專利名稱：水稻廣保型細胞質雄性不育系及恢復系定向育種方法
專利說明水稻廣保型細胞質雄性不育系及恢復系定向育種方法 技術領域 本發明涉及雜交水稻不育系和恢復系的育種方法，特別是廣保型細胞質雄性不育系和恢復系的定向育種方法。
背景技術 20世紀70年代，中國在世界上率先育成和推廣雜交稻，取得巨大成功。迄今，水稻細胞質雄性不育系組配的三系法雜交稻占雜交稻面積90％左右，是水稻雜種優勢利用的主要途徑。在三系法雜交稻育種技術體系中，水稻細胞質雄性不育系育種和雄性不育恢復系育種是最基礎的、最重要的核心技術。有關討論水稻細胞質雄性不育系和雄性不育恢復系育種方法的代表性文獻有 1.雜交水稻學。袁隆平主編，2002年。中國農業出版社；38-127 2.水稻雄性不育生物學。朱英國編，2000年。武漢大學出版社；1-69；104-309；358-425 3.雜種優勢和雜交稻育種。[印度]S.S.Virmani著。(Heterosis andHybrid Rice Breeding.Springer-Verlay Berlin Heidelberg，1994.Printed in Germany)。楊仁崔，陳順輝譯。1996。福建科學技術出版社；53-104 4.水稻育種學。閔紹楷，申宗坦，熊振民編，1996年。中國農業出版社；210-226 5.中國水稻品種及其系譜。林世成，閔紹楷編，1991年。上海科學技術出版社；190-196 6.雜交水稻的研究與實踐。李澤炳，肖翊華、朱英國等編，1982年。上海科學技術出版社；32-166 以上文獻敘述了水稻細胞質雄性不育系的主要育種方法；采用具有雄性不育細胞質的水稻種質作母本，栽培稻中的長江流域早秈稻品種作父本雜交和回交育成不育系，或者用已經育成的細胞質雄性不育系作母本，用栽培稻中的長江流域早秈稻品種之間相互雜交的后代品系作父本雜交和回交轉育而成不育系，遺傳基礎狹窄，稻米品質差。已經育成和生產應用的水稻秈型雄性不育系的細胞質，根據恢保關系分類，主要可以分成兩種類型。第一種類型是以水稻野敗(WA)型為代表的細胞質，包括矮敗(DA)型、岡(G)型、D型、印矮(ID)型、K型、馬協(MX)型等，這些細胞質不育系的保持系相同或相似，恢復系也相同或相似。它們的保持系和恢復系可以相互通用，因此可以歸類為相同或相似的細胞質類型。這類細胞質不育系的花粉不育時期較早，發育階段上屬于孢子體雄性不育，花粉以典型敗育為主，不育性比較穩定，是雜交稻生產上應用的主流細胞質類型。第二種類型是水稻紅蓮型細胞質，這種細胞質不育系的保持系與野敗型不同，恢復系也與野敗型不同。紅蓮型細胞質不育系的花粉敗育時期較晚，發育階段上屬于配子體不育，花粉以圓型敗育為主，遇到高溫氣候會形成少量可育花粉，不育系的育性穩定性相對較差。
在水稻細胞質雄性不育恢復系的主要育種方法方面；以上文獻介紹了采用不育系測交選恢，已知恢復系之間的雜交育種和輻射育種，等等。這些方法只能應用于已經攜帶恢復基因的遺傳材料的育種，而這些恢復基因僅存在于低緯度的晚秈稻品種中，遺傳基礎相對狹窄，難以充分利用豐富的稻種資源，尤其難以利用大量品質優良的常規稻品種資源。導致雜交稻育種資源的大量浪費；限制了優質、高產、高抗和廣抗病蟲害、廣適應性恢復系的選育，限制了雜交稻綜合水平的進一步提高。
野敗型細胞質不育系的保持系，主要的來源局限于長江流域的早秈稻品種。這些保持系的稻米堊白大，直鏈淀粉含量高，稻米外觀和食用品質差，限制了不育系和雜交稻稻米品質的提高。長期以來，雜交稻的稻米品質問題始終未能很好地解決，其主要原因在于不育系的稻米品質不夠好，育種難度極大。
普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)是稻屬(Oryza L.)的一個種(species)，廣泛分布于南亞和東南亞，南美洲，拉丁美洲、澳大利亞，以及中國南部的廣東、廣西、云南、臺灣、江西、海南、湖南和福建等各省區。
用普通野生稻細胞質培育成雄性不育系已有報道，例如，湖南雜交稻中心用海南野生敗育水稻作母本，育成野敗型細胞質雄性不育系珍汕97A；湖北武漢大學用海南紅芒野生稻作母本，育成紅蓮型細胞質雄性不育系叢廣41A；安徽廣德縣農科所用江西矮稈野生稻作母本，育成矮敗型細胞質雄性不育系協青早A，等等。
發明內容
本發明的目的是提供水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法和水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，打破了野敗型雄性不育細胞質的遺傳局限，擴大選育保持系或恢復系的資源范圍，以充分利用豐富的稻種資源作為育種材料，選育稻米品質優良的不育系和高產優質、高抗廣抗病蟲害的恢復系。
