三系杂交水稻育种研究的回顾与展望

我国首创的籼型杂交水稻技术开辟了大幅度提高水稻产量的新途径,为粮食安全做出了巨大贡献.本文回顾了野败型雄性不育的发现与不育系、保持系和恢复系(简称三系)配套及发展的历程.水稻核质互作型雄性不育系在我国大面积生产应用,除野败型外,还有岗型、D型、印水型、矮败型、红莲型、K型不育胞质.其中红莲型的恢、保关系与野败型不同,其他都与野败型相似.杂交水稻不育胞质的多样性解决了胞质单一可能带来的生产风险.在骨干亲本的选育方面,本文介绍了优良不育系珍汕97A,V20A,Ⅱ-32A,金23A等,以及优良恢复系IR24,明恢63,蜀恢527等的选育和应用情况.目前,我国三系杂交水稻主推品种已经由过去的高产品种,转变为优质、高产、抗病兼顾的新品种为主.但是,三系杂交水稻面临产量潜力提升较慢、优良保持系创制效率较低、杂交稻种子生产成本较高,以及不完全适应轻简化栽培等诸多问题.为了应对这些挑战,建议以培育优质、高产、安全、高效的绿色杂交水稻新品种为目标,以分子技术在杂交水稻育种中的应用为手段,以选育适合杂交水稻机械化制种的三系亲本为方向,全面提升杂交水稻的科技竞争力.     

水稻野败型细胞质雄性不育的发现利用与分子机理

野败型细胞质雄性不育(CMS-WA)野生稻的发现和研究利用是实现杂交水稻"三系"配套育种和杂种优势利用的关键,也是人类挖掘和利用野生物种资源服务于农业生产的成功典范,对粮食安全发挥了重要的作用.本文回顾了野败型细胞质雄性不育野生稻的发现以及遗传育种研究和利用的历程,重点介绍野败型细胞质雄性不育性及其恢复性的分子机理和起源进化研究的最新进展.1970年,袁隆平团队在海南发现了细胞质雄性不育野生稻.随后我国许多遗传育种学家利用该材料为不育细胞质供体,于20世纪70年代初育成了野败型细胞质雄性不育系,完成了基于"三系"配套的杂交稻育种体系,实现了杂交稻大规模商业化应用,获得了显著的增产效果.经过长期的研究,我国科学家成功克隆了野败型细胞质雄性不育基因WA352和恢复基因Rf4,阐明了WA352复杂的起源进化机制.研究揭示了WA352蛋白通过与核基因表达的线粒体定位蛋白COX11相互作用,诱导花药绒毡层异常降解和花粉不育,RF4通过降低WA352转录本水平恢复育性,阐明了植物CMS/Rf系统不同层次的核质互作控制雄性不育发生和育性恢复的分子作用机理.本文还探讨了今后杂交稻育种发展的重点和方向.     

杂交水稻的辉煌50年

正1966年2月,《科学通报》发表了袁隆平先生撰写的"水稻的雄性不孕性"科研论文,报道了他在1964~1965年在安江农业学校工作期间于田间发现的水稻植株的雄性不育现象,并提出培育不育系、保持系、恢复系开展水稻杂种优势利用育种的设想.文章发表受到了政府和国家有关部门的高度重视,由此拉开了我国杂交水稻育种的序幕.虽然当时国家财力有限,但一大批行政领导、科技工作者和农技推广人员充分发扬社会主义大协作的精神,不怕困难、不拘教条、自力更生、艰苦奋斗,南繁北育,杂交水稻的研究如火     

中国两系法杂交水稻研究进展和展望

基于水稻光温敏核不育系的发现而建立起来的两系法杂交水稻技术是继三系法杂交水稻成功以后又一个水稻杂种优势利用的有效途径.水稻光温敏核不育系的雄性育性转换是受到幼穗分化期环境光温调控的孢子体阴性核基因控制的.用于水稻杂种优势利用的有利条件是,配组自由容易选配到强优势组合,育种程序简化、育种周期缩短、可以快速育成新的杂交水稻新品种,不育系类型丰富易于培育多样化的杂交水稻类型.本文对水稻光温敏核不育系的资源、育性转换特性、遗传、分子生物学研究进展,以及不育系和组合培育、制种技术、推广等进行了综述,并对进一步发展两系杂交水稻提出了展望,以期为水稻光温敏核不育系和两系法杂交水稻的研究以及其他作物的两系法杂种优势利用提供参考.     

