秈型同質恢復系的選育研究

摘要：通過同質恢復系系統選育得到５２個株系，經過測恢其中４６份為恢復系；同時對５２份株系的恢復基因進行了分子標記檢測。結果表明，要獲得恢復度好的恢復系不僅需要主效恢復基因，還需要微效恢復基因以及良好的配合力。建立同質恢復系選育方法不僅可以提高恢復系選育效率，還有利于在中國栽培稻中引進非洲栽培稻、爪哇稻等其他遠緣稻種的血緣，建立區別于目前的應用三系恢復系和兩系恢復系的新的雜種優勢群。

關鍵詞：同質恢復系；恢復基因；雜種優勢群

中圖分類號：Ｓ５１１.2+1.032文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）18－3687-03

Selection and Breeding ｏｆ Ｉｎｄｉｃａ Ｉｓｏ－ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ Ｒｅｓｔｏｒｅｒ

ＣＨＥＮ Ｚｈｉ－ｊｕｎ，ＺＨＯＵ Ｌｅｉ，ＹＡＮＧ Ｇｕｏ－ｃａｉ，ＬＩ Ｓａｎ－ｈｅ，ＬＩＵ Ｋａｉ，ＨＵ－ＧＡＮＧ，ＹＯＵ Ａｉ－ｑｉｎｇ

（Ｆｏｏｄ Ｃｒｏｐｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００６４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： ４６ ｒｅｓｔｏｒｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｅｓｔ ｃｒｏｓｓ ｆｒｏｍ ５２ ｌｉｎｅｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｂｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｉｓｏ－ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ ｒｅｓｔｏｒｅｒ ｍｅｔｈｏｄ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｒｋｅｒs ｏｆ ｒｅｓｔｏｒｅ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈｅｃｋｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｇｅｔｔｉｎｇ ａ ｒｅｓｔｏｒｅｒ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｄｅｇｒｅｅ ｎｅｅｄｅｄ ｍａｉｎ ｒｅｓｔｏｒｅ ｇｅｎｅｓ， ｍｉｎｏｒ ｒｅｓｔｏｒｅ ｇｅｎｅｓ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ． Ｅｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｉｓｏ－ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ ｒｅｓｔｏｒｅｒ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｒｅｓｔｏｒｅｒ ｂｒｅｅｄｉｎｇ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｔｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ Aｆｒｉｃａｎ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｒｉｃｅ， Ｊａｖａｎｉｃａ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｔａｎｔ ｒｉｃｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｔｏ Ｃｈｉｎａ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｒｉｃｅ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｎｅｗ ｈｅｔｅｒｏｔｉｃ ｇｒｏｕｐ ｗｈｉｃｈ ｄｉｆｆｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｌｉｎｅ ｒｅｓｔｏｒｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｌｉｎｅ ｒｅｓｔｏｒｅｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｓｏ－ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ ｒｅｓｔｏｒｅｒ； ｒｅｓｔｏｒｅ ｇｅｎｅ； ｈｅｔｅｒｏｔｉｃ ｇｒｏｕｐ

水稻是我國和世界上最重要的糧食作物，我國水稻播種面積為２ ８００~３２ ００萬hm2，其中雜交稻的年種植面積在１ ５００ hm2左右，占水稻種植面積的５０％，雜交稻產量占總產量的６０％。水稻雜交優勢的利用有三系法和兩系法兩條途徑，目前生產上應用面積最大的仍舊是三系雜交稻。

目前秈型三系恢復系的選育主要通過雜交和系譜法，后代選擇的單株是否含有恢復基因必須與不育系測恢，往往還需要進行2~3年的測恢工作才能確定所選育的品系是否具備恢復能力，使得三系恢復系選育工作量特別大。同質恢復系就是恢復系的細胞質和不育系中的細胞質一樣，同為不育細胞質，而細胞核有恢復基因，表現為正常結實。同質恢復系目前大量應用于三系雜交粳稻之中，而在三系秈稻中應用并不多［１－５］。研究借鑒三系粳稻同質恢復系研究的經驗，選育了一批秈型的三系同質恢復系，同時利用分子標記進行恢復基因的檢測，證實在秈稻使用同質恢復系是完全可行的，也為下一步遠緣稻種的優異基因向中國栽培稻中的轉移和三系法雜種優勢利用提供一種新的技術思路。

１材料與方法

１．１材料

雜交組合：Ｅ１８Ａ／明恢６３（野敗細胞質，ＷＡ）；親本材料：Ｂ５、勝優２號、Ｒ６５４７／／Ｒ８／Ｒ１０５Ｆ４、Ｒ６５４７／ＸＡ２３／／Ｒ８／Ｒ１０５Ｆ１、Ｒ５１６３、Ｒ６５０７、ＲＱ７４４４、