一、水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法，包括以下步驟； 1、采用具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種作母本；或者用不同來源的普通野生稻作母本；或者用這些野生稻做母本育成的品種、品系或中間材料作母本；采用栽培稻品種作父本。所述的具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種包括普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)、展穎野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma etShastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthiiA.Chev.)、長雄蕊野生稻(O.longistaminata A.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、藥用野生稻(O.officinalis Wall.exWatt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll et Morrill ex steud.)Baill；所述的不同來源的普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)包括東南亞普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亞普通野生稻，以及中國南部的廣東普通野生稻、廣西普通野生稻、云南普通野生稻、臺灣普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品種包括水稻、旱稻、秈稻、粳稻、早稻、晚稻、稻葉有毛和稻葉無毛(光身稻)。
2、用所述的母本中的1個與所述父本中的1個雜交，也可以再與2個或2個以上所述父本中的其他父本雜交。
3、從雜交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，選雄性不育株為母本，然后用同一個栽培稻品種為父本，繼續回交。
4、按步驟3的回交方法多次回交后，獲得群體性狀變異系數小于10％、不育度99％以上、不育性穩定的細胞質雄性不育系。所述的細胞質來源于所采用母本，如野生稻。
5、以野敗型的保持系、恢復系和紅蓮型的保持系、恢復系4種材料為父本，用步驟4的細胞質雄性不育系作母本，進行測交，分別收獲測交種子；種植測交一代，表現結果為所述4種材料都不能恢復步驟4的細胞質雄性不育系的育性，這個不育系即為水稻廣保型細胞質雄性不育系。
二、水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，包括以下步驟； 1、采用具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種作母本；或者用不同來源的普通野生稻作母本；或者用這些野生稻做母本育成的品種、品系或中間材料作母本；采用栽培稻品種作父本。所述的具有廣保型雄性小育細胞質的稻屬中的不同種包括普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)、展穎野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma etShastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthiiA.Chev.)、長雄蕊野生稻(O.longistaminata A.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、藥用野生稻(O.officinalis Wall.exWatt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll et Morrill ex steud.)Baill；所述的不同來源的普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)包括東南亞普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亞普通野生稻，以及中國南部的廣東普通野生稻、廣西普通野生稻、云南普通野生稻、臺灣普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品種包括水稻、旱稻、秈稻、粳稻、早稻、晚稻、稻葉有毛和稻葉無毛(光身稻)。
2、用所述的母本中的1個與所述父本中的1個雜交，也可以再與2個或2個以上所述父本中的其他父本雜交。
3、從雜交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，選雄性可育株為母本，然后用同一個栽培稻品種為父本，繼續回交。
