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利用花药培养技术选育优质水稻两系不育系EH1S

范文

刘凯李三和徐华山陈志军杨国才游艾青

[摘要]EH1S是湖北省农业科学院粮食作物研究所以自育两系不育系H155S、H2319S和H1968-4S为母本，导入长粒、香味及稻瘟病抗性基因，结合分子辅助选择与花药培养技术选育而成的水稻两系不育系。EH1S开花习性好，异交结实率高，稻瘟病抗性好，粒形细长，千粒重高，有香味，米质优。

[关键词]优质;水稻;两系不育系;EH1S;花药培养

[中图分类号]S511[文献标识码]B

石明松1973年在农垦58中发现了晚粳自然不育株，具有长日高温不育、短日低温可育特性，1981年提出了一系两用的构想，开辟了中国两系杂交水稻研究的新篇章。两系法具有配组自由，种子生产成本低，无不育细胞质负效应，易转育新不系等优点。水稻两系不育系的恢复基因广，普遍存在于一般水稻品种。两系法杂种优势利用不受恢保关系的限制，配组自由，因此，选育强优势、好品质、多抗性杂交组合的机率更大，应用前景更好。两系法的关键在光温敏雄性核不育系。光温敏雄性核不育系选育每年可繁殖2代，但是武汉地区秋繁，转育低温不稳定，导致每年仅1代，育种进程严重滞后。利用水稻花药培养技术可以迅速获得稳定的纯合二倍体，育种周期短、选择效率高。本研究于2007年开始采用花药培养加速两系不育系选育进程，最初选用三交、四交或者复交转育材料，后代分离严重，有些花培后代甚至无光温敏核不育系，6a仅育成H155S、H2319S、H1968-4S等3个不育株系，在米质、抗性方面均无大的改进，根本不能在生产中大面积应用，不育系选育必须在现有基础上，对米质、抗性进行大幅度改良。

笔者根据2010-2013年9月15-25日武汉气温变化，结合育种实践，摸索出水稻两系不育系在武汉地区7月上旬播种，9月下旬抽穗，育性转换期在9月20日前后，这段时间保证了育性正常转换，杂交转育在人工气候室进行，使不育系回交改良群体的构建成为可能。2010年开始回交转育，2013年构建回交改良群体，其后不断导入新的优质及抗病基因，从群体内筛选优良单株，利用分子标记检测目标基因，选取阳性单株进行花药培养，育成优质、抗病、有香味的两系不育系EH1S。

1 选育经过

2013年夏在武汉将自育的花培不育系H155S（香）、H2319S分别与13J1925（广占63S////广占63S///广占63S//广占63S/谷梅2号，F1，Pi25）杂交，2014年春海南复交，检测香味基因和稻瘟病抗性基因Pi25;2014年夏在武汉种植复交后代群体，选取具有目标基因的单株与13JN2103（广占63-4S//广占63-4S/Super-basmati，F1）杂交，导入Super-basmati长粒基因;2015年春构建优质长粒、抗稻瘟病、含香味基因回交改良群体;2015年检测目标基因同时选择长粒单株与E农1S杂交，导入稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2;2016年春筛选目标单株与自育花培不育系H1968-4S杂交;2016年秋选取农艺性状优良目标且含有目标基因的单株进行花药培养，获得54个花培不育系株系，经2017年繁殖、基因检测、抗性鉴定、米质分析以及田间性状鉴定等，选留1个优质、抗稻瘟病、有香味的株系。2018年选用优良直播稻福稻88进行配合力测定，杂交种在2019年春海南大区品比中表现产量高、米质优、熟期较早，剑叶细长挺直，分蘖力较强，抗倒性好，后期落色好。2019年春在海南擴大繁殖，经鉴定，该不育系临界转换温度约为23.5℃，暂命名为EH1S。

2 特征特性

2.1 农艺性状

EH1S在武汉种植，5月5日播种，播始历期为86d左右;冬季海南陵水于11月20日播种，播始历期115d左右，属基本营养生长型。株型松散适中，株高85cm，剑叶细长、挺直，叶鞘颖尖均无色，谷粒细长，有香味，千粒重30g左右，每穗颖花数160朵左右，单株有效穗l2个左右，穗顶部偶有短顶芒。

2.2 育性表现

2019年，湖北省农业科学院粮食作物研究所对EH1S进行育性转换温度鉴定，EH1S于湖北武汉5月5日左右播种，7月底抽穗，高温鉴定不育系开花习性;在主穗花粉发育进入母细胞形成期时，露天人工池恒温浸泡至幼穗顶部。在23.5℃温度浸泡，冷水灌溉处理6-8d，花粉可染率3.5%、自交结实率为0（表1）。鉴定结果为育性转换的临界温度约为23.5℃。