染色体工程在杂交小麦育种中的应用进展

全球气候变暖和人口增长对小麦生产提出了更大的挑战.杂交小麦可以综合双亲有利性状,提高小麦抗生物和非生物胁迫能力,实现小麦高产、稳产、优质和绿色生产.但是,目前杂交小麦育种由于缺乏简单、绿色、实用的制种系统和强优势杂交组合尚难以大规模产业化.基于基因工程创制的第三代玉米、水稻杂交制种系统为杂交小麦制种系统研发提供了重要启发.相比于玉米和水稻,小麦染色体工程曾创制出一批小麦异染色体系和非整倍体,其中有些染色体、端体或易位系携有蓝粒、毛颈、非蜡质等植株或种子标记基因以及育性恢复基因可以直接用于某些不育基因的保持,其他一些特定染色体可采用基因工程等技术,仅需要向其导入有限的种子标记基因或恢复基因,即可实现对现有核不育系和细胞质不育系的升级改造,简化不育系的保持和繁殖,创制简单、绿色和实用的新型杂交小麦制种系统.本文简要综述了染色体工程在小麦雄性不育系、保持系和恢复系及新型杂交小麦制种系统创制中的应用进展,并对杂交小麦育种存在的问题,以及如何综合染色体工程与基因工程创制第三代杂交小麦制种系统进行了讨论与展望,为杂交小麦育种提供参考.     

光温敏雄性不育水稻的研究进展

50年前,袁隆平提出杂交水稻生产的设想,在中国科学家的努力下得以实现并应用.半个世纪以来,杂交水稻在中国和多个国家得到了广泛的种植,为粮食安全提供了有力的保障.近20年来,以光温敏两用雄性核不育系为基础的两系杂交稻在水稻生产中占据越来越重要的地位.中国科学家发现了多个具有实用价值的光温敏雄性不育系,并开展了系统研究,对两系法杂交稻的广泛推广发挥了关键作用.近年来,几个重要的光温敏雄性不育基因被成功克隆,并初步阐明了其作用的分子机理,对于培育新型优良的不育系具有重要意义.本文将介绍杂交水稻在中国的发现和研究现状,以庆祝50年前袁隆平先生提出杂交水稻生产的设想.     

籼型杂种雄性不育水稻9814HS-1的育性与遗传分析

杂种雄性不育系是培育多系法杂交稻理想的遗传工具;杂种雄性不育性一般发生在水稻种间或亚种间,而鲜见于亚种内的品种间.本文报道了一份籼籼交杂种雄性不育系9814HS-1.田间观察结果显示, 9814HS-1在长沙10月初起或三亚3月中旬前抽穗则花粉彻底败育,结实率为0.00%,而同期抽穗的双亲T98B和M114B的育性正常.分子标记分析发现T98B和M114B的籼稻基因型频率分别达到了0.94和1.00;进一步分析注意到,它们与8个籼稻品种杂交的F_1株系结实全部正常,结实率达到了80.35%～91.87%,而与4个粳稻品种的杂交后代均高度不育,表明9814HS-1的双亲都具有籼稻属性.测恢试验发现, 9814HS-1的育性能被所测验的6个籼稻品种全部恢复(结实率达到了85.24%～93.21%),表明9814HS-1具有"三交种"育种利用潜力.遗传分析显示, T98B和M114B的正反交F_2和BC_1F_1群体中不育株与可育株的理论分离比都为1:3,推断9814HS-1的育性受两个非等位的杂合态核基因互作所控制.籼型杂种雄性不育系9814HS-1的发现为重新认识水稻生殖障碍提供了启示,对于建立杂种优势利用新途径具有重要意义.     

