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籼型杂种稻“汕优 63”. 2004 年江浦. 第五节 水稻育种的途径和方法(二) ----- 杂种稻的选育 一、杂种稻简史 (一)杂种稻选育简史 1964 年袁隆平开始从胜利籼品种中寻找不育株。 1970 年李必湖在海南崖县普通野生稻群落中发现花粉败育株。 1972 年育成野败型珍汕 97A 、二九南 1 号 A 等不育系和保持系。 1973 年测得 IR24 等恢复系,实现 “ 三系 ” 配套。. 目前我国育成的不育系有 5 大类: 野败型( WA 型),如珍汕 97A 、 V20A 等; 冈型( G 型)和 D 型,如冈 46A 、 D 汕 A 等;

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籼型杂种稻“汕优63”

2004年江浦


第五节 水稻育种的途径和方法(二)-----杂种稻的选育

一、杂种稻简史

(一)杂种稻选育简史

1964年袁隆平开始从胜利籼品种中寻找不育株。

1970年李必湖在海南崖县普通野生稻群落中发现花粉败育株。

1972年育成野败型珍汕97A、二九南1号A等不育系和保持系。

1973年测得IR24等恢复系,实现“三系”配套。


目前我国育成的不育系有5大类:

野败型(WA型),如珍汕97A、V20A等;

冈型(G型)和D型,如冈46A、 D汕A等;

包台型(BT型),如黎明A、六千辛A等;

滇一型(DI型),如滇29A等;

红莲型(HL型),如HL型粤丰A等。

生产上应用的以野败型为主。


(二)杂种稻的生产潜力

1.杂种稻比常规稻显著增产20%左右。

2.杂种稻优势主要表现在

发芽快、分蘖强、生长势旺盛;

根系发达、吸肥能力强;

穗大粒多;

光合同化和物质积累能力强;

遗传背景广,适应性强,尤其对不同土壤类型的适应性,在低产地区增产幅度大。


1 p25 2 p25 3 2 p25 1 4 4 1

二、产生杂种稻的途径

(一)核质互作型雄性不育性的利用

1.孢子体雄性不育(P25,详细讲解)

2.配子体雄性不育(P25,详细讲解)

3.籼稻育性恢复性状的遗传控制(2对恢复基因,P25表1-4)

4.粳稻育性恢复性状的遗传控制(1对恢复基因)


Teyou 559 indica hybrid with high yield
Teyou 559—indica hybrid with high yield


Chang you 1 — three-line japonica hybridwith good quality and late maturity


1 58s 14 12 3 6 2 58s 10 18

(二)光(温)敏核雄性不育性的利用

1.农垦58S的发现及其育性转换特点(14小时不育,12小时可育,敏感时期3-6期);

2.用农垦58S转育的核不育系育性稳定现状。

光敏不育系

光温敏不育系

温光敏不育系

温敏不育系(抽穗前10-18天)




(三)化学杀雄剂的应用

1.对化学杀雄剂的基本要求:不伤雌蕊,不影响正常开花。

2.现有较好的水稻杀雄剂:甲基砷酸锌、甲基砷酸钠。

3.杀雄剂导致雄性不育的生化机理(请看P26)。

4.杀雄剂的处理方法。浓度0.015%~0.025%;喷洒时期:始穗前10天;7天后减半药量喷洒第2次。

缺点:不易得到纯度高的种子。优点?


三、不育系及其保持系的选育

优良的水稻雄性不育系和保持系必须具备的条件。

1.雄性不育系

①雄性不育性稳定;

②可恢性好;

③良好的花器和开花习性(图示柱头外露情形)。


2.保持系

①一定的丰产性和良好的配合力;

②花药发达花粉量大;

③具有一定的抗性和较好的稻米品质。


Bt p27 d

(一)BT型不育系的选育(杂交,回交核代换,详细解释P27图)

(二)野败型不育系的选育

(三)冈型不育系和D型不育系

(四)红莲型不育系的选育

实践表明,远亲杂交较易产生不育的后代,如野栽交、籼粳交。


(五)不育系的分类及核质互作效应

1.按不育花粉的形态分类: 可分为典败型、圆败型和染败型。

2.按遗传特点分类:可分为孢子体不育类型和配子体不育类型。

3.按恢保关系分类:可分为野败型和红莲型。

4.不育胞质对杂种一代性状, 表现一定程度的负效应。但核质互作现象比较复杂。


63f2 2004
汕优63F2代分离表现(2004,江浦)

