一种水稻垩白粒率高温钝感种质选育方法与流程

本发明涉及水稻种质培育领域，具体而言，涉及一种水稻垩白粒率高温钝感种质选育方法。
背景技术：
近年来由于工业化程度加剧及人类活动增加、温室效应的影响，气候有逐渐变暖的趋势，高温热害发生频率正在加大，特别是在长江流域经常出现水稻高温热害。这些水稻主产区的早稻及部分早熟中稻品种灌浆期主要集中在高温逼熟的恶劣自然气候条件下，造成水稻结实率下降及稻米品质变劣、影响水稻生产。严重影响稻米的外观品质、加工品质、蒸煮品质和营养品质，直接关系到稻米的商品性和市场价值。具体表现为使得稻米长宽比变小，垩白粒率和垩白度增加，糙米率、精米率、整精米率降低，直链淀粉含量和蛋白质含量增加。环境对米质的影响研究(唐启源等，1997)发现,外观品质中的垩白相关性状受高温胁迫环境的影响最大、稳定性最差,是目前籼稻优质育种中的主要限制指标。研究发现高温对稻米垩白的影响方面很多。范燕萍等(1989)研究表明，成熟期的温度高导致细胞分裂快，米粒胚乳淀粉细胞小细胞数增多，同时影响细胞膨大，体积变小，导致贮藏淀粉“库”的改变和不协调，从而引起淀粉输送不畅和贮积不良，致使小细胞中淀粉粒的贮积较疏松、间隙之间折光反应明显，形成垩白。高温提高灌浆速度、缩短灌浆时间并能改变淀粉合成酶类的比例，从而增加稻米的垩白面积、降低整精米率、影响淀粉的组成与结构。孟亚利等(1997)研究发现，结实期高温会导致籽粒灌浆加速，灌浆时间缩短，同时消耗的养分较多，造成籽粒充实度差，垩白度增多；再者结实期的高温还会导致上部三片功能叶，尤其是旗叶的功能期大大缩短，枝梗老化加快根系活力早衰，同化物的供应受阻。另外，持续高温使籽粒生理活性下降很快，籽粒的碳水化合物积累受阻，从而导致籽粒容重下降。致密度差，垩白增大。还有研究(沈波等，1997，1999)表明，灌浆结实期的高温会导致酶活性的紊乱或异常和灌浆动态的不合理。高温条件下前期灌浆加快，中后期灌浆下降迅速，出现大起大落的趋势；高温使淀粉合成酶、q酶(支链淀粉合成酶)、磷酸化酶的活性高峰较适温下明显提前，从而影响了适温条件下籽粒灌浆过程中物质及酶活性变化的顺序和规律，使可溶性糖难以转化为籽粒中的淀粉，稻米垩白度增加。现有育种应用的垩白相关性状基因资源对灌浆期高温胁迫敏感，主要表现为灌浆期遇到连续高温后，垩白粒率显著增加。而且对一些野生稻、农家品种以及巴斯马蒂等优质米材料杂交后代选育发现，产量与品质性状很难达到均衡。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种挖掘和利用来自美国优质稻品种c93-143-1(oryzasativasubsp.indica)垩白粒率高温钝感基因，选育适用于我国长江流域双季稻区早籼常规品种垩白粒率高温钝感新种质的选育。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种水稻垩白粒率高温钝感种质选育方法，包括以下步骤：籼型常规水稻作为受体，垩白粒率钝感水稻品种作为供体，进行杂交，得到f1代；f1代与受体回交3-5次，得到bcnf1代；bcnf1代进行自交，自交的同时，进行高温胁迫，至得到遗传性状稳定的高温钝感种质。目前水稻中一些垩白相关性状基因的克隆为低垩白优质水稻品种选育提供了重要的基因资源，对深入了解稻米垩白性状形成的分子调控机制也具有重要意义。但是,从稻米品质性状对温度钝感的种质资源中，直接挖掘利用对温度钝感的低垩白基因，培育高温胁迫下垩白较低的水稻优质新品种，在育种实践中具有更大的现实意义，目标性更强。研究发现，美国优质稻品种对我国栽培籼稻及粳稻均具有一定的亲和性。本发明人鉴定出的三份垩白粒率钝感值(insen-sitivevalue,iv)为1(注：钝感值的计算：iv＝x1/x2,其iv为钝感值，其中x1，x2分别为高温胁迫处理下和正常温度条件处理下的垩白粒率。当x1＝x2时，iv＝1。