統(tǒng)意義上的回交育種通常在育種過程中對目標(biāo)性狀或目標(biāo)基因進(jìn)行選擇。

玉香油占、雙銀占可視為另一類，相同的育種者采用同樣的育種思路和程序，1 次回交，受體親本為父本，受體親本綜合性狀優(yōu)于供體親本。不同之處：雙銀占的受體親本是審定品種，雙銀占的性狀未超過雙親，而玉香油占的受體親本未審定，玉香油占產(chǎn)量超過雙親TY36 和IR100，并且與其他推廣品種相比還具備優(yōu)勢，在生產(chǎn)上大面積推廣種植。

美香占2 號的培育，采用2 次連續(xù)回交，受體親本為審定品種并作父本。受體親本作父本有以下優(yōu)點：①在第1 次雜交中，采用Lemont 為母本，可避免假雜種和竄粉雜交的情況。因Lemont為熱帶粳稻，花時遲于廣東本地品種，若作父本授粉，田間操作時因忙亂而導(dǎo)致授粉太早，實際上未授上Lemont 的花粉，導(dǎo)致假雜種和其他花粉的竄粉雜交。②在第2 次雜交中，采用F1為母本，獲得的BC1F1基因型的類型最豐富、差異最大。反之，若以F1作父本，溫燙去雄雜交獲得的雜交種子中，花時早、花粉萌發(fā)快的父本基因型已獲得種子，雜交后代的分離產(chǎn)生了偏態(tài)，對非農(nóng)藝性狀進(jìn)行了選擇，影響了對農(nóng)藝性狀的篩選［17］。③在第3 次雜交中，采用BC1F1為母本，獲得的BC2F1基因型的類型豐富、差異大，原因與上同，此外，田間操作時會自然而然地選擇植株矮、分蘗多、生育期相當(dāng)?shù)膯沃赀M(jìn)行溫燙去雄雜交，因這樣工作效率高，這種選擇與對農(nóng)藝性狀選擇是一致的。在育種過程中，對BC1F1～BC2F5共6 個世代進(jìn)行了嚴(yán)格的理想株型選擇和食味品嘗篩選，但對BC1F1的選擇力度較小，從12 個單株中選擇了1 株作母本用于雜交，而且對BC1F1的選擇僅在開花期進(jìn)行，未進(jìn)行成熟期的篩選，并且成熟期的選擇更加重要，BC1F1用于雜交是值得商榷和不宜提倡的。對BC2F2的選擇力度較大，從1 000 個單株群體中選擇了10 余個單株入選BC2F3。美香占2 號產(chǎn)量超過低值供體親本Lemont，食味品質(zhì)性狀超過雙親，并可與泰國茉莉香105 媲美，在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用，從2015 年到2020 年連續(xù)5 a 廣東省年種植面積居首位，累計種植面積超133.33 萬hm2。美香占2 號已連續(xù)獲得首屆、第二屆全國優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)鑒評金獎。其育種計劃采用的是“一供體，多受體”回交育種模式。

FAZ 回交導(dǎo)入系的構(gòu)建，采用3 次連續(xù)回交，受體親本為審定品種并作母本。盡管回交導(dǎo)入系的株系數(shù)多達(dá)2 650 個，但綜合性狀不理想，不及受體親本FAZ。采用FAZ 作母本的好處僅僅是提高了田間去雄雜交的工作效率，可集中在一個種植小區(qū)完成母本的去雄。值得注意的是在導(dǎo)入系中的FAZ4/粵香占，其綜合性狀不突出，反而有育種者通過粵香占/FAZ 組合育成了粵豐占（粵審稻200107）。其主要原因FAZ4/粵香占的構(gòu)建過程未加選擇，而粵香占/FAZ 的后代則加強了篩選。說明親本間遺傳距離近的情況下，單交比回交有效。育種者偏好親緣關(guān)系近的親本應(yīng)用，采用單交和復(fù)交多，回交法應(yīng)用少，這是回交育成的品種在整個雜交育成種的占比小的最主要原因。FAZ 回交導(dǎo)入系的構(gòu)建也不屬于傳統(tǒng)意義上的回交育種，因構(gòu)建過程無目標(biāo)性狀的篩選，而是在導(dǎo)入系穩(wěn)定后鑒定性狀。FAZ 育種計劃采用的是“多供體，一受體”回交育種模式（表1）。

