溫敏型優質水稻兩系不育系的選育方法探究

蔡星星 張盛 王歡

摘要：兩系不育系在水稻品種選育中占據重要地位，具有易繁殖、配組自由的特點，同時也存在一定的生產風險。其對光照、溫度敏感不育的特性使其在選育過程中有別于常規品種。從一個育種者的視角，以不育系的米質、配合力、繁殖及制種產量為重點，簡述了溫敏型（TGMS）優質水稻兩系不育系的選育方法和注意事項。

關鍵詞：水稻；溫敏型（TGMS）兩系不育系；選育方法

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）17-0018-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.004 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The two-line male sterile lines play an important role in rice variety breeding with characteristics of easy reproducing and being more freedom to test hybrid combinations， at the same time， there exists some certain production risks. The characteristics of light and temperature sensitive male sterility make the two-line sterile lines different from the conventional varieties in the process of breeding. From one breeder's perspective， focusing on the rice quality， combining ability， breed， and seed production of sterile lines， the process and points for attention in breeding high quality rice TGMS lines were described briefly.

Key words： rice； TGMS lines； breeding methods

水稻兩系不育系的恢復基因廣，普遍存在于一般水稻品種。水稻兩系不育系具有易繁殖、配組自由的優勢，應用前景更好[1]，是兩系雜交水稻的基礎[2]。水稻兩系不育系最早由石明松在農墾58中發現，1981年，石明松提出了一系兩用的設想[3]。光溫敏雄性核不育水稻的發現為雜種優勢利用開辟了新途徑，為雜交水稻由“三系法”向“兩系法”轉變提供了種質基礎[4]。目前，兩系不育系已廣泛應用到水稻育種上，科學家利用農墾58S等光溫敏不育系陸續培育出了100多個新的兩系不育系[5]，如生產上應用比較廣泛的培矮64S和廣占63S。統計表明，培矮64S和廣占63S是兩系不育系中最重要的骨干不育系[6]。此外，鄧華鳳等[7]于1988年在三系雜交稻中發現的安農S-1，楊遠柱等[8]于1999年選育的低溫敏兩用核不育系株1S，均是推廣面積比較大的骨干不育系。

光溫敏雄性核不育是典型的生態遺傳現象，根據水稻在不同光溫條件下的育性反應，水稻兩系不育系可分為光敏不育型（PGMS）、溫敏不育型（TGMS）以及光溫互作不育型（PTGMS）三個類型[9]。農墾58S屬光敏不育型，由其衍生出的廣占63S卻為典型的溫敏型雄性不育[10，11]。此外，安農S-1、衡農S-1、培矮64S均為TGMS類型。光溫互作不育型如秈型不育系W7415S、密矮64S，粳型不育系GBO1S、L12S等[12]。

隨著兩系雜交水稻推廣面積的不斷擴大，兩系不育系在生產中占據的地位也越來越重要。選育出育性穩定、易繁殖、異交結實率高的兩系不育系，是適應市場需求、提高生產效率和安全生產的前提。兩系不育系的選育與恢復系類似，主要通過雜交、回交的方法聚合優良性狀，改造不良性狀。在選育的過程中可將光溫敏不育看成一個普通的農藝性狀，將其作為目標性狀保留即可。選育恢復系和不育系所要關注的農藝性狀有所差異，恢復系一般選擇株型粗壯、長勢強、優質、多抗、高產的植株，不育系一般選擇株型較矮的植株，易于制種，同時易于配制出株高適中、抗倒伏的雜交種，同時還要兼顧開花習性和柱頭外露率等。

兩系不育系的育性穩定性是雜交制種安全生產的關鍵。增壓選擇可以有效選育不育起點溫度較低的不育系，是兩系不育系選育的技術核心。全面提高綜合性狀水平和配合力是選育實用光溫敏核不育系技術的關鍵[13]。袁隆平[14]提出選育實用的光溫敏不育系，首先要考慮的是育性對溫度的反應而不是光長。中國南方多以溫敏型水稻兩系不育系為主。典型的溫敏不育系是指在水稻正常生長所需光照范圍內，育性轉換表現為受溫度主控，存在明顯的溫度臨界點，光周期變化對育性不產生明顯影響[15]。結合前人的經驗和自身認知，總結了一套溫敏型優質水稻兩系不育系的選育方法，以一個育種者的視角介紹了具體的選育程序和應注意的事項。

1 選育目標的制定

1）兩系不育系選育常用的三種途徑。改造已有兩系不育系；高配合力優良恢復系回交轉育成兩系不育系；雜交選育新的兩系不育系。

2）選擇適合改造成不育系的親本（恢復系）。一般選擇配合力好、株高較矮、分蘗能力強、米質優、綜合性狀好的各類型水稻。

3）不育系應具備的農藝性狀。株高較矮，易配組出株高適中的雜交組合；轉色好，有利于雜交種的后期灌漿，增加種子飽滿度，提高稻穗結實率；分蘗能力強，構建良好的源庫流結構，能夠提高雜交制種產量；柱頭外露率高，開花習性好，異交結實率高，易于制種，降低種子生產成本；轉育溫度適當，高溫下能夠敗育徹底，育性敏感期對低溫耐受時間長，育性穩定，低溫下自交結實率高，易繁殖。

