一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育方法
【專利摘要】本發明公開了一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育方法，屬于雜交水稻的選育領域。本發明的選育方法以白穗稻為父本，以兩系不育系水稻為母本，通過雜交、自交、回交等方式進行選育，獲得了一種僅在穗部白化的雜交水稻兩系不育系。本申請的發明人在進行水稻選育的研究過程中，意外獲得了一種新的穗部穎殼白化的突變體，并且，
【申請人】發現該穗部穎殼白化的突變體與目前所發現的現有白化突變體都有顯著的不同。本發明利用該突變體進行了兩系不育系的選育，本發明選育獲得的不育系白化性狀只在穎殼特異表達，著色均勻，不影響水稻的農藝性狀，可大大減輕田間種子生產除雜去劣的工作量，高效鑒定純度。
【專利說明】
一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育方法
技術領域
[0001] 本發明屬于農業技術領域，尤其涉及一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的 選育方法。
【背景技術】
[0002] 水稻是重要的糧食作物，世界一半以上人口和我國60%以上人口以大米為主食。 目前雜交水稻的年種植面積占到總水稻種植面積的50%以上，為保障我國的糧食安全做出 了巨大的貢獻。而兩系雜交水稻因一系兩用發展迅速，但兩系雜交稻在制種過程中，如遇到 連續的陰雨低溫天氣，易發生育性轉換，不育系母本自交結實，造成兩系雜交稻種子純度下 降，給安全制種帶來風險。因此，將標記性狀轉入不育系中，創制帶有特殊標記性狀的不育 系，以便于除去制種中自交結實的種子和雜株。
[0003] 標記性狀易于觀察，當前，應用較多的標記性狀為葉色標記，主要包括白化、淺綠、 黃化、條紋葉脈、熱敏感型、轉綠型、黃綠、斑點和紫葉，利用這些葉色突變體育成的兩系不 育系有玉兔S、紫S、明紫03S等。此類葉色標記在葉片中大面積表達，對水稻的光合作用影響 較大，極大地降低了光合效率，對水稻農藝性狀造成較大的影響。相比葉色標記，水稻穗部 穎殼顏色標記較少，主要包括褐色、金黃色和紫黑色，育成的不育系有新安S等，這些穗部穎 殼顏色標記性狀大多僅在穗部表達。
[0004] 但是，雖然褐色、金黃色也可以與正常黃色的水稻穎殼進行區分，但是，這些顏色 與綠色的色差并不足夠明顯，而且這些顏色穗部顏色差異在水稻成熟(變成黃色）之后，將 變得越發不明顯。實際上，與綠色穎殼色差最大最易區分的顏色是白色，而且在水稻成熟之 后也可以區分。
[0005] 但是，目前關于水稻穗部失綠的突變體報道不多。wpl和wp2是較早報道的白穗突 變體，主要特征大致相同，成熟植株穗表現為白色，植株基部3個葉片表現出白色條斑。這種 白色條斑對水稻的光合作用影響較大。
[0006] 因此，如果能夠開發出僅僅在水稻穗部穎殼呈現白色的新標記，既能滿足水稻雜 種剔除和純度鑒定的要求，也能盡量減少對水稻植株光合作用的影響。
【發明內容】
[0007] 本發明提供了一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育方法，采用本發明 的選育方法進行選育時，標記性狀僅在不育系穗部穎殼中表達，既達到了雜種剔除、純度鑒 定的目的，也不影響水稻植株的農藝性狀。
[0008] 具體而言，一方面，本發明提供一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育 方法，其特征在于，所述方法包括：
