同源四倍体水稻与假稻杂交实现种子增产

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：同源四倍体水稻与假稻杂交获得实粒种子黄群策近年来水稻常规育种呈现出停滞不前的状态，这在很大程度上是由于可供育种家利用的有益种质资源不足所致。在本试验中，二倍体水稻与假稻杂交没有获得实粒种子，而同源四倍体水稻与假稻杂交则表现出一定的可交配性，并获得了饱满的实粒种子。

同源四倍体水稻与假稻杂交获得实粒种子⁽¹⁾

黄群策

近年来水稻常规育种呈现出停滞不前的状态，这在很大程度上是由于可供育种家利用的有益种质资源不足所致。通过远缘杂交将异源物种所携带的有益基因引入栽培稻中，进而创造和筛选出具有优良农艺性状的水稻新种质，这对于水稻超高产育种具有非常重要的意义。在禾本科(Poaceae)中，李氏禾属(Leersia)与稻属(Oryza)的亲缘关系比较近。已知李氏禾属中的假稻(L.heoandra)具有生长势旺盛、再生能力和宿根能力强、抗病抗虫、耐痔耐旱等优良性状，此外，也可能具有无融合生殖(无抱子生殖)特性^［1－4］。前人曾试图将假稻的有益基因引入水稻，以便创造水稻新种质。杨长桃等(1988)曾利用多种类型的二倍体水稻(O.sativa，2n=2x=24)分别与假稻进行了大量的杂交，但一直没有获得实粒种子^［5］。根据同源四倍体水稻(O.sativa，2n = 2x = 48)具有比较弱的有性生殖能力，其遗传可塑性比较大而遗传保守性比较小的特点^［6－8］，本人以同源四倍体水稻为杂交母本与假稻进行了属间远缘杂交，由此获得了实粒种子。

1　材料与方法

在本试验中以APIV₍₄₎「试验材料的下标(4)和(2)分别代表同源四倍体和二倍体」、IR36₍₄₎紫血稻₍₄₎、测64₍₄₎、明恢63₍₄₎、IR28₍₄₎、测90₍₄₎和桂99₍₄₎等同源四倍体水稻^［9］以及APIV₍₂₎、IR36₍₂₎紫血稻₍₂₎、测64₍₂₎、明恢63₍₂₎、IR28₍₂₎、测90₍₂₎和桂99₍₂₎等二倍体水稻为杂交母本，假稻为花粉粒供体在福建农业大学遗传育种研究所进行杂交配组。在授粉前2天对各杂交母本材料的稻穗进行修整，剪颖去雄后套袋隔离。在每1份母本材料中去雄42～52个稻穗，在每1个稻穗上保留20～40个去雄颖花。在本试验中设计如下五种处理:其一是在每1份材料中保留2个去雄稻穗不作任何处理，在套袋中让其自然发育，以便检查去雄效果;其二是在每1份母本材料中取10个去雄稻穗在去雄后的第3天上午用蒸馏水滴入颖壳内后再套袋隔离;其三是在每1份母本材料中取10个去雄稻穗在去雄后的第3天上午向每个颖花内滴人1滴DH溶液(其主要成分是生长素和细胞分裂素等激素类物质以及其他渗透剂、乳化剂等有机化合物，使用浓度为100mg/L)，然后套袋隔离;其四是在去雄后第3天上午向每1份材料中的10～20个去雄稻穗的颖花内滴入1滴DH溶液，30min后取新鲜的将散粉的假稻花药进行授粉，第2天再重复授粉1次;其五是在去雄后第3天上午直接将新鲜的将散粉的假稻花药投入母本的10个去雄稻穗的颖花内，第2天再重复授粉1次。在授粉后观察各颖花内的子房变化状况，直到授粉后45 d再统计和检查杂交的效果。

2　结果及分析

观察结果表明，在本试验的第1种、第2种和第3种处理中，在去雄颖花内没有发生子房膨大现象，更没有获得实粒种子，这说明去雄很彻底，蒸馏水和DH溶液均不会引起去雄颖花发生子房膨大现象。

