水稻孕穗期耐寒基因研究進展

王 丹，肖應輝

（湖南農業大學農學院，長沙410128）

全世界有24個國家存在嚴重的水稻低溫冷害問題，尤以亞洲的日本、朝鮮和中國的稻區最為嚴重，在中國每年因低溫冷害使稻谷減產30億～50億kg。水稻是起源于熱帶的植物，喜溫是其固有的遺傳特性。低溫冷害是影響水稻產量的主要氣候因素，是水稻生產不穩定的重要原因，因此，解決的辦法除加強栽培措施外，選用抗冷品種改造水稻的耐冷性狀，增強水稻的耐冷能力，篩選、定位和克隆水稻耐寒基因是降低低溫冷害最有效的途徑。

1 稻冷害類型

根據低溫使水稻產量受損的原因最早將水稻冷害劃分為以下4種類型。

（1）障礙型冷害。指從水稻幼穗分化開始直到開花期間完成受精過程因發生溫度降低而危害水稻生產，使結實率降低而引起水稻產量下降。

(2)延遲型冷害。是從水稻抽穗開始直至結實期為止其間因低溫導致冷害發生，多是在水稻營養生長期恰逢低溫致使晚出穗而產生的。

（3)稻瘟病型冷害。是真菌感染病害，具有冷害特色的異常發病。冷害年份發生稻瘟病面積大、范圍廣，主要分布在冷害邊緣地區。

(4)混合型冷害。是指以上3種類型冷害在同一年同一生長季節中有2～3年相繼發生的冷害。

2 穗期耐冷基因定位和克隆

2.1 水稻孕穗期

指水稻生長過程的生殖生長初期的一段時間,主要是指開始幼穗分化，發展到抽穗的過程，稱之為水稻孕穗期。孕穗期是水稻生長發育最重要的時期,是花器官形成的主要時期.花器官是與水稻產量關系最為密切的器官,它的正常發育是水稻獲得高產的關鍵。而花器官也是水稻孕穗期對低溫最敏感、最易受損傷的器官。花藥大小、花藥內的可育花粉數、不育花粉率等均與結實率密切相關。孕穗期遇到嚴重低溫冷害時,水稻的結實率明顯下降,造成大幅度減產。孕穗期耐冷性,是小孢子形成初期或花粉母細胞減數分裂期等水稻生長發育對低溫的反應最敏感的時期所擁有的耐冷性。孕穗期耐冷性鑒定方法通常根據水稻空殼率的多少來判斷,分1～9級評價，國際上一般采取低溫處理的方式來鑒定水稻耐冷性，而低溫處理的鑒定方法又可以分為自然低溫和人工控制低溫兩種方式。

2.2 鑒定和篩選耐冷性水稻資源

培育耐冷性水稻品種是解決水稻低溫冷害的最經濟、有效的途徑。然而應用常規遺傳育種方法進行水稻耐冷性育種非常困難。耐冷性是一個由多基因控制的數量性狀,水稻在不同生育期的耐冷性往往是由不同的基因控制的,基于表型鑒定和選擇的常規育種方法由于難以準確了解水稻耐冷性的分子遺傳基礎,從而無法進行高效、準確的耐冷性育種。自從分子標記技術興起以來,國內外在開展水稻耐冷性相關基因的標記、鑒定方面己取得了顯著的進展，很多水稻不同時期的耐寒性基因被定位。

Saito等利用漸滲系群體在第3和4號染色體上定位了耐寒性QTL,其中4號染色體上的QTL被進一步精細定位并克隆,發現該QTL內包括兩個基因Ctb1和Ctb2,其中基因Ctb1編碼一個box蛋白。到目前為止利用圖位克隆的方法,克隆出來的數量遺傳基因只有abi,前后花了近16年。Makoto Kuroki等利用F2分離群體,釆用單標記分析的方法將控制孕穗期耐冷性的QTL定位在第8條染色體上,釆用區間作圖法在第8條染色體的短臂上檢測到1個QTL,可解釋26.6%的表型變異。Li-MingXu等利用Towada5/KMXBG構成的BC4F5,以結實率為指標,對水稻孕穗期耐冷性進行了QTL定位,共檢測到8個與孕穗期耐冷性有關的 QTL,分布在第 1、4、5、10和 11條染色體上,其增效等位基因均來自KMXBG。李亞飛以兩個RIL群體分別在吉林和云南條件下對水稻孕穗期耐冷相關性狀包括株髙,穗長,穗數,空瘦率等進行耐冷性QTL檢測,共檢測到46和51個水稻耐冷相關性狀QTL,幾乎遍布于整個基因組，其中第1和2號染色體上檢測到的位點最多。韓龍植等利用 “密陽23/吉冷1號”的F2,3代200個個體進行了孕穗期耐冷性QTLs的定位，表明：孕穗期耐冷基因的作用方式是部分顯性、顯性或超顯性,在第1、2、3、4、11、12染色體上分別定位了1個耐冷性QTLs。謝勇武等利用重組自交系,采用自然低溫冷害鑒定法對水稻4個農藝性狀進行了QTL定位,檢測到與孕穗期耐冷性緊密連鎖的7個標記,在第1條染色體上檢測到3個QTL。Dai等在孕穗期冷水處理之后共檢測到9個與水稻孕穗期有關的QTLs。Yoshinobu等利用DH群體檢測到3個影響水稻孕穗期耐冷性QTLs位點。李楠對在孕穗期對237個水稻品系進行耐冷性試驗后認為 “云科-18選3”品種對孕穗期耐冷性效果最好并且其耐冷性是由1對主效基因控制。

3 結論

縱觀國內外水稻孕穗期耐寒基因研究狀況，挖掘和利用水稻耐冷基因，選育耐寒品種是解決水稻低溫危害的最有效的途徑。目前對水稻耐寒的研究取得了很大的成果，已經定位點到了大量的耐寒QTL，但克隆成功的不多，因此，我們要加強耐寒基因的挖掘和定位，促進耐寒基因的克隆和轉基因，同時將定位出的與耐寒密切相連的，分子標記用于分子標記選擇育種提高水稻耐寒性育種的效率。