[0009] 步驟(a)、以穗部穎殼白化的白穗稻為父本，以兩系不育系水稻品種為母本，進行 雜交，得到F1代種子；
[0010] 步驟(b)利用所述F1代種子進行植株培育獲得F1代植株；
[0011]步驟(c)將F1代植株進行自交，獲得了 F2代種子；
[0012]步驟⑷培育F2代植株，從F2代分離群體中選擇穗部穎殼白化的可育水稻植株，與 所述的兩系不育系水稻品種回交，得到BC1F1代種子；
[0013] 步驟(e)利用BC1F1代種子培育BC1F1代植株，在BC1F1代植株中選擇可育植株，與 所述的兩系不育系水稻品種回交，得到BC2F1代種子；
[0014]步驟(f)重復步驟(c)-(e)的自交和回交過程，連續回交四次后獲得BC6F1代種子； [0015] 步驟（g)利用BC6F1代種子培育相應的BC6F1代植株，對所述BC6F1代植株進行自 交，在自交后代中選擇穗部穎殼白化的不育單株；
[0016] 步驟(h)對步驟(g)所獲得的不育單株進行選育，獲得穗部穎殼白化的雜交水稻兩 系不育系。
[0017] 在一種優選實現方式中，作為父本的所述白穗稻是通過下述方法獲得的：
[0018]步驟(a_l)、取恢復系RH003水稻品種和揚稻6號水稻品種進行雜交，獲得F1代種 子；
[0019] 步驟(a-2)、種植步驟(a-Ι)中所獲得的F1代種子，獲得F2代植株及F2代種子；
[0020] 步驟(a-3)、種植步驟(a-2)中所獲得的F2代種子，獲得多株F2植株，在所獲得植株 中找到白穗單株，收獲白穗單株的種子；
[0021] 步驟(a-4)、對所獲得的白穗單株的種子進行穿梭育種，并基于所獲得植株中的白 穗性狀判斷其性狀是否達到穩定狀態；
[0022] 步驟(a-5)、重復步驟(a-4)直到獲得性狀穩定的白穗稻。
[0023] 在另一種優選實現方式中，所述步驟(a-4)包括:在中煒度地區和低煒度地區對所 獲得的白穗單株的種子進行穿梭育種。
[0024] 在另一種優選實現方式中，所述的兩系不育系水稻品種為5308S。
[0025] 在另一種優選實現方式中，在所述步驟(d)和(e)中對植株進行選擇時，基于下述 性狀對植株進行選擇:株高、植株密度、分蘗力、莖桿尺寸、直立程度、葉片平展度以及稃尖 和柱頭顏色。
[0026] 另一方面，本發明提供一種利用上述方法獲得的兩系不育系進行兩系不育系選種 的方法，該方法包括：
[0027] 將所述兩系不育系的植株與目標植株進行雜交，獲得第一代雜交種子；
[0028] 種植第一代雜交種子，將所獲得的植株與所述兩系不育系的植株或者目標植株進 行回交獲得回交植株的種子；
[0029] 種植回交植株的種子并將所獲得的植株進行自交；
[0030] 篩選自交植株中所述穎殼白化的植株；
[0031]采集所篩選出的植株的種子。
[0032] 另一方面，本發明提供一種利用上述方法獲得的兩系不育系的應用，其特征在于， 將所述兩系不育系用于鑒定不育系純度。
[0033] 另一方面，本發明提供一種利用上述方法獲得的兩系不育系的應用，其特征在于， 將所述兩系不育系用于鑒定雜交種純度。
[0034] 另一方面，本發明提供一種獲取白穗稻的方法，其特征在于，所述方法包括：
[0035]步驟(1)、取恢復系RH003水稻品種和揚稻6號水稻品種進行雜交，獲得F1代種子；
[0036] 步驟(2)、種植步驟(1)中所獲得的F1代種子，獲得F2代植株及F2代種子；
[0037] 步驟(3 )、種植步驟(2)中所獲得的F2代種子，獲得多株F2植株，在所獲得植株中找 到白穗單株，收獲白穗單株的種子；
[0038] 步驟(4)、對所獲得的白穗單株的種子進行穿梭育種，并基于所獲得植株中的白穗 性狀判斷其性狀是否達到穩定狀態；
