專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新的雜交水稻育種及制種技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用的新技術(shù)。
我國(guó)是世界水稻種植的大國(guó)，自古就有秈稻和粳稻，即秈亞種和粳亞種。秈稻和粳稻的雜種F1具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，這早為世人矚目。楊守仁在1951年便在青島的山東大學(xué)農(nóng)學(xué)院開(kāi)始從事秈粳稻雜交育種研究，并指出秈粳稻有博采眾長(zhǎng)的特點(diǎn)。1987年，袁隆平在《雜交水稻》上發(fā)表的“雜交水稻育種戰(zhàn)略”一文中明確指出利用秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)可能是打破近年來(lái)水稻產(chǎn)量徘徊不前，實(shí)現(xiàn)水稻產(chǎn)量再次飛躍的可行途徑。但是，在直接利用秈粳F(xiàn)1優(yōu)勢(shì)方面卻遇到了很多障礙，如F1結(jié)實(shí)偏低、生育期偏長(zhǎng)、植株偏高等問(wèn)題。其中，秈粳雜種一代普遍存在著的低育現(xiàn)象，結(jié)實(shí)率通常在5％-40％之間，是目前直接利用秈粳亞種間強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)的主要障礙。近幾年的大量研究表明不僅存在著雄配子部分不育，而且存在雌配子的部分不育，并且二者的不育程度是相同的，這就是秈粳交F1結(jié)實(shí)率低的原因。
另外，為了克服秈粳后代結(jié)實(shí)率低的困難，最為有效可靠的方法是生物法即多次雜交(回交或復(fù)交)的方法。然而，令廣大育種工作者左右為難的是一方面，為了提高秈粳亞種間雜交后代的結(jié)實(shí)率，不得不采用多代回交或復(fù)交的方法；另一方面，卻因此大大削弱了秈粳后代，或者秈粳交后代作為親本材料通過(guò)兩系法或三系法所組配而成的秈粳組合的遺傳雜合性，從而大大地降低了秈粳雜交種的優(yōu)勢(shì)水平。因此，當(dāng)前一些組合雖然屬于秈粳交或亞秈粳交雜種，但其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)水平并不如人們預(yù)想的那么高。
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有育種和制種技術(shù)條件下秈粳亞種雜交F1代結(jié)實(shí)率低的困難，解決秈粳交F1代的結(jié)實(shí)率和雜種優(yōu)勢(shì)二者不可兼得的矛盾。并據(jù)此組配一系列大面積增產(chǎn)15％左右的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的秈粳雜交組合，真正有效地實(shí)現(xiàn)水稻秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)在生產(chǎn)上的直接利用。
本發(fā)明是以達(dá)爾文的雜種優(yōu)勢(shì)理論為基礎(chǔ)，以三系配套繁殖制種技術(shù)利用水稻雜種優(yōu)勢(shì)為保證。在觀念上改變了誤區(qū)。一般育種工作者的思維定式是當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)由遠(yuǎn)緣雜交而來(lái)的結(jié)實(shí)不正常的后代如秈粳亞種間雜交F1代，往往首先想到的是怎樣來(lái)提高其結(jié)實(shí)率，使其育性恢復(fù)正常。因此不得不用多次回交或復(fù)交的方法來(lái)提高其結(jié)實(shí)率，以達(dá)到在生產(chǎn)上利用的目的。然而，當(dāng)?shù)玫秸？捎暮蟠臅r(shí)候，最終目的一后代的雜合性、雜種優(yōu)勢(shì)卻大大削弱了，難以實(shí)現(xiàn)秈粳亞種間強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)的直接和有效利用。所以，為了克服上述問(wèn)題應(yīng)將只是作為父本的秈粳雜交后代的結(jié)實(shí)率的這一暫時(shí)次要的性狀置于次要的地位來(lái)考慮，作為我們選擇的相對(duì)次要的條件。而把亞點(diǎn)放在強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)秈粳型恢復(fù)系父本的選擇上，并通過(guò)它與秈型不育系組配，來(lái)實(shí)現(xiàn)秈粳強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)的有效利用。
