专利名称：一种水稻与竹子的杂交育种方法
技术领域：
本发明涉及植物的育种方法，尤其是涉及一种水稻与竹子的杂交育种方法。
背景技术：
水稻是最重要的粮食作物之一，为人类提供了总热量消耗的23% (Khush，2000)。 上世纪50年代末水稻矮化育种和70年代杂交稻育种的成功与应用，曾使水稻单产实现了两次飞跃。在过去的30多年中，世界水稻年生产量取得成倍增长，从1966年的25. 7亿吨上升到2000年的60亿吨(Khush，2000)。但是，自1966年IR8育成与推广应用28年以后， 水稻产量开始徘徊不前(Cassman，1994)。因此，开拓利用新的基因资源，不断提高水稻品种的产量、米质、抗性和耐性等，对于保障粮食安全，具有十分重大的意义。
随着现代育种研究的发展，物种内品种间的有利基因已得到充分的挖掘和应用， 并培育出大量的优良品种在生产上广泛应用，为现代农业的发展做出了重大贡献。然而，随着优良品种的大面积推广应用，水稻的遗传多样性逐步丧失，品种间的遗传基础也随之单一化。 为此，在中国超级稻育种计划中，专家们设计和应用的技术路线除包括了形态改良即培育新株型和提高籼粳亚种间杂种优势水平之外，还利用了野生稻中的有利基因，以及利用稗草的DNA创造水稻新种质(程式华等，1998 ;蔡得田等，2001)。
在水稻远缘杂交方面，以水稻为母本，与高粱、玉米、小麦、；菰、狼尾草、芦苇等属间杂交得到了后代(刘伯林，1987)。六十年代初，祖德明等人以水稻银坊为母本，以高粱亨加利为父本，进行了水稻与高粱的远缘杂交，杂交后代出现了变异显著、形态特殊的新类型植株，选育出一些穗大粒多，耐旱抗病的新型原始材料和品系(刘伯林，1987)。何福泉 (2002)利用水稻不育系作母本，墨西哥珍珠高粱作父本，进行有性杂交研究，于1998年夏季获得成功，经过多年系统定向选育，2001年秋季育成了三个具有理想株型和高产性状的高粱新品种，实现了水稻远缘异属杂交。安徽岳西县富民水稻研究所程旭波、程海波兄弟用玉米花粉和水稻进行属间远缘杂交培育出新型稻种。李慧敏等(2003)以旱稻基因型旱 65 (Oryza sativa L.)为母本,稗草长芒稗(Echinochloa caudata)为父本进行远缘杂交， 获得实粒种子。
竹是禾本科植物中最原始的亚科之一，也是禾本科植物中最具多样化的一个种群。与同是禾本科的水稻相比，竹子茎杆坚硬木质化、复合分枝、根系发达，具有耐热、抗寒、 耐涝、抗旱、抗病虫、生长量大、再生能力强、耐肥抗倒等突出特点，这些性状正是栽培稻品种所缺乏的。因此，开展竹子与水稻杂交，将竹子中的有利基因移入水稻，创建携带有竹子优良特性的竹稻种质资源，对于现代水稻育种研究的发展，具有十分重要的意义。发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种水稻与竹子的杂交育种方法，其将竹子中的有利基因引入水稻，创建携带有竹子优良特性的竹稻种质资源，获得茎杆坚硬木质化、根系发达、耐热、抗寒、耐涝、抗旱、抗病虫、生长量大、米质优、有香味、富含蛋白质、锌、钙、铁、硒，再生能力强等突出特点的竹稻新品种。
竹子与水稻杂交成功，必须解决好三个方面的问题①掌握竹子开花的规律性，延长竹子开花年限；②解决竹子的开花与水稻花期相遇时间用作母本的亲本选择杂交授粉方法。
本发明 经过长期研究后，成功解决了上述问题，其采用的技术方案是
一种水稻与竹子的杂交育种方法，包括以下步骤
(I)获取母本媒介材料科饶F4 :以粳稻科情3号为父本，籼稻饶平矮为母本，杂交一代，后自交三代得到子四代科饶F4，其正常开花时间在上午10时以后到下午2时；
(2)以科饶F4为母本，作为桥梁媒介，与父本青皮竹进行有性杂交，具体包括
