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应用分子和常规技术通过籼粳交选育亲籼型水稻雄性不育系

林荔辉

  水稻籼粳杂种具有极强的超亲优势。充分利用籼粳杂种优势,是当前水稻遗传育种的研究热点。本研究从选育水稻亲籼型不育系角度出发,针对籼粳杂种育性这一制约籼粳杂种优势利用的关键问题,在育性遗传分析基础上,制定亲籼型不育系的选育技术路线,并对育成的亲籼型不育系育性进行分子检验,鉴定和评价亲籼型不育系育种利用价值,评估选育方法的可行性和有效性。旨在促进对籼粳杂种育性及其杂种优势遗传基础的深入了解,为有效利用籼粳杂种优势提供科学依据。主要结果如下: 1.选用9个籼稻亲本和8个粳稻亲本,按不完全双列杂交方式(NC-Ⅱ设计)配制72个籼粳交杂种一代,采用植物数量性状的加性-显性遗传模型(AD模型)及统计方法,系统分析籼粳后代花粉育性与小穗育性的遗传模式及遗传相关。结果表明:籼粳杂种育性主要受显性效应控制。花粉育性与小穗育性的表型、遗传、加性和显性相关分别为0.598、0.612、0.988和0.581,均达极显著水平,表明花粉育性在一定程度上影响籼粳交杂种一代的小穗育性。秀水系列粳稻品种配组的籼粳杂种育性明显高于北方粳稻保持系所配的组合。 2.构建了珍汕97B/秀水13、珍汕97B/辽91B两个杂交组合的F2群体及其分子遗传连锁图,采用QTLNetwork2.0软件对控制花粉育性和小穗育性的QTL进行了分析。结果表明:不同籼粳交群体的育性QTL不同。在花粉育性上,珍汕97B/秀水13群体仅在5号染色体RM421-RM26区间检测到一个以加性效应为主的QTL qPF5-1,其加性效应为-8.65,表型贡献率为11.25%;珍汕97B/辽91B群体则分别在3号染色体RM3436-RM293与5号染色体RM289-RM169区间检测到QTL:qPF3和qPF5-2。其中qPF3以加性效应为主,表型贡献率15.35%,qPF5-2受加性效应和显性效应共同作用,表型贡献率分别为8.80%和6.39%。两群体小穗育性均在6号染色体上的RM402附近分别检测到相应的QTL:qSPF6-1和qSPF6-2。在珍汕97B/秀水13群体中,qSPF6-1加性效应值为-0.855,表型贡献率达16.31%,显性效应值3.97,表型贡献率1.01%,该座位与广亲和基因S-5n位置相同;珍汕97B/辽91B群体中,qSPF6-2显性效应值为-8.43,表型贡献率达9.68%,籼粳等位基因杂合时显著降低后代小穗育性。两群体各自在5号和8号染色体检测到影响小穗育性的QTL:qSPF5和qSPF8,均以加性效应为主,效应值分别为-5.95和-5.48,表型贡献率为9.11%和9.70%。此外,两群体花粉育性上各检测到一对互作的QTL,但表型贡献率低,互作效应复杂。 3.在籼粳杂种育性遗传分析基础上,根据珍汕97B/秀水后代结实率高,且存在广亲和基因的特点,确定以常规系谱育种技术,既可望创制出含有广亲和基因的籼粳交后代特异种质。经5年8代回交转育,育成了籼粳成分含量各异的系列亲籼型三系不育系。这些不育系败育彻底,育性稳定,与籼稻恢复系杂种一代结实正常。利用不同温度条件,分析选育的各种类型保持系育性的稳定性,发现各保持株系花粉育性与小穗育性易受低温影响,育种上应着重于育性较为稳定的偏粳型后代保持系的选择。 4.根据SSR聚类分析与高海拔育性鉴定结果,筛选出7个具有代表性亲籼型不育系。在分析不育系主要性状及遗传成分的基础上,综合育性QTL分析及其所配籼粳杂种一代的结实率表现,对籼粳杂种一代的育性表型进行分子检验。结果表明,亲籼型不育系的粳稻成分越高,与籼稻恢复系配组的杂种一代花粉育性与小穗育性就越低;育性QTL来自籼稻育性等位基因作用下可有效克服籼粳杂种育性障碍;且育性效应SiSi> SiSn;广亲和基因qSPF 6-1可在一定程度上提高籼粳交杂种一代的结实率,但5号染色体上的qSPF5对籼粳杂种结实率有明显影响。 5.选用7个具有代表性的亲籼型不育系,以Ⅱ-32A为对照,与6个恢复系按照不完全双列杂交(NC-Ⅱ)设计配制包括亲本及其48个杂交组合,采用植物数量性状的加性显性遗传模型(AD模型)和统计方法,分析亲籼型不育系产量相关性状的遗传模式、杂种优势及遗传相关,评价其育种利用价值。结果表明:(1)在7个不育系中,08cmgl32的单株重一般配合力最好,而08cmg164的部分组合特殊配合力好。在42个籼粳杂交组合中,26个杂交组合结实率大于77%,16个组合单株重超过Ⅱ优63。籼粳交杂种优势主要体现在单株重、株高、总粒数、实粒数及每穗粒数等性状上。(2)产量主要性状大多受加性效应和显性效应共同影响。单株重主要受显性效应控制,杂种优势强,且不能简单由某一单一性状的间接选择来提高。株高、总粒数、生育期和有效穗与结实率之间在表型、遗传、加性和显性方面均呈负显著或极显著相关,在籼粳育种上,应注意株高、生育期及有效穗的选择,提高后代结实率。(3)株高、主穗长、粒重及生育期的狭义遗传力较高,育种上应在早期选择有效,而单株重、有效穗、总粒数及结实率的狭义遗传率低,后代分离世代长,应在高世代鉴定。 总之,本研究在剖析籼粳杂种育性遗传的基础上,采用常规与分子技术相结合,有效地选育出了系列实用型的亲籼型不育系。亲籼型不育系的选育在籼粳杂种优势利用中具有广阔的应用前景。……   
[关键词]:水稻;籼粳杂交;亲籼型不育系;选育;杂种优势
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:福建农林大学2010年