秈型同質(zhì)恢復(fù)系的選育研究

摘要：通過同質(zhì)恢復(fù)系系統(tǒng)選育得到５２個(gè)株系，經(jīng)過測(cè)恢其中４６份為恢復(fù)系；同時(shí)對(duì)５２份株系的恢復(fù)基因進(jìn)行了分子標(biāo)記檢測(cè)。結(jié)果表明，要獲得恢復(fù)度好的恢復(fù)系不僅需要主效恢復(fù)基因，還需要微效恢復(fù)基因以及良好的配合力。建立同質(zhì)恢復(fù)系選育方法不僅可以提高恢復(fù)系選育效率，還有利于在中國(guó)栽培稻中引進(jìn)非洲栽培稻、爪哇稻等其他遠(yuǎn)緣稻種的血緣，建立區(qū)別于目前的應(yīng)用三系恢復(fù)系和兩系恢復(fù)系的新的雜種優(yōu)勢(shì)群。

關(guān)鍵詞：同質(zhì)恢復(fù)系；恢復(fù)基因；雜種優(yōu)勢(shì)群

中圖分類號(hào)：Ｓ５１１.2+1.032文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：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(guó)和世界上最重要的糧食作物，我國(guó)水稻播種面積為２ ８００~３２ ００萬(wàn)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(chǎn)量占總產(chǎn)量的６０％。水稻雜交優(yōu)勢(shì)的利用有三系法和兩系法兩條途徑，目前生產(chǎn)上應(yīng)用面積最大的仍舊是三系雜交稻。

目前秈型三系恢復(fù)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(fù)基因必須與不育系測(cè)恢，往往還需要進(jìn)行2~3年的測(cè)恢工作才能確定所選育的品系是否具備恢復(fù)能力，使得三系恢復(fù)系選育工作量特別大。同質(zhì)恢復(fù)系就是恢復(fù)系的細(xì)胞質(zhì)和不育系中的細(xì)胞質(zhì)一樣，同為不育細(xì)胞質(zhì)，而細(xì)胞核有恢復(fù)基因，表現(xiàn)為正常結(jié)實(shí)。同質(zhì)恢復(fù)系目前大量應(yīng)用于三系雜交粳稻之中，而在三系秈稻中應(yīng)用并不多［１－５］。研究借鑒三系粳稻同質(zhì)恢復(fù)系研究的經(jīng)驗(yàn)，選育了一批秈型的三系同質(zhì)恢復(fù)系，同時(shí)利用分子標(biāo)記進(jìn)行恢復(fù)基因的檢測(cè)，證實(shí)在秈稻使用同質(zhì)恢復(fù)系是完全可行的，也為下一步遠(yuǎn)緣稻種的優(yōu)異基因向中國(guó)栽培稻中的轉(zhuǎn)移和三系法雜種優(yōu)勢(shì)利用提供一種新的技術(shù)思路。

１材料與方法

１．１材料

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

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

１．２恢復(fù)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(xì)胞質(zhì)為野敗型細(xì)胞質(zhì)。２００６年和２００７年分別用不同的親本連續(xù)進(jìn)行雜交，配制的雜交組合有組合１． Ｅ１８Ａ/明恢６３//Ｂ５///勝優(yōu)２號(hào)////（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(yōu)2號(hào)////(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(gè)組合。

１．３同質(zhì)恢復(fù)系的選育過程

２００８夏天在武漢種植Ｆ２群體，每個(gè)世代以綜合農(nóng)藝性狀和結(jié)實(shí)率為指標(biāo)進(jìn)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(cè)恢

２００９年在海南用Ｅ５９７Ａ對(duì)來(lái)源于６個(gè)雜交組合的５２個(gè)株系進(jìn)行測(cè)恢，２０１０年夏季在武漢種植株系和雜種Ｆ１，單本栽插，雙行區(qū)，每行１０苗，株行距１３．３ ｃｍ×２５.0 ｃｍ，成熟后隨機(jī)收取３株進(jìn)行考種，調(diào)查結(jié)實(shí)率，雜種Ｆ１結(jié)實(shí)率在７０％以上為恢復(fù)系。

