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.     

水稻籼粳杂种不育与广亲和

水稻是世界主要粮食作物,水稻杂种优势的利用为提高作物产量做出了巨大贡献.亚洲栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种,亚种间的杂种优势更强,培育籼粳杂交水稻可以进一步提高水稻产量潜力.但是亚种间普遍存在生殖隔离,导致籼粳杂种育性较低,限制了对其杂种优势的利用.广亲和品种与籼稻和粳稻的杂交后代正常可育,为利用亚种间杂种优势提供重要种质资源.本文回顾了籼粳杂交育种的历史,总结了水稻杂种不育的遗传基础和分子调控机理的研究进展,介绍了广亲和基因形成机制的最新理解,在此基础上概述了近年来对广亲和基因发掘和利用的成果,并展望了未来创建广亲和水稻种质资源的途径.     

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.     

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.     

云南陆稻品种籼粳分化与遗传变异

利用34个籼粳特异插入缺失(insertion/deletion,InDel)分子标记和24个SSR分子标记对云南113个陆稻品种的籼粳分化与遗传变异进行分析.InDel分子标记鉴定结果表明,云南陆稻以粳稻(粳型、偏粳型)品种为主,占总品种的83.2%.聚类结果显示,云南陆稻品种明显聚为4大类群(籼型、偏籼型、粳型、偏粳型),支持InDel分子标记鉴定结果.重新将云南陆稻品种的种植区域划分为2个:(1)海拔1250m以下为籼粳稻混合种植区;(2)海拔1250m以上为粳稻种植区.SSR遗传多样性分析结果表明,云南陆稻籼粳亚种间遗传多样性均很丰富,籼稻品种的遗传多样性高于粳稻品种且差异显著.分子方差分析显示,云南陆稻遗传变异主要来自亚种内(占总变异81%),亚种间遗传变异占19%.不同地区间陆稻种质资源遗传多样性比较分析表明,滇西南与滇南地区存在丰富的遗传变异,是云南陆稻品种遗传多样性的分布中心.半山云雾多湿区作为云南陆稻品种的传统种植区域,保留大量的遗传变异与稻种资源,是开展陆稻种质资源保护、利用的核心区域.     

水稻白穗突变体基因的鉴定和染色体定位

从一个水稻籼粳交F₆后代自然群体中获得1例白穗突变体, 其成熟植株基部少数叶片中脉呈现白色, 抽穗后穗粒内外稃和枝梗均表现白色. 用突变体作母本与一粳稻恢复系品种制7杂交, 获得一个F₂分离群体. 初步的遗传分析表明, 该突变属单基因隐性性状. 利用已定位的微卫星标记进行连锁分析, 发现该基因位于水稻第1染色体上. 进一步根据已完成的水稻基因组序列寻找微卫星位点, 连锁分析显示, 该基因位于微卫星标记SSR101和SSR63.9之间, 分别相距2.3和0.8 cM; 并与微卫星标记SSR17呈共分离. 该基因暂定名为wp(t).     

杂交小麦制种技术及除草剂在杂交制种提纯中的应用进展

杂交小麦技术可以提高小麦稳产性和丰产性,是保障粮食安全的重要策略.目前,杂交小麦制种成本过高,限制了杂交小麦大规模商业化推广.杂交小麦制种成本取决于单位面积杂交小麦产量、纯度以及单位面积播种量.在国内现有播种模式下,杂交小麦很难实现单位面积播种量的降低.提高单位面积制种产量和纯度,对降低杂交小麦制种成本就变得尤为重要.其中,通过喷施除草剂提高制种纯度,可以作为降低制种成本的一个有效手段.无融合生殖提供了杂交小麦制种的新维度,这种技术完全不用种植父本植株,将杂交制种转变成自交制种,可以进一步提高制种产量和纯度,降低制种成本.本文总结了近年来杂交小麦制种技术及除草剂在小麦制种纯度提升上的进展,并对未来创新技术方案进行了展望,以期加速杂交小麦的商业化推广.     

