秈稻CMS和TGMS的不育基因互作及育性穩(wěn)定性研究.pdf

1、本研究以水稻雄性不育為研究對象，以秈型質(zhì)核互作型雄性不育系和光溫敏核雄性不育系為主要研究材料，研究了質(zhì)核互作型雄性不育系和光溫敏核雄性不育系的不育基因互作效應(yīng)，比較了質(zhì)核互作型雄性不育系和光溫敏核雄性不育系的配合力，同時(shí)還對水稻雄性不育系的育性穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果如下： 1.以自育的溫敏核雄性不育系6311S為研究材料，在人工氣候室和自然條件下研究了溫敏核不育系6311S育性轉(zhuǎn)換特點(diǎn)；通過與保持系、恢復(fù)系和其他溫敏核不育配組，

2、獲得F<,1>、F<,2>以及BC<,1>F<,1>，研究了6311S溫敏核不育基因遺傳，并對6311S配合力及育種利用前景進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明： 6311S雖然來源于光敏核不育水稻農(nóng)墾58S的衍生系，但在高溫下表現(xiàn)不育，在低溫下表現(xiàn)可育，育性轉(zhuǎn)換臨界溫度為23.0℃，是典型的溫敏核雄性不育系。6311s與恢復(fù)系和保持系雜交，F(xiàn)<,1>代可育，F(xiàn)<,2>代中可育株與不育株比例為3：1，BC<,1>F<,1>群體中不育株和可育株的

3、分離比均為1：1，說明溫敏核雄性不育性狀由一對隱性基因控制。6311S與來源于農(nóng)墾58S的培矮64S和來源于安湘S-1的360S溫敏核不育基因等位性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，6311S與培矮64S溫敏核不育基因是不等位的，與360S溫敏核不育基因是等位的。用6311S和培矮64S與7個(gè)不同類型的恢復(fù)系配組，研究了一般配合力，結(jié)果表明：6311S的一般配合力顯著優(yōu)于培矮64S，6311S與7個(gè)恢復(fù)系測配的7個(gè)Fl平均單株產(chǎn)量34.97g，比培矮64

4、S與7個(gè)恢復(fù)系測配的F<,1>平均單株產(chǎn)量為30.86g，增產(chǎn)13.3％，說明溫敏核不育系6311S具有較好的一般配合力。因此，6311S既可直接應(yīng)用于兩系雜交水稻育種，也可作為選育優(yōu)良的兩系不育系和進(jìn)行溫敏核不育基因研究的優(yōu)良材料。 2.用3個(gè)溫敏核不育系培矮64S、6311S扣360S與7個(gè)野敗型質(zhì)核互作型水稻雄性不育系及其相應(yīng)的保持系、3個(gè)恢復(fù)系配組，觀察了51個(gè)組合的F<,1>，19個(gè)F<,2>及6個(gè)BC<,1>F<,1

5、>代的育性表現(xiàn)，研究了溫敏核不育基因在野敗型不育細(xì)胞質(zhì)背景下的表達(dá)。 結(jié)果表明： 1)培矮64S與恢復(fù)系和保持系雜交，F(xiàn)<,1>代可育，F(xiàn)<,2>代中可育株與不育株比例為15：1，BC<,1>F<,1>群體中不育株和可育株的分離比均為3：1，說明培矮64S溫敏核不育性狀可能由2對隱性基因控制；6311S、360S與恢復(fù)系和保持系雜交，F(xiàn)<,1>代可育，F(xiàn)<,2>代中可育株與不育株比例為3：1，BC<,1>F<,1>群體中

6、不育株和可育株的分離比均為1：1，說明6311S、360S溫敏核不育性狀可能由1對隱性基因控制。 2)以培矮64S、6311S、360S為父本，與野敗型不育系雜交，F(xiàn)<,1>代分別表現(xiàn)正?？捎?、部分可育、完全不育，說明培矮64S具有對質(zhì)核互作型雄性不育系的強(qiáng)恢復(fù)基因，6311S可能具有1對弱恢復(fù)基因，360S沒有恢復(fù)基因。進(jìn)一步研究野敗型不育系×溫敏核不育系的F2代中可育株與不育株比例，結(jié)果是：CMS ×培矮64S和CMS×63