[0039] 步驟(5)、重復步驟(4)直到獲得性狀穩定的白穗稻。
[0040] 另一方面，本發明提供一種RH003水稻品種的應用，其特征在于，所述水稻品種用 于分離白穗突變體，所述應用包括將所述RH003水稻品種與另一水稻品種雜交，獲得F1代種 子;種植所獲得的F1代種子，獲得F2代植株及F2代種子，在所獲得植株中找到白穗單株，收 獲白穗單株的種子，其為白穗突變體。
[0041 ]發明原理
[0042] 本申請的發明人在進行水稻選育的研究過程中，意外發現了一種新的穗部穎殼白 化的突變體，并且，
【申請人】發現該穗部穎殼白化的突變體與目前所發現的現有白化突變體 都有顯著的不同。本申請發明人對該自然突變體進行了多個世代的種植，發現其穗部白化 表型等農藝性狀表現穩定，突變體整株葉片呈綠色，抽穗期至成熟期，穗部白色，穗軸和小 梗為綠色，且性狀不受溫度影響。
[0043] 相比之下，現有所發現的其他突變體均不如本發明所發現的突變體更適合用作水 稻標記。目前，除本發明所發現的水稻突變體植物，各種水稻中共鑒定到7個穗部白化的突 變體：wpl(white panicles l)、wp2(white panicles 2) (Sanchez et al ·，1994)、wlpl (white leaf and panicles 1)(Song et al·，2014)、wslwp(white striped leaf and white panicle)(金怡等，2011)、wp(t)(Li et al.，2003)、st_fon(streaked leaf and floral organ number)(陳德西等，2012)和wp4(white panicles 4)(王曉雯等，2015)。
[0044] wpl和wp2是較早報道的白穗突變體，主要特征大致相同，成熟植株穗表現為白色， 植株基部3個葉片表現出白色條斑。不同的是wpl突變體的穗軸和小梗表現為綠色，wp2則表 現出白色的穗軸和小梗，兩個基因分別位于第7和第1染色體上。wlpl的表型受低溫度影響， 在低溫條件下，wlpl幼苗和穗部表現葉綠素缺陷。該基因被定位在第1染色體長臂上，編碼 核糖體L13蛋白質。wslwp的葉片苗期由白色轉為條紋葉，隨著植株的發育，葉片顏色幾乎恢 復正常，至抽穗時穎殼顏色為白色，穗軸和小枝梗表現為綠色，穗粒成熟時變為黃色，葉綠 素含量隨葉色和穎殼顏色的變化發生了相應的變化，葉綠體發育表現出了明顯的時間和組 織特異性。該突變體被定位在第7染色體短臂上。wp(t)是一個白穗突變體，少數葉片中脈呈 現白色，控制該性狀的基因已被定位在第1染色體上。wp4全生育期葉色黃綠，抽穗灌漿期內 外穎呈乳白色，穗軸顏色不變。穎殼中，wp4的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量均極顯 著下降，細胞內無明顯的葉綠體結構，該基因已被定位在第8染色體上。
[0045] 從上面的論述可以看出，除本發明所發現的突變體植物，其他幾個突變體在植物 葉片、穗軸或小梗上都存在不同程度的白化，而本發明所發現的突變體及其所培育的不育 系則不存在這種白化。
[0046] 本發明的該穗部白化材料是從優良秈型兩系恢復系RH003發現的，尤其是在將該 兩系恢復系RH003與揚稻6號水稻雜交后獲得的自然突變體。
[0047] 此外，本申請的發明人發現，通過將該穗部白化材料與揚稻6號水稻雜交后，經過 若干代的培育，能夠獲得性狀極為穩定的白化材料。