１．５恢復(fù)基因Ｒｆ３、Ｒｆ４分子檢測(cè)

對(duì)每個(gè)恢復(fù)系采集５個(gè)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(biāo)記ＲＭ６１００檢測(cè)恢復(fù)基因Ｒｆ４［７］、ＲＭｌ０３５３檢測(cè)恢復(fù)基因Ｒｆ３［８］，引物由Ｉｎｔｒｏｇｅｎｅ公司合成，ＰＣＲ反應(yīng)條件及銀染方法參照Ｓｈｅｅｂａ等［７］和亓芳麗等［８］的方法。

２結(jié)果與分析

２．１同質(zhì)恢復(fù)系的選育

６個(gè)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(nóng)藝性狀和結(jié)實(shí)率篩選單株，６個(gè)組合共入選１７７份單株。２００８～２００９年海南種植Ｆ３代，篩掉結(jié)實(shí)率過低和株高過高的株系，剩余的１０１個(gè)株系每個(gè)株系取主穗混收。２００９年正季種植Ｆ４代，根據(jù)田間農(nóng)藝性狀和結(jié)實(shí)率進(jìn)行篩選，并對(duì)選中單株的稻谷除糙觀察稻米外觀品質(zhì)，選擇外觀品質(zhì)較好的單株８９個(gè)。２００９～２０１０年海南種植，觀察生育期和株高，５２個(gè)株系已經(jīng)基本穩(wěn)定。對(duì)這５２個(gè)株系用三系野敗型不育系Ｅ５９７Ａ進(jìn)行測(cè)恢，同時(shí)取葉片進(jìn)行恢復(fù)基因的分子檢測(cè)。

２．２分子檢測(cè)結(jié)果

對(duì)來(lái)源于６個(gè)雜交組合的５２個(gè)株系進(jìn)行了Ｒｆ３、Ｒｆ４的分子檢測(cè)，結(jié)果顯示５２個(gè)株系都有恢復(fù)基因。３７個(gè)株系有Ｒｆ３、Ｒｆ４兩個(gè)恢復(fù)基因；８?jìng)€(gè)株系只有恢復(fù)基因Ｒｆ４；７個(gè)恢復(fù)系只有恢復(fù)基因Ｒｆ３，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表１。

２．３同質(zhì)恢復(fù)系和雜種小穗育性考種結(jié)果

５２個(gè)同質(zhì)恢復(fù)系的結(jié)實(shí)率為７３．０２％~９１．８８％，雜種結(jié)實(shí)率為４２．３９％~９０．７２％（表１），以雜種結(jié)實(shí)率７０％作為恢復(fù)系的判斷標(biāo)準(zhǔn)，有６個(gè)株系結(jié)實(shí)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(fù)系４６份，比例高達(dá)８８．４６％，選育效率遠(yuǎn)大于常規(guī)方法。

２．４恢復(fù)基因和恢復(fù)系的關(guān)系

水稻野敗型細(xì)胞質(zhì)雄性不育（ＣＭＳ－ＷＡ）恢復(fù)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(fù)效應(yīng)較弱［９］，同時(shí)除了Ｒｆ３、Ｒｆ４兩個(gè)主效恢復(fù)基因外，還存在若干微效恢復(fù)基因，目前微效恢復(fù)基因的定位結(jié)果差異很大，不同的研究者使用不同的群體得到的結(jié)果均不一樣［１０，１１］。在試驗(yàn)中，有５個(gè)株系同時(shí)有Ｒｆ３、Ｒｆ４基因，但雜種結(jié)實(shí)率在７０％以下，恢復(fù)度不是很好，說明恢復(fù)度不僅受恢復(fù)基因的控制，還受其他因素如配合力和微效恢復(fù)基因的影響；有１４個(gè)株系僅有１個(gè)恢復(fù)基因，但雜種結(jié)實(shí)率在７０％以上，其中ＪＩＲ１９的雜種結(jié)實(shí)率達(dá)到９０．７９％，說明一個(gè)主效基因也能發(fā)揮很好的恢復(fù)作用，同時(shí)微效恢復(fù)基因?qū)謴?fù)度具有很重要的影響。