3 回交育種的合理程序

綜合玉香油占、美香占2 號的成功經(jīng)驗及FAZ回交導(dǎo)入系的失敗教訓(xùn)，提出了下列回交育種的程序，闡述其合理性。

3.1 回交育種計劃，應(yīng)采用“多受體，少（一）供體”的雜交育種模式，受體親本（Recipient parent,簡稱R）與供體親本 （Donor parent,簡稱R） 遺傳距離較遠(yuǎn)，受體親本選用審定品種，供體親本為特色外源材料，供體親本的選擇必須慎重精準(zhǔn)，查閱和總結(jié)歷史上的品種育成系譜有助于供體親本選擇。

3.2 回交過程應(yīng)將受體親本作父本。優(yōu)點：①不必在意田間操作中假雜種的存在，即使存在假雜種，若回交次數(shù)是3 次，其后代的來源無疑是D/R、D/R2、D/R3、D/R4四種，但不可能是受體親本本身，不影響和干擾育種的；②避免可能存在的、不必要的非農(nóng)藝性狀選擇。若以F1、BC1F1等雜合態(tài)基因型作父本，溫燙去雄雜交獲得的雜交種子中，花時早、花粉萌發(fā)快的父本基因型已獲得種子，雜交后代的分離產(chǎn)生了偏態(tài)，對非農(nóng)藝性狀進(jìn)行了選擇，影響了對農(nóng)藝性狀的篩選［17］。

3.3 回交次數(shù)控制在3 次及以下，回交育種要具備一定大的規(guī)模。回交次數(shù)太多，遺傳背景與輪回親本太近似，無法產(chǎn)生超親性狀。按過去單交育種的經(jīng)驗，大約50 個單交可育成一個超雙親的品種，因此，回交育種因具備一定大的規(guī)模。

3.4 回交后代的分離群體要種植大群體，并要施加選擇壓。若回交1 次，采用F1與受體回交獲得BC1F1。因F1的配子基因型的類型最豐富、差異最大。若回交2 次，BC1Fn 遺傳上穩(wěn)定后與受體回交，獲得BC2F1；若回交3 次，BC1Fn 遺傳上穩(wěn)定后與受體連續(xù)回交，獲得BC3F1（圖3）?；亟缓蟠鶥C1Fn，BC2Fn，BC3Fn為定型穩(wěn)定品系。培育BC3Fn的過程，是一個“連續(xù)雜交、自交選擇穩(wěn)定、再連續(xù)雜交、再自交選擇穩(wěn)定”的過程。

圖3 回交育種程序

4 討論和結(jié)論

廣東常規(guī)稻育種，回交育成品種的數(shù)量占比低，其原因有：①育種者偏好利用親緣關(guān)系近的親本，雜交后代遺傳穩(wěn)定快，育種周期短，利用單交育種就能取得成效，不需回交育種。②回交育種的程序不太合理科學(xué)，導(dǎo)致回交育種成效差。③設(shè)定的目標(biāo)性狀過于狹窄和普遍化，比如稻瘟病抗性，這是育種者都關(guān)注和重視的性狀，幾乎全部審定品種都具稻瘟病抗性，限制了回交育種的應(yīng)用。

回交育種要取得更大成效。需采用遠(yuǎn)緣親本以擴(kuò)大育種材料的遺傳基礎(chǔ)，應(yīng)用合理科學(xué)的育種程序以提升育種的成功率，發(fā)揮育種者的育種經(jīng)驗并借助分子標(biāo)記手段跟蹤多個目標(biāo)基因，實現(xiàn)獲得超親性狀的育種目標(biāo)，育成具有突破性的、與當(dāng)前推廣品種同質(zhì)化程度不高的水稻新品種。