专利名称：通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法
技术领域：
本发明涉及一种杂交稻的制种方法，尤其涉及一种通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法。
背景技术：
植物杂种优势具有普遍性，这种优势能否被有效利用，很大程度上取决于生产杂 交种即制种的成本是否低廉，使用者能否有购买能力。杂交水稻在我国成功推广利用已有 30多年，为求得更高的杂交水稻产量潜力，提高稻谷籽粒的粒重是目前被较多采用的手段 之一，但这也同时导致了稻农用种量(重量)的增加而投入更多用于购种的成本。一种通过r-射线诱变获得的小粒突变体(ZH-sg)，它受单一隐性基因(Sg)控制， Sg基因对植株高度、分蘖能力、小穗育性、籽粒形状等不产生任何连带影响。由于小粒特性 受单一隐性基因控制，用该突变材料改良成不育系后生产出的Fl杂交种是小粒的，因为杂 交种受母体即不育系的基因型控制，销售给稻农种植Fl杂交稻生产出的稻谷(F2籽粒)是 正常的粒型，从而不影响稻农种植杂交稻的产量以及收益。该突变特性可以通过有性杂交，将小粒基因Sg导入任何不同的材料中。若将小粒 特性通过杂交以及回交导入三系不育系、二系不育系或其他形式的不育系中，可以提高杂 交稻的制种效率。这种小粒在常规稻育种中用于产量潜力的改良是不宜的，但用于杂交稻 不育系的改良是完全可行的。
发明内容
本发明针对现有技术中籽粒大，导致种植效率低、成本大等问题，提供一种通过籽 粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法，此方法通过有性杂交，将小粒突变基因 Sg转导入不育系，仅使不育系自身的籽粒变小，而不改变杂交稻生产出的稻谷的籽粒大小， 从而减少制种面积提高土地利用效率，减少稻农购种的成本增加稻农的收益。农作物杂种优势的利用，必须是以可廉价获得Fl杂交种为前提，使用者购买杂交 种后种植杂交稻方能获得产量和收益。所谓杂交种是2个遗传稳定、基因型不同的亲本，进 行有性杂交所产生的种子(杂交种Fl)。稻农购买杂交种，计量单位为公斤(kg)，而实质上是满足一定面积种植的杂交种 的颗粒数。同样是1000粒种子，每粒种子的重量不同，最终总重量是不同的。如果杂交种 的籽粒是小粒的，而生产出的杂交稻谷是大粒的(或正常粒型的)，从某种程度上说就可以 提高效率和效益。本发明设想通过有性杂交，将小粒突变基因Sg转导入不育系，仅使不育系自身的 籽粒变小，而不改变杂交稻生产出的稻谷的籽粒大小。如此，或可减少制种面积提高土地利 用效率，或可减少稻农购种的成本增加稻农的收益。本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的本发明为通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法，其步骤包括
Α)以含小粒基因Sg突变体杂交稻为供体亲本，与三系不育保持系杂交稻、二系不 育系杂交稻或其他类型不育系杂交稻受体亲本杂交，得到杂种Fl，种植杂种F1，得到F2世 代，当代F2世代植株上结出的种子千粒重表现为三系不育保持系杂交稻、二系不育系杂交 稻或其他类型不育系杂交稻水平时，在F2世代分离有1/4的个体携带有小粒基因sg，带sg 基因的个体种植成F3世代仍为小粒；含小粒基因Sg突变体杂交稻为水稻(Oryza sativa) 的ZH-sg (中花11小粒突变体)，于2008年11月07日保藏于CGMCC，保藏编号No. 2741 ；B)在F2世代选择形态似受体亲本而携带小粒基因Sg的个体，与受体亲本回交或 可如A步骤程序执行回交，在一次回交BC1F2世代或二次回交BC2F2世代依然可以分离出 1/4的小粒个体的情况下，选择形态基本像受体亲本而籽粒变小的个体，即携带sg基因的 个体，经5 7个世代的选择即可稳定获得携带突变基因sg的保持系或不育系。作为优选，携带小粒基因sg的杂交稻籽粒，其千粒重为19 21克，比一般不育系 的千粒重小25% 45%。籽粒大小正常的杂交稻谷三系不育保持系、二系不育系或其他类 型不育系受体亲本其平均千粒重为25 30克。如图1所示。作为优选，在选择过程中，可以籍分子标记技术对分离出的携带Sg基因的个体进 行受体亲本的背景选择，选择时以受体亲本的基因型为借鉴进行分子标记辅助选择。最终 选获的携带sg基因的保持系或不育系的每穗粒数明显超过受体亲本，以补偿籽粒的小型 化并平衡产量水平。