专利名称：一种水稻温敏不育系原种繁殖和起点温度纯化的方法
技术领域：
本发明属于水稻杂种优势利用技术领域，具体涉及水稻温敏型不育系核心种子生产和原种繁殖以及起点温度遗传纯化技术。
背景技术：
三系法杂交稻不仅种子生产程序比较复杂，而且由于受严格的恢保关系限制，选育出优良组合的机率相对较少。温敏核不育系的发现与应用，使杂交水稻由“三系法”转变为“两系法”的设想成为现实。两系法杂交水稻不需要保持系，种子生产程序简单，降低了种子成本，而且两系杂交稻亲本间不存在恢保关系，配组自由，大大提高了选育优质、强优组合的机率。目前，两系超级杂交稻已累计推广5565万亩，每亩比当地主栽组合平均增产50kg以上，增加社会产值近30亿元(《中国863计划生物技术领域十五周年成果汇编》，中华人民共和国科学技术部编印2001年2月)。
但是，当前生产上应用的水稻温敏不育系普遍存在起点温度的遗传“漂变”现象，即在自然条件下按常规方法繁殖时，随着世代数的增加温敏核不育系的起点温度整体水平将逐步提高。其原因主要是温敏型核雄性不育系，群体内个体间的起点温度存在差异，如果不采取有效措施加以防止，不育系将很快因为连续多年自交繁殖导致起点温度的升高，而丧失实用价值。这一问题的出现严重影响了两系杂交稻的应用前景，是两系杂交稻进一步推广和应用中的一大障碍。如，生产上应用最广泛的水稻温敏不育系培矮64S在1991年技术鉴定时的起点温度为23.3℃，按常规良种繁育程序和方法繁殖2年后，1993年上升到24.2℃，部分种子甚至高达26℃而不能应用。
为了解决这个问题，袁隆平院士于1994年提出了温敏不育系核心种子及原种的生产程序和方法(以下简称“核心种子生产程序”)。该程序借助人控气候室对不育系进行严格鉴定筛选，用中选的单株割蔸再生繁殖，获得核心种子，核心种子在适于繁殖的自然条件下经过一次繁殖，成为原原种，原原种再繁殖一次，便获得原种，原种直接供制种用，并且只使用1代，便不再利用。这一程序能较为有效地控制不育系起点温度“漂变”的程度，使生产基本上不受到“漂变”的影响，是目前两系法杂交水稻不育系提纯和保纯的有效保障措施。但这一核心种子生产程序还存在如下技术问题1、生产的核心种子成本高；2、需要先进的设备和设施；3、不能彻底阻止起点温度“漂变”的发生，治标不治本。
经进一步的研究，有的学者认为，温敏不育系起点温度升高的实质是遗传背景的改变，其原因是不育系遗传上未达到纯合。还有的学者认为，导致现有温敏不育系育性表达不稳定的内在原因很可能是不育系在起点温度上的遗传基础不纯，即控制起点温度的多基因仍有少数基因处于杂合状态。并进一步指出，通过“核心种子生产程序”即核心种子—原原种—原种—良种的生产程序虽然能够在一定程度上保障种子生产的安全，但治标不治本，它只能降低高温敏株在原种群体中所占的比例，并不能阻止“漂变”的发生。而且该生产程序需要人控气候温室，原种只能使用1代，成本费用较高，对于缺乏先进设备和设施的基层科研单位、企业来说难度较大。
发明内容
针对上述问题，我们提出了一种在自然气侯条件下彻底解决温敏不育系起点温度“漂变”的方法，使控制不育系起点温度的遗传基因纯合，不再发生遗传漂移，达到“标”“本”兼治的目的。
本发明的特点是利用了具有特殊自然气候条件的生态区(以下简称特殊生态区)替代人控气候室。这种特殊生态区首先，必须具备适宜于不同起点温度值充分表达的自然光温条件，并且起点温度不同的单株表现型差异明显，能够比较方便地鉴别；其次，历年来特殊生态区的光温条件相对稳定。
本发明通过以下技术方案实现在特殊生态区内，将水稻温敏不育系的若干株系在相同条件下种植和管理，在自然光温条件下进行育性鉴定，选取农艺性状好、起点温度低的株系，在当选株系内选多个优良单株，下年形成多个株系，又按上述方式种植、管理和选择。当选株系内的其余单株混合收种即为核心种子，核心种子在适于繁殖的自然条件下经过一次繁殖，成为原原种，原原种再繁殖一次，便获得原种，原种直接供制种用种。
本发明中当选株系在下季种植时，就建立了标准对照种，通过逐年的连续自交筛选，不仅能有效地控制高温敏不育株所占比例，而且能使温敏核不育系的基因型逐渐纯合，使起点温度逐步稳定下来，不再“漂变”。