从理论上讲，性状iv越接近1其钝感性越强，在不同温度条件下越稳定)，表现为绝对钝感的美国稻品种‘c93-143-1’、‘sb01-550’及‘sb01-1536’，于南昌早稻季节安排种植人工气候室内，灌浆期经历连续2周以上的高温逼熟后鉴定垩白粒率(8:00-17:00为(38.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx)，发现三个品种垩白粒率大小在南昌早稻季节人工气候室内模拟正常条件下能够重现(8:00-17:00为(32.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx)，并表现出良好的一致性。其中，美国稻品种‘c93-143-1’产量高于其他两个品种，因此，后续选择其进行试验。进一步地，本发明是在2010年南昌早稻季节开始以常规早稻品种中早35为轮回亲本，以垩白粒率对温度钝感的美国水稻品种c93-143-1为非轮回本，连续回交四代，2次自交，至2013年冬季海南自交得到694个高世代(bc4f3)的染色体片段导入系群体(csils)。每份导入系材料种一行(10株)，共计有6898个单株正常生长，共筛选、鉴定了74份综合农艺性状与轮回亲本高度相似的染色体片段导入系材料，可以等同为近等基因系材料。2014年早稻季节本课题组继续种植74份遗传背景高度纯合的染色体片段导入系(bc4f4)，以灌浆期人工气候室模拟高温胁迫连续2周以上(8:00-17:00为(38.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx))的垩白粒率与人工模拟正常温度(8:00-17:00为(32.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx)处理续2周以上的垩白粒率表现为垩白粒率高温钝感评价指标，结合田间自然高温胁迫鉴定出在稻米品质形成中垩白粒率对高温钝感作用有显著提高的新种质材料4份。进一步在江西农业科学院南昌试验基地进行田间主要农艺性状及经济性状调查，证实新的种质系主要农艺性状及经济性状表现与轮回亲本中早35表现相当，可以直接应用于生产实践。进一步地，回交后得到的后代先进行自交，筛选综合农艺性状良好的稳定单株，然后再继续进行自交，同时进行高温胁迫筛选。。进一步地，回交后得到的后代先进行自交步骤中，自交的次数为2次以上，优选为2-3次。选择代代均为综合农艺性状良好的稳定单株进行自交进行高温胁迫。综合农艺性状良好的指标如下：①生育期110天以内；②株高92.0厘米左右；③穗长18.0厘米以上；④平均每穗实粒数98粒以上；⑤单株有效穗9个以上；⑥千粒重27克左右。垩白粒率高温钝感性状的准确鉴定结果，通过下述方法获得：当主穗开始扬花时，将处于长势一致的回交单株分蘖与轮回亲本的分蘖进行挂牌，每个株系至少保证有5个分蘖挂牌，牌上注明株系编号、挂牌日期。根据挂牌植株分蘖的生育进程快慢不同，将当天扬花后的单株分批移入人工气候室内进行连续14-16d的高温热害胁迫处理。以灌浆期人工气候室模拟高温胁迫(8:00-17:00为(38.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx))的垩白粒率与人工气候室模拟正常温度(8:00-17:00为(32.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx)处理续2周。处理结束后移至正常自然条件下恢复生长，15d后将成熟的挂牌单穗进行考种，以垩白粒的高低表现为垩白粒率高温钝感评价指标，获得垩白粒率比轮回亲本中早35显著降低15％以上的垩白粒率高温钝感新种质系。进一步地，所述高温胁迫是在自交植株扬花后进行，高温胁迫时间为14-15天。进一步地，自交同时进行高温胁迫的次数为2次以上，优选为3次。该步骤中，自交后在灌浆期进行高温胁迫，筛选高温胁迫性状稳定的单株作为最终水稻垩白粒率高温钝感种质。自交同时进行高温胁迫的次数为3次，如可以为本发明中的两次自交过程中采用人工气候室模拟高温胁迫的条件，一次是在自然高温胁迫的环境中进行筛选。