为了弥补小粒所带来的产量下降，在携带Sg基因的个体选择中，选择每穗粒数超 过受体亲本的个体，以便最终选获的携带sg基因的保持系或不育系的每穗粒数明显超过 受体亲本。禾本科类农作物的产量，通常情况下由单位面积的有效穗数、每穗的实粒数、以 及籽粒的粒重这3个要素所构成。3个要素中只要增加某一个要素的比重，就有可能使产量 增加。但一般情况下，增加其中的一个要素，会使另外一个或二个要素不同程度的下降，最 终产量的增加极其有限。因此，利用小粒突变体ZH-sg进行水稻不育系改良，减少粒重时必 须相应地增加每穗粒数或分蘖数，即有效穗数。小粒突变体Sg既可用在核-质互作不育的三系途径不育系(A或B)的改良，也可 用于环境互作诱导的光(_温)敏核不育系(S)以及其他方式生产杂交种(如“化学杀雄” 途径)的不育系改良中。本发明与现有技术相比具有以下优点本发明主要应用在杂交种制种的技术环节，而对杂交稻生产不造成任何影响。说 明如下突变体ZH-sg的千粒重为20g(原亲本为24g/1000粒)，而一般水稻不育系“金 23A” (商品名)的千粒重为25g，更大的如“内香2A” (商品名)为30g。假设1亩杂交稻 制种田生产的Fl杂交种为200kg，千粒重为20g、25g、30g的Fl代种子数量分别为1000万 粒、800万粒、666万粒。我国稻农在种植杂交稻时一般是1穴1苗，1亩田栽苗1. 5万棵苗， 以每亩播种2万粒Fl种子计，上述3种千粒重类型的同等重量杂交种分别能种植500亩、 400亩、333亩。上述3种千粒重的每亩用种量按数量折算成重量分别为400g、500g、600g， 当种子价格(按重量)同为16元/kg时，成本分别为6. 4元、8.0元、9. 6元。如果水稻不育系均为携带小粒基因Sg进行制种，从国家层面上看，可以节约大量 的制种稻田；从种业公司层面上看，可以减少仓储、运输的数量以及成本；从生产使用者层 面上看，可以减少稻农用于购买杂交稻种子的成本。
图1为利用小粒突变体改良后的保持系，以及利用该材料配置的杂交稻组合种植 后的稻谷；图右为携带小粒基因Sg的籽粒，其千粒重为20克；图左为籽粒大小正常的杂交 稻谷和稻米，其千粒重为25克。图2为实施例1流程图。
具体实施例方式以下为本发明的具体实施方式
，对本发明的技术特征做进一步的说明，但是本发 明并不限于这些实施例。实施例1 如图2所示，含小粒基因Sg突变体杂交稻为水稻(Oryza sativa)的ΖΗ-sg (中花 11小粒突变体)，于2008年11月07日保藏于CGMCC，保藏编号No. 2741 ；以ZH_sg为供体 亲本，可与我国目前杂交稻制种中主要的不育系II-32A(三系不育系，千粒重28克)、内香 2Α (三系不育系，千粒重30克)、广占63S ( 二系不育系，千粒重28克)等杂交，进行不育系 籽粒小型化的改良。下面以ΙΙ-32Α及其相应的保持系ΙΙ-32Β (受体亲本)为例，说明本专利的实施方式。1.以ΙΙ-32Α的相应保持系ΙΙ-32Β与小粒突变体杂交，得到Fl世代，Fl粒型的大 小与ΙΙ-32Β相似(正常籽粒)，常规种植Fl得到F2世代。2. 1F2分离出1/4小粒型个体，并与ΙΙ-32Β回交一次，得到BClFl世代。回交前可 对分离出的含sg个体，用分子标记技术进行ΙΙ-32Β基因型的背景检测，或以形态性状选择 与ΙΙ-32Β尽可能相似的个体。2. 2常规种植F2得到F3世代，依此类推，得到F4世代、F5世代、F6世代。3. 1如果进行一次回交，则常规种植BClFl得到BC1F2世代，依此类推，得到BC1F3 世代、得到BC1F4世代、得到BC1F5世代。3. 2可在BC1F2中选含sg基因的个体，用ΙΙ-32Β再行第2次回交，得到BC2F1世 代。在回交时再次进行背景或行与ΙΙ-32Β的相似性选择。4.常规种植BC2F1得到BC2F2世代，依此类推，得到BC2F3世代。5.用ΙΙ-32Α为母本，与携带sg基因并农艺形状优异的个体，即F4 F5、BC1F2 BC1F3、BC2F2进行杂交，即核置换。以后用携带sg基因并农艺形状优异的个体为F5 F6 世代、BC1F3 F4世代、BC2F3世代。这样的核置换杂交至少需进行5次。从而得到带sg 基因的、而基因背景与II-32相似的新型不育系(A)/保持系(B)。为减少改良过程所消耗的时间，可在较低的世代如F4就着手与II-32A杂交、回交 进行核置换。新不育系/保持系的特征为千粒重为20克，形态如图1右侧所示。受体亲本的选择，可以是三系保持系、也可以是二系不育系或其他形式的不育系， 均可做母本与供体亲本ZH-sg杂交，种植的杂交一代植株上所结稻谷的籽粒与受体亲本相 似。