ｍ１４４９、ｍ１５８０、ＨＹ９５０５、ＣＢＢ２３、黃華占；不育系：Ｅ５９7Ａ（野敗細胞質，ＷＡ）。

１．２恢復系選育的組配方式

２００５年春季在海南用雜交組合Ｅ１８Ａ／明恢６３作為母本與Ｂ５雜交，Ｅ１８Ａ的細胞質為野敗型細胞質。２００６年和２００７年分別用不同的親本連續進行雜交，配制的雜交組合有組合１． Ｅ１８Ａ/明恢６３//Ｂ５///勝優２號////（Ｒ６５４７//Ｒ８／Ｒ１０５Ｆ４）/////Ｒ５１６３、組合２． Ｅ１８Ａ/明恢６３//Ｂ５///（Ｒ６５４７//Ｒ８/Ｒ１０５Ｆ４）////（Ｒ５１６３、Ｒ６５０７、Ｒ１０５、ＲＱ７４４４）、組合３． Ｅ１８Ａ/ 明恢６３//Ｂ５///１４４９////1580/HY9505/////R6507、組合4. E18A/明恢63//B5///勝優2號////(R6547/CBB23//R8/R105Ｆ１）/////R6507、組合5. E18A/明恢63//B5///黃華占////R6547、組合6. E18A/明恢63//B5///R6547等6個組合。

１．３同質恢復系的選育過程

２００８夏天在武漢種植Ｆ２群體，每個世代以綜合農藝性狀和結實率為指標進行選擇，２０10年春季在海南選育到Ｆ５代，生育期和株高已整齊一致。

１．４測恢

２００９年在海南用Ｅ５９７Ａ對來源于６個雜交組合的５２個株系進行測恢，２０１０年夏季在武漢種植株系和雜種Ｆ１，單本栽插，雙行區，每行１０苗，株行距１３．３ ｃｍ×２５.0 ｃｍ，成熟后隨機收取３株進行考種，調查結實率，雜種Ｆ１結實率在７０％以上為恢復系。

１．５恢復基因Ｒｆ３、Ｒｆ４分子檢測

對每個恢復系采集５個單株嫩葉片混合，用改良的ＣＴＡＢ微量ＤＮＡ提取法抽提ＤＮＡ［６］，用ＳＳＲ標記ＲＭ６１００檢測恢復基因Ｒｆ４［７］、ＲＭｌ０３５３檢測恢復基因Ｒｆ３［８］，引物由Ｉｎｔｒｏｇｅｎｅ公司合成，ＰＣＲ反應條件及銀染方法參照Ｓｈｅｅｂａ等［７］和亓芳麗等［８］的方法。

２結果與分析

２．１同質恢復系的選育

６個雜交組合的Ｆ１在２００７年武漢配制完畢，２００７～２００８年在海南收Ｆ１代種子，２００８年正季在武漢種植Ｆ２代，在田間以農藝性狀和結實率篩選單株，６個組合共入選１７７份單株。２００８～２００９年海南種植Ｆ３代，篩掉結實率過低和株高過高的株系，剩余的１０１個株系每個株系取主穗混收。２００９年正季種植Ｆ４代，根據田間農藝性狀和結實率進行篩選，并對選中單株的稻谷除糙觀察稻米外觀品質，選擇外觀品質較好的單株８９個。２００９～２０１０年海南種植，觀察生育期和株高，５２個株系已經基本穩定。對這５２個株系用三系野敗型不育系Ｅ５９７Ａ進行測恢，同時取葉片進行恢復基因的分子檢測。

２．２分子檢測結果

對來源于６個雜交組合的５２個株系進行了Ｒｆ３、Ｒｆ４的分子檢測，結果顯示５２個株系都有恢復基因。３７個株系有Ｒｆ３、Ｒｆ４兩個恢復基因；８個株系只有恢復基因Ｒｆ４；７個恢復系只有恢復基因Ｒｆ３，統計結果見表１。

２．３同質恢復系和雜種小穗育性考種結果

５２個同質恢復系的結實率為７３．０２％~９１．８８％，雜種結實率為４２．３９％~９０．７２％（表１），以雜種結實率７０％作為恢復系的判斷標準，有６個株系結實率低于７０％而被剔出，分別是ＪＩＲ１０、ＪＩＲ１１、ＪＩＲ１２、ＪＩＲ１７、ＪＩＲ１８、ＪＩＲ３０。從５２份株系中得到恢復系４６份，比例高達８８．４６％，選育效率遠大于常規方法。

