水稻孕穗期耐寒基因研究进展

王 丹，肖应辉

（湖南农业大学农学院，长沙410128）

全世界有24个国家存在严重的水稻低温冷害问题，尤以亚洲的日本、朝鲜和中国的稻区最为严重，在中国每年因低温冷害使稻谷减产30亿～50亿kg。水稻是起源于热带的植物，喜温是其固有的遗传特性。低温冷害是影响水稻产量的主要气候因素，是水稻生产不稳定的重要原因，因此，解决的办法除加强栽培措施外，选用抗冷品种改造水稻的耐冷性状，增强水稻的耐冷能力，筛选、定位和克隆水稻耐寒基因是降低低温冷害最有效的途径。

1 稻冷害类型

根据低温使水稻产量受损的原因最早将水稻冷害划分为以下4种类型。

（1）障碍型冷害。指从水稻幼穗分化开始直到开花期间完成受精过程因发生温度降低而危害水稻生产，使结实率降低而引起水稻产量下降。

(2)延迟型冷害。是从水稻抽穗开始直至结实期为止其间因低温导致冷害发生，多是在水稻营养生长期恰逢低温致使晚出穗而产生的。

（3)稻瘟病型冷害。是真菌感染病害，具有冷害特色的异常发病。冷害年份发生稻瘟病面积大、范围广，主要分布在冷害边缘地区。

(4)混合型冷害。是指以上3种类型冷害在同一年同一生长季节中有2～3年相继发生的冷害。

2 穗期耐冷基因定位和克隆

2.1 水稻孕穗期

指水稻生长过程的生殖生长初期的一段时间,主要是指开始幼穗分化，发展到抽穗的过程，称之为水稻孕穗期。孕穗期是水稻生长发育最重要的时期,是花器官形成的主要时期.花器官是与水稻产量关系最为密切的器官,它的正常发育是水稻获得高产的关键。而花器官也是水稻孕穗期对低温最敏感、最易受损伤的器官。花药大小、花药内的可育花粉数、不育花粉率等均与结实率密切相关。孕穗期遇到严重低温冷害时,水稻的结实率明显下降,造成大幅度减产。孕穗期耐冷性,是小孢子形成初期或花粉母细胞减数分裂期等水稻生长发育对低温的反应最敏感的时期所拥有的耐冷性。孕穗期耐冷性鉴定方法通常根据水稻空壳率的多少来判断,分1～9级评价，国际上一般采取低温处理的方式来鉴定水稻耐冷性，而低温处理的鉴定方法又可以分为自然低温和人工控制低温两种方式。

2.2 鉴定和筛选耐冷性水稻资源

培育耐冷性水稻品种是解决水稻低温冷害的最经济、有效的途径。然而应用常规遗传育种方法进行水稻耐冷性育种非常困难。耐冷性是一个由多基因控制的数量性状,水稻在不同生育期的耐冷性往往是由不同的基因控制的,基于表型鉴定和选择的常规育种方法由于难以准确了解水稻耐冷性的分子遗传基础,从而无法进行高效、准确的耐冷性育种。自从分子标记技术兴起以来,国内外在开展水稻耐冷性相关基因的标记、鉴定方面己取得了显著的进展，很多水稻不同时期的耐寒性基因被定位。

Saito等利用渐渗系群体在第3和4号染色体上定位了耐寒性QTL,其中4号染色体上的QTL被进一步精细定位并克隆,发现该QTL内包括两个基因Ctb1和Ctb2,其中基因Ctb1编码一个box蛋白。到目前为止利用图位克隆的方法,克隆出来的数量遗传基因只有abi,前后花了近16年。Makoto Kuroki等利用F2分离群体,釆用单标记分析的方法将控制孕穗期耐冷性的QTL定位在第8条染色体上,釆用区间作图法在第8条染色体的短臂上检测到1个QTL,可解释26.6%的表型变异。Li-MingXu等利用Towada5/KMXBG构成的BC4F5,以结实率为指标,对水稻孕穗期耐冷性进行了QTL定位,共检测到8个与孕穗期耐冷性有关的 QTL,分布在第 1、4、5、10和 11条染色体上,其增效等位基因均来自KMXBG。李亚飞以两个RIL群体分别在吉林和云南条件下对水稻孕穗期耐冷相关性状包括株髙,穗长,穗数,空瘦率等进行耐冷性QTL检测,共检测到46和51个水稻耐冷相关性状QTL,几乎遍布于整个基因组，其中第1和2号染色体上检测到的位点最多。韩龙植等利用 “密阳23/吉冷1号”的F2,3代200个个体进行了孕穗期耐冷性QTLs的定位，表明：孕穗期耐冷基因的作用方式是部分显性、显性或超显性,在第1、2、3、4、11、12染色体上分别定位了1个耐冷性QTLs。谢勇武等利用重组自交系,采用自然低温冷害鉴定法对水稻4个农艺性状进行了QTL定位,检测到与孕穗期耐冷性紧密连锁的7个标记,在第1条染色体上检测到3个QTL。Dai等在孕穗期冷水处理之后共检测到9个与水稻孕穗期有关的QTLs。Yoshinobu等利用DH群体检测到3个影响水稻孕穗期耐冷性QTLs位点。李楠对在孕穗期对237个水稻品系进行耐冷性试验后认为 “云科-18选3”品种对孕穗期耐冷性效果最好并且其耐冷性是由1对主效基因控制。

3 结论

纵观国内外水稻孕穗期耐寒基因研究状况，挖掘和利用水稻耐冷基因，选育耐寒品种是解决水稻低温危害的最有效的途径。目前对水稻耐寒的研究取得了很大的成果，已经定位点到了大量的耐寒QTL，但克隆成功的不多，因此，我们要加强耐寒基因的挖掘和定位，促进耐寒基因的克隆和转基因，同时将定位出的与耐寒密切相连的，分子标记用于分子标记选择育种提高水稻耐寒性育种的效率。