4、按步驟3的回交方法多次回交后，獲得農藝性狀與父本相似的正常可育的后代材料； 5、將后代材料自交分離出不育株和可育株，再選可育植株自交分離，直到性狀整齊穩定，變異系數小于10％；選擇農藝性狀相似于父本、群體整齊，育性80％以上的正常可育品系，即為水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系。
本發明的水稻廣保型細胞質雄性不育系及廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，其特點是保持系和恢復系的來源廣泛，育成優良不育系和恢復系的的概率提高，許多優良品種包括野敗型的保持系、恢復系和紅蓮型保持系和恢復系，常規品種，都可以育成廣保型不育系或恢復系，育成廣保型不育系或恢復系的綜合水平大幅度提高。本發明所獲得新型的廣保型雄性不育細胞質，簡稱為FA細胞質。
本發明廣保型FA不育系的特點是； 1.廣保型FA細胞質與生產廣泛應用的野敗型(WA)和紅蓮型(HL)細胞質的恢保關系不同，是一種新型的細胞質。如表1所示； 2.野敗型的保持系和恢復系、紅蓮型的保持系和恢復系都不能作為廣保型FA細胞質的恢復系，而只能作為廣保型FA細胞質的保持系。如表1所示； 表1、金農1不育系測交雜種一代育性表現
3.廣保型細胞質的保持系來源廣泛，保持系對稻種資源利用率高，育成不育系的綜合水平高。
本發明廣保型FA不育系的優點是；1.廣保型FA不育系的保持系來源多。2.廣保型FA不育系的育性穩定性好。3.廣保型FA不育系的稻米品質優。如表2所示； 表2 三類水稻細胞質雄性不育系的主要優缺點比較 本發明的水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，用普通野生稻與優良栽培稻品種雜交和回交，經過后代分離和選擇，定向育成廣保型恢復系。其特點是； 1.能夠有效恢復廣保型不育系的育性，使廣保型不育系實現三系配套和生產應用。
2.最廣泛和充分地利用了現有稻種的資源潛力，育成的恢復系綜合水平高，組配的雜交稻能跨越式地提高稻米品質和產量。
本發明的水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法。育成的廣保型恢復系和雜交稻的優點是；1.育成的廣保型恢復系和雜交稻生產穩定性好。2.育成的廣保型恢復系和雜交稻適應性廣。3.育成的廣保型恢復系和雜交稻產量高。4.育成的廣保型恢復系和雜交稻稻米品質優。
具體實施方式
為了充分公開本發明的水稻廣保型細胞質雄性不育系和恢復系的定向育種方法，以下結合實施例加以說明。
實施例一水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法 1、用福建普通野生稻為母本，野敗型恢復系早恢89為父本雜交，并從雜交后代中選雄性不育株為母本，然后用早恢89為父本，繼續多次回交，一般回交5次后育成不育系金農1A，用所述的測交方法，經測交后代表現全不育的，即可確認為屬于廣保型細胞質雄性不育系。該不育系農藝性狀優良。廣保型不育系金農1A稻米品質12項指標全部達到農業部頒發的優質米標準。其中1級優質米標準8項，2級優質米標準4項。
2、用廣保型細胞質雄性不育系金農1A作母本，用優良栽培稻品種勝泰1號作父本雜交，并從雜交后代中選雄性不育株為母本，然后用勝泰1號為父本，繼續多次回交，一般回交5次后育成廣保型細胞質不育系金農2A，農藝性狀優良。廣保型不育系金農2A稻米品質12項指標全部達到農業部頒發的優質米標準。其中1級優質米標準6項，2級優質米標準6項。
3、用廣保型細胞質雄性不育系金農1A作母本，與優質稻品種紅寶石為父本雜交，并從雜交后代中選雄性不育株為母本，然后用紅寶石為父本，繼續多次回交，一般回交5次后育成廣保型細胞質不育系金農3A，具有良好的株葉形態、農藝性狀和產量性狀和異交性狀。金農3A稻米品質12項指標全部達到農業部頒發的優質米標準。其中1級優質米標準6項，2級優質米標準6項。
實施例二水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法 1、用福建普通野生稻作母本，與水稻品種特青63雜交，從雜交后代中選雄性可育株為母本，然后用特青63為父本雜交，再從雜交后代中選雄性可育株為母本，用特青63為父本再雜交；如此多次回交，一般回交5次后，選可育株自交，并從自交后代中選可育株再多次自交，一般自交2次后即可獲得群體完全為雄性可育株的廣保型恢復系FR1。金農1A與恢復系FR1配組成雜交稻組合金農1A/FR1，種植雜種一代表現；穗大、粒多、結實率高、產量高。金農1A/FR1雜交稻稻米品質主要技術指標達到國家《優質稻谷》三級標準。
2、用廣保型恢復系FR1作母本，與水稻品種明恢63雜交，從雜交后代中選雄性可育株為母本，然后用明恢63為父本雜交，再從雜交后代中選雄性可育株為母本，用明恢63為父本再雜交；如此多次回交，一般回交5次后，選可育株自交，并從自交后代中選可育株再多次自交，一般自交2次后即可獲得群體完全為雄性可育株的廣保型恢復系FR2。金農2A與恢復系FR2配組成雜交稻組合金農2A/FR2。種植雜種一代表現穗大、粒多、結實率高、產量高。金農2A/FR2雜交稻稻米品質主要技術指標達到國家《優質稻谷》三級標準。
