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，比較了質核互作型雄性不育系和光溫敏核雄性不育系的配合力，同時還對水稻雄性不育系的育性穩(wěn)定性進行了研究。結果如下： 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育性轉換特點；通過與保持系、恢復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行了評價。結果表明： 6311S雖然來源于光敏核不育水稻農墾58S的衍生系，但在高溫下表現(xiàn)不育，在低溫下表現(xiàn)可育，育性轉換臨界溫度為23.0℃，是典型的溫敏核雄性不育系。6311s與恢復系和保持系雜交，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個不同類型的恢復系配組，研究了一般配合力，結果表明：6311S的一般配合力顯著優(yōu)于培矮64S，6311S與7個恢復系測配的7個Fl平均單株產量34.97g，比培矮64

4、S與7個恢復系測配的F<,1>平均單株產量為30.86g，增產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行溫敏核不育基因研究的優(yōu)良材料。 2.用3個溫敏核不育系培矮64S、6311S扣360S與7個野敗型質核互作型水稻雄性不育系及其相應的保持系、3個恢復系配組，觀察了51個組合的F<,1>，19個F<,2>及6個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胞質背景下的表達。 結果表明： 1)培矮64S與恢復系和保持系雜交，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具有對質核互作型雄性不育系的強恢復基因，6311S可能具有1對弱恢復基因，360S沒有恢復基因。進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，分別符合兩對恢復基因兩對溫敏基因和一對恢復基因一對溫敏基因分離的理論比。從4個CMS ×6311S組合F<,2>群體中選擇并收獲了18個溫敏核不育株種子，種植成F<,3>株系。以其中4個F<,3>株系為父本，與5個CMS配組，研究了雜交F<,1>的育性，推定出4個F<,2>溫敏核不育株是否存在恢復基因；并用沒有恢復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CMS配組，研究雜交F<,1>的育性，進一步驗證推定的結果。結果證實：在可育細胞質背景下，無論有無恢復基因，純合的溫敏核不育基因能表達溫敏核不育性狀；在野敗型不育細胞質背景下，必須具有雜合或者純合的恢復基因，純合的溫敏核不育基因才能表達溫敏核不育性狀。 3)觀察了具有不育細胞質的溫敏核不育系，初步發(fā)現(xiàn)其育性轉換溫度較其親本低。初步育成了保持系為溫敏核不育系的質核互作型不育系。并由此提出了選育不育

9、細胞質背景的光溫敏核不育系和溫敏核不育背景的質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個溫敏核不育系培矮64S、6311S和360S與紅蓮型質核互作型水稻雄性不育系粵泰A及其相應的保持系粵泰B以及恢復系配組，以粵泰A與恢復系9311、蜀恢527、明恢63、明恢86、等配組F<,1>為對照，觀察了6個組合的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胞質背景下

10、的育性表達。結果表明： 1)對照組合F<,1>可育花粉和結實率分別達到48.1％和86.1％，F(xiàn)<,2>正?？捎Y實率分別達到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>可育花粉和結實率分別達到 88.1％和86.1％，與粵泰A雜交F<,1>可育花粉和結實率分別為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恢復育性，而且具有對紅蓮型不育系的

11、恢復基因，能完全恢復粵泰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，進一步證實了在可育細胞質背景下，恢復基因對溫敏核不育基因的表達的沒有影響的結論。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，進一步分析可知：在紅

12、蓮型不育細胞質背景下，恢復基因也是溫敏核不育基因表達的關鍵，但是由于紅蓮型不育系屬于配子體遺傳類型，3個溫敏核不育系都具有對紅蓮型不育系的恢復基因，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。并構建了一套4個不育系×6個恢復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的質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)粒數和結實率等農藝經濟性狀表現(xiàn)基本一致。 2)近等基因系培矮64S和培矮64A與6311S和6311A產量、產量結構及其農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產量、產量結構及其農藝性狀的配合力沒有顯著差異，說明兩系三系組合間產量等性狀的差異主要是來自不育系和恢復系品種間的差異，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量下降。為進一步

15、提高雜交水稻制種質量，以我國長江中下游地區(qū)應用的有代表性7個不同類型的秈型水稻不育系為研究材料，在江蘇南京進行分期播種研究了水稻不育系生態(tài)型、農藝特性以及育性穩(wěn)定性差異。結果表明： 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和穎花數等農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，說明適當早播，可避免溫敏核不育系恢復可育，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，通過模擬生物學混雜試驗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。結果表明： 生物學混雜導致恢復基因的滲入是粵泰A純度迅速下降雜的主要原因。常用的保持系、恢復系和溫敏核不育系等品種的恢復基因可直接對粵泰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，產生F<,1>雜株及其“同質恢”后代。粵泰A