況且，我們是用秈粳后代純合系作父本，僅僅利用的是其花粉(當(dāng)然，我們制種、繁殖時(shí)要損失一定的父本產(chǎn)量，見(jiàn)下述經(jīng)濟(jì)效益分析)。眾所周知，植物產(chǎn)生的花粉量是非常大的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于植物本身授精所需要的花粉數(shù)量，另外，在授精時(shí)花粉間存在著競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)育良好、育性正常的花粉會(huì)優(yōu)先在柱頭上萌發(fā)授精。所以，雖然秈粳交后代的花粉存在著部分不育的現(xiàn)象，但是這絲毫不影響其作為父本提供充足數(shù)量的正?；ǚ鄣哪芰?。既然當(dāng)雜合性、雜種優(yōu)勢(shì)與結(jié)實(shí)率二者魚(yú)和熊掌不可兼得，所以用秈粳交后代純合系作為父本，直接通過(guò)其花粉，能達(dá)到充分有效地利用秈粳雜種優(yōu)勢(shì)的目的，暫時(shí)沒(méi)有必要考慮作為父本恢復(fù)系的結(jié)實(shí)率的問(wèn)題，而對(duì)其育性提出過(guò)嚴(yán)過(guò)高的要求。本發(fā)明就是在這一思路的啟發(fā)下取得的。具體方法是1．選擇適當(dāng)?shù)亩i、粳稻材料作雜交親本，除了一般親本選擇要考慮的因素外，還得考慮其弱感光性、半矮桿基因及廣親和性等等。從秈粳亞種間雜交后代中，選擇感光性弱、株高適當(dāng)、株型理想、外觀表現(xiàn)型偏粳的株系自交5-6代，邊自交邊選擇，在選系過(guò)程中，注重強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)即最高生物學(xué)產(chǎn)量的后代選擇，不必太在意結(jié)實(shí)率的高低，其結(jié)實(shí)率在0-70％的范圍內(nèi)變化。從自交二代起，就可以陸續(xù)得到一系列外觀表現(xiàn)偏粳、感光性弱、株型理想、結(jié)實(shí)率為30％-40％的秈粳交后代純系。另外，也可以通過(guò)無(wú)性繁殖、生物技術(shù)等方法獲得強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的秈粳型純合系。
2．用這些偏粳的秈粳雜交后代純合系作恢復(fù)系與秈型不育系測(cè)配。由于秈型不育系在與偏粳型秈粳純合系雜交時(shí)，能夠使其雜交F1代的育性恢復(fù)，能夠完全正常結(jié)實(shí)，這相當(dāng)于恰到好處的一次回交，改善了秈粳雜種的低育性，使秈粳雜種F1代結(jié)實(shí)正常；同時(shí)，后者又能起到恢復(fù)系的作用，恢復(fù)秈型不育系的雄性不育性。因此，二者的雜種F1代完全能夠正常結(jié)實(shí)，并通過(guò)強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)(生物產(chǎn)量最高)的偏粳的秈粳型恢復(fù)系父本，最大限度地利用了秈粳亞種間雜交F1代的雜種優(yōu)勢(shì)(遺傳分析見(jiàn)下述)，使其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量達(dá)到最高。
3．進(jìn)行不同組合的測(cè)配，測(cè)定各種不同組合的配合力。選擇高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈粳雜交組合，參加品比試驗(yàn)和區(qū)域試驗(yàn)。
用梗型不育系與偏秈的秈粳型恢復(fù)系組配而成的雜交組合也一樣，整個(gè)育種技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)附


圖1。
秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種的遺傳分析這里提出雜合度的概念，用Rc表示，它是用來(lái)度量雜交后代的雜合程度及雜種優(yōu)勢(shì)的相對(duì)強(qiáng)弱的指標(biāo)。雜合度的變化范圍為0≤Rc≤0.5，當(dāng)雜合度為0時(shí)，表現(xiàn)為自交系或純系，沒(méi)有雜種優(yōu)勢(shì)；當(dāng)雜合度為0.5時(shí)，雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)。一般自交系、純系的雜合度為0，那么其單交種的雜合度為0.5，表現(xiàn)出50％的相對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)。水稻亞種內(nèi)品種間雜交時(shí)，也能表現(xiàn)一定水平的雜合度，但不同組合的F1代的雜種優(yōu)勢(shì)在生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量上基本表現(xiàn)一致；而水稻亞種間遠(yuǎn)緣雜交時(shí)，僅管F1代的雜種優(yōu)勢(shì)較亞種內(nèi)品種間雜交組合的優(yōu)勢(shì)水平在生物學(xué)產(chǎn)量上表現(xiàn)更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量因雌配子的低育性而不能表現(xiàn)。