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

２．５恢復(fù)系結(jié)實(shí)率和雜種結(jié)實(shí)率的關(guān)系

恢復(fù)系是常規(guī)稻，一般來(lái)說常規(guī)稻的結(jié)實(shí)率要好于雜交稻，在研究當(dāng)中大多數(shù)恢復(fù)系結(jié)實(shí)率都比其雜種結(jié)實(shí)率要好，但有１３個(gè)恢復(fù)系的結(jié)實(shí)率比其雜種要差，比較極端的是ＪＩＲ１９，它的結(jié)實(shí)率為７９．０９％，而其雜種結(jié)實(shí)率為９０．７９％。表明在進(jìn)行同質(zhì)恢復(fù)系選育的時(shí)候，碰到結(jié)實(shí)率稍差而其他農(nóng)藝性狀優(yōu)良的恢復(fù)系的時(shí)候可以保留這種恢復(fù)系，并進(jìn)行下一步的雜交優(yōu)勢(shì)分析以確定該恢復(fù)系的利用價(jià)值。

３討論

水稻核質(zhì)互作雄性不育按花粉敗育時(shí)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(tái)型（ＢＴ）。孢子體敗育類型應(yīng)用最廣，孢子體敗育發(fā)生在單核期，敗育較早，因此育性較為穩(wěn)定，目前生產(chǎn)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(guān)系，都能被恢復(fù)基因Ｒｆ３和Ｒｆ４所恢復(fù)。

我國(guó)雜交水稻經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到非常高的水平。無(wú)論是雜交秈稻還是雜交粳稻均屬品種間雜交稻，要使產(chǎn)量進(jìn)一步提高，必須擴(kuò)大水稻恢復(fù)系和不育系之間的遺傳差異，建立新的雜種優(yōu)勢(shì)群［１２］，將非洲栽培稻、爪哇稻等其他遠(yuǎn)緣稻種的優(yōu)異基因轉(zhuǎn)入中國(guó)栽培稻中，或者利用秈、粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)，這已成為水稻育種家的共識(shí)。秈、粳亞種間雜交后代以及中國(guó)栽培稻和遠(yuǎn)緣稻種之間的雜交后代往往會(huì)產(chǎn)生瘋狂的分離，并且需要很多世代才能穩(wěn)定，如果按照常規(guī)稻的系統(tǒng)選育方法進(jìn)行選育，經(jīng)過多年系統(tǒng)選育得到的水稻種質(zhì)還需要進(jìn)行測(cè)恢來(lái)判定是否為恢復(fù)系，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且命中率低。而利用同質(zhì)恢復(fù)系來(lái)進(jìn)行這個(gè)工作，可以使最后得到的水稻種質(zhì)為恢復(fù)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(dāng)中所選育的５２份同質(zhì)恢復(fù)系經(jīng)過測(cè)恢驗(yàn)證其中４６份的恢復(fù)能力可以滿足生產(chǎn)的需要。

水稻雜交優(yōu)勢(shì)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(guān)系的制約，配組自由，株型好，產(chǎn)量高，品質(zhì)優(yōu)，但生態(tài)適應(yīng)性差，且不育系受制于特定的光溫條件，育性受環(huán)境影響較大，繁殖和制種風(fēng)險(xiǎn)較大。目前生產(chǎn)上應(yīng)用面積最大的仍舊是三系雜交稻，但三系雜交稻的發(fā)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(jìn)一些三系恢復(fù)系和兩系恢復(fù)系血緣成分，已經(jīng)出現(xiàn)與廣占６３Ｓ生育期、株型相近的三系不育系，試圖改進(jìn)三系雜交稻株型差、轉(zhuǎn)色不好、產(chǎn)量低的缺點(diǎn)。針對(duì)這種發(fā)展趨勢(shì)，三系恢復(fù)系的選育也要發(fā)生變化，應(yīng)用同質(zhì)恢復(fù)系引進(jìn)非洲栽培稻、爪哇稻等其他遠(yuǎn)緣稻種的血緣，建立區(qū)別于目前三系恢復(fù)系和兩系恢復(fù)系的新的優(yōu)勢(shì)群，推進(jìn)水稻雜種優(yōu)勢(shì)的利用。

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