利用早代穩(wěn)定材料選育水稻品種的方法

專利名稱：利用早代穩(wěn)定材料選育水稻品種的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于農(nóng)作物育種方法領域，具體地說涉及一種選育水稻品種方法。
背景技術：
雜交水稻培育的成功和大面積推廣，為大幅度提高糧食產(chǎn)量做出了重大貢獻。目前生產(chǎn)上廣泛使用的三系雜交水稻，由于受恢復基因的限制，組配雜交種的雙親親緣關系較近，遺傳基礎脆弱，雜種優(yōu)勢潛力有限，且育種程序和生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較復雜，以致新組合(品種)的選育周期長，種子成本高(孫宗修，程式華，1994)。兩系雜交稻簡化了制種程序，擴大了配組范圍，在某些生態(tài)適宜區(qū)表現(xiàn)出超高產(chǎn)潛力，但許多兩用不育系育性的遺傳穩(wěn)定性仍然存在一定問題(廖伏明，袁隆平，1996)，不管是三系雜交稻還是兩系雜交稻，其育種周期長，且需要年年制種，非常煩瑣。目前水稻育種中廣泛采用的雜交育種和系統(tǒng)選育品種的方法，雜交后代通常要經(jīng)過多代選擇才能穩(wěn)定，從有性雜交、后代選擇、品系鑒定、品系比較、區(qū)域試驗、生產(chǎn)試驗，到育成一個新品種，一般要經(jīng)6-8年或更長時間(閔紹楷等1996)。利用無融合生殖來固定雜種優(yōu)勢的設想，由于水稻及其近緣種中缺乏這類資源，迄今尚未完全實現(xiàn)(Khush GS，Brar DS and Bennett J.)。中國農(nóng)業(yè)科學院陳建三于1994年申請專利《水稻無融合生殖固定雜種優(yōu)勢的育種方法》(專利號為94118857.4)公開了一種利用無融合生殖進行水稻育種的方法，但是后來證實其中的無融合生殖材料84-15不是無融合生殖，而是有性生殖(時光春等，1996)。
在作物育種實踐中，偶爾會發(fā)現(xiàn)雜交F2不分離的現(xiàn)象，如過去曾在小麥、大麥、花生等作物中有過發(fā)現(xiàn)，近年又在水稻雜交育種中多次發(fā)現(xiàn)(陳建三等，1995；謝國生等，1998；吳先軍等，1999；Wang，R.R-C et al.1999)，但是對其遺傳基礎研究迄今未見有深入而系統(tǒng)的報道，也未進行育種利用的研究。
二十世紀九十年代初，四川農(nóng)業(yè)大學水稻研究所用來自多胚水稻品系9003的多倍體材料SAR-3(三倍體)、SAR-4(四倍體)與二倍體水稻品種雜交，發(fā)現(xiàn)有較高的結實率，雜種F1分離，并出現(xiàn)許多二倍體植株，其中一些植株在F2代表現(xiàn)穩(wěn)定，在以后世代亦表現(xiàn)穩(wěn)定，不再分離；用這些穩(wěn)定的株系再與其他二倍體品種雜交，雜種F1中又約有25-30％的株系在F2代出現(xiàn)穩(wěn)定。該項工作反復重復多年，結果仍然一致。據(jù)此，本發(fā)明人首次提出在水稻中存在“早代穩(wěn)定”(吳先軍，1999)，通過微衛(wèi)星(SSRs)標記分析發(fā)現(xiàn)，雜交F2群體植株和F1的標記一致，都是純合的，且雙親的標記在后代均有出現(xiàn)，雙親的標記位點在后代的有些染色體上同時出現(xiàn)。SAR-3、SAR-4早代穩(wěn)定的特性是可遺傳的性狀，當轉移到二倍體后，仍然能促進雜交早代穩(wěn)定。利用該材料的早代穩(wěn)定特性，可以使雜交早代的基因型迅速純合固定，快速選育水稻品種。
在本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)早代穩(wěn)定的同時，1999年，美國農(nóng)業(yè)部牧草研究實驗室Richard Wang博士報道了用中國粳稻品種“Zhongxin No.1”分別與兩個美國稻“M202”和“L202”雜交，發(fā)現(xiàn)F2有90％、15％的穗行整齊一致，通過RAPD分析，親本的標記在某些F2穗行的所有植株中全部出現(xiàn)或丟失，并純合化，同時提出了雜合性喪失(Loss of Heterozygosity，LOH)的機制，推測LOH的出現(xiàn)，可能是有絲分裂中發(fā)生了體細胞染色體的配對、重組和重排。隨后，該實驗室又將與LOH有關的8個RAPD標記進行了分子作圖。2000年，他們進一步將兩個RAPD標記轉化為STS標記，分析結果仍然一致。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前雜交水稻育種周期長、親本配組范圍窄、米質和抗性較差的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種利用早代穩(wěn)定特性材料進行水稻育種的方法，以加快育種進程，縮短育種年限，提高育種效率。