假設(shè)秈稻(Indica)的基因總量為Gi，粳稻(Japonica)的基因總量為Gj。秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合的遺傳分析見(jiàn)附圖2。以秈粳型強(qiáng)優(yōu)勢(shì)恢復(fù)系為父本(僅管自身結(jié)實(shí)率還較低)，秈型不育系為母本獲得的秈粳雜交組合其雜合度大于0.25，選出組合的結(jié)實(shí)率為80％，兼顧了雜交組合的雜合度、雜種優(yōu)勢(shì)與結(jié)實(shí)率兩方面的問(wèn)題，很好地解決了二者之間的矛盾。
相反，現(xiàn)有的技術(shù)(見(jiàn)附圖3)為了提高父本的結(jié)實(shí)率用粳稻去回交，其后代結(jié)實(shí)恢復(fù)正常，而且用其作父本與秈稻不育系配組時(shí)，其雜合度最高為0.5，雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，生物學(xué)產(chǎn)量最高。然其結(jié)實(shí)率僅為30％-40％，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量又出現(xiàn)了嚴(yán)重的問(wèn)題。所以，這種方法在實(shí)際生產(chǎn)上是行不通的。
綜上所述，利用本發(fā)明的育種技術(shù)，在秈粳雜交組合中找到了雜合度、雜種優(yōu)勢(shì)與結(jié)實(shí)率二者之間的最佳的結(jié)合點(diǎn)(如附圖4)，達(dá)到了二者兼顧的目的，獲得了最佳產(chǎn)量、最優(yōu)品質(zhì)和最好抗性的秈粳雜交組合。第一次真正有效地實(shí)現(xiàn)了水稻秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的直接、充分利用。
制種技術(shù)與亞種內(nèi)品種間三系雜交水稻制種原理相似，只是父本繁殖制種時(shí)采用8-10ppm的ABA和2-5克/畝的烯效唑或生育酚等在齊穗時(shí)處理稻穗，能將父本的繁殖產(chǎn)量提高10％。
實(shí)例1發(fā)明者從1988年開(kāi)始進(jìn)行秈粳稻雜交育種(見(jiàn)附圖5)，從涪江2號(hào)與02428雜交后代的自交F4代中選擇到了幾個(gè)偏粳的秈粳型恢復(fù)系。其平均結(jié)實(shí)率為30％-40％，但生物學(xué)產(chǎn)量很高，雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)。通過(guò)8代染色體行為分析、分子雜交、細(xì)胞及胚胎發(fā)育研究，已充分論證他們是整齊度高、穩(wěn)定的偏粳的秈粳真實(shí)雜種。用它與秈型不育系D90A配制的雜交組合表現(xiàn)出很強(qiáng)的秈粳雜種優(yōu)勢(shì)，雜種F1代葉綠桿壯、林型理想，結(jié)實(shí)率為80％。今年在四川省什邡市示范200多畝，平均比對(duì)照推廣種汕優(yōu)63、岡22增產(chǎn)15％左右，早熟，而且其米質(zhì)、抗蟲(chóng)抗病抗逆能力優(yōu)良，表現(xiàn)出很強(qiáng)的秈粳雜種優(yōu)勢(shì)。
發(fā)明者所進(jìn)行的制種試驗(yàn)，制種產(chǎn)量已超過(guò)200公斤，預(yù)計(jì)制種產(chǎn)量將達(dá)到250-300公斤。
本發(fā)明的繁殖制種技術(shù)在制種田中父本產(chǎn)量比亞種內(nèi)品種間三系父本的產(chǎn)量低100公斤/畝，繁殖產(chǎn)量減少200公斤。然而，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，1畝制種田生產(chǎn)的秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種的種子推廣所得的新增產(chǎn)量，減去繁殖制種時(shí)損失的產(chǎn)量，還能凈增產(chǎn)18000公斤的稻米。
實(shí)例2發(fā)明者采用無(wú)性生殖、ACHT等生物技術(shù)的方法，縮短了獲得了偏秈的秈粳型強(qiáng)恢復(fù)系的時(shí)間，并正在與粳型不育系測(cè)配，同樣獲得了一些的秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合，其外觀為秈粳稻，表現(xiàn)為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1．雜合度、雜種優(yōu)勢(shì)與結(jié)實(shí)率兼顧本發(fā)明育成的秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種，很好地解決了雜種優(yōu)勢(shì)和低育性的矛盾，協(xié)調(diào)二者間的關(guān)系，使之達(dá)到了最好的組合。
