专利名称：水稻广保型细胞质雄性不育系及恢复系定向育种方法
专利说明水稻广保型细胞质雄性不育系及恢复系定向育种方法 技术领域 本发明涉及杂交水稻不育系和恢复系的育种方法，特别是广保型细胞质雄性不育系和恢复系的定向育种方法。
背景技术 20世纪70年代，中国在世界上率先育成和推广杂交稻，取得巨大成功。迄今，水稻细胞质雄性不育系组配的三系法杂交稻占杂交稻面积90％左右，是水稻杂种优势利用的主要途径。在三系法杂交稻育种技术体系中，水稻细胞质雄性不育系育种和雄性不育恢复系育种是最基础的、最重要的核心技术。有关讨论水稻细胞质雄性不育系和雄性不育恢复系育种方法的代表性文献有 1.杂交水稻学。袁隆平主编，2002年。中国农业出版社；38-127 2.水稻雄性不育生物学。朱英国编，2000年。武汉大学出版社；1-69；104-309；358-425 3.杂种优势和杂交稻育种。[印度]S.S.Virmani著。(Heterosis andHybrid Rice Breeding.Springer-Verlay Berlin Heidelberg，1994.Printed in Germany)。杨仁崔，陈顺辉译。1996。福建科学技术出版社；53-104 4.水稻育种学。闵绍楷，申宗坦，熊振民编，1996年。中国农业出版社；210-226 5.中国水稻品种及其系谱。林世成，闵绍楷编，1991年。上海科学技术出版社；190-196 6.杂交水稻的研究与实践。李泽炳，肖翊华、朱英国等编，1982年。上海科学技术出版社；32-166 以上文献叙述了水稻细胞质雄性不育系的主要育种方法；采用具有雄性不育细胞质的水稻种质作母本，栽培稻中的长江流域早籼稻品种作父本杂交和回交育成不育系，或者用已经育成的细胞质雄性不育系作母本，用栽培稻中的长江流域早籼稻品种之间相互杂交的后代品系作父本杂交和回交转育而成不育系，遗传基础狭窄，稻米品质差。已经育成和生产应用的水稻籼型雄性不育系的细胞质，根据恢保关系分类，主要可以分成两种类型。第一种类型是以水稻野败(WA)型为代表的细胞质，包括矮败(DA)型、冈(G)型、D型、印矮(ID)型、K型、马协(MX)型等，这些细胞质不育系的保持系相同或相似，恢复系也相同或相似。它们的保持系和恢复系可以相互通用，因此可以归类为相同或相似的细胞质类型。这类细胞质不育系的花粉不育时期较早，发育阶段上属于孢子体雄性不育，花粉以典型败育为主，不育性比较稳定，是杂交稻生产上应用的主流细胞质类型。第二种类型是水稻红莲型细胞质，这种细胞质不育系的保持系与野败型不同，恢复系也与野败型不同。红莲型细胞质不育系的花粉败育时期较晚，发育阶段上属于配子体不育，花粉以圆型败育为主，遇到高温气候会形成少量可育花粉，不育系的育性稳定性相对较差。
在水稻细胞质雄性不育恢复系的主要育种方法方面；以上文献介绍了采用不育系测交选恢，已知恢复系之间的杂交育种和辐射育种，等等。这些方法只能应用于已经携带恢复基因的遗传材料的育种，而这些恢复基因仅存在于低纬度的晚籼稻品种中，遗传基础相对狭窄，难以充分利用丰富的稻种资源，尤其难以利用大量品质优良的常规稻品种资源。导致杂交稻育种资源的大量浪费；限制了优质、高产、高抗和广抗病虫害、广适应性恢复系的选育，限制了杂交稻综合水平的进一步提高。
野败型细胞质不育系的保持系，主要的来源局限于长江流域的早籼稻品种。这些保持系的稻米垩白大，直链淀粉含量高，稻米外观和食用品质差，限制了不育系和杂交稻稻米品质的提高。长期以来，杂交稻的稻米品质问题始终未能很好地解决，其主要原因在于不育系的稻米品质不够好，育种难度极大。
普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)是稻属(Oryza L.)的一个种(species)，广泛分布于南亚和东南亚，南美洲，拉丁美洲、澳大利亚，以及中国南部的广东、广西、云南、台湾、江西、海南、湖南和福建等各省区。
用普通野生稻细胞质培育成雄性不育系已有报道，例如，湖南杂交稻中心用海南野生败育水稻作母本，育成野败型细胞质雄性不育系珍汕97A；湖北武汉大学用海南红芒野生稻作母本，育成红莲型细胞质雄性不育系丛广41A；安徽广德县农科所用江西矮秆野生稻作母本，育成矮败型细胞质雄性不育系协青早A，等等。
发明内容
本发明的目的是提供水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法和水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，打破了野败型雄性不育细胞质的遗传局限，扩大选育保持系或恢复系的资源范围，以充分利用丰富的稻种资源作为育种材料，选育稻米品质优良的不育系和高产优质、高抗广抗病虫害的恢复系。