本發(fā)明技術方案如下利用早代穩(wěn)定材料選育水稻品種的方法，包括如下步驟(1)、以具有早代穩(wěn)定特性的多倍體或單倍體材料作母本，以二倍體材料作父本進行雜交，產(chǎn)生F1代，收獲F1代種子；(2)、種植F1代，選擇二倍體植株，淘汰非整倍體植株，收獲二倍體植株種子，得F2代種子；(3)、種植F2代，選擇性狀不分離者即為早代穩(wěn)定株系，如果早代穩(wěn)定株系農(nóng)藝性狀優(yōu)良且符合育種目標即為育成的水稻新品種。
上述方法中所述的具有早代穩(wěn)定特性的多倍體材料可以為三倍體材料或四倍體材料。
上述方法中所述的多倍體材料可以為三倍體材料SAR-3或四倍體材料SAR-4，此兩個材料可從四川農(nóng)業(yè)大學水稻研究所或湖南雜交水稻研究中心公開得到。
上述方法中所用的二倍體材料可以是秈稻、粳稻或爪哇稻。
上述方法中的早代穩(wěn)定材料可用于水稻亞種間或種間遠緣雜交，也可以在F2代選擇早代穩(wěn)定株系(或材料)，方法同上。
這些早代穩(wěn)定株系如農(nóng)藝性狀優(yōu)良，可直接作為生產(chǎn)上應用，但大多很難符合生產(chǎn)上要求，可用作育種的親本材料。
利用上述方法中所得早代穩(wěn)定株系選育水稻品種的方法，包括如下步驟(1)、用上述方法中所選早代穩(wěn)定株系與另一農(nóng)藝性狀優(yōu)良的品種雜交得F1代種子；(2)、種植F1代，并在F1代根據(jù)育種目標選擇優(yōu)良的單株，收獲得F2代種子；(3)、種植F2代，在F2代中選擇不分離的符合育種目標的優(yōu)良株系，即為育成的新品種。
用上述F2代中選育的早代穩(wěn)定株系與三系不育系或兩系不育系雜交，測配選育三系或兩系雜交稻。也可以用早代穩(wěn)定株系作輪回親本，與含目標基因的優(yōu)良種質資源雜交，用回交的方法，在回交早代選擇含目標性狀的穩(wěn)定株系，育成目標品種或親本材料。
早代穩(wěn)定材料的育種利用用早代穩(wěn)定材料與品種資源(包括秈稻、粳稻、爪哇稻品種，以及定型的恢復系、保持系)雜交，正反交均可。雜交F1中選優(yōu)良單株，F(xiàn)2選穩(wěn)定的優(yōu)良株系(F2株系中約有25-30％穩(wěn)定)，F(xiàn)3進行產(chǎn)量初步比較試驗和生產(chǎn)試驗，在2年4季即可完成一個育種周期。
用上述方法F2代中選育的早代穩(wěn)定株系與三系不育系或兩系不育系測配，選育三系或兩系雜交稻。也可以用早代穩(wěn)定株系作輪回親本，與含目標基因的優(yōu)良種質資源雜交，用回交的方法，在回交早代選擇含目標性狀的穩(wěn)定株系。
研究表明(1)多倍體和二倍體、二倍體和二倍體的雜交是真實的，雜交后發(fā)生過DNA片段的重組和純化過程。(2)早代穩(wěn)定材料可能具有廣親和性。雜交用的二倍體親本包括秈稻、粳稻和爪哇稻，雜交后代結實正常。廣親和作用的存在使親本的選擇范圍非常廣泛，后代的遺傳變異類型多，容易選擇到一些特殊類型的材料或品系。(6)F2代出現(xiàn)的穩(wěn)定，實際上在F1代就已形成，因此，運用該育種程序，從F1群體中就可進行優(yōu)良單株的選擇，F(xiàn)2進行穩(wěn)定群體的選擇和產(chǎn)量初步比較，F(xiàn)3代即可進行多點試驗和生產(chǎn)試驗，在兩年四季即可完成全部育種程序。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果(1)、提高育種效率，縮短育種周期。常規(guī)育種選育常規(guī)稻品種或親本材料，從雜交開始到后代穩(wěn)定，一般要經(jīng)歷6-8代(3-4年)，再經(jīng)測配、產(chǎn)量比較到區(qū)試、審定，還要經(jīng)過4-5年，所以一個品種的選育周期大約是10年左右。而用本法選育品種育種周期縮短2/3。(2)、雜交配組自由。由于本發(fā)明利用的早代穩(wěn)定材料具有廣親和特性，雜交親本的選用范圍較廣，后代的變異類型多，且育性正常，易于育成各種類型、各種用途的新品種或新材料。(3)、免除年年制種，降低生產(chǎn)成本。該育種方法可以使雜交后早世代的基因型迅速固定，其固定的方式是在基因重組后純合，因而選育的品種可象常規(guī)稻品種一樣，農(nóng)民可留種自用，不需年年制種，節(jié)約了制種成本和農(nóng)民的購種費用。