进一步地，所述高温胁迫采用人工气候室模拟高温胁迫、田间自然高温胁迫中的任一种或多种。进一步地，所述人工气候室模拟高温胁迫的条件为：早八点到晚五点温度不低于37-39℃，其余时间均为28.0±0.5℃。进一步地，所述田间自然高温胁迫为：日平均温度不低于32℃，最高温度不低于36℃。进一步地，所述高温胁迫过程中，其他培育条件为：相对湿度为80％±5％，光照时间为12-14h，光照强度为20000～25000lx。如得到高世代回交材料后，种植bc4f4至bc4f5，考察田间主要农艺性状，对灌浆结实时期进行两次人工气候室模拟高温胁迫及一次田间自然高温胁迫鉴定，统计成熟后的单穗垩白粒率，选择单穗平均垩白粒率比轮回亲本中早35垩白粒率降低15％以上的纯合种质系。主要农艺性状及经济性状具体选择标准如下：①生育期110天以内；②株高92.0厘米左右；③穗长18.0厘米以上；④平均每穗实粒数98粒以上；⑤单株有效穗9个以上；⑥千粒重27克左右。进一步地，每次高温胁迫处理后选择比受体结实率低15％以上的株系。进一步地，所述籼型常规水稻包括中早35、湘早籼45号、鄂早18、嘉育948。进一步地，所述垩白粒率钝感水稻品种为美国优质稻品种c93-143-1、sb01-550、sb01-1536中的任一种或多种。进一步地，所述籼型常规水稻为中早35。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明挖掘得到灌浆期经历高温胁迫条件下垩白粒率对高温钝感的新种质来源于美国优质稻品种，拓宽了我国籼稻品质育种的遗传基础；利用杂交、多次回交、多次自交的方法，打破与垩白粒率高温钝感与低产、后代分离大、遗传性状难以稳定等不利基因连锁，在高世代中对垩白粒率高温钝感基因进行纯合固定，使其能够稳定遗传表达。(2)通过自交进一步纯合过程中，利用两次人工气候室模拟高温胁迫结合一次田间自然高温胁迫进行鉴定，在高代回交群体中选择垩白粒率显著降低、丰产性好的高代回交导入家系进行考种，选育出垩白粒率显著低于轮回亲本15％以上，主要农艺性状及经济性状与轮回亲本相当的垩白粒率对高温钝感的新种质。(3)本发明以美国优质稻品种c93-143-1和早稻常规主推品种中早35为材料，通过高代回交结合人工气候室在灌浆期进行连续2周的热害胁迫处理，选择获得了垩白粒率显著降低的新种质系，使得c93-143-1的垩白粒率高温钝感基因能够被用于我国籼稻育种实践，在科学研究及稻米品质改良育种应用中意义重大。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本发明实施例中的水稻垩白粒率高温钝感种质选育方法流程图。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明提供的一种水稻垩白粒率高温钝感新种质选育方法，具体流程见图1，以早籼常规主推品种中早35(o.sativasubsp.indica)为轮回亲本，以为美国优质稻品种c93-143-1为非轮回亲本，杂交1代，回交4代，再自交3代获得稳定纯合株系bc4f4，每代都是单穗收获，将这些回交后代通过自交纯合,结合一次田间自然高温胁迫及两次人工气候室模拟高温胁迫鉴定，在染色体片段导入系分离群体中选择灌浆期经历高温胁迫的垩白粒率低、丰产性好的染色体片段导入系进行考种，选育出经灌浆期经历高温胁迫处理后，垩白粒率低于于轮回亲本15％以上，综合农艺性状表现与轮回亲本一致的垩白粒率显著降低的新种质。以下进行举例说明。实施例11.1试验地点:江西省农业科学院超级水稻研究发展中心实验室和南昌试验基地。1.2材料和方法:1.2.1材料:以早籼主推品种中早35为受体(轮回亲本)，以美国优质稻品种c93-143-1为供体亲本(非轮回亲本)。1.2.2方法概述采用一次杂交、四次回交、五次自交的方法转育美国优质稻品种的垩白粒率高温钝感基因资源。