一、水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法，包括以下步骤； 1、采用具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种作母本；或者用不同来源的普通野生稻作母本；或者用这些野生稻做母本育成的品种、品系或中间材料作母本；采用栽培稻品种作父本。所述的具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种包括普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)、展颖野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma etShastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthiiA.Chev.)、长雄蕊野生稻(O.longistaminata A.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、药用野生稻(O.officinalis Wall.exWatt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll et Morrill ex steud.)Baill；所述的不同来源的普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)包括东南亚普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亚普通野生稻，以及中国南部的广东普通野生稻、广西普通野生稻、云南普通野生稻、台湾普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品种包括水稻、旱稻、籼稻、粳稻、早稻、晚稻、稻叶有毛和稻叶无毛(光身稻)。
2、用所述的母本中的1个与所述父本中的1个杂交，也可以再与2个或2个以上所述父本中的其他父本杂交。
3、从杂交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，选雄性不育株为母本，然后用同一个栽培稻品种为父本，继续回交。
4、按步骤3的回交方法多次回交后，获得群体性状变异系数小于10％、不育度99％以上、不育性稳定的细胞质雄性不育系。所述的细胞质来源于所采用母本，如野生稻。
5、以野败型的保持系、恢复系和红莲型的保持系、恢复系4种材料为父本，用步骤4的细胞质雄性不育系作母本，进行测交，分别收获测交种子；种植测交一代，表现结果为所述4种材料都不能恢复步骤4的细胞质雄性不育系的育性，这个不育系即为水稻广保型细胞质雄性不育系。
二、水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，包括以下步骤； 1、采用具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种作母本；或者用不同来源的普通野生稻作母本；或者用这些野生稻做母本育成的品种、品系或中间材料作母本；采用栽培稻品种作父本。所述的具有广保型雄性小育细胞质的稻属中的不同种包括普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)、展颖野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma etShastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthiiA.Chev.)、长雄蕊野生稻(O.longistaminata A.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、药用野生稻(O.officinalis Wall.exWatt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll et Morrill ex steud.)Baill；所述的不同来源的普通野生稻(O.rufipogon W.Griffith)包括东南亚普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亚普通野生稻，以及中国南部的广东普通野生稻、广西普通野生稻、云南普通野生稻、台湾普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品种包括水稻、旱稻、籼稻、粳稻、早稻、晚稻、稻叶有毛和稻叶无毛(光身稻)。
2、用所述的母本中的1个与所述父本中的1个杂交，也可以再与2个或2个以上所述父本中的其他父本杂交。