红莲型细胞质雄性不育的发现利用研究及展望

自杂交水稻研究50年来,红莲型杂交水稻采取基础研究、应用研究、产业化相结合的模式为杂交水稻事业的发展做出重要贡献.红莲型细胞质雄性不育基因orf H79位于线粒体基因atp6下游,编码79个氨基酸,具细胞毒性,与电子传递链复合体Ⅲ的蛋白亚基互作,机理研究结果表明这种互作可能引起ROS的上升而导致花粉败育.对两个育性恢复基因Rf5,Rf6的研究结果表明,这两个PPR基因均不能与不育基因转录本直接互作,其中RF5与GRP162及RFC3等蛋白互作,以蛋白复合体的形式加工不育基因转录本,而RF6与HXK6互作,形成新的蛋白复合体,二者育性恢复通路各自独立.以不育基因orf H79为分子标记,创制出一批新的红莲型细胞质不育系;以恢复基因Rf5,Rf6为分子标记,筛选出一批双恢复基因强恢复系,选育出高产优质多抗广适红莲型杂交水稻新组合红莲优6,粤优938和珞优8号等.红莲型杂交稻在中国长江流域、华南稻区大面积推广种植,同时在越南、印度尼西亚、马来西亚、孟加拉和菲律宾等东南亚国家引种推广并表现优异,展现出广阔的应用前景.     

第三代杂交水稻初步研究成功

正杂交水稻的发展,目前开始进入第三代:第一代的是以细胞质雄性不育系为遗传工具的三系法杂交水稻;第二代的是以光温敏雄性不育系为遗传工具的两系法杂交水稻;第三代的是以遗传工程雄性不育系为遗传工具的杂交水稻.三系法杂交水稻是经典的方法,优点是不育性稳定,不足之处是其育性受恢保关系制约,恢复系很少,保持系更少.因此,选到优良组合的机率较低.     

旱稻“昆植 S-1”两用核不育系的选育

优良的不育系是杂种优势利用的关键.近年我国在水稻两用核不育系研究中,已取得了很大的进展和成绩。但早稻的研究则仍属空白.为促进我国南方干旱地区稻作生产的提高,自1986年开始,我们开展了旱稻两系选育的研究.通过6年的广泛人工杂交和选育,已经获得了38个杂交组合后代的不育材料,其中1个高世代(12代)的稳定不育系“昆植 S-1”(籼粳中     

两系法杂交稻母本变异的原因及对策探讨

两系法杂交水稻现有母本－光敏雄性核不育系变异不仅比常规品种快,甚至比“三系稻”的母本还要快,阻碍该项技术应有潜力的发挥。介绍“两系稻”现有母本的遗传变异性过强的现象。分析了其成因,并对进一步纯化其光敏性与温敏性的育种策略做了初步探讨。     

云南温光敏两系杂交小麦研究进展与思考

1992年,湖南农业大学和重庆市农业科学院分别育成小麦光温敏核不育系ES系列和温光敏核不育系C49S系列,为中国小麦杂种优势利用开辟了一条新途径.同年云南省引进ES和C49S进行育性鉴定,筛选出的重庆温光敏不育系C49S-87在云南3个生态区有15～20 d的不育期,利用该不育系育成的杂交小麦品种云杂3号于2002年通过云南省审定并实现了较大面积的生产应用. 2001年,利用C49S-87育成不育期更长、育性更稳定、异交结实性更好的不育系K78S,以之组配的云杂5号和云杂6号分别于2004、2005年通过云南省审定.借助云南小麦生长期间多风、少雨的有利条件和K78S的优良异交结实习性,研究建立了父、母本带状种植机械化高效制种技术,制种产量可达到4500 kg/ha以上,促进了杂交小麦品种在云南的推广应用.同时还研发了基于小麦玉米杂交的小麦双单倍体技术用于加速不育系、恢复系创制以及亲本提纯. 2005年之后,受配合力优良的实用型不育系少、恢复系育种体系不完善、不育系和恢复系的条锈病抗性丧失等因素影响,云南省在强优势杂交小麦品种选育上进展甚微.本文总结了温光敏两系杂交小麦在云南研究30年的...     