圖1為E優(yōu)540的選育系譜圖。
圖2為新優(yōu)42的選育系譜圖。
具體實施例方式
實施例1早代穩(wěn)定材料的創(chuàng)制首先從四川農(nóng)業(yè)大學水稻研究所保存的多胚水稻品系9003(9003系秈粳復合雜交后代，經(jīng)歷年選擇，其多胚頻率已達37％以上，多胚苗中約有0.1％的多倍體)中篩選多倍體(SAR-3，SAR-4)，多倍體在形態(tài)上植株較高、子粒較大而具長芒，染色體數(shù)為36或48；用這些多倍體材料作母本，與二倍體水稻品種廣泛雜交，以增進遺傳背景的多樣性；F1出現(xiàn)分離，其中許多是非整倍體植株，結實較差，當代即淘汰，另外一些結實正常的二倍體為當選單株；從F1代中選擇的二倍體單株種子播下后種成F2代，如不出現(xiàn)分離，即為早代穩(wěn)定材料。這些早代穩(wěn)定材料如農(nóng)藝性狀優(yōu)良，可直接作為品種在生產(chǎn)上應用；但大多很難符合生產(chǎn)上要求，只能用作育種的親本材料。
實施例2E優(yōu)540的選育。1994年夏，利用同源三倍體材料SAR-3中的7號株系作母本，與恢復系抗391雜交，選雜交F1代345區(qū)的1-8單株，在F2代(435區(qū))穩(wěn)定，F(xiàn)3代，F(xiàn)4代亦表現(xiàn)穩(wěn)定，1996年將該株系定名為9601。1997年春季，在海南用9601品系作母本，與恢復系CDR22雜交，1998年夏季在溫江種植F1(2858區(qū))，其中選擇的一株型較好的2-6單株種子，于1999年夏季種在四川農(nóng)業(yè)大學水稻研究所江津試驗基地，小區(qū)(F2)植株整齊一致，株葉形態(tài)與F1單株相似，外觀米質較好，且小區(qū)產(chǎn)量比對照汕優(yōu)63增產(chǎn)25％，當年即將該小區(qū)(編號為540)進行秋繁，并定名為E優(yōu)540。
E優(yōu)540(又名E-540)，1999年在重慶江津試種，比對照汕優(yōu)63增產(chǎn)12.5％；2000年夏在溫江平均畝產(chǎn)567.1kg/畝，比對照汕優(yōu)63增產(chǎn)10.65％；2001年8月，由四川省科技廳組織對宣漢縣柳池鄉(xiāng)種植的2000畝E優(yōu)540進行現(xiàn)場收打驗收，其中農(nóng)戶蔡國敏的一塊中等肥力田畝產(chǎn)650.4Kg，比同田對照岡優(yōu)22增產(chǎn)3.6％。2000年經(jīng)農(nóng)業(yè)部稻米及制品質量監(jiān)督檢測中心檢驗，E優(yōu)540的12項米質指標中有11項達到部頒一級優(yōu)質米標準；新的國家優(yōu)質米標準測定了7項，其中5項達國標一級優(yōu)質米標準，1項達國標二級，1項達國標三級。在四川推廣面積已達10萬多畝。
實施例3E優(yōu)532的選育。1996年夏在溫江用利用SAR-3(編號94夏樁10植株)與蜀恢881雜交，1997年春種成小區(qū)(編號425)，F(xiàn)1分離，收取1-10單株種子，1997夏種成F2小區(qū)(編號362)，共60個單株，均整齊一致，當季即以之為母本與恢復系CD6117雜交，1998年夏種成小區(qū)(編號316)，F(xiàn)1分離，收取1-9單株，1999年春種成F2小區(qū)(編號14988)，表現(xiàn)穩(wěn)定，且農(nóng)藝性狀優(yōu)良，定名為D優(yōu)19，1999年夏種成10行大區(qū)(編號532)，產(chǎn)量和米質均優(yōu)于雙親，更名為E優(yōu)532。全生育期與汕優(yōu)63相當，平均株高110-115cm，穗平著粒180粒左右，結實率80％，千粒重27g，穗成整齊，成穗率高，分蘗力強，抗稻瘟病。食味品質和米質檢驗指標俱佳，1999年經(jīng)農(nóng)業(yè)部稻米及制品質量監(jiān)督檢測中心檢驗，12項指標中有9項達到國家一級優(yōu)質米標準。1999年在江津試種，比對照汕優(yōu)63增產(chǎn)9.9％；2000年在江津、溫江、瀘縣等地進行品比試驗和生產(chǎn)示范，均比對照增產(chǎn)。2000年夏，經(jīng)三次重復品比試驗，在溫江平均畝產(chǎn)508.5kg/畝，與對照汕優(yōu)63平產(chǎn)；在江津平均畝產(chǎn)576kg/畝，比對照汕優(yōu)63增產(chǎn)3.67％。2000年夏，對溫江縣公平鎮(zhèn)民樂村農(nóng)戶郭章德種植的1.78畝E優(yōu)532進行實打驗收，折合畝產(chǎn)539kg，比汕優(yōu)63增產(chǎn)3.85％。2001年參加成都市、德陽市和南充市區(qū)試。