3、从杂交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，选雄性可育株为母本，然后用同一个栽培稻品种为父本，继续回交。
4、按步骤3的回交方法多次回交后，获得农艺性状与父本相似的正常可育的后代材料； 5、将后代材料自交分离出不育株和可育株，再选可育植株自交分离，直到性状整齐稳定，变异系数小于10％；选择农艺性状相似于父本、群体整齐，育性80％以上的正常可育品系，即为水稻广保型细胞质雄性不育恢复系。
本发明的水稻广保型细胞质雄性不育系及广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，其特点是保持系和恢复系的来源广泛，育成优良不育系和恢复系的的概率提高，许多优良品种包括野败型的保持系、恢复系和红莲型保持系和恢复系，常规品种，都可以育成广保型不育系或恢复系，育成广保型不育系或恢复系的综合水平大幅度提高。本发明所获得新型的广保型雄性不育细胞质，简称为FA细胞质。
本发明广保型FA不育系的特点是； 1.广保型FA细胞质与生产广泛应用的野败型(WA)和红莲型(HL)细胞质的恢保关系不同，是一种新型的细胞质。如表1所示； 2.野败型的保持系和恢复系、红莲型的保持系和恢复系都不能作为广保型FA细胞质的恢复系，而只能作为广保型FA细胞质的保持系。如表1所示； 表1、金农1不育系测交杂种一代育性表现
3.广保型细胞质的保持系来源广泛，保持系对稻种资源利用率高，育成不育系的综合水平高。
本发明广保型FA不育系的优点是；1.广保型FA不育系的保持系来源多。2.广保型FA不育系的育性稳定性好。3.广保型FA不育系的稻米品质优。如表2所示； 表2 三类水稻细胞质雄性不育系的主要优缺点比较 本发明的水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，用普通野生稻与优良栽培稻品种杂交和回交，经过后代分离和选择，定向育成广保型恢复系。其特点是； 1.能够有效恢复广保型不育系的育性，使广保型不育系实现三系配套和生产应用。
2.最广泛和充分地利用了现有稻种的资源潜力，育成的恢复系综合水平高，组配的杂交稻能跨越式地提高稻米品质和产量。
本发明的水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法。育成的广保型恢复系和杂交稻的优点是；1.育成的广保型恢复系和杂交稻生产稳定性好。2.育成的广保型恢复系和杂交稻适应性广。3.育成的广保型恢复系和杂交稻产量高。4.育成的广保型恢复系和杂交稻稻米品质优。
具体实施方式
为了充分公开本发明的水稻广保型细胞质雄性不育系和恢复系的定向育种方法，以下结合实施例加以说明。
实施例一水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法 1、用福建普通野生稻为母本，野败型恢复系早恢89为父本杂交，并从杂交后代中选雄性不育株为母本，然后用早恢89为父本，继续多次回交，一般回交5次后育成不育系金农1A，用所述的测交方法，经测交后代表现全不育的，即可确认为属于广保型细胞质雄性不育系。该不育系农艺性状优良。广保型不育系金农1A稻米品质12项指标全部达到农业部颁发的优质米标准。其中1级优质米标准8项，2级优质米标准4项。
2、用广保型细胞质雄性不育系金农1A作母本，用优良栽培稻品种胜泰1号作父本杂交，并从杂交后代中选雄性不育株为母本，然后用胜泰1号为父本，继续多次回交，一般回交5次后育成广保型细胞质不育系金农2A，农艺性状优良。广保型不育系金农2A稻米品质12项指标全部达到农业部颁发的优质米标准。其中1级优质米标准6项，2级优质米标准6项。
3、用广保型细胞质雄性不育系金农1A作母本，与优质稻品种红宝石为父本杂交，并从杂交后代中选雄性不育株为母本，然后用红宝石为父本，继续多次回交，一般回交5次后育成广保型细胞质不育系金农3A，具有良好的株叶形态、农艺性状和产量性状和异交性状。金农3A稻米品质12项指标全部达到农业部颁发的优质米标准。其中1级优质米标准6项，2级优质米标准6项。
实施例二水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法 1、用福建普通野生稻作母本，与水稻品种特青63杂交，从杂交后代中选雄性可育株为母本，然后用特青63为父本杂交，再从杂交后代中选雄性可育株为母本，用特青63为父本再杂交；如此多次回交，一般回交5次后，选可育株自交，并从自交后代中选可育株再多次自交，一般自交2次后即可获得群体完全为雄性可育株的广保型恢复系FR1。金农1A与恢复系FR1配组成杂交稻组合金农1A/FR1，种植杂种一代表现；穗大、粒多、结实率高、产量高。金农1A/FR1杂交稻稻米品质主要技术指标达到国家《优质稻谷》三级标准。