第一步，父本为青皮竹，其花穗表现大而密、分枝多、花粉多、雌雄同花、雌花柱头带紫色，有5-6个肥大的花药，相当于水稻花药的4-5倍；青皮竹4-5月间为大量开花授粉时期，每天早上5-7时为盛花期，7-8时少量开花授粉，当竹子开花时，采用砍断竹子花穗， 减少养分消耗，增加肥水管理的方法，使竹子连年开花；
第二步，将科饶F4离地保留10公分，割去稻茬，将其保温过冬，4-6月间再生稻茬逐渐抽穗，使水稻与竹子花期相遇；
第三步，将科饶F4再生稻穗提前一天剪颖除雄，将颖壳剪去1/4-1/5，看到水稻花药时，把未开的花药夹去，紧接着套袋，第二天一早正常雌花生长，早上5-7时将水稻移至青皮竹花丛中，进行人工授粉，连续授粉2 3次，以确保青皮竹花粉均匀散落在稻穗粒的每个柱头上，授完粉马上套袋，确保套袋完好。精心培育后，得到青皮竹花与科饶F4再生穗的配对杂种。
本发明 中的父本青皮竹，是我国南方常见的竹子品种，生长在堤围、山坡、房前屋后，一般特性竹子茎杆坚硬木质化、复合分枝、根系发达，具有耐热、抗寒、耐涝、抗旱、抗病虫、生长量大、再生能力强、耐肥抗倒等突出特点。篙5-9米，径3-5厘米，中间部分看不到白色粉质，杆节明显、秃净、竹子很少开花，大旱之年多见开花，花期3-7月间早上5-9时开花，5-7点为盛花期，花粉超过25度后死亡，笋期5-9月，种子象麦粒。
籼稻饶平矮为公共材料，粳稻科情3号为公共材料，科饶F4可以通过母本杂交后自交得到。
如果直接将竹子与水稻杂交，是不可能成功的。本发明创新性将水稻饶平矮与科情3号杂交的子四代作为母本媒介桥梁，再与父本青皮竹杂交，同时严格控制亲本开花期， 为竹子与水稻有性杂交提供条件，使其能够杂交成功。
竹子与水稻间的有性杂交是禾本科与不同亚科属间的超远缘杂交，其即使杂交成功，后代还有可能出现以下问题①当代不结实，中途夭折；②杂种后代的不育性或低育； ③杂种后代的剧烈分离，世代长，稳定性慢等问题。实践证明，这些问题都是存在的，但是也是可以通过现有的技术手段来解决的。如当代不结实、后代不育的问题，可以通过采用秋水仙素处理的办法获得其后代；杂种后代的分离、稳定性差的问题，可以通过多次回交复交、 长期选育来解决，最终可以获得性状优良、稳定性好的优势品系。
本发明提供的水稻和竹子杂交育种方法，首次将竹子的优势基因成功引入水稻品种中，获得了携带有竹子优良特性的竹稻种质资源，再经过常规选育后，即可获得茎杆坚硬木质化、根系发达、耐热、抗寒、耐错、抗旱、抗病虫、生长量大、优质、高产、富含高蛋白、锌、钙、铁、硒、再生能力强等突出特点的竹稻新品种。
图1是本发明实施例中父本青皮竹的整体形态图2-4是本发明实施例中竹稻杂交子一代的形态图5-7是本发明实施例中竹稻杂交子二代的形态图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明
1、试验材料观察选择
选择的父本竹子为青皮竹(见图1)，其花穗表现大而密、分枝多、花粉多、雌雄同花、雌花柱头带紫色，有5-6个肥大的花药，相当于水稻花药的4-5倍。
从观察竹子开花规律，得知每年3-6月间为开花季节，以4-5月间为大量开花授粉。开花授粉时间，正常天气，每天早上5-7时为盛花期，7-8时少量开花授粉完后，若不施肥管理，经过一段时间，开花的竹子即将枯死。竹子的花粉超过25摄氏度易死去，当竹子开花时，采用砍断竹子花穗的方法，可以减少竹子的养分消耗，加于施肥管理明年竹子可以继续开花，解决了竹子连年开花的问题，为竹子与水稻进行远缘有性杂交创造了条件。
选择了母本水稻为粳稻与籼稻种间远缘杂交，即粳稻科情3号与籼稻饶平矮杂交的第四代矮杆类型科饶F4，其正常开花在上午10时以后到下午2时。
(粳稻科情3号X籼稻饶平矮)杂交过程
当年2月底和3月中旬，分别对科情3号和饶平矮进行分批次播种，培育状秧，单株移植，以求花期相遇，6月初父母本开始抽穗，在天气晴朗的上午十时后，用42° -43°的温汤对母本进行杀雄5-6分钟，未开的穗粒应剪除，把收集到的父本花粉均匀撒落到杀雄后的母本上，并随即套袋，做多个组合。七月上旬收到科饶Fl杂种。