水稻籼粳亚种间杂种优势利用研究进展与展望

水稻籼粳亚种间的杂种优势利用对于提高我国水稻产量有着重要的意义.本文简述了籼粳亚种间杂种优势利用研究的发展历史,广亲和基因的发现为亚种间杂交水稻选育奠定了理论基础,国内科研机构相继选育出了以两优培九、协优9308为代表的利用部分籼粳亚种间杂种优势的杂交稻组合,杂种优势明显.21世纪以来,浙江省宁波市农业科学院、中国水稻研究所等科研机构,利用粳稻不育系与籼粳中间型广亲和恢复系配组,选育出了"甬优6号"、"甬优12"、"春优58"、"春优84"等典型的籼粳亚种间杂交稻,杂种优势更加明显,为水稻籼粳亚种间杂种优势利用开辟了新途径.本文还总结了籼粳亚种间杂种优势利用研究的现状,并针对籼粳亚种间杂种优势利用中存在的主要问题,对未来籼粳亚种间杂种优势利用研究进行了展望,以期为水稻籼粳亚种间杂种优势利用研究提供一点有益的借鉴.     

中国杂交粳稻发展与展望

本文回顾了我国杂交粳稻育种发展历程,包括滇型、BT型不育系的发现、利用以及"籼粳架桥"方法选育配合力强的C57,C418等杂交粳稻恢复系的过程.同时,针对近年来杂交粳稻制种产量提高以及杂种优势利用等关键性技术研究进展做了以下总结:(1)提高柱头外露率、柱头活力,提升制种产量.柱头外露率同颖花长宽比、柱头长度以及柱头张角呈显著相关性,针对柱头外露率的遗传学研究以及分子标记辅助选择已取得一定进展.(2)开展粳稻优势群及配组模式研究促进杂交粳稻优势利用.在粳稻亲本材料划分为不同优势组群的基础上,提出了籼粳互补、感温与感光互作及穗粒结构互补的优势配组模式,其注重运用籼粳亚种间优势利用、广亲和基因与恢复基因利用、叶片和根系抗衰性的利用以及大穗灌浆特性和抗倒伏特性的运用.本文为进一步促进杂交粳稻选育和应用推广提供了技术性建议和策略.     

杂交水稻在国外的发展历程与展望

杂交水稻的培育和推广为世界粮食安全做出了重要的贡献.本文概述了杂交水稻技术在孟加拉国、巴基斯坦、印度、印度尼西亚、菲律宾、缅甸、越南和美国等主要杂交水稻生产国家的发展历程,并重点分析了各地区杂交水稻研发的典型特征和限制杂交水稻进一步推广应用的主要问题.分析认为,杂交水稻在以上不同国家的推广应用基本上都经历了从引种到本地化育种以及性状改良等发展阶段,杂交水稻技术在这些地区的成功应用主要得益于新品种培育、制种技术的突破和农艺性状的改良.但是,当前杂交水稻在国外的发展仍然面临以下问题:杂交水稻亲本的遗传同质化程度高导致热带杂交水稻的产量优势不如温带杂交水稻;杂交水稻种子来源不稳定;杂交水稻制种产量低和种子质量难以保证;杂交水稻的抗性和米质等一些主要性状不适应现代农业生产和市场经济的要求;科技推广服务体系和科研人才培养机制不健全,缺乏相应的知识产权保护政策和科技成果转化机制等.因此利用现代分子育种新技术来扩大杂交水稻亲本间的遗传差异,利用杂种优势群组,精细育种等科学理论来指导热带地区杂交水稻的培育,并紧密加强公益机构和种业的合作,创建互补双赢的科研和商业化结合的机制,对于促进杂交水稻的可持续发展有重要的意义.另外,国际水稻研究所组织成立的全球杂交水稻协作网有望为热带杂交水稻的进一步发展提供帮助.     