2．雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)，產(chǎn)量高通過(guò)本發(fā)明的育種、制種技術(shù)所組配而成的秈粳強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種，具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，而且結(jié)實(shí)率正常。所以，雜交種的產(chǎn)量高，增產(chǎn)幅度大，一般達(dá)到15％左右。
3．米質(zhì)較好我們育成的秈粳雜交種由于綜合了雙親的優(yōu)良性狀，能夠在一定程度上互補(bǔ)，達(dá)到秈中有粳，粳中有秈，使得其米質(zhì)比秈稻有較大程度的提高。
4．抗性多抗性強(qiáng)本發(fā)明育成的秈粳雜交種，其葉色濃綠、葉片直立、根深桿壯、株型緊湊。在外觀表現(xiàn)型上與粳稻相似，抗蟲(chóng)、抗倒、抗病能力強(qiáng)。
5．經(jīng)濟(jì)效益顯著在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，制種1畝秈粳雜交種種子，雖然損失了300公斤的父本產(chǎn)量，卻能凈增產(chǎn)水稻18000公斤。投入產(chǎn)出比為1∶60，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
權(quán)利要求
1．一種新的雜交水稻育種及制種技術(shù)，其特征是選擇秈粳型恢復(fù)系父本的重點(diǎn)放在低代高雜合度強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈粳型水稻品系的穩(wěn)定上，而把結(jié)實(shí)率放在次要位置，并用這些強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈粳型純合系作恢復(fù)系與秈型(或粳型)不育系進(jìn)行組合測(cè)配、制種。
2．按權(quán)利要求1所述的雜交水稻育種及制種技術(shù)，其特征是在秈粳雜交后代選育中，選擇感光性弱、株高適當(dāng)、株型理想、外表偏粳(或偏秈)的株系，并自交5-6代，邊自交邊選擇，對(duì)結(jié)實(shí)率的要求為30％-40％以上；也可通過(guò)無(wú)性繁殖、生物技術(shù)等方法獲得強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的秈粳型強(qiáng)恢復(fù)系。
3．按權(quán)利要求1或2所述的雜交水稻育種與制種技術(shù)，其特征是利用所選育出的穩(wěn)定的、高雜合度、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的、偏粳的秈粳型水稻作為恢復(fù)系(父本)與秈型不育系(母本)組合，通過(guò)花粉利用秈粳型恢復(fù)系的強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)；或利用所選育的高雜合度、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的偏秈的秈粳型水稻作為恢復(fù)系(父本)與粳型不育系(母本)配組。
4．按權(quán)利要求3所述的雜交水稻及制種技術(shù)，其特征是繁殖、制種時(shí)，對(duì)父本在繁殖時(shí)采用6-12ppm的ABA和2-5克/畝的烯效唑或生育酚等在齊穗時(shí)處理稻穗。
全文摘要
本發(fā)明屬于秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用新技術(shù)。本技術(shù)突出了低代高雜合度強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈粳型恢復(fù)系的選育和穩(wěn)定,通過(guò)其雄配子達(dá)到利用秈粳雜種優(yōu)勢(shì)的目的。解決了F1代結(jié)實(shí)率和雜種優(yōu)勢(shì)間二者不可兼得的矛盾。并據(jù)此組配一系列大面積增產(chǎn)15%左右的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗秈粳雜交組合,真正有效地實(shí)現(xiàn)了水稻秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)在生產(chǎn)上的直接利用。
文檔編號(hào)A01H1/04GK1213495SQ9710770
公開(kāi)日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1997年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者吳伯驥, 涂升斌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所