水稻花粉愈伤组织诱导能力的遗传

近20年来,花药培养技术已成功地应用于许多作物的品种改良.但由于不同作物不同品种间花药培养力的差异很大,从而严重制约了这一技术的广泛应用.大量研究结果表明这种差异主要是由不同基因型引起的.一般而言,栽培稻中籼稻的愈伤组织诱导率明显低于粳稻.薛庆中等研究表明水稻愈伤组织诱导率是一个以加性作用为主的可遗传的特性.吴传银和陈英应用双列杂交对粳稻花药培养基因型的差异作了研究,指出在愈伤组织诱导率的基因作用方式中加性和非加性作用都很重要.而Quimio和Zapaia指出水稻花药培养力是由几个隐性基因控制的.这些研究结果的不同暗示了愈伤组织诱导率的遗传复杂性.本研究利用一对培养力相差很大的典型籼粳品种作为亲本,对杂种F_1经花药培养产生     

水稻阶段性返白突变体的鉴定和候选基因分析

从粳稻品种中花11 的后代中发现了一个叶色突变体sgra, 该突变体幼苗期叶色正常, 而6~8 叶期以后新生叶白化, 随后白化叶转绿. 突变体的遗传分析表明, 该突变体表型受1 对隐性核基因控制. 利用籼粳杂交F2群体对突变位点进行了基因定位, 将其定位于水稻第11 染色体的2 个标记ID343-11 和PSM415 之间, 遗传距离分别为0.9 和1.0 cM. 随后, 利用已公布的水稻序列和SSR标记, 在两标记间发展了9 对新的标记, 进一步将SGRA基因定位在IDM-2 和RM26739 之间, 物理距离约为17.6 kb. 对野生型和突变体候选区段基因组DNA 测序分析表明, 候选基因编码一个ABC 转运蛋白.     

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     

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.     

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...     

水稻籼粳杂种不育基因座Sc的遗传图

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍. 为了克隆1个籼粳杂种不育基因Sc, 利用分子标记和近等基因系杂交产生的F2群体对Sc座位进行了精细定位. 初步的连锁分析结果表明, Sc座位与第3染色体的4个分子标记以RM218-RG369-Sc-RG227-RG391的关系连锁, 其中RG227与Sc座位之间的遗传距离为0.07 cM. 用RG227为起始探针筛选籼稻的TAC基因组文库, 并通过染色体步移构建了一个覆盖Sc座位的跨度约320 kb的克隆重叠群. 对可能覆盖Sc的2个TAC克隆M45E14和M90J01进行了部分测序. 用TAC克隆序列和RG227序列搜索水稻基因组序列数据库, 锚定了粳稻BAC克隆OSJNBb0078P24(148 kb)序列. 通过比较TAC和BAC克隆的序列, 在Sc座位区域发展了6个新的基于PCR的标记. 用这些标记进一步把Sc座位定位在一个约46 kb的区域内. 从定位结果推测该BAC克隆和TAC克隆M45E14包含Sc基因. 基因预测分析显示, 在此46 kb区域内有6个预测的ORF.     

水稻籼粳杂种不育基因座Sc的遗传图和物理图精细定位

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍.为了克隆1个籼粳杂种不育基因Sc,利用分子标记和近等基因系杂交产生的F2群体对Sc座位进行了精细定位.初步的连锁分析结果表明,Sc座位与第3染色体的4个分子标记以RM218-RG369-Sc-RG227-RG391的关系连锁,其中RG227与Sc座位之间的遗传距离为0.07 cM.用RG227为起始探针筛选籼稻的TAC基因组文库,并通过染色体步移构建了一个覆盖Sc座位的跨度约320kb的克隆重叠群.对可能覆盖Sc的2个TAC克隆M45E14和M90J01进行了部分测序.用TAC克隆序列和RG227序列搜索水稻基因组序列数据库,锚定了粳稻BAC克隆OSJNBb0078P24(148kb)序列.通过比较TAC和BAC克隆的序列,在Sc座位区域发展了6个新的基于PCR的标记.用这些标记进一步把Sc座位定位在一个约46kb的区域内.从定位结果推测该BAC克隆和TAC克隆M45E14包含Sc基因.基因预测分析显示,在此46 kb区域内有6个预测的ORF.     

