药用野生稻不同栽培品种的农艺性状及遗传表现

药用野生稻不同栽培品种的农艺性状及遗传表现

野生水稻是水稻育种的重要资源来源。国内外的繁殖实践表明，具有aa染色的野生水稻对水稻育种产生了显著的影响。在野生水稻中发现野生育系，并进行了各种杂交水稻的选育。育种家们认为,要获得育种上的突破,必须寻找新的突破。利用野生稻作亲本势在必行。栽培稻(O.sativa)属于AA型染色体组(2n=24)稻种,其与同属AA染色体组的普通野生稻杂交容易成功,而与非AA染色体组(2n=48)的药用野生稻(O.officnalis)杂交,采用一般常规有性杂交方法不易获得成功。药用野生稻具有栽培稻和普通野生稻所罕有的特异性状,如高蛋白、分糵力强、高抗褐飞虱和白叶枯病等优异性状。广西药用野生稻资源十分丰富,在16个县49个乡均有分布,为了充分利用这些资源,开展药用野生稻利用技术研究具有重要的意义。目前,国内外研究学者对属于不同染色体组的稻属种间杂交进行了大量研究。国际水稻研究所利用药用野生稻与栽培稻杂交获得了异源附加系;武汉大学利用广西药用野生稻获得了抗褐飞虱的异源附加系。在本研究中,在对大量的药用野生稻种质进行多种特性鉴定的基础上,通过选择具有优异性状的野生稻并加以利用,目的在于将非AA染色体组的药用野生稻优良基因导入栽培稻中,并获得杂种,为水稻育种创造新的亲缘—中间材料。1材料和方法1.1栽培稻的aa染色体组5以含CC染色体组(2n=48)的药用野生稻“1665”(P1)为父本,含AA染色体组(2n=24)的栽培稻“桂99”(P2)、“中九A”(P3)、“西乡糯”(P4)和“抗蚊青占”(P5)为母本。1.2种子萌发、接种与培养试验于1991年开始,采用有性杂交与幼胚离体培养相结合的方法:栽培稻为母本,用温汤去雄法(44℃、8min),于上午6～8时药用野生稻开花盛期授以父本花粉(连续授粉2d),受粉后7～13d内,将胚乳发育不完全的种子,去除内外颖,用0.1%汞消毒10～15min,再用无菌水冲洗3～4次,接种于1/2MS+0.1%活性碳+1%蔗糖、pH5.6的固体培养基上,进行无菌培养。待种子萌发后移到光照下培养,当幼苗长到2～3叶时炼苗,7d后再移栽。待杂交后代苗生长至抽穗时,观察花粉遇碘是否能染色,如不能染色须进行回交,直到杂交后代植株的花粉能染色时,再进行自交。2结果与分析2.1aa与cc染色体杂交栽培稻与药用野生稻杂交,采用幼胚培养获得后代;与父母本相比,F1植株主要农艺性状表现为4种类型(表1):(1)呈现母本性状的,即植株较矮,但不同组合有一定差异,一般为57～96cm,基部叶鞘色为绿色、感温性;(2)呈现父本性状的,落粒性、穗型散和小穗着生密度稀,叶舌较厚、短、平和具部分芒;(3)部分性状表现父母本中间类型,如谷粒型状介于两者之间;(4)出现超亲现象,超强的分蘖力,但不同的组合有一定的差异,一般为28～49个分蘖,说明AA与CC染色体杂交具有很强的杂种优势。从结果还可以看出,所有组合的F1植株都不能正常结实,这是由于父母本染色体组型不同,可能仅有部分染色体能配对,花粉严重败育,对碘化钾的反应是全不染色,虽然无授粉能力,但雌蕊是可育的,用栽培稻花粉回交,部分小穗可以产生幼胚。2.2远缘杂交时用药野生稻的形态特征栽培稻与药用野生稻的杂种BC1F2代出现较大的分离。从表1、2可以看出,在4个不同的组合中,植株分蘖数、穗长等数量性状分离最大,有些出现超亲性状,如超强的分蘖力,分蘖数比父本高近1倍,比母本高近4倍,穗长也超过父母本。株型和株高表现趋向于母本,即植株矮、直立生长;而穗部和叶片性状却趋向于父本,因无二次枝梗,所以穗型较散、着粒密度稀,粒型则介于父母本之间。