水稻新资源温敏核不育系长S的遗传学研究

　　自石明松1981年提出水稻两用核不育系概念以来,利用光温敏核不育系配制的两系法杂交水稻在国内外都取得了成功，并且在生产中发挥了重要的作用。截至2005年，通过省级鉴定（审定）的光温敏核不育系106个;1994-2009年通过省级和国家审定的两系杂交水稻组合427个；1993-2009年两系杂交水稻累计推广面积2097.4万hm2；2009年两系杂交水稻播种面积已达到杂交水稻总播种面积的20.9%。但目前我国两系杂交水稻组合的亲本主要集中在广占63S及其衍生系、安农S-1衍生系以及株1S、陆18S和HD9802S上，其中广占63S是目前生产上应用最广泛的軸型温敏核不育系。不育系来源单一,遗传基础狭窄,将严重制约我国两系杂交水稻的进一步发展。因此，积极发掘光温敏核不育新资源，丰富两系不育系的来源，扩大遗传基础，这对保证我国两系杂交水稻的可持续发展具有十分重要的意义。

　　长S是在广西普通野生稻（Oryzarufipogon)与珍珠矮（indicaKato)杂交后代中发现的新资源温敏核不育材料,具有穗大粒多等特点S。长S的获得丰富了我国两系不育系的来源，扩大了遗传基础,但长S的育性受几对基因控制。长S的不育基因与现有光温敏核不育系的不育基因是否等位，这些问题尚不明确。本研究对以上问题进行了研究，旨在为长S的利用提供理论指导。

　　1材料与方法

　　1.1试验材料

　　普通品种中浙B、福伊B、粵丰B、粵泰B、博3B、K17B、R608、Lemont、R527、明恢86、9311,均由国家杂交水稻工程技术研究中心何强提供。

　　被测系长S由井冈山大学水稻繁育研究中心提供，軸型光温敏核不育系HN5S由长江大学农学院戴绍钧教授提供，C815S由湖南农业大学水稻研究所陈立云研究员提供，广占63S由国家杂交水稻工程技术研究中心何强提供，軸型温敏核不育系湘陵628S由湖南亚华种业杨元柱研究员提供,HD9802S由湖北省农科院水稻研究所武晓智提供。各不育系的系谱来源、不育基因对数及性质见表1。

　　1.2试验方法

　　试验于2010-2011年在井冈山大学生命科学学院试验基地（江西吉安，27°07'N)进行。

　　1.2.1不育基因的遗传分析2010年7-8月在江西吉安长日高温条件下,长S不育期内，以长S为母本,分别与中浙B等11个水稻品种杂交,获得Ft种子;2010年11月至2011年3月在海南三亚种植部分Fi种子，获得F2种子;2011年将所有FiA种子作中稻正季种植，以保证其小孢子分化均处于长日照和高温条件下。5月1日播种，Fi每组合种植40株，F2依据种子情况每组合至少种植100株以上，栽插密度20.0cmx20.0cm,栽培管理同大田。

　　1.2.2不育基因等位性测验2011年2月下旬在海南三亚低温条件下，HN5S、C815S、广占63S、湘陵628S和HD9802S可育期内，以长S为母本（此时长S的育性极低,只有少量可育花粉,反交失败）,分别与这5个光（温）敏核不育系杂交，获得杂种Ft种子。2011年将这5个杂种Fi和6个光温敏核不育系作中稻正季种植，以保证其小孢子分化均处于高温和长日照条件下。5月1日播种，小区5行x10列，栽插密度20.0cmX20.0cm,栽培管理同大田。杂种Fi及各不育系在始穗期随机选取3个单株,每个单株选取3个单穗套袋自交,并镜检单株花粉育性,成熟后考查套袋自交结实率。

　　1.2.3育性调查方法杂种Ft及不育系育性观察：Fi及不育系始穗时，每组合（不育系）随机选取3个单株,每个单株选取3个单穗套袋自交,并镜检单株花粉育性,成熟后考查套袋自交结实率。具体方法是：每株取1穗带回室内镜检,每穗取上、中、下部颖花各2朵,每朵颖花取2枚以上花药混合制片，用1%I4CI染液均匀染色数分钟，置于显微镜观察，每片观察3个视野,要求花粉较分散易计数,且每个

　　视野花粉数在150粒以上,计数可染花粉的百分率。

　　花粉染色率(%)=(可染花粉数/总花粉数）x100%套袋结实率（％)=(小穗实粒数/小穗总粒数）x100%

　　F2育性调查：以花粉育性为主要指标。调查时间为2011年7月6日至8月15日。具体方法是：

　　F2群体开花时逐株目测，以同时开花的不育系亲本为对照,将F:分离群体中的单株分为可育和不育2组。凡包颈,花药白色或淡黄色、瘦小不散粉的记为不育株,反之，凡穗颈伸出正常，花药肥大、黄色、散粉正常的记为可育株。花粉育性镜检方法同上。