2010年开始，在以自然高温胁迫条件下垩白粒率99％以上的常规早稻品种中早35为轮回亲本，以早稻季节种植条件下，自然高温胁迫条件下垩白粒率为7.8％(正常温度条件下为7.5％，表现为高度钝感)的美国水稻品种c93-143-1(垩白粒率小于10％，达国标一级)为非轮回本，进行杂交和回交，当连续回交四代后自交。美国水稻品种c93-143-1(江西省超级水稻研究发展中心引进)，常规早稻品种中早35(中国水稻研究所马良勇等选育而成)。以上两个亲本种质材料已公开无偿发放,在中国水稻遗传育种单位普遍利用。同时如果其他同行需要,江西省农业科学院超级水稻研究发展中心可向国内研究单位提供这些种质。杂交亲本、回交及自交群体采用田间分期播种及盆栽相结合种植。盆栽植株主要用于人工气候室进行灌浆期的高温胁迫处理，田间分期播种主要用于灌浆期自然高温胁迫鉴定及主要农艺性状及经济性状的调查。在田间、人工气候室鉴定的基础上，采用目标性状选择结合主要农艺性状及经济性状考察结果，确定晋级株系及决选株系,具体为:对其产量、株型、生育期等性状进行田间调查并与轮回亲本性状表现进行比较分析。米质等性状在室内人工考种。在前期杂交、回交、自交等分离群体选单穗收获，后期稳定群体按行收获并调查综合农艺性状。1.3具体试验步骤1.3.1杂交2010年早季在江西省农业科学院南昌试验站分别种植中早35和c93-143-1各一行，中早35为母本，c93-143-1为父本配制杂交组合产生f1，成熟后全部混收。1.3.2回交后代选择2010年冬季在海南三亚育种基地种植3行f1，每行8株，回交获得bc1f1种子，成熟后全部混收。2011年早季在江西省农业科学院南昌试验基地种植bc1f1群体(48株)继续与轮回亲本回交得到bc2f1种子。2011年冬季在江西省农业科学院海南三亚育种基地种bc2f1群体(150株)，随机挑选20株与轮回亲本中早35回交，混收得到bc3f1种子。2012年早季在江西省农业科学院南昌试验基地种植bc3f1群体(100株)，随机挑选40株继续回交，混收得到bc4f1种子，冬季江西省农业科学院海南三亚育种基地种bc4f1群体(400株)，随机挑选40株自交，单株收集得到bc4f2种子。2013年早季在江西省农业科学院南昌试验基地种植，自交，单株收集bc4f3群体6500株。挑选2次自交中，综合农艺性状均良好的单株200株自交套袋收种，得到bc4f4种子。具体选择标准如下：①生育期110天以内；②株高92.0厘米左右；③穗长18.0厘米以上；④平均每穗实粒数98粒以上；⑤单株有效穗9个以上；⑥千粒重27克左右。1.3.3第一次人工气候室模拟高温胁迫选择2014年早季在江西省农业科学院南昌试验站种植上述200个株系(bc4f4)，每个株系种48株，同时种植轮回亲本(中早35)24株作为对照，进入破口时期，在每个株系中选取5株生育进程基本一致的单株，在尽量不伤根系的情况下，带泥移入盆钵中继续生长。当主蘖穗开始扬花时，将处于长势一致的单株与轮回亲本的分蘖进行挂牌，每个株系至少保证有5个分蘖挂牌，牌上注明株系编号、挂牌日期。根据挂牌植株分蘖的生育进程快慢不同，扬花后移入人工气候室内连续14d的热害胁迫处理。人工气候室以灌浆期人工气候室模拟高温胁迫(8:00-17:00为(38.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx))的垩白粒率与人工模拟正常温度(8:00-17:00为(32.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃,相对湿度为80％，白天光照强度为20000～25000lx)处理续2周。处理结束后移至正常自然条件下恢复生长，15-20天后调查挂牌单穗的垩白粒率。以垩白粒率高低表现作为垩白粒率高温钝感评价指标。剔除部分农艺性状处于分离状态的株系，一共鉴定出4个灌浆期经高温胁迫之后垩白粒率比轮回亲本结实率低15％以上的稳定株系。1.3.4第二次人工气候室模拟高温胁迫选择2015年夏季在江西省农业科学院南昌试验站继续种植上述4个中选株系的自交后代群体(bc4f5)，每个株系种150株，同时种植轮回亲本(中早35)24株作为对照。