2.3 稻米品质

经农业部食品质量监督检验测试中心（武汉）测定，EH1S糙米率77.7%，精米率67.3%，整精米率54.6%，长宽比3.6，垩白粒率20%，垩白度3.3%，透明度1级，胶稠度79mm，直链淀粉含量14.4%，碱消值6.0，米质达国标三级优质米。有香味。

2.4 抗逆性

经湖北恩施农科院植保所抗性鉴定，EH1S叶瘟病3级，综合评价为中抗稻瘟病。经检测含有稻瘟病抗性基因Pi1。

3 配组表现

2018年秋季测配的EH1S/福稻88参加海南大区比产试验，全生育期120d，比对照丰两优4号早7d，比对照扬两优6号早12d。有效穗315.0万/hm2，穗长23.0cm，每穗总粒数160.2粒，结实率83.2%，千粒重27.9g，产量9364.8kg/hm2，比对照丰两优4号增产1.61%，比对照扬两优6号减少4.42%，后期秆青籽黄，田间抗性好。米质经农业部食品质量监督检验测试中心（武汉）测定，糙米率77.5%，精米率67.5%，整精米率59.1%，长宽比3.5，垩白粒率10%，垩白度2.3%，透明度1级，胶稠度75mm，直链淀粉含量14.6%，碱消值5.5，米质达国标三级。

4 繁殖技术要点

EH1S为花药培养后代，基因型纯合。繁殖可选择在海南冬繁或者云南夏繁。海南陵水冬季一般11月10日左右播种，育性转换敏感期安排在2月下旬为宜;云南夏繁一般4月10日左右播种，育性转换期在8月初。田块选择应具备隔离条件;栽培上注意稀播壮秧;花培不育系基因纯合，可采用双本栽插;及时防治病虫草害，因不育系香味浓，后期注意防止鸟鼠危害。抽穗前严格去除杂株，做到田间无杂株;抢晴收割，收获时防止机械混杂。

5 两系不育系花药培养技术

田间选择适宜单株，抽取小穗发育VI-VII期小穗，于8℃低温预处理8-10d，选取单核靠边期的小穗，用75%酒精灭菌1min，有效氯3%的次氯酸钠消毒24min，无菌水漂洗5次，晾干小穗，剪颖抖药法将花药接种到诱导培养基中（N6+KT1.0mg/L+2，4-D2.0mg/L+NAA3.0mg/L+脯氨酸600mg/L+麦芽糖50mg/L+植物凝胶3.0mg/L），每瓶接80枚左右花药。接种后置于光温培养箱28℃暗培养。待愈伤组织生长到1.8-2.2mm左右时，转接到分化培养基（MS+KT2.0mg/L+6-BA0.5mg/L+NAA0.5mg/L+蔗糖30mg/L+植物凝胶3.0mg/L），放入光温培养箱光照培养，光照时间为14h/d。

6 结语

EH1S具有稻瘟病抗性、米质优、有香味，所配组合茎秆柔韧性好，有效穗多，熟期适宜，适宜直播栽培，肥料吸收率高，肥效利用率好，不適宜肥力条件好的中高产田做高产栽培。EH1S开花习性较好，异交结实率较高，但是柱头较小，受花面积小，制种要获高产，要注意促花、保花，并增加父本花粉量;受精后闭颖率高，杂交种子质量好。直链淀粉含量适中和胶稠度高，有香味，应选用有香味父本配组，易配出优质两系杂交稻。

90年代以籼粳杂交的F1代作为花培主体材料，花培苗分离严重，后代入选几率不高，笔者认为两系不育系花药培养选用回交改良F1群体，选用与目标不育系相似的单株，不断导入新的优质不育材料、抗性基因、优质基因等，保持改良群体持续更新，从群体内筛选优良单株，分子检测筛选抗性基因，选取优良单株进行花药培养，能提高两系不育系入选几率。无论是回交转育还是花药培养，育性转换时期和目标单株的选择至关重要。本研究表明，利用复交改良F1代群体进行花药培养选育两系不育系，既能提高选育的准确性，又能缩短育种周期。

[参考文献]

[1] 石明松.晚粳自然两用系选育及应用初报[J].湖北农业科学，1981（7）：1-3.

[2] 袁隆平.我国两系法杂交水稻研究的形势、任务和发展前景[J].农业现代化研究，1997，18（1）：1-3.

[3] 雷东阳，唐文帮，解志坚等.两系法杂交水稻制种不安全问题的解决途径[J].作物学报，2013，39（9）：1569-1575.

[4] 袁丽，宋丁丁，高冠军，何予卿，2011，利用分子标记辅助选择和花药培养改良光温敏不育系Y58S的稻瘟病抗性，基因组学与应用生物学，30（5）：620-625.

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