7、11S的F2群體中不育株和可育株之比分別分別為1：7.3-9.4和1：1.2-1.4，分別符合兩對恢復(fù)基因兩對溫敏基因和一對恢復(fù)基因一對溫敏基因分離的理論比。從4個(gè)CMS ×6311S組合F<,2>群體中選擇并收獲了18個(gè)溫敏核不育株種子，種植成F<,3>株系。以其中4個(gè)F<,3>株系為父本，與5個(gè)CMS配組，研究了雜交F<,1>的育性，推定出4個(gè)F<,2>溫敏核不育株是否存在恢復(fù)基因；并用沒有恢復(fù)基因的近等基因系溫敏核不育系6311S

8、B和非溫敏核不育系6311B與5個(gè)CMS配組，研究雜交F<,1>的育性，進(jìn)一步驗(yàn)證推定的結(jié)果。結(jié)果證實(shí)：在可育細(xì)胞質(zhì)背景下，無論有無恢復(fù)基因，純合的溫敏核不育基因能表達(dá)溫敏核不育性狀；在野敗型不育細(xì)胞質(zhì)背景下，必須具有雜合或者純合的恢復(fù)基因，純合的溫敏核不育基因才能表達(dá)溫敏核不育性狀。 3)觀察了具有不育細(xì)胞質(zhì)的溫敏核不育系，初步發(fā)現(xiàn)其育性轉(zhuǎn)換溫度較其親本低。初步育成了保持系為溫敏核不育系的質(zhì)核互作型不育系。并由此提出了選育不育

9、細(xì)胞質(zhì)背景的光溫敏核不育系和溫敏核不育背景的質(zhì)核互作型不育系的策略。 3.紅蓮型雄性不育系是屬于配子體不育類型的秈稻雄性不育系。用3個(gè)溫敏核不育系培矮64S、6311S和360S與紅蓮型質(zhì)核互作型水稻雄性不育系粵泰A及其相應(yīng)的保持系粵泰B以及恢復(fù)系配組，以粵泰A與恢復(fù)系9311、蜀恢527、明恢63、明恢86、等配組F<,1>為對照，觀察了6個(gè)組合的F<,1>及F<,2>代的育性表現(xiàn)，以研究溫敏核不育基因在紅蓮型不育細(xì)胞質(zhì)背景下

10、的育性表達(dá)。結(jié)果表明： 1)對照組合F<,1>可育花粉和結(jié)實(shí)率分別達(dá)到48.1％和86.1％，F(xiàn)<,2>正?？捎?，結(jié)實(shí)率分別達(dá)到88.1％和86.1％。溫敏核不育系培矮64S、6311S和360S與粵泰B雜交F<,1>可育花粉和結(jié)實(shí)率分別達(dá)到 88.1％和86.1％，與粵泰A雜交F<,1>可育花粉和結(jié)實(shí)率分別為48.8％和88.1％．說明溫敏核不育系培矮64S、6311S和360S不但能被粵泰B恢復(fù)育性，而且具有對紅蓮型不育系的

11、恢復(fù)基因，能完全恢復(fù)粵泰A的育性。 2)溫敏核不育系培矮64S、6311S和360S與粵泰B雜交F<,2>群體可育株和不育株分離比分別符合15：1、3：1和3：1，表現(xiàn)為2對、1對和1對隱性基因控制，進(jìn)一步證實(shí)了在可育細(xì)胞質(zhì)背景下，恢復(fù)基因?qū)孛艉瞬挥虻谋磉_(dá)的沒有影響的結(jié)論。溫敏核不育系培矮64S、6311S和360S與粵泰A雜交F<,2>群體可育株和不育株分離比分別符合15：1、3：1和3：1的理論比，進(jìn)一步分析可知：在紅