小青棵

不育株


四、恢复系的选育

(一)优良的恢复系必需具备以下几个条件:

①恢复性强而稳定;

②配合力高, 不但超亲而且超过对照品种;

③具有较好的农艺性状和抗性;

④植株略高于不育系,花药发达花粉量多。



(二)恢复系选育方法

1.测交筛选。

(1)具体做法。首测F1要有10株;复测F1要有100株以上的群体。

(2)测交父本的选择要考虑:

①亲缘关系。凡与不育系原始母本亲缘较近的品种,往往具有该不育系的恢复基因。

②地理分布。低纬度、低海拔的热带、亚热带地区的品种具有恢复力的较多。


2 63 ir30 630 33 34 ir36 ir24

2 .杂交选育

①恢复系×恢复系:因双亲都有恢复基因,低世代可以不测交,待其它性状稳定后再与不育系测交。这种方式较易成功。如明恢63(IR30/圭630),桂33和桂34(IR36/IR24)。


IR30/圭630


不育系×恢复系:可以减轻测交工作,育成同质恢复系。


六千辛A/9/77302-1

BC8F6


3A/9/4482 F5

BC8F5



C c57 1

恢复系×保持系:从其稳定的杂交后代测交筛选也可以育成恢复系。如C堡(C57/城堡1号)。


C57/城堡1号


Ir26 f 2 1

多亲本复交选育恢复系。如湖南的二六窄早(IR26/窄叶青F2//早恢1号)。


五、杂种组合的选配

1.选配时应考虑的因素:

①双亲的亲缘关系;地理来源和生态类型的差异;

②双亲的一般配合力和特殊配合力;

③双亲的丰产性、抗性和稻米品质。


汕优63 F1

(2004,江浦)


特优559 F1

(2004,江浦)

丰优香占 F1

(2004,江浦)


2.选配组合的一般做法:

①初测时组合数要多,每组合F1株数可少,选择少数组合进行复测。

②复测组合小区对比试验时,对估计有希望的组合进行小规模制种。

③探索制种技术和高产栽培技术。


Collaboration between China and IRRI on Hybrid Rice

FANGMING XIE

Hybrid Rice Program

IRRI

DAPO Box 7777

Metro Manila, Philippines

[email protected]


3 p31

3.杂种稻的育种程序(见P31)。

品种资源 品种鉴定

具保持能力者 连续回交转育不育系;

具恢复能力者 杂交转育恢复系。


不育系 × 恢复系

配合力测定(优势、抗性等)

新组合比较

区域试验、生产试验

繁殖制种推广


第六节 水稻育种的途径和方法(三)-----诱变育种和花药培养技术

一、诱变育种

我国水稻诱变育成的品种年种植面积约占全国水稻种植面积的1/10。种植面积的品种有原丰早、浙辐802,皆为长江中下游早稻主栽品种。

水稻诱变育种仍以γ射线为主,占80%;

其次为快中子(6%)、激光(4%)。另外还有β射线、微波、化学诱变剂、电子流、离子束。


(一)诱变处理方法

1. 适宜照射剂量:在一定的照射剂量范围内,突变率与照射剂量呈正相关,但照射的损伤效应也相应提高。目前广泛采用的是半致死剂量,即照射后植株成活率在50%左右,结实率在30%以下。60Coγ射线处理干种子所用的剂量范围为150-600Gy(1Gy=100R), 但以300Gy育成的品种数最多,约占58%。


籼稻和粳稻对辐射敏感性不同,籼稻抗辐射能力较强。品种间及不同发育阶段的辐射敏感性相差也很大,可参考表籼稻和粳稻对辐射敏感性不同,籼稻抗辐射能力较强。品种间及不同发育阶段的辐射敏感性相差也很大,可参考表1-6(P33)采用2~3个不同剂量处理。一般γ射线处理籼稻干种子采用300Gy的剂量,粳稻干种子为250Gy,剂量率为0.83-0.415Gy/min。中子处理则以3×1011中子数/cm2左右为好。


1 10 1 12 100 250 500

如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的1/10-1/12左右。

处理种子数量视品种的辐射敏感性和诱变率,以及照射剂量的大小而不同,一般为100-250克,最低限度需要500粒。


2. 如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的化学诱变及复合处理。P32。

化学诱变如用NMU(N-亚硝基-N-甲基尿烷)处理水稻干种子,据报告0.15%和0.03%的溶液浸渍6小时均有效。

九州大学佐藤光教授用MNU(N-methyl-N-nitrosourea)处理水稻受精卵引发突变改良稻米品质(略加介绍)。

用射线与EMS复合处理水稻种子比单独处理的效果好。


Amylose content如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的

15.58%

0.76%

5.32%

6.48%

7.22%

3.80%

5.32%

Mutants modifying amylose content

WT

wx

du1

du2

du3

du4

du5

I2・KI


sugary如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的 mutants in rice

sug1

sug2

WT


(二)选育的方法如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的

1.照射材料的选择: 通常选用有优良性状的品种或推广品种作为材料,以改良个别性状; 也有用杂种世代种子处理的, 以增加变异幅度.