實施例4E優(yōu)512的選育。1993年夏用SAR-3(編號為樁168)與廣親和恢復系W2555(秈稻，非糯)雜交，1994年春從F1分離群體選擇的一個單株，在1995年夏種成F2(小區(qū)編號404)，表現(xiàn)穩(wěn)定；1996年夏進行品比，小區(qū)號為9603，比對照增產(chǎn)8.6％；1997年參加品比，比對照增產(chǎn)6.2％，米質表現(xiàn)糯性，定名為E優(yōu)512；1998年進行多點試驗，均比對照增產(chǎn)；1999、2000年參加四川省糯稻區(qū)試，兩年比對照平均增產(chǎn)2.2％。據(jù)農(nóng)業(yè)部稻米及制品質量監(jiān)督檢測中心測定，其糙米率80.0％，精米率72.7％，整精米率63.3％，粒長5.5m，長寬比2.3，堿消值3.2級，膠稠度100m，直鏈淀粉含量3.6％，蛋白質含量11.1％。
實施例5新優(yōu)42的選育以CYAR02單倍體與II優(yōu)6708雜交的F1，再與“178”雜交后復交F1代單株收種，復交F2代分株系種植，發(fā)現(xiàn)“2142”株系植株性狀整齊一致，命名為新優(yōu)42。本品種已申請植物新品種保護。
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9.Wang，R.R-C et al.Loss of heterozygosity and acceleratedgenotype fixation in rice hybrids.Genome，1999，42789-796.
權利要求
1.一種利用早代穩(wěn)定材料選育水稻品種的方法，包括如下步驟(1)、以具有早代穩(wěn)定特性的水稻多倍體或單倍體材料作母本，以二倍體材料作父本進行雜交，產(chǎn)生F1代，收獲F1代種子；(2)、種植F1代，選擇二倍體植株，淘汰非整倍體植株，收獲二倍體植株種子，得F2代種子；(3)、種植F2代，選擇性狀不分離者即為早代穩(wěn)定株系，如果早代穩(wěn)定株系農(nóng)藝性狀優(yōu)良且符合育種目標即為育成的水稻新品種。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的具有早代穩(wěn)定特性的多倍體材料可以為三倍體材料或四倍體材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于上述方法中所述的多倍體材料可以為三倍體材料SAR-3或四倍體材料SAR-4。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的的二倍體材料可以是秈稻、粳稻或爪哇稻。
5.利用權利要求1中所得早代穩(wěn)定株系選育水稻品種的方法，包括如下步驟(1)、用所得早代穩(wěn)定株系與另一農(nóng)藝性狀優(yōu)良的品種雜交得F1代種子；(2)、種植F1代，并在F1代根據(jù)育種目標選擇優(yōu)良的株系，收獲得F2代種子；(3)、種植F2代，在F2代中選擇性狀不分離的符合育種目標的優(yōu)良株系，即為育成的新品種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水稻育種的方法。本發(fā)明主要是利用一種具有早代穩(wěn)定特性的多倍體或單倍體材料與正常的二倍體材料雜交,在F
文檔編號A01H1/02GK1366808SQ0210421
公開日2002年9月4日 申請日期2002年2月9日 優(yōu)先權日2002年2月9日
發(fā)明者吳先軍, 周開達, 汪旭東, 楊德清, 邢少辰, 周曉禾, 楊文鈺 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學