具体步骤如下1、第1年，在特殊生态区繁殖，选多个(根据需要，可多可少，一般10个左右)优良单株，每单株分成2份，一份在制种应用地种植，一份在特殊生态区种植。
2、第2年，在制种区每单株种植适当数量群体(根据需要，可多可少，一般100株左右)形成株系，进行不育性、异交性、配合力等农艺性状鉴定。在特殊生态区每单株种植一定规模群体(根据需要，可多可少，一般500株左右)形成株系，根据不同温敏不育系的具体生育期分别安排播种期，将其育性敏感期置于育性能够充分表达的日平均温度在其起点温度附近波动的时段内。
3、结合制种区的鉴定结果，选结实率中等，抽穗扬花期间出现育性反复波动现象的株系，淘汰结实率很高几乎没有育性波动的起点温度高的株系和结实率很低不育出现较早持续时间较长的起点温度太低的株系；在当选株系中选结实率中等的优良单株多个(根据需要，可多可少，一般10个左右)，每单株同样分成2份；当选株系中的其余单株混收，混收种子分成3份，一份冷藏，用作以后各季的标准对照种，一份在制种区用于分期播种试验进行不育性、异交性、配合力等农艺性状综合鉴定，一份作为核心种子繁殖原原种—原种—制种，原种不再留种，仅用于制种。
4、下一年按上述方法再进行试验，同样将其敏感期置于育性能够充分表达的日平均温度在其起点温度附近波动的时段内，按步骤3中所述方法选单株，当选株系中的其余单株混收，混收种子作为核心种子生产原种。按上述方法经过多年重复试验，直到株系间育性波动一致不再“漂变”，株系内各单株之间表现一致，达到基因型纯合的目的。
图1为在自然光温条件下，核心种子生产和起点温度提纯的程序图。
图2为自然条件下原种繁殖和起点温度纯化技术路线图。
具体实施例方式实施例如下根据多年育种实践经验和历年气候资料的分析，我们选择我国海南省三亚市作为特殊生态区进行试验，因为其具备适宜于温敏型不育系育性充分表达的自然光温条件。如海南省三亚市1985-1989年，连续5年2月中下旬的气象资料显示，其最高日平均温度为26.3℃，最低为17.4℃，大部分时间日均温度在23℃附近波动。如果将不育系育性转换的敏感期安排在这样的天气下，不同起点温度值的单株可得到充分表现，因此，我们可将温敏不育系的敏感期安排在2月中、下旬，进行自然光温环境条件下的育性鉴定和筛选。
1994年春，在海南三亚安农810S繁殖大田，按良种繁育方法选典型单株10个，每单株分成2份，一份在湖南安江种植，于当年5月10日播种，100株群体，进行不育性、异交性、配合力和农艺性状鉴定，不选择留种；一份在海南三亚种植，采用自然隔离，于当年12月5日播种，群体300株，利用下年2月中、下旬低温，对不育系起点温度进行鉴定。根据株系间结实率的高低和育性“波动”情况，结合湖南安江的鉴定结果，选结实率中等，抽穗扬花期间出现育性反复波动现象的株系，淘汰结实率很高几乎没有育性波动的高起点温度株系和结实率很低、不育出现较早、持续时间较长、起点温度向下“漂变”的株系，再在当选株系内选结实率中等的优良单株10个，每个单株同样分成2份，下季(下年)按上述方法再进行试验，将下季繁殖株系中除所选单株以外各株混收，混收种子分成3份，一份冷藏保存，用作以后各季的标准对照种；一份在制种区种植用于分期播种试验进行不育性、异交性、配合力等农艺性状综合鉴定；一份作为核心种子。1995年至1997年按上述方法重复试验，并用冷藏种作对照进行选择。1995年春10个株系结实率低于40％的有1个，高于75％的有3个，65％左右的有6个，说明株系间起点温度值存在明显差异(起点温度高，结实率就高，反之就低)。1996年春10个株系种只有1个明显高于对照，其余株系和对照相差不大，说明通过1995年的选择后，株系间起点温度值虽然仍存在差异，但较1995已缩小了许多。1995年繁殖混收种子经综合鉴定，起点温度为24℃，作为核心种子经2季繁殖后用于1996年大面积制种，敏感期遇连续3天低温阴雨天气，表现稳定不育，制种安全可靠。1996年春各株系的平均结实率同对照差异不大，没有明显高于或低于对照的，同1995年相比，差异更小了。