在第4种处理中，部分去雄颖花内出现子房膨大现象，但同源四倍体材料的子房膨大频率要明显地高于二倍体材料的子房膨大频率。二倍体母本材料在授粉后3～5 d其子房膨大很明显，但授粉后5～8 d子房不能继续膨大，其内充满着水溶液，最后只剩下干瘪的子房壁。同源四倍体水稻授粉后子房膨大相当明显，但各颖花内的子房膨大状况有一定的差异，包括3种子房膨大类型。其一是在授粉后5～6 d子房开始明显膨大，到授粉后8～10 d子房膨大停止，其内包含有水溶液，最后只剩下干瘪的子房壁。其二是在授粉后5～6 d开始膨大，膨大速度很缓慢，到授粉后14～15 d子房膨大停止，其内包含有乳白色的水溶液。其三是在授粉后15～20 d开始膨大，膨大速度相当缓慢，到授粉后15～20 d达到最大，最后能发育成饱满的种子。总的来看，在第4种处理中二倍体水稻与假稻杂交没有获得实粒种子，但以同源四倍体水稻为杂交母本与假稻杂交则表现出一定的可交配性，由此获得了饱满的实粒种子，其结实率的变幅为2.29%～15.68%(表1)。

表1　水稻(♀)×假稻(♂)的杂交结果(第4种处理)

在第5种处理中，杂交结果与第4种处理的杂交结果很相似。假稻的花粉粒能引起部分颖花发生子房膨大现象，这种效应在同源四倍体水稻中更明显。以二倍体水稻为杂交母本的8个杂交组合中，没有获得实粒种子。在以同源四倍体水稻为杂交母本的8个杂交组合中，同源四倍体水稻与假稻表现出一定的可交配性，获得了饱满的实粒种子，但其结实率比较低(表2)。

表2　水稻(♀)×假稻(♂)的杂交结果(第5种处理)

3　讨论

通过物种间有性杂交导致异源遗传物质的交流是现代育种中创造新种质的有效方法之一。然而，由于物种间的生殖隔离，异源物种间杂交通常很难成功。近年来许多研究者借助于幼胚拯救技术提高了异源物种间的杂交效果和促进了物种间遗传信息的交流，但在实际操作中其技术还有待于进一步完善。在本试验中，二倍体水稻与假稻杂交没有获得实粒种子，而同源四倍体水稻与假稻杂交则表现出一定的可交配性，并获得了饱满的实粒种子。如果在授粉之前利用DH溶液处理同源四倍体水稻的去雄颖花则其结实率会明显提高，其机制还有待于进一步研究。本人认为，本试验的杂交结果可能与杂交母本的有性生殖能力的强弱有一定关系。在本试验中所采用的二倍体水稻的有性生殖能力都比较强，其遗传保守性比较大而遗传可塑性比较小，这是经过长期自然选择和人工选择的结果，因而利用二倍体水稻与假稻杂交则难度比较大，成功的可能性比较小。相反，同源四倍体水稻因染色体多倍化而导致了其有性生殖能力变弱，其遗传保守性比较小而遗传可塑性比较大，因而利用同源四倍体水稻为杂交母本与假稻杂交则难度比较小，成功的可能性比较大。由此可见，在水稻的远缘杂交中同源四倍体水稻可能是比较好的杂交母本，利用同源四倍体水稻为杂交母本进行远缘杂交配组可望将异源物种的有益基因引入栽培稻中，进而筛选出特异的水稻新种质。(www.chuimin.cn)

参考文献

［1］A sker S E，Jerling L.Apom ixis in P lant［M］.London: CRC P ress，1992.100－190．

［2］黄群策．禾本科植物无融合生殖的研究进展［J］．武汉植物学研究，1999，17(增刊):11－16．

［3］黄群策，被子植物无融合生殖的研究［J］．福州:福建科学技术出版社，1999．

［4］黄群策，陈启锋．水稻无融合生殖种质筛选的策略［J］．福建农业大学学报，1999，28(2):129－134．

［5］杨长桃，许宗得，马彬林，等．水稻远缘杂交幼胚培养成苗的研究初探［J］．福建农业科技，1988，19(3):2－3．

［6］黄群策，孙敬三．植物多倍性在作物育种中的展望［J］．科技导报，1997，11(7):53－55．

［7］黄群策，孙敬三，白素兰．同源四倍体水稻的生殖特性研究［J］．中国农业科学，1999，32(2):14－17．

［8］黄群策，孙敬三，白素兰．同源四倍体水稻雌雄配子体多态性的研究［J］．杂交水稻，1999，14(1):32－35．

［9］黄群策，孙敬三，朱生伟．种芽诱导获得同源四倍体水稻技术的研究［J］．中国农学通报，1997，13(6):21－23．

［10］黄群策．同源四倍体水稻与狼尾草杂交的效果［J］．中国水稻科学，2000，14(1):48－50．

【注释】