3、用廣保型恢復系FR1作母本，與水稻品種明恢70雜交，從雜交后代中選雄性可育株為母本，然后用明恢70為父本雜交，再從雜交后代中選雄性可育株為母本，用明恢70為父本再雜交；如此多次回交，一般回交5次后，選可育株自交，并從自交后代中選可育株再多次自交，一般自交2次后即可獲得群體完全為雄性可育株的廣保型恢復系FR3。用金農3A與恢復系FR3配組成雜交稻組合金農3A/FR3，種植雜種一代表現穗大、粒多、結實率高、產量高。金農3A/FR3雜交稻稻米品質主要技術指標達到國家《優質稻谷》三級標準。
權利要求
1、水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法，其特征在于包括以下步驟；
(1)采用具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種作母本；或者用不同來源的普通野生稻作母本；或者用這些野生稻做母本育成的品種、品系或中間材料作母本；采用栽培稻品種作父本；所述的具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種包括普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)、展穎野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma et Shastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthii A.Chev.)、長雄蕊野生稻(O.longistaminataA.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、藥用野生稻(O.officinalis Wall.ex Watt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll etMorrill ex steud.)Baill；所述的不同來源的普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)包括東南亞普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亞普通野生稻，以及中國南部的廣東普通野生稻、廣西普通野生稻、云南普通野生稻、臺灣普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品種包括水稻、旱稻、秈稻、粳稻、早稻、晚稻、稻葉有毛和稻葉無毛(光身稻)；
(2)用所述的母本中的1個與所述父本中的1個雜交，也可以再與2個或2個以上所述父本中的其他父本雜交；
(3)從雜交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，選雄性不育株為母本，然后用同一個栽培稻品種為父本，繼續回交；
(4)按步驟(3)的回交方法多次回交后，獲得群體性狀變異系數小于10％、不育度99％以上、不育性穩定的細胞質雄性不育系；
(5)以野敗型的保持系、恢復系和紅蓮型的保持系、恢復系4種材料為父本，用步驟(4)的細胞質雄性不育系作母本，進行測交，分別收獲測交種子；種植測交一代，表現結果為所述4種材料都不能恢復步驟(4)的細胞質雄性不育系的育性，這個不育系即為水稻廣保型細胞質雄性不育系。
2、根據權利要求1所述的水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法，其特征在于用福建普通野生稻為母本，野敗型恢復系早恢89為父本雜交，并從雜交后代中選雄性不育株為母本，然后用早恢89為父本，繼續多次回交后育成不育系金農1A，用所述的測交方法，經測交后代表現全不育。
3、根據權利要求1所述的水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法，其特征在于用廣保型細胞質雄性不育系金農1A作母本，用優良栽培稻品種勝泰1號作父本雜交，并從雜交后代中選雄性不育株為母本，然后用勝泰1號為父本，繼續多次回交后育成廣保型細胞質不育系金農2A。
4、根據權利要求1所述的水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法，其特征在于用廣保型細胞質雄性不育系金農1A作母本，與優質稻品種紅寶石為父本雜交，并從雜交后代中選雄性不育株為母本，然后用紅寶石為父本，繼續多次回交后育成廣保型細胞質不育系金農3A。
5、水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，其特征在于包括以下步驟