[0048] 本發明中所提到的"穿梭育種"指的是利用地理上不同生態環境條件，把不同育種 世代材料交替在異地種植、選擇、鑒定來培育新品種的方法。
[0049] 本發明中所提到的"自交"、"回交"、"雜交"等均是本領域的常用技術術語。
[0050] 本發明技術與現有技術相比，具有以下優點：
[0051] (a)可以將本發明的選育方法及相應白化材料用于鑒定不育系純度。不育系在繁 殖時，由于不育系的穗部為白色，從抽穗期開始，可以直觀、準確地剔除穗部不是白色的雜 株，提高不育系繁殖的純度。由于穗部白色與常規顏色具有較大色差，易于觀察。
[0052] (b)可以將本發明的選育方法及相應白化材料用于鑒定雜交種純度。因水稻白穗 性狀受隱性基因控制，白穗不育系所配雜交種F1代水稻植株的穗部都為綠色，因此易于鑒 定雜交種中混有自交結實的不育系母本。
[0053] (c)相對于以往報道的標記性狀紫葉、黃葉、淡綠色等，本發明白穗性狀為新型標 記，性狀表型從抽穗期開始僅在穗部表達，在葉片部分中沒有任何表達，不會影響葉片部分 的光合作用。
[0054] (d)本發明所選育的兩系不育系具有良好的農藝性狀，株高較矮，松緊適中，分蘗 力較強，莖桿較粗壯，直立、葉片平展，稃尖和柱頭無色，生長清秀。
【附圖說明】
[0055]圖1為本發明的選育方法獲得的突變體白穗稻和野生型RH003的水稻形態。
[0056]圖2為本發明的選育方法獲得的突變體白穗稻和野生型RH003的穗部形態。
【具體實施方式】 [0057] 實施例1
[0058] 下面結合具體實施例對本發明作進一步闡釋。
[0059] 育種材料：
[0060] 5308S:安徽省農業科學院水稻研究所選育的秈型兩系不育系（已在國家水稻數據 中心備案登記，并且為市售產品，可購于安徽省農業科學院水稻研究所）
[0061]白穗稻:恢復系RH003(已在國家水稻數據中心備案登記，并且為市售產品，可購于 安徽省農業科學院水稻研究所)的自然突變。
[0062] 揚稻6號:江蘇里下河農科所，（揚稻4號X3021)F16()C〇-Y輻照后選育而成（已在國 家水稻數據中心備案登記，并且為市售產品，可購于中國水稻研究所）
[0063]如上面所提到的，本申請的發明人發現恢復系RH003在雜交過程中會產生一定比 率的白穗突變體，因此，本發明以恢復系RH003為基礎展開研究。
[0064]通過各種雜交材料的對比，本申請的發明人發現，恢復系RH003在與揚稻6號進行 雜交之后，能夠分離出穩定的白穗稻。
[0065]白穗稻的具體選育過程為：
[0066] (1)將優良恢復系RH003和揚稻6號雜交獲得F1代種子，種植F1代種子，得到F2代植 株以及相應種子。
[0067] (2)種植F2代獲得F2代植株2000株，在F2分離群體中發現了一個白穗單株，收獲白 穗種子。
[0068] (3)正季在合肥以及冬季在海南進行穿梭育種，加快選育進程，直至獲得農藝性狀 穩定的白穗稻。
[0069] 對白穗稻進行白穗性狀的遺傳分析：白穗突變體水稻品種"白穗稻"和穗部為綠色 的攜帶廣親和基因正常水稻品種"輪回422"（湖南雜交水稻研究中心，蘆葦稻X培C422)進 行正反交，F1植株的葉片和穗部穎殼均發育正常;F2群體中，根據穗部顏色可分為兩類，一 類與輪回422類似，葉片和穗部穎殼顏色均正常發育，一類與白穗稻的表型相似，全生育期 葉色發育正常，抽穗后穗部穎殼呈白色。X 2測驗顯示正反交F2群體中穗部為白色與綠色植 株均符合3:1的分離比[X2 = 0.0480，0.2803 <X2 (0.05) = 3.84]，分析結果表明，"白穗稻"的 穗部為白色性狀受一對隱性基因控制(表1)。
[0070] 表1白穗突變體和正常植株在雜交后F2群體中的分離