当年晚季培育科饶F1，七月中旬播种，八月初采用单株插植，生育期125天，株高 110厘米。单株有效穗14. 5穗，叶片直大、叶片青绿、穗长25厘米，每穗总粒160粒左右，结实率均15-40%。
次年早造三月上旬播种，培育科饶F2过程中，出现分离，株高在75厘米-165厘米之间，生育期85-149天，每穗粒130-250粒，结实率30-50%。每株有效穗8_15穗，穗长 23. 5-30厘米。根据选育目标(矮生、株型适中、分蘖率强、穗大粒多、结实较好的单株)，选到若干个F3组合。
再次年2月底，播种F3组合，培育的科饶F3表现出F2 —样的性状和分离，按选育目标(继续选育矮生、株型适中、抗逆性比较好、具有再生性、穗大粒多结实比较好的株系)，选择若干个较一致的株系作为培育材料。
再次年晚造培育科饶F4，晚季科饶F4仍然分离，最好株系高115厘米，生育期110 天，穗长24. 5厘米，每穗总粒数150粒左右，结实率48 %，千粒重25克，易落粒，谷粒近似纺锤型，谷壳较薄，单株分蘖有效穗15穗，叶色淡绿，株型集生，也出现高节位分蘖抽穗现象和再生能力强。晚造选育完F4最好株系(具备矮生、强分蘖、株型好、抗逆性一般、再生性、 生育期在106-115天、穗大粒多、结实率40-50% )，离地10公分割去稻茬，保温过冬，以待再生利用。科饶F4的株系，因为结实不理想的这个劣势，一旦与竹花异属杂交授粉，就比较容易结合在一起产生新的物种-竹稻。
2、竹稻杂种培育过程及其后代的遗传变异表现
以科饶F4为母本，作为桥梁媒介，与父本青皮竹进行有性杂交，具体包括
科饶F4晚造当年冬，采收完种子后，离地保留10公分，割去稻茬，将其保温过冬， 次年3-4月科饶F4再生稻潜伏芽生长分蘖，4-5月间再生稻茬逐渐抽穗，确保了水稻与竹子花期相遇。
科饶F4稻穗因早上5-7时尚未自然开花，需提前一天剪颖除雄，将颖壳剪去 1/4-1/5，看到水稻花药时，把未开的花药用手术夹子夹去，紧接着套袋，第二天把处理好的母本移至青皮竹花丛中，进行人工授粉，反复2-3次，授完粉马上套袋记录，确保套袋完好。 如此重复多天、多次、多穗，最后收获杂种。再把晒干的杂种浸种30小时，看到有露白迹象， 起水重新晒干，再次把杂种浸种24小时，起水直接放入盆中泥土里，保持湿度，种子正常发芽。生长到一叶一芯和二叶一芯时，有二株先后死去，剩下的一株杂种秧苗小心呵护。秧苗长到三个分蘖时，带土移栽，在满足栽培条件下，杂种表现出根系发达(见图3)、木质化、整体生长量大(见图2)、分蘖力强、根粗叶旺、茎杆结实、杆壁厚、硬度大、茎的基部节间短、密 (见图4)，节间约3.5公分长，叶片浓绿、叶片长而挺直等。经历全生育期549天。只看到主穗抽穗，穗子长34公分，着粒疏，谷粒厚，有短芒，全不结实。接着割去坚硬的稻杆保护稻头过冬再生。
过冬禾头潜伏芽再生成苗，用O. 05%的秋水仙液处理17株，经187天共成功收获 F2杂种162粒。
晚造培育竹稻子二代，于7月29日浸种，7月31日催芽7天，发芽很不一致，只有32. 5%发芽，催芽11天，发芽率77. 5%，于8月12日直播。未发芽的种子埋在地里一个多月的时间谷粒仍不霉烂。竹稻后代种子发芽不一致，休眠期长的现象在第七代后仍可观察到这种情况。在自然状况下，分别在次年10月中旬和再次年5月上旬收到种子，结实率为11.7-29.4%。根据简单的性状分离调查，子二代92个单株中，熟期分享表现不一，仅有4个单株。在当造立冬后幼穗形成，大雪后抽穗占4. 3%植株茎色分离，紫色茎有51株占55. 4%。青色茎有41株占44. 6%，其中紫色茎和青色茎表现出有强弱的植株长势分别各占57. 6%和33. 6%和8. 8 %。