外引种质对红莲型不育胞质的恢复力鉴定研究

邢运高，刘 艳，李 健，迟 铭，杨 波，陈庭木，徐 波，孙志广，方兆伟，卢百关，王宝祥，徐大勇

(江苏省连云港市农业科学院/江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏 连云港 222006)

水稻(OryzasativaL.)是我国第一大粮食作物，也是单产水平最高的粮食作物，全国65%以上的人口以稻米为主食[1]。我国的杂交水稻种植面积超过50%， 其产量占全国水稻总产量的60%以上，对国家粮食安全具有决定性意义[2]。

红莲型细胞质雄性不育系(Honglian-type cytoplasmic male sterility, HL-CMS)，由红芒野生稻为母本， 与江西地方品种莲塘早父本杂交，选育成的不育系，属配子体雄性不育类型。截止2012年8月，已选育出20多个红莲型杂交水稻品种[3]。在红莲型杂交稻新恢复系选育方面，由于红莲型不育系的恢保关系与野败型明显不同，一般来说野败型细胞质雄性不育恢复系对红莲型细胞质雄性不育系一般均具有一定的恢复能力，但达不到正常水平[4]。而野败型细胞质雄性不育保持系对红莲型细胞质雄性不育系也有一定的恢复能力，如珍汕97，但其恢复力不强[5]。正是因为红莲型强恢复系很少，限制了红莲型杂交水稻的发展，主要从野生稻、农家种中发掘新育性恢复基因，创制新恢复材料。朱英国[6]认为长江流域籼稻品种恢复性好，例如9311、E32等，但强恢复系品种不多，因此引进新的水稻资源对红莲型杂交水稻的发展具有重要意义。本试验研究了外引资源对红莲型不育系的恢保关系，为人工选育新的水稻雄性不育系、保持系和恢复系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

红莲型不育胞质的不育系为珞红4A(引自武汉大学)。187 份水稻种质资源(表1)引自国际水稻所(来自五大洲28个国家，其中亚洲有107 份、欧洲44 份、南美洲19份、非洲9 份、北美洲8份)。2017年在连云港市农业科学院东辛基地配制测交F1187份。

1.2 田间种植与试验方法

2018年在连云港市农业科学院东辛基地种植F1以及测交父本，5月10日播种，6月12日移栽，行株距23 cm×17 cm，每个组合种植4行，每行8株。田间管理如一般大田管理。

所有测验种及其父本材料成熟后，取中间5株考察其自然结实率。取中间10株考察株高、有效穗、穗长等农艺性状。根据F1小穗结实率，参照陆贤军等[7]提出的育性分类方法，将测交父本分成了3种类型：强恢品种，F1结实率在75%以上；半恢半保型品种，F1结实率在5.1%～75%；保持品种，F1结实率在5.0%以下。参照阮仁超等[8]的方法，以恢复指数(CR)对资源进行恢复力强弱评价。

