水旱稻不同回交世代渗入系抗旱性鉴定

赵鹏珂等

摘要：为探索培育抗旱高产稻作品种新途径，以受体亲本超级稻沈农265和供体亲本传统旱稻毫格劳构建的回交渗入系BC3、BC4为材料，采用水田、轻度干旱、重度干旱3个处理，考察渗入系材料在水旱处理下产量和地上部形态的表现。结果表明：水田条件下回交渗入系群体BC3、BC4产量和目前生产上使用的旱稻品种（旱稻297、旱稻502等）无显著差异、与水稻品种沈农265无显著差异，20世纪80年代末和90年代初期培育的旱稻品种（旱稻175、旱稻268、旱稻306）产量显著低于沈农265。干旱胁迫条件下，BC4群体与目前生产上使用的旱稻品种平均产量显著高于水稻品种沈农265；BC3群体平均产量与水稻品种沈农265无显著差异。水田与干旱处理下各材料间农艺性状均存在极显著差异，干旱胁迫下各性状表型变异系数较水田大，遗传变异系数略有升高，广义遗传力普遍降低。通过旱稻遗传物质渗入高产水稻培育的回交渗入系，可以有效结合旱稻的抗旱性和水稻的高产性。

关键词：渗入系；水稻；遗传育种；抗旱鉴定；形态指标

中图分类号： S511.032 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0082-03

收稿日期：2013-09-25

作者简介：赵鹏珂（1983—），男，山西晋城人，博士，农艺师，研究方向为水稻遗传育种。E-mail：26179318@qq.com。水稻（Oryza sativa L.）是需水量大的作物之一，大约消耗90%的农作物灌溉用水[1]。我国是世界上水资源严重短缺的国家之一，目前能大面积应用且抗旱性好的水稻品种极少，培育抗旱节水的稻作品种是我国稻作可持续发展的根本需求。旱稻（aerobic rice）是一种适应干旱环境下的稻作生态类型，具有较高的节水潜力、丰产性，能将抗旱性和高产性很好地结合起来，提高水分利用效率[2-3]。提高旱稻品种的抗旱性是提高其产量的重要技术措施，但是传统旱稻品种抗旱性、丰产潜力较低，难以满足农业生产需求。目前我国通过常规杂交育种以及其他方式已经选育出许多旱稻品种和种质资源。王化琪利用水稻和旱稻品种通过杂交育种方式选育出旱稻297、旱稻502等多个品种[4]；赵维娜通过水旱稻F1花药培养技术构建DH系，并进行抗旱性鉴定，发现大量抗旱种质资源[5]。前人在抗旱有关的QTL定位所用群体重组自交系（RIL）、F2 群体和双单倍体（DH）为主作物的抗旱性鉴定中，也发现了大量优良的抗旱品系[6]，表明通过基因重组的水旱杂交育种和单倍体育种可以选育出优良抗旱材料。但是水旱稻杂交育种须要对大量重组群体进行筛选鉴定，以往在水旱稻杂交育种中，注重旱稻种质资源抗旱性的利用，但是对水稻高产性尤其是超级稻的超高产性对旱稻产量提高和品质改良的作用重视不够。本研究以传统旱稻品种毫格劳为供体亲本和超高产水稻品种沈农265为轮回亲本构建回交渗入系，将旱稻遗传物质渗入超高产水稻，提高水稻品种抗旱性使之达到旱稻水平，同时保持水稻的高产性和品质，达到培育抗旱高产旱稻品种的目的，旨在为回交育种培育抗旱高产旱稻品种提供参考。

1材料与方法

1.1材料

以超高产水稻品种沈农265为受体亲本、传统旱稻品种毫格劳为供体亲本回交构建的渗入系为试验材料。其中BC3代材料20份，BC4代材料22份，所有试验材料均可稳定遗传。对照材料11份，分别为水稻、旱稻杂交育种育成的优秀旱稻品种旱稻297、旱稻502，传统旱稻品种毫格劳，国外优秀旱稻品种IRAT109、旱稻175、旱稻268、旱稻277、旱稻306、旱稻8号、旱稻457以及水稻亲本沈农265。所有材料均为笔者所在的实验室自有保存。