2 選育方法

2.1 低世代選可育株

育種的原則是低世代選復雜性狀，高世代選擇簡單性狀。溫敏不育是一個遺傳簡單的性狀，常受一對或少數主效隱形基因控制，如安農S-1、株1S受一對隱形基因控制[16，17]，因此，不育性狀應放到高世代選擇。低世代選可育株便于獲得足量的種子和對入選單株進行米質分析。

2.2 高溫下鑒定米質

水稻米質受溫度影響較大，同一水稻品種在高溫下米質表現較差，低溫下米質較優。溫敏型兩系不育系僅在低溫條件下可自交結實，若直接用不育系的種子作米質分析，其結果是不準確的，因此需要借助可以正常結實的雜合體在高溫環境下收種鑒定米質。從F2開始選擇優良可育單株收種，鑒定米質保留優質米單株。每世代多選單株種成株系，保證后代有不育株分離出來，再從有不育株分離出來的株系繼續選擇可育優質米單株，以保證每個世代選擇出的單株都具備優質的特性。

2.3 高世代分離不育株

隨著世代增加，一般以5代為界，此時，多數農藝性狀陸續穩定，僅在育性上存在分離。這個時候可從后代選擇表型優良的不育株。在不育株的選擇過程中應注意幾個重要的性狀：柱頭外露率，開花是否集中，天然異交結實率，這關系到雜交組合的制種產量潛力；應選擇包頸較重的不育株，然后輔助花粉鏡檢，一般包頸較重意味著育性轉換溫度較低。根據鏡檢結果，選擇無花粉型>典敗類型>圓敗類型，這是由花粉敗育時期決定的，敗育時期越早敗育越徹底。

2.4 不育株自交加代，穩定優良性狀，獲得一系列優良不育系材料

黃岡夏季高溫環境下，在不育系幼穗分化4期，從每個株系選擇3～5株長勢比較好的單株，利用冷水串灌等設施輔助鑒定不育系的育性轉換溫度。用23 ℃的冷水對不育系進行低溫處理，10 d左右（可適當延長）從冷水池移至大田。抽穗時保留目測敗育的單株進行花粉鏡檢，選擇育性達標單株割蔸低溫處理，處理溫度21 ℃，再生穗收種。對大田中沒有冷水處理的不育系可觀察記錄高溫下各株系的開花習性，如柱頭外露率、花時等。不育系周圍可種植一定的恢復系，以比較不育系的自然異交結實率。

海南低溫條件下，對不育系綜合性狀進一步篩選。觀察不育系在低溫環境下的自交結實情況和繁殖產量。同時，可以利用分子標記對含有稻瘟病抗源的后代進行輔助選擇和接種鑒定。

3 配合力測定

成批的不育系被選擇出來后要做適當的取舍。不育系的選育是為了測配雜交組合，因此配合力尤其是一般配合力是不育系尤為重要的一個性狀，因此有必要對它們做一個簡單的配合力測驗。

根據已有報道和所在課題組多年測配數據，選擇不同類型，一般配合力好的恢復系5～10個。分兩期播種（兩期恢復系播種時間和間隔根據不育系生育期設置，盡量與多的不育系花期相遇，兩期恢復系間隔5～10 d為宜），將不育系種植于恢復系旁，每個不育系種1～2行。整個田間設置參考雜交制種，不同的是不育系數量較多。揚花期趕粉獲得相應組合的種子，次年種成株系觀察綜合性狀，并進行測產。根據測產結果選擇配合力較好的不育系，并繼續進行測配組合。

4 討論

1）溫敏型兩系不育系的選育方法大同小異。較多育種者在低世代即開始選擇不育性狀。溫敏型兩系不育系低溫結實的特性使得低世代選出來的不育株無法保障米質。本研究提供的思路可以有效選育優質的溫敏型兩系不育系，易于配組優質雜交稻組合，提高了選育效率。

2）兩系不育系育性轉換溫度主要體現在臨界轉育溫度上和育性敏感期對低溫的耐受期長短。有些不育系遇到短期低溫育性即會波動，有些不育系則只有受到一定長度的低溫期育性才會受到影響。因此，育性溫敏感期對低溫的耐受性的鑒定顯得尤為重要，且鑒定操作較為復雜。目前，不育系的審定還無法鑒定不育系的低溫耐受性，這為兩系雜交稻的種子生產埋下隱患。

3）兩系不育系在生產上被廣泛應用，因此有必要更深入地探究兩系不育系臨界轉換溫度的遺傳機理；兩系雜交水稻生產中應用的光溫敏不育基因絕大多數（>95%）由3種獨立來源的不育系衍生而來，即光敏不育系農墾58S、溫敏不育系安農S-1和株1S[18，19]。育種家需要鑒定和篩選新型、更加優良、能夠直接用于兩系不育系的選育和改良的優良主效基因源，為兩系不育系選育奠定高效和安全生產的基礎。

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