水稻的雄性不孕性——原文再版

正水稻具有杂种优势现象,尤以秈粳杂种更为突出~([1]),但因人工杂交制种困难,到现在为止尚未能利用.显然,要想利用水稻的杂种优势,首先必须解决大量生产杂种的制种技术,从晚近作物杂种优势育种的研究趋势和实际成果来看,解决这个问题的有效途径,首推利用雄性不孕性.为了获得水稻的雄性不孕材料,我们最近两年在水稻大田里进行了逐穗检查工作,观察到一些雄性不孕植株,现将初步观察结果,报导如下:     

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.     

北方粳稻优化穗部性状和籼型血缘改良品质研究进展

进入"十一五"以来,以沈阳农业大学水稻研究所为首的北方粳稻育种团队,以提高北方粳稻品质为主攻目标,以改良穗部性状为突破口,以调控籼型血缘为主要途径,在相关性状遗传与生理基础、种质资源创新与新品种培育研究方面取得了显著进展.(1)明确了直立穗型由一对显性基因EP1空制,表现穗节间缩短、枝梗数和穗粒数增多、着粒密度增大,在...     

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.     

贵州栽培稻的遗传结构及其遗传多样性

贵州省是中国稻种资源遗传多样性最高的地区之一, 类型复杂多样, 蕴含丰富的遗传变异, 因 此, 研究贵州稻种资源的遗传结构和遗传多样性对中国栽培稻起源、演化和分类有重要意义. 本研究通过32个表型性状和36个微卫星位点对贵州省537份栽培稻进行分析, 结果表明, 利用分子标记所做基于模型和基于遗传距离的遗传结构表现一致, 将贵州省栽培稻划分为籼稻、粳稻和中间型3大类群. 遗传结构分析显示, 所划分的籼、粳类群中的材料与前人通过表型判别的籼粳存在一定差异, 在粳稻类群中混有的表型性状判定为籼稻的材料数明显多于在籼稻类群中表型性状判定为粳稻的材料数. 在籼、粳亚种内的遗传结构并不像前人所提出的均分为不同气候生态群和土壤水分生态型, 而是籼稻类群内以中偏早、中偏晚类群的气候生态型为主; 粳稻类群内以水、陆稻类群的土壤水分生态型为主. 贵州省栽培稻在形态和微卫星标记水平均检测出丰富的遗传变异, 黔西南自治州的遗传多样性最高, 且资源数量最多、类型复杂, 是贵州省栽培稻的遗传多样性中心.     

青饲玉米无性系变异与育种——“科多八号”的选育研究

60年代以来,由于细胞组织培养的迅速发展,获得了各种植物的再生植株,其后又不断发现再生植株中广泛地存在着变异,即体细胞无性系变异.植物组织培养物中的变异细胞及其再生植株被称为细胞突变体,筛选出我们所需的有益突变体进行进一步的选育就能产生出新品系或新品种.1985年以来,我们进行青饲多秆多穗玉米有益突变体的选育研究,目的在于改良已有的品种.中国科学院遗传研究所对青饲多秆穗玉米的研究已有多年的历史,并选育出一批优良的多秆多穗玉米自交系和杂交新品种,其中京多一号、科多四号在生产上已广泛应用,经济效益和社会效益十分明显紫多114-1是我们早期选育的自交系,用它配制的杂交种,可以产生明显的杂种优势,大幅度提高青饲的产量,但它的生育期太长,在北方制种相当困难,因而,进一步改良紫多114-1,缩短它的生育期具有重要的意义.本研究利用体细胞无性系变异突变体筛选技术选育出生育期较短,分蘖性更强,又能基本保持紫多114-1原有优良性状的自交系,进而能使制种基地北移,这就是我们预期的研究目的.