1.2试验方法

1.2.1试验设计试验于海南省三亚市南滨农场进行，将所有材料于2008年12月22日直播种植，2009年4月18日收获考种，总计118 d。试验设水田（对照）、轻旱、重旱3个处理，各处理之间通过灌溉次数加以控制。水田、轻旱处理各设2个区组，每区组内各材料随机种植；重旱处理设1个区组，区组内各材料随机排列。成熟期对各种材料随机选取 0.15 m2 用于测量小区产量和总生物产量，并最终折算为 1 m2 小区谷物产量和总生物产量，对每个材料选取5株进行单株性状考察。

1.2.2水分管理水田出苗后全生育期水层覆盖。轻旱田出苗后全生育期灌溉2次，第1次灌溉为2009年3月8日，灌溉量为200 mm左右，第2次灌溉为2009年3月28日，灌溉量为200 mm左右。重旱田全生育期灌溉1次，为2009年3月8日，灌溉量为200 mm左右。具体操作方式为1 m2小区灌水量0.2 m3，根据小区面积用水表控制灌水量。

1.2.3土壤含水率测定土样取自地下30 cm土层。轻旱处理每区组3 点取样，于120 ℃烘干至恒重，测定土壤含水率。

1.3数据处理

3结论与讨论

3.1结论

以超高产水稻品种沈农265为受体、传统旱稻品种毫格劳为供体构建回交渗入系BC3、BC4群体，在水田条件下的平均产量达到沈农265的产量水平，与早期培育旱稻品种相比有较大提高，与新选育的旱稻品种无显著差异。

旱地条件下，BC4群体平均产量与旱稻品种间无显著差异，且显著高于水稻品种沈农265；BC3群体平均产量显著小于目前生产上使用的旱稻品种（旱稻297、旱稻502），与水稻品种沈农265无显著差异。轻旱、重旱条件下，所有材料间总生物量无显著差异；BC3产量损失率与沈农265相似，BC4产量损失率与旱稻品种相近；水稻、旱稻之间生物量损失率无显著差异，旱稻297总生物量损失率较小，这是由于旱稻297为好氧型旱稻，适宜在湿润旱地条件下生长。

干旱胁迫环境下，群体各性状的表型变异系数较水田普遍增大，仅单株有效穗数的表型变异系数稍有降低；各性状遗传变异系数大多较水田略有增加，经济系数、结实率的遗传变异系数较水田有较大增加；广义遗传力普遍降低，经济系数的广义遗传力增加0.20，这表明干旱胁迫条件下不同渗入系材料间干物质向籽粒转移能力存在遗传差异，对群体内材料间产量性状进行选择是有效的。

3.2讨论

干旱胁迫生态系统条件下，通过遗传改良技术可以培育出抗旱、高产的改良旱稻品种[7]。这表明通过遗传改良可以有效提高作物适应干旱胁迫环境的能力。目前，常规遗传改良育种方法有杂交育种、回交育种、诱变育种等，其中杂交育种是最常用的作物改良方法之一。水稻、旱稻杂交育种是选育抗旱高产旱稻品种的有效方法。如生产上使用的旱稻297、旱稻502、旱稻277等都是通过水稻、旱稻杂交育种方法选育而成。植物抗旱性是多基因控制的复杂数量性状，其遗传机理比较复杂，因此水稻、旱稻杂交育种后代分离群体分离复杂选择效率较低。

回交育种是重要的常规育种方法。与F2分离群体育种相比，回交群体具有更加均一的遗传背景，不易受共分离非目标性状干扰，且选择目标相对明确，便于操作。已有研究发现，以旱稻作为供体和高产、敏旱水稻作受体的渗入系群体中可高频率得到抗旱、高产的基因型类型[7]，这与本研究结果完全一致。本研究中BC4代回交群体在轻度干旱胁迫下平均产量表现优于敏旱水稻品种，与优良旱稻品种无显著差异，这进一步表明，以旱稻材料为供体和以优良水稻为受体的回交渗入系可以有效结合旱稻的抗旱性和水稻的丰产性。

水旱条件下不同材料间产量差异表明，各材料产量构成因素在不同环境下有较大差异。Peng等指出，水旱条件下水稻、旱稻产量差异的主要原因是生物量的降低，干旱环境下收获指数对产量的影响不及对生物量的影响[8]。本研究中水稻、旱稻间的产量差异与生物量、收获指数都有较大相关性，但收获指数对产量的影响大于生物量，这与本研究中材料在颖花发育和灌浆时期水分补充不足有关。生物量是作物产量形成的物质基础，干旱胁迫条件下不同材料间产量下降与生物量存在密切关系， 所以在抗旱育种工作中可以通过对生物

量的选择改良作物产量性状。

参考文献：

[1]Bhuiyan S L. Water management in relation to crop production：case study on rice[J]. International Rice Research Notes，1992，16：17-22.