本发明不仅适用于温敏不育系的提纯复壮，同时也适用于新温敏不育系的选育，而且在提纯过程中，能年年生产核心种子，一举多得。
本发明同样适宜于以温度为主导因子的光温敏不育系或温光敏不育系的选育、提纯复壮、核心种子及原种生产和起点温度纯化。
本发明特别适用于缺乏先进设备、设施的基层科研单位和企业进行温敏核不育系选育以及种子产业化生产。
权利要求
1一种水稻温敏型不育系原种繁殖和起点温度纯化的方法，其特征是选择具有特殊自然气候条件的生态区(以下简称特殊生态区)对不育系进行鉴定筛选。这种特殊生态区应具备适宜于不同起点温度值充分表达的自然光温条件，并且起点温度不同的单株表现型差异明显，能够比较方便地鉴别；其次，历年来特殊生态区的光温条件相对稳定。在特殊生态区内，将水稻温敏不育系的若干株系在相同条件下种植和管理，在自然光温条件下进行育性鉴定，选取农艺性状好、起点温度低的株系。在当选株系内选多个优良单株，下年形成多个株系，又按上述方式种植、管理和选择。当选株系内的其余单株混合收种即为核心种子，核心种子在适于繁殖的自然条件下经过一次繁殖，成为原原种，原原种再繁殖一次，便获得原种，原种直接供制种用种。当选株系在下季种植时，就建立了标准对照种，通过逐年的连续自交筛选，有效地控制高温敏不育株所占比例，使温敏不育系的基因型逐渐纯合，起点温度逐步稳定下来，不再“漂变”。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是按以下步骤实施第1年，在特殊生态区繁殖，选多个(根据需要，可多可少，一般10个左右)优良单株，每单株分成2份，一份在制种应用地种植，一份在特殊生态区种植。第2年，在制种区每单株种植适当数量群体(根据需要，可多可少，一般100株左右)形成株系，进行不育性、异交性、配合力等农艺性状鉴定。在特殊生态区每单株种植一定规模群体(根据需要，可多可少，一般500株左右)形成株系，根据不同温敏不育系的具体生育期分别安排播种期，将其育性敏感期置于育性能够充分表达的日平均温度在其起点温度附近波动的时段内。结合制种区的鉴定结果，选结实率中等，抽穗扬花期间出现育性反复波动现象的株系，淘汰结实率很高几乎没有育性波动的起点温度高的株系和结实率很低不育出现较早持续时间较长的起点温度太低的株系；在当选株系中选结实率中等的优良单株多个(根据需要，可多可少，一般10个左右)，每单株同样分成2份；当选株系中的其余单株混收，混收种子分成3份，一份冷藏，用作以后各季的标准对照种，一份在制种区用于分期播种试验进行不育性、异交性、配合力等农艺性状综合鉴定，一份作为核心种子繁殖原原种—原种—制种，原种不再留种，仅用于制种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是经过数年连续重复试验，直到株系间育性波动一致不再“漂变”，株系内各单株之间表现一致，达到基因型纯合的目的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是适用于光温敏不育系或温光敏不育系的提纯复壮或选育新不育系。
全文摘要
一种水稻温敏型不育系原种繁殖和起点温度纯化的方法，它对温敏核不育系(包括光温敏不育系和温光敏不育系)的选育、提纯和原种生产程序提出了重大改进，设计了在自然光温条件下，水稻温敏不育系选育、原种繁殖和起点温度提纯的程序，提出了水稻温敏不育系原种繁殖和起点温度纯化的技术路线，不仅显著降低了核心种子生产成本，又便于种子部门方便地进行温敏不育系的提纯复壮，而且使温敏核不育系的遗传背景逐步纯合，起点温度稳定下来而不再“飘变”，同时在提纯过程中，还能年年生产核心种子，降低了两系杂交稻的制种风险，不仅为两系法杂交稻的推广应用解决了一重大技术难题，而且为其它作物利用两系法杂种优势提供了技术支撑。
文档编号A01G7/00GK1784951SQ20051001612
公开日2006年6月14日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者邓华凤, 杨飞, 王一军, 舒服, 张武汉, 袁隆平 申请人:国家杂交水稻工程技术研究中心天津分中心, 西安交通大学