2 m 1 3 m 2 m2

2.M如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的1代: 采用密植控制分蘖; 一般都不进行选择。只收主穗, 单存或混合脱粒. 为什么?

3.M2代: 种植穗行或株行; M2出现异常的叶绿素突变体较多,有育种利用价值的突变少,因此群体要足够大。


4 m 3 m 3 5 f1 6 p33

4.M如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的3及以后世代:一般已很少分离,尤其是单基因突变体,M3代均以株系种植,性状稳定者可以混合收获。

5.诱变与杂交相结合的选育:利用F1或后代进行诱变处理, 提高其后代的变异类型。

6.诱变育种成功事例。见P33。


1 m 2 0 6 2 3 2 0 29 0 42

(如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的三)一些性状改良的效果(想一想为什么?)

1.生育期的改良:选育早熟类型较有把握,尤其在大田容易鉴别。据报道,M2早熟突变体出现的频率为0.6%-2.3%。

2.植株高度的改良:将高秆品种诱发得半矮秆类型突变体的频率也较高(0.29%-0.42%)。


3.如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的稻米品质的改良:把粘性变为糯性;也可改良稻米蒸煮品质。

4.抗病性的改良:可提高水稻抗瘟性,但抗病性诱变频率较低(0.006%, Yamasaki & Kawai, 1968).

5.突变体应用于杂交育种:利用突变体为杂交亲本选育品种,有许多成功事例,见P34。


二、如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的花药(花粉)培养技术

花药培养和花粉培养的含义:在合成培养基上改变其正常的发育途径,由单个花粉粒发育成完整植物的技术。

花药培养和花粉培养的区别:外植体不同。用花粉就不会因花药的药壁、花丝、花隔等体细胞的干扰而形成体细胞植株。但花粉培养技术难度大。

花药培养和花粉培养的历史与成绩:

中花9号;浙粳66;合单76-085等。


人工种子如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的


人工种子如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的


(一)如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的花药培养的一般操作程序:P35。

1. 取花粉发育处于单核中晚期的稻穗经低温处理。

2. 接种前进行表面灭菌。用75%的酒精擦洗;或用新鲜漂白粉饱和液的上清夜浸泡15分钟;

或用0.1%升汞(二氯化汞)浸泡10分钟。再用无菌水冲洗3次。

3. 在超净台上接种操作,每根直径3cm的试管接种花药50-100枚。

4. 30天左右,当愈伤组织增殖到2-3cm大小时,及时进行再分化培养。经15-25天后就能诱导幼苗的分化。幼苗3-4叶即可移植到土中。


1 n6 2 4 d 2mg l p36 1 7 2 ms p36 1 8

(二)如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的花药培养的方法

1.脱分化,形成愈伤组织,用N6培养基,加一定数量的生长调节剂(2,4-D,2mg/L)。P36,表1-7。

2.再分化,形成芽和根及植株,用MS培养基,加细胞分裂素。P36,表1-8。


1 2 3

(三)如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的提高花药培养成植株的因素

1.供试材料的基因型: 粳稻比籼稻易获得花粉植株。

2.花粉发育时期: 单核期。

3.培养条件:脱分化需要黑暗,再分化需要光照。


1 2 3 4

(四)如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的花药培养在水稻品种改良上的应用

1.提高获得纯合材料的效率;

2.提高选择效率;

3.结合诱变处理提高诱变效果;

4.推广品种通过花药培养可达到提纯选优的作用。


1 2 3 41

(五)如果以发芽种子或秧苗进行处理,剂量为干种子处理剂量的存在问题

1.还没有适合各种不同基因型的培养基。

2.绿苗分化率还不够高。

3.分化绿苗的时间拖延过长,延误种植季节。

4.产生花粉植株的程序较繁,需要较多的人物力消耗,大规模产生花粉植株的技术尚待努力。


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