水稻萍乡显性核不育基因的定位

水稻基因互作型显性核不育材料萍乡核不育株是来自水稻保持系萍乡可育株的突变型,用萍乡核不育株、萍乡可育株与不含对萍乡核不育有恢复能力的互作基因的常规品种测６４聚合杂交得到的［（萍乡核不育株×测 ６４）Ｆ_(１不育)×萍乡可育株］ Ｆ_１和［萍乡核不育株×（萍乡可育株×测６４） Ｆ_１］ Ｆ_１作为分离群体,利用分子标记将该核不育基因定位于第１０染色体的微卫星标记ＲＭ２２８和ＲＭ２５８之间;进一步发现距离该核不育基因 ２．６ｃＭ的 ＲＦＬＰ标记 Ｇ２１５５．该基因暂定名为 Ｍ_(ｓ－ｐ)．     

二系杂交小麦混播制种技术研究与利用

二系杂交小麦技术体系是我国原创的利用不育系实现杂交小麦产业化应用的重要成果,其高效制种技术是杂交小麦产业化发展的核心关键技术,选育高配合力和异交性状优良的不育系与恢复系能够有效提高制种异交结实率和产量.本研究通过2016～2020年间二系杂交小麦相关制种试验,对制种过程中的影响因素和效果进行研究,发现恢复系花粉传播距离、花药大小、花药外露率、花粉量和不育系的开颖角度、柱头外露率等异交生物学性状与异交结实性能有显著相关性;父本花期比母本晚2～3 d能够实现时空协同和生理协同的有效配制.按照父本比例5%对父母本进行混播制种比行比制种产量显著提高28.2%. 2019～2021年度,在南阳地区进行规模化混播制种生产效果突出, BS1453/JS1规模化制种产量达到5273.4 kg/hm²,为二系杂交小麦推广应用和产业化提供了理论与技术支撑.     

红莲型细胞质雄性不育线粒体相关嵌合基因的发现

以水稻红莲型（HL）粤泰细胞质雄性不育系A和保持系B及杂种一代F1为研究材料，以在DNA和RNA水平均存在差异的atp6基因为探针，筛选A和B的线粒体基因组文库，找到了与红莲型细胞质雄性不育相关的嵌合基因orfH79。该基因位于atp6基因的下游，由coxI的部分编码序列以及一段未知来源的序列构成。PCR和Southern分析均证实了orfh79不育胞质线粒体的特异性。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A及其保持系NJCMS1B的选育与验证

首例大豆质核互作雄性不育系由Ｄａｖｉｓ[1]在申请的一项美国专利中提到,但至今未见进一步的研究报道.孙寰等人[2]由栽培大豆与野生大豆杂交获得野生型质核互作不育系.盖钧镒等人[3]报道了来自2个栽培大豆品种杂交组合Ｎ8855×Ｎ2899杂种及其后代的质核互作雄性不育.张磊等人[4]由2个栽培大豆杂交获得另一质核互作不育材料.以上报道中均尚未述及各该不育材料的遗传和细胞学机制.本研究是在文献[3]基础上选育出的一质核互作雄性不育系ＮＪＣＭＳ1Ａ及其不育性的验证.自1989年发现杂交组合Ｎ8855×Ｎ2899的Ｆ1不育之后,1992～1996年连续5年重…     

杂交水稻技术新突破

<正>水稻是我国最主要的粮食作物,我国有8亿人口以稻米为主食。水稻产量的稳定与持续增长,对保障我国粮食安全意义重大。杂交水稻的优势利用1973年,我国籼型杂交水稻三系配套成功,首次在世界上实现了水稻杂种优势利用,而后杂交水稻在我