CR=F1平均结实率/测交父本结实率

续表1：

材料编号品种名来源国家材料编号品种名来源国家18ZY037FAISCA葡萄牙18ZY131HAGOO中国18ZY038FLIPPER意大利18ZY132KAYELIKUNING印度尼西亚18ZY039FRAGANCE意大利18ZY133LIANGGUANG中国18ZY040GANIGI印度尼西亚18ZY134M6034-1中国18ZY041GIGANTEVERCELLI意大利18ZY135MAKKHEUADENG老挝18ZY042GIOVANNIMARCHETTI意大利18ZY136MAOZHANUO中国18ZY043GIZA178埃及18ZY137MAWEIZHAN中国18ZY044GLADIO意大利18ZY138NANERHAI5中国18ZY045GOGO印度尼西亚18ZY139NANTEO14中国18ZY046GRAAL法国18ZY140P168中国18ZY047GRALDO意大利18ZY141SANBAOGU中国18ZY048HAREM葡萄牙18ZY142UPRH166印度18ZY049IR2344-P1PB-9-3-2B菲律宾18ZY143UPRH265印度18ZY050IR28菲律宾18ZY144YERIBUTUKA尼日利亚18ZY051ITALPATNA48意大利18ZY145YUNNANZHAN中国18ZY052LUXOR意大利18ZY146ZAOLENGSHUIZHAN中国18ZY053MEDUSA意大利18ZY147AMON4孟加拉国18ZY054MERLE法国18ZY148ARC13276印度18ZY055MESTRE意大利18ZY149ARC13515印度18ZY056MIARA意大利18ZY150CR157-392-4印度18ZY057MUGA葡萄牙18ZY151CR579-1-3印度18ZY058OPALE意大利18ZY152KAMRANGA孟加拉国18ZY059PELDE澳大利亚18ZY153KEYANUNIA印度18ZY060PIEMONTE意大利18ZY154KHAOTAM老挝18ZY061PLOVDIV22保加利亚18ZY155KWANGLUAI4中国18ZY062PLOVDIV24保加利亚18ZY156RLGOPHER美国18ZY063PLUS意大利18ZY157RP20-12印度18ZY064REXMONT美国18ZY158AMAKOYALI印度18ZY065RIZZOTTO51/1意大利18ZY159ANENOE印度尼西亚18ZY066RODINA保加利亚18ZY160ARC10537印度18ZY067RPC12中国18ZY161ARC11478印度18ZY068RUBIDIO意大利18ZY162ARC13156印度18ZY069RUBINO意大利18ZY163ARC13373印度18ZY070SALVO意大利18ZY164B6311A5553-16-2美国18ZY071SAMBA意大利18ZY165BAIMANGAIZHONG中国18ZY072SANDOCA葡萄牙18ZY166CIPPI印度18ZY073SMERALDO意大利18ZY167DENGPEE老挝18ZY074WAS63-22-5-9-10-1塞内加尔18ZY168K113印度18ZY075YRM6-2澳大利亚18ZY169KONSIM老挝18ZY076SEBERANGMR77Mali18ZY170KOTODESHI印度18ZY077BEGUM印度18ZY171MIUDOROXO巴西18ZY078BOND美国18ZY172QUNXUANZAO中国18ZY079CALROSE76美国18ZY173R146印度18ZY080M102美国18ZY174UPRH33印度18ZY081UPRH233印度18ZY175TANALA马达加斯加18ZY082ARC10754印度18ZY176KALAI缅甸18ZY083ARC10799印度18ZY177R258老挝18ZY084ARC11626印度18ZY178CHAOMEO老挝18ZY085ARC14654印度18ZY179KUJAMKURIT印度尼西亚18ZY086ARC18112印度18ZY180RAMADITRA马达加斯加18ZY087C662083中国台湾18ZY181SOKSOV柬埔寨18ZY088CHIRGUA1I22委内瑞拉18ZY182BUBAW缅甸18ZY089CICA9哥伦比亚18ZY183AUS359孟加拉国18ZY090CRILLOLAFRIA委内瑞拉18ZY184BORO394孟加拉国18ZY091DANGOMOCHI日本18ZY185KHAIDO老挝18ZY092E2024中国18ZY186DAMMNOEBTHNGORN′柬埔寨18ZY093E2040中国18ZY187IR45427-2B-2-2B-1-1菲律宾18ZY094ESTRELAA葡萄牙

2 结果与分析

2.1 测交F1的自然结实率的表现

考察187份外引水稻资源与红莲型不育系珞红4A测交F1的自然结实率，结果表明F1结实率在1.9%～87.1%。由图1可见，测交F1代的结实率呈连续性分布，而大多数品种的结实率在5%～50%。由此可见，在外引水稻资源中既可筛选出恢复系，又可筛选出保持系。

2.2 测交父本的类型分类

供试的187份外引水稻种质对红莲型不育系的恢保关系测定结果(表2)表明：强恢复类类型有19份；保持类型有5份；半恢半保型有163份。在恢复类型中，来源于中国的PAI CHUEH CHIU LIU、SAN SHIH TSI、YA NONG ZAO 4、LIANG GUANG、NAN ERH AI 5、NAN TEO 14，印度的CO 39、K 479-2-3、ARC 11959、CSR-89 IR-15、ARC 11478，老挝的MAK KHEUA DENG、DENG PEE，意大利的MEDUSA，保加利亚的RODINA，马达加斯加的KALAPATLE，印度尼西亚的ANENOE，美国的B 6311 A 5553-16-2，柬埔寨的SOK SOV与珞红4A所配的测验种的结实率在75%以上，对红莲型不育系的恢复能力较强，可作为选育恢复系的亲本。在保持类型中，来源于西班牙的CAPATAZ、哥伦比亚的CT 36、葡萄牙的ESTRELA A、中国台湾的TSAI YUAN CHON以及缅甸的BUBAW等5个种质与珞红4A所配的测验种的结实率分别是1.9%、2.6%、2.6%、2.1%、24%，对红莲型不育系保持力强，可作为选育红莲型保持系的材料。

图1 测交F1结实率分布

项目育性类型恢复型半恢半保型保持型结实率/%≥755.1～74.9≤5品种数/个191635占供测品种比例/%10.287.12.7代表品种PAICHUEHCHIULIU、SANSHIHTSI、YANONGZAO4、LIANGGUANG、NANERHAI5、NANTEO14、CO39、K479-2-3、ARC11959、CSR-89IR-15、ARC11478、MAKKHEUADENG、DENGPEE、MEDUSA、RODI-NA、KALAPATLE、ANENOE、B6311A5553-16-2、SOKSOVCAPATAZ、CT36、ES-TRELAA、TSAIYUANCHON、BUBAW

2.3 测交组合F1与其父本的性状表现差异

分析测交F1结实率在75%以上的19个组合以及相应测交父本的株高、穗长、穗总粒数、实粒数、自然结实率和千粒重等6个性状，结果(表3)与测交父本相比，测交F1的株高、自然结实率和千粒重有降低的趋势，穗长和穗粒数有增加的趋势。15个测交父本的株高在130 cm以下， 4个父本株高在140～159 cm，但所有测验种的株高在140 cm以下。