从观察结果发现,远缘杂交后代的部分性状表现无法用遗传学规律来解释,如株高:父本186cm,母本90～96cm左右,从遗传学角度来说,在杂交后代中应会分离出140～150cm的中间类型,但后代未出现超过100cm的植株。抗性也出现类似情况,药用野生稻具有广谱高抗褐飞虱能力,而在杂交后代未出现高抗或中抗褐飞虱的植株。在4个杂交组合中,只有P1×P2和P1×P4组合出现抗褐飞虱后代,P1×P4后代表现抗白叶枯病,其他组合均没有表现父本高抗基因的单株。说明在远缘杂交中,染色体不是完全配对,杂交只是某条染色体或某些片段基因被导入到栽培稻,被导入的基因可在后代中表现出其特有的性状,同时也说明控制药用野生稻株高和抗性的基因与其他野生性状基因并不连锁。此外,虽然药用野生稻具有超强抗褐飞虱能力,但在已经导入抗性基因的群体中未找到1株具有0级或1级高抗褐飞虱的植株,最高抗性级别仅为3级,不完全符合遗传规律。这可能是由于在最初导入过程中抗性基因被切割,在杂交时没有被完全转入到栽培稻;由于抗性基因与其他不利的野生基因不连锁,就有利于在后代中选择出优良的抗性个体。2.3促进远缘杂交的亲本的扩大培养采用含CC染色体组的药用野生稻与含AA染色体组的栽培稻杂交,由于染色体不配对,后代不结实,配组十分困难,必须进行幼胚拯救,才能保持后代的延续。从表3可看出,不同的杂交组合其幼胚成型率有一定差异,药用野生稻与不育系杂交获得的幼胚种子较多,幼胚成型率达35.0%,与糯稻杂交的幼胚成型率为16.0%,与籼稻杂交的幼胚成型率为11.0%。虽然用不育系做远缘杂交的母本可以获得较多的幼胚种子,但在经多代回交后,其后代均未获得可以正常结实的种子。其他组合的结实率随回交代数增加而有所增加,在回交3代时其结实率仍然在1.5%～8.6%左右,继续选择BC3正常结实的种子再与栽培稻亲本回交,到BC4F1的结实率可以达到8.0%～21.0%,然后让其自交,从BC4F2群体中分离出一些结实率高的株系,最高的达到81.0%,但绝大多数株系仍然在20.0%左右,而且分离世代长,在结实率高的株系中不断分离出不育株或结实率很低的个体。在本研究中,仅在P1×P2组合BC4F10代的群体中选育到2个(药恢118和药恢121)结实率达92.0%的株系,2009年用“药恢118”和“药恢121”与不育系测配,均表现出很强的优势,说明AA与CC染色体的远缘杂交是可行的,在选育过程中除注重农艺性状的选择外,关键是在回交和自交中选择结实率高的组合。也说明药用野生稻的研究与利用在生产上具有很大的潜力,特别是创新杂交水稻恢复系方面有很好的前景。3讨论3.1促进药用野生稻抗性基因回交选育由于药用野生稻属CC染色体,与含AA染色体的栽培稻杂交十分困难,虽然通过幼胚培养可以获得杂交后代,但其后代结实率非常低,回交3代均很难获得超过10.0%的正常结实植株,严重影响对该种质资源的利用,这也是困扰世界各国育种家的最大难题[6～8]。在本试验中,通过选择不同的亲本与药用野生稻进行杂交,发现不同亲本对后代结实影响较大,有些组合相差50.0%左右,这可能是与亲本的亲和性有一定的关系。虽然结实率随回交代数的增加而增加,但回交后进行自交选育是关键。此外,并非每个组合都能将抗性基因转入到栽培稻。通过对9个组合进行试验,发现仅有5个组合能够把药用野生稻抗性基因导入到栽培稻中,这可能是在远缘杂交中,CC染色体中仅有某条染色体与AA染色体进行配对,因此在利用中尽量多选择不同的亲本与之杂交。多年的选育经验证明,AA与CC染色体的远缘杂交是可行的,只要多配组合,在选育过程中除注重农艺性状选择外,还须加强回交和自交选育,特别要注重每个世代都必须进行抗性鉴定及选育[9～11]。3.2水稻和广西药用野生稻的研究广西药用野生稻极为丰富,由于长期生长在恶劣的自然条件下,形成了许多栽培稻很少具有的优良性状,如耐冷性强、超强的分蘖力以及高抗褐飞虱、抗白叶枯病等。中国水稻研究所利用