[0071]
[0072] 通過遺傳分析，發明人認定上面的白穗突變體有進一步研究價值。
[0073] 因此，利用所獲得的性狀穩定的白穗突變體進行了選育研究。
[0074] 具體而言，發明人將其用于穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育，選育過 程如下：
[0075] 步驟（a)以上面獲得的穗部穎殼白化（白穗）稻為父本，以兩系不育系水稻品種 5308S為母本，雜交得到F1代種子；
[0076] 步驟(b)利用所述F1代種子進行植株培育獲得F1代植株；
[0077] 步驟(c)將對F1代植株進行自交，獲得了 F2代種子；
[0078] 步驟(d)培育F2代植株，從F2代分離群體中選擇性狀優良、穗部穎殼白化的可育水 稻植株，與所述的兩系不育系水稻品種回交，得到BC1F1代種子；
[0079]步驟(e)利用BC1F1代種子培育BC1F1代植株，在BC1F1代植株中選擇農藝性狀優良 的可育植株，與所述的兩系不育系水稻品種回交，得到BC2F1代種子；
[0080]步驟(f)重復步驟(c)-(e)的自交和回交過程，連續回交四次后獲得BC6F1代種子； [0081 ] 步驟（g)利用BC6F1代種子培育相應的BC6F1代植株，對所述BC6F1代植株進行自 交，在自交后代中選擇穗部穎殼白化的不育單株；
[0082] 步驟(h)對步驟(g)所獲得的不育單株進行系統選育，獲得穗部穎殼白化的雜交水 稻兩系不育系。
[0083] 本發明所采用的育種材料中，穗部穎殼白化稻為農藝性狀優良的恢復系RH003的 自然突變體水稻品種，該突變體水稻品種穗部穎殼白化，即白穗，性狀僅在穗部特異表達， 不影響水稻的農藝性狀，且該白化標記從抽穗期開始，不受溫度誘導，性狀穩定，有利于雜 種剔除和純度鑒定。
[0084]本發明所采用的兩系不育系水稻品種為5308S，該不育系由安徽省農業科學院水 稻研究所選育的穗部顏色正常的兩系不育系，該不育系株型松緊適中，分蘗力較強，莖桿較 粗壯，劍葉較長、直立、葉片較平展，稃尖和柱頭無色，生長清秀，且異交結實率高，抗性好， 米質優，配合力高。
[0085] 兩系不育系的選育時運用回交的傳統育種方法，由于白穗性狀受隱性核基因控 制，為便于性狀的篩選，白穗雜交水稻兩系不育系選育過程中，回交的總次數一般為6代即 可。
[0086] 所述的農藝性狀優良指的是株高適中、莖桿粗壯、大穗、長粒、結實率高和分蘗好。
[0087] 雖然上面結合本發明的優選實施例對本發明的原理進行了詳細的描述，本領域技 術人員應該理解，上述實施例僅僅是對本發明的示意性實現方式的解釋，并非對本發明包 含范圍的限定。實施例中的細節并不構成對本發明范圍的限制，在不背離本發明的精神和 范圍的情況下，任何基于本發明技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在 本發明保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不育系的選育方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟(a)、以穗部穎殼白化的白穗稻為父本，以兩系不育系水稻品種為母本，進行雜交， 得到F1代種子； 步驟(b)利用所述F1代種子進行植株培育獲得F1代植株； 步驟(c)將F1代植株進行自交，獲得了 F2代種子； 步驟(d)培育F2代植株，從F2代分離群體中選擇穗部穎殼白化的可育水稻植株，與所述 的兩系不育系水稻品種回交，得到BC1F1代種子； 步驟(e)利用BC1F1代種子培育BC1F1代植株，在BC1F1代植株中選擇可育植株，與所述 的兩系不育系水稻品種回交，得到BC2F1代種子； 步驟(f)重復步驟(c)-(e)的自交和回交過程，連續回交四次后獲得BC6F1代種子； 步驟(g)利用BC6F1代種子培育相應的BC6F1代植株，對所述BC6F1代植株進行自交，在 自交后代中選擇穗部穎殼白化的不育單株； 步驟(h)對步驟(g)所獲得的不育單株進行選育，獲得穗部穎殼白化的雜交水稻兩系不 育系。