　　1.2.4统计方法长S不育基因的对数采用下列公式M推算：

　　k=(lgn-lgm)/lg(1/4)

　　其中m为Fi每一组合群体总株数，为不育株数。育性基因的遗传分析结果采用x2值进行适合性测验。

　　2结果与分析

　　2.1长S与普通品种杂种F1的育性表现

　　长S与普通品种所有杂种Fi均在2011年7月6日至8月10日始穗,始穗期均在不育系稳定不育期内,考查Ft的花粉育性和套袋结实率，结果列于表2。由表2可知，在11个被测试的父本中，所有品种均能使长S的育性得以恢复，而没有一个品种能保持其不育特性。表明长S如其他温敏核不育系一样,具有广泛的恢复系谱,且不育性状受隐性核基因控制，与前人0的研究结果一致。

　　1.2长s不育性状的遗传分析

　　长S与11个普通品种杂交的&群体都发生了育性分离（表3),可育株和不育株区分明显,长日高温条件下,不育株包颈较明显，花药呈乳白色，无花粉或少量典败花粉，可育株无包颈，花药呈黄色,散粉正常，少见中间类型。说明长S的不育基因在不同遗传背景下均能正常表达，可获得不育性彻底的单株,这有利于长S不育基因的转育和利用。在这11个组合中k值都接近1,表明长S的不育基因受1对隐性核基因所控制，2检验的结果表明可育与不育株数符合3:1的理论分离比（置信度大于95%)。

　　表3F2(长Sx普通品种）育性分离的遗传统计分析Scrosscultivars)

　　1.2长S育性基因的等位性

　　长S与HN5S、广占63S等亲本及杂种F1均在2011年7月10日至8月1日始穗,始穗期均在不育系稳定不育期内，考查亲本及杂种F1的育性表现，结果列于表4。由表4可知，长S与HN5S杂种F1花粉育性和套袋结实率表现为正常可育，表明长S与HN5S的不育基因是非等位的；而长S与广占63S、C815S、湘陵628S、HD9802S杂种F1花粉育性和套袋结实率均为0,表现为不育,表明长S与广占63S、C815S、湘陵628S、HD9802S的不育基因是等位的，这个结果也间接表明广占63S、C815S、湘陵628S、HD9802S的不育基因是等位的。

　　3讨论

　　目前我国生产上大面积利用的两系不育系主要是来自农垦58S衍生的培矮64S和广占63S及其衍生系、安农S-1衍生系、株1S和HD9802Sh。长S来自普通野生稻与栽培稻的杂交后代，与现有两系不育系的来源有所不同0。由本研究结果可知，长S的育性受1对隐性核基因控制，其不育基因位点与C815S、广占63S、湘陵628S、HD9802S等位，而与HN5S不等位。C815S来自5SM38和培矮64S的杂交后代,而5STO38来自安农S-1的衍生后代,培矮64S来自农垦58S的衍生后代,据此可推测C815S可能具有农垦58S和安农S-1两套不育基因中的一套或两套。安农S-1的不育基因位点与农垦58S不等位13,而培矮64S的不育基因位点与农垦58S等位M。依据本研究结果结合上述分析，可以推测C815S中与长S等位的不育基因应为来自安农S-1的不育基因，即长S与安农S-1的不育基因位点可能等位，这个结果也说明C815S至少具有来自安农S-1的1对纯和不育基因。

　　周勇等M研究表明HD9802S属温敏核不育，不育性状受1对隐性核基因控制，其不育基因位点与温敏核不育系香125S(衍生自安农S-1)、株1S等位,而与光温敏核不育系培矮64S和1103S(均衍生自农垦58S)非等位。而本研究结果表明长S与HD9802S的不育基因位点等位，这进一步佐证了上述的推测是正确的，即长S与安农S-1的不育基因位点等位。

　　由本研究结果还可知,长S与湘陵628S的不育基因位点等位，而湘陵628S来自株1Sa7-18,结合HD9802S的不育基因位点与株1S等位，而长S的不育基因位点又与HD9802S等位的研究结果，充分说明长S与株1S的不育基因位点是等位的。广占63S来自农垦58S的衍生后代a9],但王宝和等M的研究结果表明广占63S的育性转换敏感性与农垦58S(光敏型）^23不同，而与安农S-1相似，主要表现为温敏型；广占63S的育性遗传与农垦58S也不相同，农垦58S的育性受2对隐性核基因控制24_25],而广占63S的育性与安农S-1相似,只受1对隐性核基因控制；广占63S的不育基因位点所在位置与农垦58S也存在差异，农垦58S的原始突变位点pms3被定位于第12染色体上127],而广占63S的不育基因位点被定位于第2染色体的短臂上，与安农S-1的不育基因位点位于同一定位区间内28。综合上述及本研究结果，可以推断广占63S的不育基因位点与安农S-1等位,而与农垦58S不等位。

　　总之，长S、广占63S、安农S-1、株1S、HD9802S虽来源不同，但它们的不育基因位点均等位,均由同1对隐性核基因控制，均属温敏核不育。