[2]凌祖铭，李自超，余荣，等. 水旱栽培条件下水、陆稻品种产量和生理性状比较[J]. 中国农业大学学报，2002，7（3）：13-18.

[3]Wang H Q，Bouman B A M，Zhao D L，et al. Aerobic rice in northern China：opportunities and challenges[C]//The International Workshop on water-wise Rice Production. Philippines，Los Banos，2002：143-154.

[4]王化琪. 丰产、优质早稻及配套高效旱作技术[J]. 中国农村小康科技，2001（9）：16-17.

[5]赵维娜. 水旱稻杂交F1代花药培养技术的研究及其DH系的构建[D]. 北京：中国农业大学，2004.

[6]王向东，顾俊飞，腊红桂，等. 旱稻渗入系抽穗期根系性状QTL定位[J]. 中国农学通报，2009，25（12）：14-19.

[7]Kumar A，Verulkar S，Lafitte H R，et al. Breeding for drought tolerance：direct selection for yield，response to selection and use of drought-tolerant donors in upland and lowland-adapted populations[J]. Field Crops Research，2008，107（3）：221-231.

[8]Peng S B，Bouman B，Nie L X，et al. Comparison between aerobic and flooded rice in the tropics：agronomic performance in an eight-season experiment[J]. Field Crops Research，2006，96（2/3）：252-259.

3.2讨论

干旱胁迫生态系统条件下，通过遗传改良技术可以培育出抗旱、高产的改良旱稻品种[7]。这表明通过遗传改良可以有效提高作物适应干旱胁迫环境的能力。目前，常规遗传改良育种方法有杂交育种、回交育种、诱变育种等，其中杂交育种是最常用的作物改良方法之一。水稻、旱稻杂交育种是选育抗旱高产旱稻品种的有效方法。如生产上使用的旱稻297、旱稻502、旱稻277等都是通过水稻、旱稻杂交育种方法选育而成。植物抗旱性是多基因控制的复杂数量性状，其遗传机理比较复杂，因此水稻、旱稻杂交育种后代分离群体分离复杂选择效率较低。

回交育种是重要的常规育种方法。与F2分离群体育种相比，回交群体具有更加均一的遗传背景，不易受共分离非目标性状干扰，且选择目标相对明确，便于操作。已有研究发现，以旱稻作为供体和高产、敏旱水稻作受体的渗入系群体中可高频率得到抗旱、高产的基因型类型[7]，这与本研究结果完全一致。本研究中BC4代回交群体在轻度干旱胁迫下平均产量表现优于敏旱水稻品种，与优良旱稻品种无显著差异，这进一步表明，以旱稻材料为供体和以优良水稻为受体的回交渗入系可以有效结合旱稻的抗旱性和水稻的丰产性。

水旱条件下不同材料间产量差异表明，各材料产量构成因素在不同环境下有较大差异。Peng等指出，水旱条件下水稻、旱稻产量差异的主要原因是生物量的降低，干旱环境下收获指数对产量的影响不及对生物量的影响[8]。本研究中水稻、旱稻间的产量差异与生物量、收获指数都有较大相关性，但收获指数对产量的影响大于生物量，这与本研究中材料在颖花发育和灌浆时期水分补充不足有关。生物量是作物产量形成的物质基础，干旱胁迫条件下不同材料间产量下降与生物量存在密切关系， 所以在抗旱育种工作中可以通过对生物

量的选择改良作物产量性状。

参考文献：

[1]Bhuiyan S L. Water management in relation to crop production：case study on rice[J]. International Rice Research Notes，1992，16：17-22.

[2]凌祖铭，李自超，余荣，等. 水旱栽培条件下水、陆稻品种产量和生理性状比较[J]. 中国农业大学学报，2002，7（3）：13-18.

[3]Wang H Q，Bouman B A M，Zhao D L，et al. Aerobic rice in northern China：opportunities and challenges[C]//The International Workshop on water-wise Rice Production. Philippines，Los Banos，2002：143-154.

[4]王化琪. 丰产、优质早稻及配套高效旱作技术[J]. 中国农村小康科技，2001（9）：16-17.

