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.     

封面说明

正1966年,《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,提出了培育不育系、保持系、恢复系开展水稻杂种优势利用育种的设想.该文的发表拉开了我国杂交水稻育种的序幕.随后,野败型雄性不育材料的发现,野败型不育系、保持系的育成,三系配套的实现,为以后杂交水稻的大面积推广奠定了基础.此后,育种学家又相继发现     

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     

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.     

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.     

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...     

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.     

棉花胞质雄性不育育性恢复基因的RAPD-PCR标记筛选

棉花具有十分明显的杂种优势,利用棉花杂种优势已成为一种提高产量、品质和抗病性的有效途径。目前国内外都十分关注棉花胞质雄性不育系的研究和利用。60年代以来,Meyer等人先后培育了具有异常棉(G.anomalum)、亚洲棉(G.arboreum)、哈克尼西棉(G.harknessii)胞质雄性不育系,并实现了三系配套。印度用哈克尼西棉胞质不育系筛选出杂种棉组合MECH4在生产上利用。最近Stewart(1992),贾占昌(1990),周世象(1992,私人通讯)也分别选育出了三裂棉(G,trilobum)、陆地棉、海岛棉(G.barbadense)胞质不育系。它们的利用价值尚待进一步研究。南京农业大学棉花遗传育种室对我国现有的3种棉花细胞质雄性不育系进行了多学科的理论研究。鉴于目前国内外现有的不育系、恢复系的产量都比较低,不易选育出高产的胞质雄性不育杂种棉这一现状,从90年代初也开始了大规模的不育系、恢复系回交转育工作。为了提高恢复系选育的效率,更是为了筛选步移克隆Rf基因分子探针,我们开展了我国棉花104-7A胞质雄性不育育性恢复基因RAPD-PCR标记的筛选研究。本文是棉花重要农艺性状分子标记(RFLP或RAPD-PCR)筛选成功的首次报道。     

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.     

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.     

小麦杂种优势群的创制

随着小麦雄性不育系杂交种生产技术的改进,杂交种生产成本有望在不久的将来大幅度降低,这为杂交小麦产业化提供了可能.异源多倍体特性、品种之间遗传基础狭窄,以及长期的自交选择致使小麦杂种优势相对较弱.构建小麦杂种优势群可以提高杂交种亲本选配效率、扩大亲本间遗传差异、增强杂交种的杂种优势是提高小麦杂种优势利用效率的有效手段.小麦杂种优势群创建的一个重要任务就是要增加亲本群体的一般配合力(general combining ability, GCA),选择具有高特殊配合力(specific combining ability, SCA)的杂优组合.父本优势群选择目标为中高秆、花粉量大、花药易外露、抗病性强等.母本优势群选择目标为矮秆或半矮秆、开颍性好、抗病性强等.小麦种质资源的杂种优势潜力分析与分类是小麦杂种优势群构建的先决条件,其方法主要有系谱分析法、表型分类法、配合力分类法、遗传距离分类法及基因组预测法.利用小麦雄性不育系尤其是矮败不育系的轮回选择(recurrent selection, RS)与基于基因组预测的相互轮回选择(reciprocal recurrent selection, ...     

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.     

对植物雄性不育性问题的几点认识

在作物杂种优势利用的研究中,利用植物雄性不育获得杂种优势是一项重要途径。我国生产上普遍种植的杂交高粱,就是利用雄性不育系获得杂种优势的明显事例。世界各国利用不育系获得杂种优势以提高作物产量的,还有玉米、洋葱、甜菜、油菜、大麦等。此外,还有很多植物都已发现了雄性不育,正在试验研究中。对植物雄性不育性问题的研究,无论在生产实践上,还是理论上,都具有重要的意义。 下面先谈谈现有对植物雄性不育性的几种看法,以及已有的几种主要作物获得雄性不育系的过程,而后再对植物雄性不育性问题加以讨论。     

一条重要水稻酯酶同工酶带的发现

湖北粳型光敏核不育水稻农垦58S和籼型温敏核不育安农S的发现为利用两系法水稻杂种优势提供了新的途径,同时,也为生理遗传学和发育遗传学研究提供了重要的试验材料.光敏核不育(PGMS)和温敏核不育(TGMS)在不同的光温条件下具有明显的育性转换特点.研究表明,农垦58S在不同光周期条件下,叶片和幼穗中多种酶的活性表现降低或增加的明显变化.胡学应、万邦惠的研究结果认为Adh-1和Est-3两同工酶基因位点与育性有密切关系.本文作者首先在N4225和安农S中发现一条与育性转换关系密切的酯酶同工酶带以后,扩大试验材料,在21份不同的光(温)敏核不育材料的初步研究中,也证明了此带的特异性表达.     

基于隐性核雄性不育系的杂交小麦制种技术研究进展、问题与展望

小麦作为人类最重要的粮食作物之一,面临大幅提高产量以满足人口持续膨胀的挑战,而杂交小麦被认为是提高小麦产量的首选途径.作为自花授粉作物,小麦杂交种的生产应用需要稳定的雄性不育母本和高效经济的杂交育种体系.相比其他雄性不育材料,小麦隐性细胞核雄性不育具有不育性稳定、恢复源广泛等优点,是建立杂交育种体系理想的母本材料.本文综述了近年来小麦隐性细胞核雄性不育突变体的研究进展,包括正向遗传学的基因克隆和通过基因编辑技术获得的多重突变体.本文详述了国内外通过染色体操作建立的小麦杂交育种体系,分析了各体系的优缺点及改进措施,以及利用分子设计育种建立的小麦第三代杂交育种体系的研究进展,并讨论了提高小麦杂种优势、降低杂交种生产成本和播种量的必要性与相应解决方案.     

由离体培养获胞质型水稻雄性不育系的可恢复变异

ＩＲ６６７０７Ａ及ＩＲ６９７００Ａ分别具有Ｏｒｙｚａ ｐｅｒｅｎｎｉｓ及Ｏ．ｇｌｕｍａｅｐａｌｕｔａ的细胞质，它们的不育性可被保持而不能被恢复，属于胞质型的水稻雄性不育系。     

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.     

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…     

用对立统一观点看高粱杂种优势利用研究工作中的几个问题

我们是从1967年正式开展高粱杂种优势利用研究工作的。在毛主席的无产阶级革命路线指引下,我们坚持开门办场,和广大贫下中农一起搞科学实验,坚持南育,走多快好省的育种道路,并且不断地得到许多兄弟单位的支持和帮助,因此高粱杂种优势利用研究工作进展比较快。“同杂2号”(现经审定合格,改名“晋杂2号”)高梁已成为春播早熟区的主要推广品种之一。“大同号”不育系和“同粱号”恢复系有的已用于生产,有的已经测配表现良好。为了把     

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