如上述第一次人工气候室模拟高温胁迫鉴定方法。进入破口时期，在每个株系中选取5兜，在尽量不伤根系的情况下，带泥移入盆钵中继续生长。当主穗开始扬花时，将处于长势一致的回交株系与轮回亲本的分蘖进行挂牌，每个单株株系至少保证有5个分蘖挂牌，牌上注明株系编号、挂牌日期。根据挂牌植株分蘖的生育进程快慢不同，分批移入人工气候室内进行扬花后连续14d的热害胁迫处理。以灌浆期人工气候室模拟高温胁迫(8:00-17:00为(38.0±0.5)℃，17:00-8:00为(28.0±0.5)℃，相对湿度为80％±5％，白天光照强度为20000～25000lx))的垩白粒率与人工模拟正常温度(8:00-17:00为(32.0±0.5)℃，17:00-8：00为(28.0±0.5)℃,相对湿度为80％±5％，光照时间为12-14h，光照强度为20000～25000lx)处理续2周。处理结束后移至正常自然条件下恢复生长，15天后以挂牌单穗的有垩白米粒的比率为垩白粒率高温钝感评价指标进行调查。鉴定结果显示出4个株系均能够重现灌浆期经历2周高温胁迫之后垩白粒率显著比轮回亲本垩白粒率低15％以上。1.3.5第三次田间自然高温胁迫选择2016年夏季，在江西省农业科学院南昌试验站继续对经第二次人工气候室模拟高温胁迫选择的4个株系(bc4f6)进行连续5批的分期播种(具体见表1)，播后30天插秧。每个中选株系每期种150株。每份材料设3个重复,常规水肥管理。记载6月24日至7月28日时段内田间最高温度、日平均温度。其中7月4日-20日平均温度均超过32℃，最高温度超过36.0℃。表1分期播种表播种期数第一期第二期第三期第四期第五期播种日期3月20日3月25日3月30日4月4日4月9日具体见表2。表2田间日平均温度及最高温度调查结果调查日期日平均温度最高温度7月4日32℃36℃7月5日32℃36℃7月6日33℃37℃7月7日32℃37℃7月8日33℃39℃7月9日32℃37℃7月10日33℃38℃7月11日32℃37℃7月12日33℃39℃7月13日34℃39℃7月14日32℃38℃7月15日33℃38℃7月16日33℃38℃7月17日33℃39℃7月18日32℃38℃7月19日34℃39℃7月20日34℃39℃将每个株系材料7月1日、2日、3日、4日、5日、6日扬花的分蘖进行挂牌编号，此时扬花后的小穗均经历了2周以上的高温胁迫。成熟后调查挂牌单穗米粒中有垩白米粒及重要农艺性状，各个时期均设对照(对照亲本为人工气候室模拟正常温度生长条件下的中早35)。其中，第二期、第三期、第四期播种材料均有挂牌穗在灌浆期遇上了7月4日-20日时段内的高温胁迫天气(出现连续14天以上田间平均温度32.0℃以上，且最高气温超过36.0℃)。挂牌株系具体调查结果如下表3。①生育期110天以内；②株高92.0厘米左右；③穗长18.0厘米以上；④平均每穗实粒数98粒以上；⑤单株有效穗9个以上；⑥千粒重27克左右。田间管理按常规方法进行。表3田间自然高温胁迫下挂牌穗结实率及主要农艺性状表现**表示0.01的显著水平通过方差分析，从表3可以看出以上鉴定的4个纯合种质系在人工气候室中模拟高温胁迫及田间高温胁迫情况下垩白粒率比轮回亲本低15％以上(p<0.01)，综合农艺性状均满足以下选择标准：①生育期110天以内；②株高92.0厘米左右；③穗长18.0厘米以上；④平均每穗实粒数98粒以上；⑤单株有效穗9个以上；⑥千粒重27克左右。由于本发明选择的垩白粒率高温钝感的种质系背景亲本为中早35，是我国目前长江流域双季稻区面积应用最大的早稻品种之一，因此通过该方法选育的新种质，为常规早籼稻米品质育种提供了可供直接利用的种质资源，在后续的科学研究及生产应用中具有十分重要的意义。将实施例1中的中早35替换为湘早籼45号、鄂早18和嘉育948等早籼型常规水稻品种，仍能有效得到水稻垩白粒率高温钝感种质。尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。当前第1页12