F2代会分离出比例占1/4的携带sg基因的个体，因杂交后受、供体双方的基因发生重组，若改良者希望后代尽可能与受体亲本相像，可以在携带Sg基因的个体中用分子标记技 术进行受体基因型背景的选择，这样可以提高选择效率。若希望后代仅保留Sg基因而基因 型尽可能与受体亲本相似的话，可选带Sg基因的个体与受体亲本回交1 2次或3 5次， 这样即可迅速使后代的基因型回归到受体亲本。当分离后代携带Sg基因时，注意选择穗型比受体亲本大的类型，这样可使保持系(不育系)在粒重下降后通过增多每穗粒数来弥补，以平衡或保持原有的产量潜力。本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术 领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式 替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技 术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
权利要求
一种通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法，其步骤包括A)以含小粒基因sg突变体杂交稻为供体亲本，与三系不育保持系杂交稻或二系不育系杂交稻受体亲本杂交，得到杂种F1，种植杂种F1，得到F2世代，当代F2世代植株上结出的种子千粒重表现为三系不育保持系杂交稻、二系不育系杂交稻或其他类型不育系杂交稻水平时，在F2世代分离有1/4的个体携带有小粒基因sg，带sg基因的个体种植成F3世代仍为小粒；含小粒基因sg突变体杂交稻为水稻(Oryza sativa)的ZH-sg(中花11小粒突变体)，于2008年11月07日保藏于CGMCC，保藏编号No.2741；B)在F2世代选择形态似受体亲本而携带小粒基因sg的个体，与受体亲本回交或可如A步骤程序执行回交，在一次回交BC1F2世代或二次回交BC2F2世代依然可以分离出1/4的小粒个体的情况下，选择形态基本像受体亲本而籽粒变小的个体，即携带sg基因的个体，经5～7个世代的选择即可稳定获得携带突变基因sg的保持系或不育系。
2.根据权利要求1所述的通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法，其 特征在于，携带小粒基因sg的杂交稻籽粒，其千粒重为19 21克，或比一般不育系的千粒 重小25% 45%。
3.根据权利要求1所述的通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法，其 特征在于，籽粒大小正常的杂交稻的三系不育保持系、二系不育系或其他类型不育系受体 亲本其千粒重为25 30克。
4.根据权利要求1或2或3所述的通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的 方法，其特征在于，在选择过程中，可以籍分子标记技术对分离出的携带sg基因的个体进 行受体亲本的背景选择，选择时以受体亲本的基因型为借鉴进行分子标记辅助选择。
5.根据权利要求1或2或3所述的通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的 方法，其特征在于，在携带sg基因的个体选择中，选择每穗粒数超过受体亲本的个体，最终 选获的携带sg基因的保持系或不育系的每穗粒数明显超过受体亲本，以补偿籽粒的小型 化并平衡产量水平。
全文摘要
本发明涉及一种杂交稻的制种方法，尤其涉及一种通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法。本发明针对现有技术中籽粒大，导致种植效率低、成本大等问题，通过籽粒小型化改良不育系提高杂交稻制种效率的方法，此方法通过有性杂交，将小粒突变基因sg转导入不育系，仅使不育系自身的籽粒变小，而不改变杂交稻生产出的稻谷的籽粒大小，从而减少制种面积提高土地利用效率，减少稻农购种的成本增加稻农的收益。本发明主要技术方案为以含小粒基因sg突变体杂交稻为供体亲本，与三系不育保持系杂交稻、二系不育系杂交稻或其他类型不育系杂交稻受体亲本杂交，经5～7个世代的选择即可稳定获得携带突变基因sg的保持系或不育系。
文档编号A01H5/10GK101816281SQ200910096400
公开日2010年9月1日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者倪深, 朱旭东, 王跃星, 陈红旗 申请人:中国水稻研究所