2、用广保型恢复系FR1作母本，与水稻品种明恢63杂交，从杂交后代中选雄性可育株为母本，然后用明恢63为父本杂交，再从杂交后代中选雄性可育株为母本，用明恢63为父本再杂交；如此多次回交，一般回交5次后，选可育株自交，并从自交后代中选可育株再多次自交，一般自交2次后即可获得群体完全为雄性可育株的广保型恢复系FR2。金农2A与恢复系FR2配组成杂交稻组合金农2A/FR2。种植杂种一代表现穗大、粒多、结实率高、产量高。金农2A/FR2杂交稻稻米品质主要技术指标达到国家《优质稻谷》三级标准。
3、用广保型恢复系FR1作母本，与水稻品种明恢70杂交，从杂交后代中选雄性可育株为母本，然后用明恢70为父本杂交，再从杂交后代中选雄性可育株为母本，用明恢70为父本再杂交；如此多次回交，一般回交5次后，选可育株自交，并从自交后代中选可育株再多次自交，一般自交2次后即可获得群体完全为雄性可育株的广保型恢复系FR3。用金农3A与恢复系FR3配组成杂交稻组合金农3A/FR3，种植杂种一代表现穗大、粒多、结实率高、产量高。金农3A/FR3杂交稻稻米品质主要技术指标达到国家《优质稻谷》三级标准。
权利要求
1、水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法，其特征在于包括以下步骤；
(1)采用具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种作母本；或者用不同来源的普通野生稻作母本；或者用这些野生稻做母本育成的品种、品系或中间材料作母本；采用栽培稻品种作父本；所述的具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种包括普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)、展颖野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma et Shastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthii A.Chev.)、长雄蕊野生稻(O.longistaminataA.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、药用野生稻(O.officinalis Wall.ex Watt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll etMorrill ex steud.)Baill；所述的不同来源的普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)包括东南亚普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亚普通野生稻，以及中国南部的广东普通野生稻、广西普通野生稻、云南普通野生稻、台湾普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品种包括水稻、旱稻、籼稻、粳稻、早稻、晚稻、稻叶有毛和稻叶无毛(光身稻)；
(2)用所述的母本中的1个与所述父本中的1个杂交，也可以再与2个或2个以上所述父本中的其他父本杂交；
(3)从杂交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，选雄性不育株为母本，然后用同一个栽培稻品种为父本，继续回交；
(4)按步骤(3)的回交方法多次回交后，获得群体性状变异系数小于10％、不育度99％以上、不育性稳定的细胞质雄性不育系；
(5)以野败型的保持系、恢复系和红莲型的保持系、恢复系4种材料为父本，用步骤(4)的细胞质雄性不育系作母本，进行测交，分别收获测交种子；种植测交一代，表现结果为所述4种材料都不能恢复步骤(4)的细胞质雄性不育系的育性，这个不育系即为水稻广保型细胞质雄性不育系。
2、根据权利要求1所述的水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法，其特征在于用福建普通野生稻为母本，野败型恢复系早恢89为父本杂交，并从杂交后代中选雄性不育株为母本，然后用早恢89为父本，继续多次回交后育成不育系金农1A，用所述的测交方法，经测交后代表现全不育。
3、根据权利要求1所述的水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法，其特征在于用广保型细胞质雄性不育系金农1A作母本，用优良栽培稻品种胜泰1号作父本杂交，并从杂交后代中选雄性不育株为母本，然后用胜泰1号为父本，继续多次回交后育成广保型细胞质不育系金农2A。
4、根据权利要求1所述的水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法，其特征在于用广保型细胞质雄性不育系金农1A作母本，与优质稻品种红宝石为父本杂交，并从杂交后代中选雄性不育株为母本，然后用红宝石为父本，继续多次回交后育成广保型细胞质不育系金农3A。