２．４恢復基因和恢復系的關系

水稻野敗型細胞質雄性不育（ＣＭＳ－ＷＡ）恢復基因Ｒｆ３和Ｒｆ４分別位于第１染色體和第１０染色體上，Ｒｆ３的恢復效應較弱［９］，同時除了Ｒｆ３、Ｒｆ４兩個主效恢復基因外，還存在若干微效恢復基因，目前微效恢復基因的定位結果差異很大，不同的研究者使用不同的群體得到的結果均不一樣［１０，１１］。在試驗中，有５個株系同時有Ｒｆ３、Ｒｆ４基因，但雜種結實率在７０％以下，恢復度不是很好，說明恢復度不僅受恢復基因的控制，還受其他因素如配合力和微效恢復基因的影響；有１４個株系僅有１個恢復基因，但雜種結實率在７０％以上，其中ＪＩＲ１９的雜種結實率達到９０．７９％，說明一個主效基因也能發揮很好的恢復作用，同時微效恢復基因對恢復度具有很重要的影響。

在４６個恢復系當中都有一個或兩個主效恢復基因，說明主效恢復基因的存在是恢復系的遺傳基礎；但有主效恢復基因的存在，并不一定就是恢復系，如６個被淘汰株系都有主效恢復基因。所以要獲得恢復度好的恢復系不僅要有主效恢復基因，還需要微效恢復基因以及良好的配合力。

２．５恢復系結實率和雜種結實率的關系

恢復系是常規稻，一般來說常規稻的結實率要好于雜交稻，在研究當中大多數恢復系結實率都比其雜種結實率要好，但有１３個恢復系的結實率比其雜種要差，比較極端的是ＪＩＲ１９，它的結實率為７９．０９％，而其雜種結實率為９０．７９％。表明在進行同質恢復系選育的時候，碰到結實率稍差而其他農藝性狀優良的恢復系的時候可以保留這種恢復系，并進行下一步的雜交優勢分析以確定該恢復系的利用價值。

３討論

水稻核質互作雄性不育按花粉敗育時期分為孢子體敗育和配子體敗育。配子體敗育分為二核期敗育和三核期敗育，二核期敗育的不育系類型有紅蓮型等，三核期敗育類型主要為粳稻包臺型（ＢＴ）。孢子體敗育類型應用最廣，孢子體敗育發生在單核期，敗育較早，因此育性較為穩定，目前生產上使用的大部分不育系都為孢子體敗育，如野敗型（ＷＡ）、Ｄ型、岡型、矮敗型、印尼水田谷型等等，這些類型的不育系具有相同的恢保關系，都能被恢復基因Ｒｆ３和Ｒｆ４所恢復。

我國雜交水稻經過近半個世紀的發展，產量已經達到非常高的水平。無論是雜交秈稻還是雜交粳稻均屬品種間雜交稻，要使產量進一步提高，必須擴大水稻恢復系和不育系之間的遺傳差異，建立新的雜種優勢群［１２］，將非洲栽培稻、爪哇稻等其他遠緣稻種的優異基因轉入中國栽培稻中，或者利用秈、粳亞種間雜種優勢，這已成為水稻育種家的共識。秈、粳亞種間雜交后代以及中國栽培稻和遠緣稻種之間的雜交后代往往會產生瘋狂的分離，并且需要很多世代才能穩定，如果按照常規稻的系統選育方法進行選育，經過多年系統選育得到的水稻種質還需要進行測恢來判定是否為恢復系，費時費力且命中率低。而利用同質恢復系來進行這個工作，可以使最后得到的水稻種質為恢復系的概率極大，可以大大降低工作量，并提高選育效率。在研究當中所選育的５２份同質恢復系經過測恢驗證其中４６份的恢復能力可以滿足生產的需要。

水稻雜交優勢的利用有三系法和兩系法兩條途徑。和三系雜交稻相比，兩系雜交稻不受恢保關系的制約，配組自由，株型好，產量高，品質優，但生態適應性差，且不育系受制于特定的光溫條件，育性受環境影響較大，繁殖和制種風險較大。目前生產上應用面積最大的仍舊是三系雜交稻，但三系雜交稻的發展最近１０余年停滯不前，近幾年不少育種單位三系不育系的選育參照兩系不育系的模式展開，注重株型改造和引進一些三系恢復系和兩系恢復系血緣成分，已經出現與廣占６３Ｓ生育期、株型相近的三系不育系，試圖改進三系雜交稻株型差、轉色不好、產量低的缺點。針對這種發展趨勢，三系恢復系的選育也要發生變化，應用同質恢復系引進非洲栽培稻、爪哇稻等其他遠緣稻種的血緣，建立區別于目前三系恢復系和兩系恢復系的新的優勢群，推進水稻雜種優勢的利用。

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