水稻廣親和品系HDH73 的創制和鑒定

夏明元，李進波，戚華雄

（湖北省農業科學院糧食作物研究所∕糧食作物種質創新與遺傳改良湖北省重點實驗室，武漢 430064）

水稻（Oryza sativaL.）是世界上重要的糧食作物之一，提高單產一直是水稻育種研究的熱點和難點。袁隆平將雜交稻的發展分為3 個階段，即品種間雜種優勢利用、亞種間雜種優勢利用和遠緣雜種優勢利用［1］。目前，中國生產上大面積推廣種植的雜交稻主要是品種間雜交種，通過品種選育已難以持續提高單產。秈粳亞種間的雜種一代具有比品種間雜種更強大的優勢，但其雜種F1代存在株高偏高、生育期超親晚熟、結實率偏低以及子粒充實度較差等問題，其中結實率偏低是亞種間雜種優勢利用的主要障礙［2］。

1982年日本學者Ikehashi 和Araki 首次提出廣親和基因，并對利用廣親和基因克服秈粳亞種間雜種的不育性進行了研究［3］。隨后，國內外科學家對該位點展開了進一步研究，最終發現該位點由3 個連鎖基因組成，形成1 個殺手-保護者互作的生殖隔離體系，繼而調控水稻秈粳雜種雌配子的育性和偏分離［4，5］。國內外科學家利用廣親和材料在亞種間雜種優勢利用方面開展了大量的研究，但育種工作進展緩慢。直至近10 多年來，寧波市農業科學院、中國水稻研究所等單位利用常規育種技術創制出了一批秈粳中間型廣親和恢復系，通過與粳型不育系配組，選育出了甬優系列和春優系列等較典型的秈粳亞種間雜交稻并在生產上大面積推廣應用［6-8］。因此，創制綜合性狀優良的廣親和材料是開展亞種間雜種優勢利用研究的前提。課題組以優良秈粳雜交組合甬優4949 為材料，利用花藥培養技術獲得了一批雙單倍體材料［9］，從中選育出若干份綜合性狀較好的秈粳中間型材料，其中一些攜帶有廣親和基因。本研究對其中的1 份攜帶有廣親和基因的中間材料HDH73 的秈粳屬性進行遺傳分析并對其雜交組合的農藝形狀進行初步鑒定，以確定其育種價值。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗材料HDH73 是綜合性狀較好并攜帶廣親和基因的育種中間材料，長粒粳S 是粳型光溫敏不育系，均由湖北省農業科學院糧食作物研究所選育；廣3S 是廣東省農業科學院水稻研究所育成的光溫敏核不育系。2019年3月中旬在海南省利用廣3S和長粒粳S 分別與HDH73 配制F1代種子。

1.2 田間試驗設計

2019年5月20日在武漢市播種親本和雜交組合。所有材料按常規方式播種和移栽，每份材料按順序種植，每小區種植3 行，每行10 株，株行距為16.7 cm×20.0 cm，常規田間管理，成熟后調查農藝性狀并記錄結果。

1.3 單核苷酸多態性（Single nucleotide polymor?phism，SNP）分析

水稻高通量SNP 分型由武漢基諾賽克科技有限公司完成。根據水稻重測序數據分析全基因組SNP，設計SNP 標記。在苗期分別取HDH73、長粒粳S、廣3S 的葉片提取基因組DNA，其后進行文庫構建與測序，最后進行目標位點基因型分析。

1.4 主要農藝性狀調查

水稻成熟后，每份材料取中間行的典型單株5株，分別考察植株的株高、有效穗數、每穗總粒數和千粒重等產量性狀，其中不育系的千粒重參照海南繁殖種子考種數據。利用Microsoft office 2003 軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 HDH73 的秈粳屬性的遺傳分析

根據水稻重測序數據分析，設計1 148 個SNP標記用于水稻高通量SNP 分型。參照水稻基因組（MSU RGAP6.1），分別比較日本晴與廣3S、長粒粳S和HDH73 的位點信息。從表1 中可以看出，廣3S與日本晴的多態性較高，長粒粳S 的多態性較低，而HDH73 的多態性居中。由此可以初步判斷，廣3S、長粒粳S 分別為秈稻和粳稻品系，HDH73 為偏粳品系。

表1 供試材料與日本晴SNP 標記的多態性分析

利用日本晴和明恢63 之間以及日本晴和珍汕97B 之間具有多態性的SNP 標記進一步分析供試材料的遺傳背景。分析結果（表2）表明，證實了廣3S、長粒粳S 分別為秈稻品系和粳稻品系；HDH73的秈粳成分分別占比為1∕3 和2∕3，為偏粳品系。

表2 供試材料與對照品種SNP 標記的多態性分析

甬優系列組合的秈粳屬性主要為中間型或偏粳型［10］，HDH73 的秈粳屬性為偏粳型主要是雜交組合的基因型決定的，同時由于HDH73 是利用花藥培養技術育成的，因此，花藥培養過程中粳型基因型的優先選擇也可能有一定的作用。

2.2 親本和雜交組合的主要農藝性狀調查

從表3 可以看出，雜交組合廣3S∕HDH73 和長粒粳S∕HDH73 在生育期、植株株高等方面與現有的中秈雜交稻組合相當，結實率正常可育，沒有出現典型的秈粳交組合存在的問題。比較雜交組合的產量性狀，廣3S∕HDH73 比長粒粳S∕HDH73 具有更多的有效穗數和每穗總粒數，因此，廣3S∕HDH73 雜種優勢更強，這點與其親本間具有較大的遺傳距離相吻合。由此說明，可以利用HDH73 作為廣親和供體材料用于水稻廣親和品種的選育。

表3 親本和雜交組合農藝性狀考種結果

3 討論

現代水稻品種改良在秈稻中滲入粳稻血緣或在粳稻中滲入秈稻血緣已成為一種趨勢，很多在生產中推廣種植的水稻品種都與部分利用亞種間雜種優勢有關。甬優系列和春優系列等雜交稻組合則是較典型的秈粳亞種間雜交稻，這些雜交稻組合的親本之一并不是典型的秈稻或粳稻，因此，這類雜交組合不是完全的秈粳亞種間雜交稻［6］。水稻秈粳亞種間雜交稻的主要障礙是雜種不育，其雜種不育是由多種原因造成的，因此完全的秈粳亞種間雜種優勢的利用還有大量的工作要做。

水稻秈粳亞種間雜種優勢的利用一直是育種家研究的重點。近年來，開發了S5等位基因的功能標記［11］，利用這些標記可以開展廣親和材料的篩選以及分子標記輔助選擇育種。但水稻秈粳亞種間雜種優勢的利用僅依靠單個S5-n基因很難解決雜種不育的根本問題。本研究創制的廣親和材料HDH73具有農藝性狀和廣親和性較好的特點。下一步計劃利用HDH73 創制大量攜帶有S5-n基因的秈滲粳或粳滲秈的親本材料，再與典型的秈稻或粳稻配組，然后將雜交組合在不同生態條件下進行田間鑒定，最終選育出秈粳亞種間雜交組合。此外，可以利用SNP 標記或其他的分子標記分析不同親本之間的遺傳差異，開展雜種優勢的預測，確保所育成的秈粳亞種間雜交組合具有較強的雜種優勢。