2. 如權利要求1所述的選育方法，其特征在于，作為父本的所述白穗稻是通過下述方法 獲得的： 步驟(a-Ι)、取恢復系RH003水稻品種和揚稻6號水稻品種進行雜交，獲得F1代種子； 步驟(a-2)、種植步驟(a-Ι)中所獲得的F1代種子，獲得F2代植株及F2代種子； 步驟(a-3)、種植步驟(a-2)中所獲得的F2代種子，獲得多株F2植株，在所獲得植株中找 到白穗單株，收獲白穗單株的種子； 步驟(a-4)、對所獲得的白穗單株的種子進行穿梭育種，并基于所獲得植株中的白穗性 狀判斷其性狀是否達到穩定狀態； 步驟(a-5)、重復步驟(a-4)直到獲得性狀穩定的白穗稻。3. 如權利要求2所述的選育方法，其特征在于，所述步驟(a-4)包括:在中煒度地區和低 煒度地區對所獲得的白穗單株的種子進行穿梭育種。4. 如權利要求1所述的選育方法，其特征在于，所述的兩系不育系水稻品種為5308S。5. 如權利要求2所述的選育方法，其特征在于，在所述步驟(d)和(e)中對植株進行選擇 時，基于下述性狀對植株進行選擇:株高、植株密度、分蘗力、莖桿尺寸、直立程度、葉片平展 度以及樣尖和柱頭顏色。6. -種利用權利要求1-5所述方法獲得的兩系不育系進行兩系不育系選種的方法，該 方法包括： 將所述兩系不育系的植株與目標植株進行雜交，獲得第一代雜交種子； 種植第一代雜交種子，將所獲得的植株與所述兩系不育系的植株或者目標植株進行回 交獲得回交植株的種子； 種植回交植株的種子并將所獲得的植株進行自交； 篩選自交植株中所述穎殼白化的植株； 采集所篩選出的植株的種子。7. -種利用權利要求1-5所述方法獲得的兩系不育系的應用，其特征在于，將所述兩系 不育系用于鑒定不育系純度。8. -種利用權利要求1-5所述方法獲得的兩系不育系的應用，其特征在于，將所述兩系 不育系用于鑒定雜交種純度。9. 一種獲取白穗稻的方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟（1)、取恢復系RH003水稻品種和揚稻6號水稻品種進行雜交，獲得F1代種子； 步驟(2)、種植步驟(1)中所獲得的F1代種子，獲得F2代植株及F2代種子； 步驟(3 )、種植步驟(2)中所獲得的F2代種子，獲得多株F2植株，在所獲得植株中找到白 穗單株，收獲白穗單株的種子； 步驟(4)、對所獲得的白穗單株的種子進行穿梭育種，并基于所獲得植株中的白穗性狀 判斷其性狀是否達到穩定狀態； 步驟(5 )、重復步驟(4)直到獲得性狀穩定的白穗稻。10. -種RH003水稻品種的應用，其特征在于，所述水稻品種用于分離白穗突變體，所述 應用包括將所述RH003水稻品種與另一水稻品種雜交，獲得F1代種子;種植所獲得的F1代種 子，獲得F2代植株及F2代種子，在所獲得植株中找到白穗單株，收獲白穗單株的種子，其為 白穗突變體。
【文檔編號】A01H1/02GK106035069SQ201610464247
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】羅志祥, 從夕漢, 白巖松, 施伏芝, 阮新民, 楊聯松, 羅玉祥
【申請人】安徽省農業科學院水稻研究所