12、蓮型不育細(xì)胞質(zhì)背景下，恢復(fù)基因也是溫敏核不育基因表達(dá)的關(guān)鍵，但是由于紅蓮型不育系屬于配子體遺傳類型，3個(gè)溫敏核不育系都具有對紅蓮型不育系的恢復(fù)基因，因此粵泰A×TGMS組合的F<,2>中不育株：可育株之比不同于WA-CMS×TGMS組合的F<,2>中不育株：可育株之比。 4.為了比較相同遺傳背景下CMS和TGMS的配合力，培育了兩系和三系近等基因系．以保持系新協(xié)黃B為父本，以溫敏核不育系培矮64S、6311S為輪回親本，采取回交

13、-測交排除恢復(fù)基因和溫敏不育基因的方法，連續(xù)回交，首次培育了培矮64S、6311S的CMS近等基因系培矮64A、63A。并構(gòu)建了一套4個(gè)不育系×6個(gè)恢復(fù)系的不完全雙列雜交組合，研究了CMS和TGMS近等基因系培矮64S和培矮64A、6311S和6311A的育性、形態(tài)特征的差異和一般配合力的差異。結(jié)果如下： 1)在遺傳背景相同的前提下，不育期的溫敏核不育系與其相應(yīng)的質(zhì)核互作型不育系除柱頭大小和花粉育性有一定差異外，株高、播種一抽穗

14、歷期、劍葉長、穗長、包穗長、穩(wěn)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率等農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)基本一致。 2)近等基因系培矮64S和培矮64A與6311S和6311A產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及其農(nóng)藝性狀的一般配合力存在顯著差異，但是培矮64S和培矮64A、6311S和6311A產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及其農(nóng)藝性狀的配合力沒有顯著差異，說明兩系三系組合間產(chǎn)量等性狀的差異主要是來自不育系和恢復(fù)系品種間的差異，與其不育類型沒有必然的聯(lián)系。 5.近年來雜交水稻種子質(zhì)量下降。為進(jìn)一步

15、提高雜交水稻制種質(zhì)量，以我國長江中下游地區(qū)應(yīng)用的有代表性7個(gè)不同類型的秈型水稻不育系為研究材料，在江蘇南京進(jìn)行分期播種研究了水稻不育系生態(tài)型、農(nóng)藝特性以及育性穩(wěn)定性差異。結(jié)果表明： 1)主要秈型水稻不育系可分為早稻和中稻類型。播種期和品種對不育系庫容量包括穗數(shù)和穎花數(shù)等農(nóng)藝性狀都有極顯著的影響，播種期的影響大于品種影響。中稻型不育系的穎花數(shù)較高，在第1-2播期早播的環(huán)境下表現(xiàn)更高。柱頭外露率主要決定于品種基因型，并受播種期與品種

16、基因型互作的一定的影響。中稻不育系的柱頭外露率高且穩(wěn)定，其中質(zhì)核互作型不育系柱頭外露率在早播生長條件下更高，而溫敏核不育系柱頭外露率在適當(dāng)晚播的環(huán)境下更有利。 2)在不同播期環(huán)境條件下，野敗型和紅蓮型CMS不育性均表現(xiàn)相當(dāng)穩(wěn)定，說明光溫條件對野敗型和紅蓮型CMS不育性沒有影響；溫敏核不育系在早播(6月上旬以前)的環(huán)境下保持不育，說明適當(dāng)早播，可避免溫敏核不育系恢復(fù)可育，提高兩系制種種子純度。 6.近年來紅蓮型不育系粵泰A

17、以及組合種子純度下降，混雜退化嚴(yán)重。為了探明粵泰A及其組合種子純度下降的原因，以紅蓮型不育系粵泰A和粵泰B為材料，通過模擬生物學(xué)混雜試驗(yàn)分析其雜株類型及其成因，并在不同生態(tài)條件下研究了粵泰A不育性。結(jié)果表明： 生物學(xué)混雜導(dǎo)致恢復(fù)基因的滲入是粵泰A純度迅速下降雜的主要原因。常用的保持系、恢復(fù)系和溫敏核不育系等品種的恢復(fù)基因可直接對粵泰A的滲入，或者間接通過對粵泰B的滲入而對粵泰A的滲入，產(chǎn)生F<,1>雜株及其“同質(zhì)恢”后代?；浱〢