5、水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，其特征在于包括以下步骤
(1)采用具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种作母本；或者用不同来源的普通野生稻作母本；或者用这些野生稻做母本育成的品种、品系或中间材料作母本；采用栽培稻品种作父本；所述的具有广保型雄性不育细胞质的稻属中的不同种包括普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)、展颖野生稻(O.glumaepatula Steud.)尼瓦拉野生稻(O.niwara Sharma et Shastry)、非洲野生稻(O.giaberrima Steud.)、巴蒂野生稻(O.barthii A.Chev.)、长雄蕊野生稻(O.longistaminataA.Chev.et Roehr)、南方野生稻(O.meridionalis N.Q.Ng)、药用野生稻(O.officinalis Wall.ex Watt)、疣粒野生稻(O.meyeriana(Zoll etMorrill ex steud.)Baill；所述的不同来源的普通野生稻(O.rufipogonW.Griffith)包括东南亚普通野生稻，南美洲普通野生稻，拉丁美洲普通野生稻、澳大利亚普通野生稻，以及中国南部的广东普通野生稻、广西普通野生稻、云南普通野生稻、台湾普通野生稻、江西普通野生稻、海南普通野生稻、湖南普通野生稻和福建普通野生稻；所述的栽培稻品种包括水稻、旱稻、籼稻、粳稻、早稻、晚稻、稻叶有毛和稻叶无毛(光身稻)；
(2)用所述的母本中的1个与所述父本中的1个杂交，也可以再与2个或2个以上所述父本中的其他父本杂交；
(3)从杂交后代中得到雄性不育株和雄性可育株，选雄性可育株为母本，然后用同一个栽培稻品种为父本，继续回交；
(4)按步骤(3)的回交方法多次回交后，获得农艺性状与父本相似的正常可育的后代材料；
(5)将后代材料自交分离出不育株和可育株，再选可育植株自交分离，直到性状整齐稳定，变异系数小于10％；选择农艺性状相似于父本、群体整齐，育性80％以上的正常可育品系，即为水稻广保型细胞质雄性不育恢复系。
6、根据权利要求5所述的水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，其特征在于用福建普通野生稻作母本，与水稻品种特青63杂交，从杂交后代中选雄性可育株为母本，然后用特青63为父本杂交，再从杂交后代中选雄性可育株为母本，用特青63为父本再杂交；如此多次回交，一般回交5次后，选可育株自交，并从自交后代中选可育株再多次自交后，即可获得群体完全为雄性可育株的广保型恢复系FR1。
7、根据权利要求5所述的水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，其特征在于用广保型恢复系FR1作母本，与水稻品种明恢63杂交，从杂交后代中选雄性可育株为母本，然后用明恢63为父本杂交，再从杂交后代中选雄性可育株为母本，用明恢63为父本再杂交；如此多次回交，一般回交5次后，选可育株自交，并从自交后代中选可育株再多次自交后即可获得群体完全为雄性可育株的广保型恢复系FR2。
8、根据权利要求5所述的水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，其特征在于用广保型恢复系FR1作母本，与水稻品种明恢70杂交，从杂交后代中选雄性可育株为母本，然后用明恢70为父本杂交，再从杂交后代中选雄性可育株为母本，用明恢70为父本再杂交；如此多次回交，一般回交5次后，选可育株自交，并从自交后代中选可育株再多次自交后，即可获得群体完全为雄性可育株的广保型恢复系FR3。
全文摘要
水稻广保型细胞质雄性不育系的定向育种方法，用野生稻为母本与栽培稻品种杂交和多次回交后育成，野败型保持系、恢复系和红莲型保持系、恢复系都不能恢复该不育系的育性；水稻广保型细胞质雄性不育恢复系定向育种方法，用野生稻为母本与栽培稻品种杂交，取后代中的可育株做母本，再与同一个栽培稻品种多次回交、自交后，得到性状整齐稳定、可育的广保型恢复系。广保型不育系和恢复系打破了野败型不育系和恢复系的遗传局限，扩大了稻种资源利用潜力，组配成的杂交稻优势更强、品质更优、产量更高。
文档编号A01H1/04GK1954666SQ200510104410
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年10月26日
发明者王乃元, 陈爱媚 申请人:福建农林大学