一般情况下，相对恢复指数CR<1，表明测验种的结实率小于父本的结实率。一般以相对恢复指数CR=0.8为恢复阈值。本试验中4个品种的CR>1，超过了恢复阈值0.8，可能是这些种质对光温反应较为敏感，在连云港地区的结实率低于原产地的缘故。

2.4 恢复种质测交F1与父本主要性状的相关与回归分析

对19个强恢种质测交F1与其测交父本的6个重要性状均值进行相关和回归分析，结果表明(表4)，株高(r=0.948**)、千粒重(r=0.884**)和穗长(r=0.766**)3个性状达极显著相关，而其余的3个性状的相关不显著。相关程度的大小顺序为: 株高>千粒重>穗长>穗总粒数>穗实粒数>自然结实率。这与苏泽胜[10]对安徽地方种质资源以及阮仁超等[8]对贵州地方稻种资源的研究结果类似。

表3 恢复种质测交F1与父本的性状比较

表4 恢复种质测交F1与父本主要性状的相关与回归分析结果

2.5 强恢种质的地理分布与育种利用

依据测验种的小穗自然结实率，共筛选结实率在75%以上的种质19份(表3)。分析这19份种质的来源区域，除南美洲没有筛选到种质外，其余的4个洲都有分布(图2)。筛选出亚洲种质最多，达15个，占强恢种质的78.9%，占来源于亚洲种质的14%。仅筛选出2份欧洲强恢资源，占来源于欧洲种质的4.5%，说明欧洲种质含有恢复资源较少。总的来说，对红莲型不育系具有恢复能力的种质分布较为零散，分布范围较广。

由表3可以看出，筛选的19个种质，平均株高121.2 cm，平均穗总粒数176.7粒。来自老挝的MAK KHEUA DENG和美国的B6311A5553-16-2的种质，株高适中，穗型较大，与珞红4A所配的F1结实率分别是83.9%、80.7%，可作为恢复系直接使用。尤其是B6311A5553-16-2，也可恢复野败型不育细胞质，与野败型不育系赣73A所配组合的株叶形态好、株高较矮、熟期适中、丰产性好，对此品种的遗传背景值得进一步研究。

图2 强恢种质各洲分布

3 讨论

丰富的水稻种质资源及其遗传多样性是种质创新与新品种培育的重要物质基础。近年来，中国水稻育种进入瓶颈期，恢复基因来源较窄，遗传基础十分狭窄，同质化严重，难以出现突破性的品种[11]，其中重要原因之一就是对稻种资源的引进、利用和创新不够[12]。目前国内表现突出的品种往往是导入国外优异种质而育成的，如华占是以马来西亚的SC02-S6为基础材料，经过反复测交与系统选育而成的恢复系。它的特点是矮秆、优质、丰产、抗稻瘟病，对三系、两系不育系皆能恢复。本研究通过引进来自五大洲的187份种质资源，以测交F1的自然结实率为标准，对红莲型细胞质不育系恢复种质进行了测验与分类，并对恢复种质的来源地进行了分析。从中可知对红莲型不育系具有恢复能力的种质资源分布较为广泛，并且筛选到的资源大多数农艺性状较好，可作为选育恢复系的理想亲本。例如来自老挝的MAK KHEUA DENG和美国的B 6311 A5553-16-2可以直接作为恢复系，配制新组合，而筛选的CAPATAZ、CT 36、ESTRELA A、TSAI YUAN CHON、BUBAW等种质柱头外露率高、异交习性好，可以转育为不育系。筛选的19份强恢种质资源，主要来源于亚洲，其中中国6份、印度5份、老挝2份、印度尼西亚和柬埔寨各1份。分析原因主要有两点：一是亚洲地区有较多强恢种质；二是，来源于亚洲的供测品种较多(107份)，筛选到的强恢种质几率较大。来源于南美地区19份供试种质，没有筛选到强恢种质，但筛选出保持种质一份(CT 36)，在育种实践中，来自于南美洲的材料，应避免作为恢复系的选育亲本。对农艺性状较好、配合力好、柱头外露率高的种质，可以考虑作为选育保持系的亲本资源。

遗传学分析表明，红莲型不育胞质的恢复是由两对恢复基因Rf5和Rf6控制的。只携带Rf5或Rf6时F1植株中50%的花粉粒可育，而聚合2个基因时花粉育性可达到75%，同时植株抗逆性增强[3]。恢复基因Rf5[13]和Rf6[14]已经被克隆。根据恢复基因Rf5 和Rf6的特点，朱仁山等[15]利用分子标记对100 多份野生稻和农家种的育性恢复基因进行分析，结果表明绝大部分材料中均存在恢复基因Rf5，同时含有Rf5和Rf6这2 个恢复基因的材料不多；同时对新选育的4个稳定的新型配子体细胞质雄性不育系进行测恢发现，部分恢复系具有细胞质特异性，这与已克隆的红莲型恢复基因Rf5和Rf6不同。本试验筛选的19份强恢种质，是否含有Rf5、Rf6或者新的恢复基因有待进一步研究。