藥用野生稻不同栽培品種的農(nóng)藝性狀及遺傳表現(xiàn)

藥用野生稻不同栽培品種的農(nóng)藝性狀及遺傳表現(xiàn)

野生水稻是水稻育種的重要資源來源。國內(nèi)外的繁殖實踐表明，具有aa染色的野生水稻對水稻育種產(chǎn)生了顯著的影響。在野生水稻中發(fā)現(xiàn)野生育系，并進行了各種雜交水稻的選育。育種家們認為,要獲得育種上的突破,必須尋找新的突破。利用野生稻作親本勢在必行。栽培稻(O.sativa)屬于AA型染色體組(2n=24)稻種,其與同屬AA染色體組的普通野生稻雜交容易成功,而與非AA染色體組(2n=48)的藥用野生稻(O.officnalis)雜交,采用一般常規(guī)有性雜交方法不易獲得成功。藥用野生稻具有栽培稻和普通野生稻所罕有的特異性狀,如高蛋白、分糵力強、高抗褐飛虱和白葉枯病等優(yōu)異性狀。廣西藥用野生稻資源十分豐富,在16個縣49個鄉(xiāng)均有分布,為了充分利用這些資源,開展藥用野生稻利用技術研究具有重要的意義。目前,國內(nèi)外研究學者對屬于不同染色體組的稻屬種間雜交進行了大量研究。國際水稻研究所利用藥用野生稻與栽培稻雜交獲得了異源附加系;武漢大學利用廣西藥用野生稻獲得了抗褐飛虱的異源附加系。在本研究中,在對大量的藥用野生稻種質(zhì)進行多種特性鑒定的基礎上,通過選擇具有優(yōu)異性狀的野生稻并加以利用,目的在于將非AA染色體組的藥用野生稻優(yōu)良基因?qū)朐耘嗟局?并獲得雜種,為水稻育種創(chuàng)造新的親緣—中間材料。1材料和方法1.1栽培稻的aa染色體組5以含CC染色體組(2n=48)的藥用野生稻“1665”(P1)為父本,含AA染色體組(2n=24)的栽培稻“桂99”(P2)、“中九A”(P3)、“西鄉(xiāng)糯”(P4)和“抗蚊青占”(P5)為母本。1.2種子萌發(fā)、接種與培養(yǎng)試驗于1991年開始,采用有性雜交與幼胚離體培養(yǎng)相結合的方法:栽培稻為母本,用溫湯去雄法(44℃、8min),于上午6～8時藥用野生稻開花盛期授以父本花粉(連續(xù)授粉2d),受粉后7～13d內(nèi),將胚乳發(fā)育不完全的種子,去除內(nèi)外穎,用0.1%汞消毒10～15min,再用無菌水沖洗3～4次,接種于1/2MS+0.1%活性碳+1%蔗糖、pH5.6的固體培養(yǎng)基上,進行無菌培養(yǎng)。待種子萌發(fā)后移到光照下培養(yǎng),當幼苗長到2～3葉時煉苗,7d后再移栽。待雜交后代苗生長至抽穗時,觀察花粉遇碘是否能染色,如不能染色須進行回交,直到雜交后代植株的花粉能染色時,再進行自交。2結果與分析2.1aa與cc染色體雜交栽培稻與藥用野生稻雜交,采用幼胚培養(yǎng)獲得后代;與父母本相比,F1植株主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)為4種類型(表1):(1)呈現(xiàn)母本性狀的,即植株較矮,但不同組合有一定差異,一般為57～96cm,基部葉鞘色為綠色、感溫性;(2)呈現(xiàn)父本性狀的,落粒性、穗型散和小穗著生密度稀,葉舌較厚、短、平和具部分芒;(3)部分性狀表現(xiàn)父母本中間類型,如谷粒型狀介于兩者之間;(4)出現(xiàn)超親現(xiàn)象,超強的分蘗力,但不同的組合有一定的差異,一般為28～49個分蘗,說明AA與CC染色體雜交具有很強的雜種優(yōu)勢。從結果還可以看出,所有組合的F1植株都不能正常結實,這是由于父母本染色體組型不同,可能僅有部分染色體能配對,花粉嚴重敗育,對碘化鉀的反應是全不染色,雖然無授粉能力,但雌蕊是可育的,用栽培稻花粉回交,部分小穗可以產(chǎn)生幼胚。2.2遠緣雜交時用藥野生稻的形態(tài)特征栽培稻與藥用野生稻的雜種BC1F2代出現(xiàn)較大的分離。從表1、2可以看出,在4個不同的組合中,植株分蘗數(shù)、穗長等數(shù)量性狀分離最大,有些出現(xiàn)超親性狀,如超強的分蘗力,分蘗數(shù)比父本高近1倍,比母本高近4倍,穗長也超過父母本。株型和株高表現(xiàn)趨向于母本,即植株矮、直立生長;而穗部和葉片性狀卻趨向于父本,因無二次枝梗,所以穗型較散、著粒密度稀,粒型則介于父母本之間。