植株叶片分离差别较大，分离株高与叶片长短相关一致，表现株高的叶片长31公分至60公分的有24株占24. 1%。表现株型较矮的叶片长14公分至30公分的有68株占73.9%。株型的集生和散生也表现较明显。表现集生的有19株占 20. 65%，表现散生的有73株占79. 35%。有的叶片分离出二条主叶脉，三条主叶脉和不明显或无叶脉的筒状式一个叶片上半部分成二裂，也有二个叶片同时长出的奇怪现象。在谷粒上的分离也是多种多样的，如圆粒、长粒、稃端紫色、红色、长芒、短芒、无芒。在整个二代群体之间有很多相似的性状，这些性状在它的后代中表现出共同特点是优势大、根系发达 (见图5)、分蘖力强、根粗叶旺、茎杆坚实(见图6)、杆壁厚、硬度大、茎的基部节间短 、密，节间药3. 3公分等长，叶片浓绿、叶片长而挺直(见图7)等。
从竹稻杂种子二代这些特征、特性的遗传变异中表现竹稻这个杂种已经接受了竹子的遗传物质，表现出某些比较典型的竹子性状，也证明了本发明的竹子与水稻的杂交育种方法获得了成功。
竹子与水稻远缘杂交是大有前途的育种途径之一。长期以来，生物学界不少人认为种间以上尤其是属间、科间，彼此之间不能交配，难于得到杂种。也有不少人认为远缘有性杂交不宜用作物育种。实践证明，很多专家已经取得了远缘杂交的成功，并取得了很大的效益。竹稻后代的表现，具有强优势的生长，分离类型多，生育期过长，这在一般水稻生育期是没有的，竹稻初期世代如何缩短生育期，提高结实率，成为竹稻杂交选育的难题。事实上，随着竹稻选育世代的增加，杂种生育期也逐渐缩短。如竹稻一代经历736天才收到种子。竹稻二代，生育期不到I年半。结实率也表现出逐代提高，但全不育的株系，在各世代中亦不断出现。因此，应用前人研究远缘杂交有效方法，采用秋水仙碱处理，再运用多次回交、 复交的方法可以逐步选出接近正常季节抽穗结实的新株系。试验证明，经多次回交、复交的方法最后得到了生长、遗传性状稳定的竹稻新品种，其亩产量高，可以达到亩产510-650kg ； 最高可以达到亩产IOOOkg ;同时经检测发现所得到的稻米富含高蛋白、锌、钙、铁、硒，检测结果如下表所示
权利要求
1.一种水稻与竹子的杂交育种方法，其特征在于包括以下步骤(1)获取母本媒介材料科饶F4:以粳稻科情3号为父本，籼稻饶平矮为母本，杂交一代后，自交三代得到子四代科饶F4，其正常开花时间在上午10时以后到下午2时；(2)以科饶F4为母本，作为桥梁媒介，与父本青皮竹进行有性杂交，具体包括第一步，父本为青皮竹，其花穗表现大而密、分枝多、花粉多、雌雄同花、雌花柱头带紫色，有5-6个肥大的花药，相当于水稻花药的4-5倍；青皮竹4-5月间为大量开花授粉时期， 每天早上5-7时为盛花期，7-8时少量开花授粉，当竹子开花时，采用砍断竹子花穗，减少养分消耗，增加肥水管理的方法，使竹子连年开花；第二步，将科饶F4离地保留10公分，割去稻茬，将其保温过冬，4-6月间再生稻茬逐渐抽穗，使水稻与竹子花期相遇；第三步，将科饶F4再生稻穗提前一天剪颖除雄，将颖壳剪去1/4-1/5，看到水稻花药时，把未开的花药夹去，紧接着套袋，第二天一早正常雌花生长，早上5-7时将水稻移至青皮竹花丛中，进行人工授粉，连续授粉2 3次，以确保青皮竹花粉均匀散落在稻穗粒的每个柱头上，授完粉马上套袋，确保套袋完好；培育后，得到青皮竹花与科饶F4再生穗的配对杂种。
全文摘要
本发明涉及一种水稻与竹子的杂交育种方法，其将竹子中的有利基因移入水稻，创建携带有竹子优良特性的竹稻种质资源，获得茎秆坚硬木质化、根系发达、耐热、抗寒、耐涝、抗旱、抗病虫、生长量大、米质优、有香味、富含蛋白质、锌、钙、铁、硒，再生能力强等突出特点的竹稻新品种。
文档编号A01H1/02GK103039352SQ20111031524
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者钟章美 申请人:钟献铭