(1)采用具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種作母本；或者用不同來源的普通野生稻作母本；或者用這些野生稻做母本育成的品種、品系或中間材料作母本；采用栽培稻品種作父本；所述的具有廣保型雄性不育細胞質的稻屬中的不同種包括普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)、展穎野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma et Shastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthii A.Chev.)、長雄蕊野生稻(O.longistaminataA.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、藥用野生稻(O.officinalis Wall.ex Watt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll etMorrill ex steud.)Baill；所述的不同來源的普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)包括東南亞普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亞普通野生稻，以及中國南部的廣東普通野生稻、廣西普通野生稻、云南普通野生稻、臺灣普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品種包括水稻、旱稻、秈稻、粳稻、早稻、晚稻、稻葉有毛和稻葉無毛(光身稻)；
(2)用所述的母本中的1個與所述父本中的1個雜交，也可以再與2個或2個以上所述父本中的其他父本雜交；
(3)從雜交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，選雄性可育株為母本，然后用同一個栽培稻品種為父本，繼續回交；
(4)按步驟(3)的回交方法多次回交后，獲得農藝性狀與父本相似的正常可育的后代材料；
(5)將后代材料自交分離出不育株和可育株，再選可育植株自交分離，直到性狀整齊穩定，變異系數小于10％；選擇農藝性狀相似于父本、群體整齊，育性80％以上的正常可育品系，即為水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系。
6、根據權利要求5所述的水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，其特征在于用福建普通野生稻作母本，與水稻品種特青63雜交，從雜交后代中選雄性可育株為母本，然后用特青63為父本雜交，再從雜交后代中選雄性可育株為母本，用特青63為父本再雜交；如此多次回交，一般回交5次后，選可育株自交，并從自交后代中選可育株再多次自交后，即可獲得群體完全為雄性可育株的廣保型恢復系FR1。
7、根據權利要求5所述的水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，其特征在于用廣保型恢復系FR1作母本，與水稻品種明恢63雜交，從雜交后代中選雄性可育株為母本，然后用明恢63為父本雜交，再從雜交后代中選雄性可育株為母本，用明恢63為父本再雜交；如此多次回交，一般回交5次后，選可育株自交，并從自交后代中選可育株再多次自交后即可獲得群體完全為雄性可育株的廣保型恢復系FR2。
8、根據權利要求5所述的水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，其特征在于用廣保型恢復系FR1作母本，與水稻品種明恢70雜交，從雜交后代中選雄性可育株為母本，然后用明恢70為父本雜交，再從雜交后代中選雄性可育株為母本，用明恢70為父本再雜交；如此多次回交，一般回交5次后，選可育株自交，并從自交后代中選可育株再多次自交后，即可獲得群體完全為雄性可育株的廣保型恢復系FR3。
全文摘要
水稻廣保型細胞質雄性不育系的定向育種方法，用野生稻為母本與栽培稻品種雜交和多次回交后育成，野敗型保持系、恢復系和紅蓮型保持系、恢復系都不能恢復該不育系的育性；水稻廣保型細胞質雄性不育恢復系定向育種方法，用野生稻為母本與栽培稻品種雜交，取后代中的可育株做母本，再與同一個栽培稻品種多次回交、自交后，得到性狀整齊穩定、可育的廣保型恢復系。廣保型不育系和恢復系打破了野敗型不育系和恢復系的遺傳局限，擴大了稻種資源利用潛力，組配成的雜交稻優勢更強、品質更優、產量更高。
文檔編號A01H1/04GK1954666SQ200510104410
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月26日 優先權日2005年10月26日
發明者王乃元, 陳愛媚 申請人:福建農林大學