從觀察結果發(fā)現(xiàn),遠緣雜交后代的部分性狀表現(xiàn)無法用遺傳學規(guī)律來解釋,如株高:父本186cm,母本90～96cm左右,從遺傳學角度來說,在雜交后代中應會分離出140～150cm的中間類型,但后代未出現(xiàn)超過100cm的植株。抗性也出現(xiàn)類似情況,藥用野生稻具有廣譜高抗褐飛虱能力,而在雜交后代未出現(xiàn)高抗或中抗褐飛虱的植株。在4個雜交組合中,只有P1×P2和P1×P4組合出現(xiàn)抗褐飛虱后代,P1×P4后代表現(xiàn)抗白葉枯病,其他組合均沒有表現(xiàn)父本高抗基因的單株。說明在遠緣雜交中,染色體不是完全配對,雜交只是某條染色體或某些片段基因被導入到栽培稻,被導入的基因可在后代中表現(xiàn)出其特有的性狀,同時也說明控制藥用野生稻株高和抗性的基因與其他野生性狀基因并不連鎖。此外,雖然藥用野生稻具有超強抗褐飛虱能力,但在已經(jīng)導入抗性基因的群體中未找到1株具有0級或1級高抗褐飛虱的植株,最高抗性級別僅為3級,不完全符合遺傳規(guī)律。這可能是由于在最初導入過程中抗性基因被切割,在雜交時沒有被完全轉入到栽培稻;由于抗性基因與其他不利的野生基因不連鎖,就有利于在后代中選擇出優(yōu)良的抗性個體。2.3促進遠緣雜交的親本的擴大培養(yǎng)采用含CC染色體組的藥用野生稻與含AA染色體組的栽培稻雜交,由于染色體不配對,后代不結實,配組十分困難,必須進行幼胚拯救,才能保持后代的延續(xù)。從表3可看出,不同的雜交組合其幼胚成型率有一定差異,藥用野生稻與不育系雜交獲得的幼胚種子較多,幼胚成型率達35.0%,與糯稻雜交的幼胚成型率為16.0%,與秈稻雜交的幼胚成型率為11.0%。雖然用不育系做遠緣雜交的母本可以獲得較多的幼胚種子,但在經(jīng)多代回交后,其后代均未獲得可以正常結實的種子。其他組合的結實率隨回交代數(shù)增加而有所增加,在回交3代時其結實率仍然在1.5%～8.6%左右,繼續(xù)選擇BC3正常結實的種子再與栽培稻親本回交,到BC4F1的結實率可以達到8.0%～21.0%,然后讓其自交,從BC4F2群體中分離出一些結實率高的株系,最高的達到81.0%,但絕大多數(shù)株系仍然在20.0%左右,而且分離世代長,在結實率高的株系中不斷分離出不育株或結實率很低的個體。在本研究中,僅在P1×P2組合BC4F10代的群體中選育到2個(藥恢118和藥恢121)結實率達92.0%的株系,2009年用“藥恢118”和“藥恢121”與不育系測配,均表現(xiàn)出很強的優(yōu)勢,說明AA與CC染色體的遠緣雜交是可行的,在選育過程中除注重農(nóng)藝性狀的選擇外,關鍵是在回交和自交中選擇結實率高的組合。也說明藥用野生稻的研究與利用在生產(chǎn)上具有很大的潛力,特別是創(chuàng)新雜交水稻恢復系方面有很好的前景。3討論3.1促進藥用野生稻抗性基因回交選育由于藥用野生稻屬CC染色體,與含AA染色體的栽培稻雜交十分困難,雖然通過幼胚培養(yǎng)可以獲得雜交后代,但其后代結實率非常低,回交3代均很難獲得超過10.0%的正常結實植株,嚴重影響對該種質(zhì)資源的利用,這也是困擾世界各國育種家的最大難題[6～8]。在本試驗中,通過選擇不同的親本與藥用野生稻進行雜交,發(fā)現(xiàn)不同親本對后代結實影響較大,有些組合相差50.0%左右,這可能是與親本的親和性有一定的關系。雖然結實率隨回交代數(shù)的增加而增加,但回交后進行自交選育是關鍵。此外,并非每個組合都能將抗性基因轉入到栽培稻。通過對9個組合進行試驗,發(fā)現(xiàn)僅有5個組合能夠把藥用野生稻抗性基因?qū)氲皆耘嗟局?這可能是在遠緣雜交中,CC染色體中僅有某條染色體與AA染色體進行配對,因此在利用中盡量多選擇不同的親本與之雜交。多年的選育經(jīng)驗證明,AA與CC染色體的遠緣雜交是可行的,只要多配組合,在選育過程中除注重農(nóng)藝性狀選擇外,還須加強回交和自交選育,特別要注重每個世代都必須進行抗性鑒定及選育[9～11]。3.2水稻和廣西藥用野生稻的研究廣西藥用野生稻極為豐富,由于長期生長在惡劣的自然條件下,形成了許多栽培稻很少具有的優(yōu)良性狀,如耐冷性強、超強的分蘗力以及高抗褐飛虱、抗白葉枯病等。中國水稻研究所利用