[5]赵维娜. 水旱稻杂交F1代花药培养技术的研究及其DH系的构建[D]. 北京：中国农业大学，2004.

[6]王向东，顾俊飞，腊红桂，等. 旱稻渗入系抽穗期根系性状QTL定位[J]. 中国农学通报，2009，25（12）：14-19.

[7]Kumar A，Verulkar S，Lafitte H R，et al. Breeding for drought tolerance：direct selection for yield，response to selection and use of drought-tolerant donors in upland and lowland-adapted populations[J]. Field Crops Research，2008，107（3）：221-231.

[8]Peng S B，Bouman B，Nie L X，et al. Comparison between aerobic and flooded rice in the tropics：agronomic performance in an eight-season experiment[J]. Field Crops Research，2006，96（2/3）：252-259.

3.2讨论

干旱胁迫生态系统条件下，通过遗传改良技术可以培育出抗旱、高产的改良旱稻品种[7]。这表明通过遗传改良可以有效提高作物适应干旱胁迫环境的能力。目前，常规遗传改良育种方法有杂交育种、回交育种、诱变育种等，其中杂交育种是最常用的作物改良方法之一。水稻、旱稻杂交育种是选育抗旱高产旱稻品种的有效方法。如生产上使用的旱稻297、旱稻502、旱稻277等都是通过水稻、旱稻杂交育种方法选育而成。植物抗旱性是多基因控制的复杂数量性状，其遗传机理比较复杂，因此水稻、旱稻杂交育种后代分离群体分离复杂选择效率较低。

回交育种是重要的常规育种方法。与F2分离群体育种相比，回交群体具有更加均一的遗传背景，不易受共分离非目标性状干扰，且选择目标相对明确，便于操作。已有研究发现，以旱稻作为供体和高产、敏旱水稻作受体的渗入系群体中可高频率得到抗旱、高产的基因型类型[7]，这与本研究结果完全一致。本研究中BC4代回交群体在轻度干旱胁迫下平均产量表现优于敏旱水稻品种，与优良旱稻品种无显著差异，这进一步表明，以旱稻材料为供体和以优良水稻为受体的回交渗入系可以有效结合旱稻的抗旱性和水稻的丰产性。

水旱条件下不同材料间产量差异表明，各材料产量构成因素在不同环境下有较大差异。Peng等指出，水旱条件下水稻、旱稻产量差异的主要原因是生物量的降低，干旱环境下收获指数对产量的影响不及对生物量的影响[8]。本研究中水稻、旱稻间的产量差异与生物量、收获指数都有较大相关性，但收获指数对产量的影响大于生物量，这与本研究中材料在颖花发育和灌浆时期水分补充不足有关。生物量是作物产量形成的物质基础，干旱胁迫条件下不同材料间产量下降与生物量存在密切关系， 所以在抗旱育种工作中可以通过对生物

量的选择改良作物产量性状。

参考文献：

[1]Bhuiyan S L. Water management in relation to crop production：case study on rice[J]. International Rice Research Notes，1992，16：17-22.

[2]凌祖铭，李自超，余荣，等. 水旱栽培条件下水、陆稻品种产量和生理性状比较[J]. 中国农业大学学报，2002，7（3）：13-18.

[3]Wang H Q，Bouman B A M，Zhao D L，et al. Aerobic rice in northern China：opportunities and challenges[C]//The International Workshop on water-wise Rice Production. Philippines，Los Banos，2002：143-154.

[4]王化琪. 丰产、优质早稻及配套高效旱作技术[J]. 中国农村小康科技，2001（9）：16-17.

[5]赵维娜. 水旱稻杂交F1代花药培养技术的研究及其DH系的构建[D]. 北京：中国农业大学，2004.

[6]王向东，顾俊飞，腊红桂，等. 旱稻渗入系抽穗期根系性状QTL定位[J]. 中国农学通报，2009，25（12）：14-19.

[7]Kumar A，Verulkar S，Lafitte H R，et al. Breeding for drought tolerance：direct selection for yield，response to selection and use of drought-tolerant donors in upland and lowland-adapted populations[J]. Field Crops Research，2008，107（3）：221-231.

[8]Peng S B，Bouman B，Nie L X，et al. Comparison between aerobic and flooded rice in the tropics：agronomic performance in an eight-season experiment[J]. Field Crops Research，2006，96（2/3）：252-259.