水稻雜交技術(shù)7頁

1、水稻雜交技術(shù)Hybrid rice technique水稻雜交技術(shù)是水稻育種工作者必需掌握和熟知的，通常包括選穗、去雄、授粉和套袋掛牌等幾個主要步驟，其中最關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)莫過于去雄和授粉了。下面圍繞這二個環(huán)節(jié)結(jié)合常規(guī)技術(shù)淺談新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。   一、去雄    1.常規(guī)去雄方法常規(guī)去雄方法很多，如溫水殺雄、剪穎去雄、化學(xué)殺雄等，水稻育種較多采用的是前兩種。溫水殺雄去雄較徹底，但操作不便，效率低，不能滿足高效育種工作的需要；剪穎去雄是水稻育種應(yīng)用最多的方法，操作簡便、實用，但剪穎去雄也有自身難以克服的缺點(diǎn)，那就是將一朵穎花中的花藥完全剪去的同時，很

2、容易傷及雌蕊柱頭。一般情況下雌蕊柱頭在穎殼中低于雄蕊花藥，但很多水稻品種也存在著柱頭與花藥齊平或者微低的情況，常規(guī)剪穎去雄難以保證不傷及柱頭；柱頭被傷，雜交失敗。    2.改良后的剪穎去雄方法此法是將水稻穎殼中的雄蕊花藥完全剪去改為剪去一半或更少，總之，要將花藥剪破，然后馬上向剪雄后的穎殼內(nèi)澆水，將花藥打濕。由于雄蕊被打濕，濕度增加，花絲很快就會伸長，干癟的花藥伸出穎殼，此時，用手指輕彈幾下，干癟的花藥都會被彈掉，然后套上紙袋，等待授粉。由于此法剪穎的高度提高，傷及雌蕊柱頭的可能性大大降低，從而提高了雜交的成功率。此法可在授粉的前一天下午等花完全開過后剪穎澆水，

3、然后第二天上午開花之前去套袋。這樣一來，大大提高了工作效率。此方法我們從1997年在海南首次運(yùn)用，到目前為止，各種雜交組合共做了800多個，發(fā)現(xiàn)假雜種率只有1%-2%，證明此法確實可靠，可以放心采用。    二、授粉    1.常規(guī)授粉常規(guī)授粉一般是利用盛花的父本穗，在剪穎的母穗上抖動，使花粉落在母穗花的柱頭上達(dá)到授粉的目的。通常情況下，此法都很實用，但在大風(fēng)的情況下，此法效果并不好。因為盛花的父本穗經(jīng)大風(fēng)一吹，所剩的花粉已很少，在人工取穗時碰撞又使花粉散落，花粉所剩無幾，雜交成功率大打折扣。    2.

4、新技術(shù)授粉新技術(shù)授粉是指在父本穗盛花來到之前(少數(shù)穎殼開始開花)，將父本穗剪下，剪去已開過花的穗子，將剩下的穗用水打濕，然后甩干放入套紙袋的母穗上，將紙袋口封住。等不久父本穗大量開花時抖動父本穗，父本穗上的花粉就不會有任何損失。事先將父本穗都剪好，放入母穗中，等開花時，逐一授粉，大大提高了工作效率和雜交成功率。此法的原理在于：一天內(nèi)一穗開花的時間與溫度、濕度、品種三因素有關(guān)。水稻一般要求溫度在20以上，相對濕度高于60%才能正常開花，開花最適溫度28-32，最適相對濕度為80%-90%。開花的最適溫度來臨時，水稻將進(jìn)入盛花期，若此時濕度不夠(小于60%)，將不利其開花。新方法中將父本穗打濕甩干

5、后放入紙袋中封閉，當(dāng)開花的最適溫度來臨時，封閉的紙袋中的濕度已達(dá)到80%-90%，有利父本穗的開花。    綜上所述，改良后的剪穎去雄法和授粉新法相結(jié)合是一種行之有效、高效便捷的水稻雜交新技術(shù)。它的普遍推廣應(yīng)用，必會對水稻雜交育種起到重大作用。    水稻的雜交技術(shù)可分為調(diào)節(jié)開花期、選株、整穗、去雄、采粉、授粉和收獲等步驟。 調(diào)節(jié)開花期。水稻母本和父本花期的調(diào)整，可用分期播種的方法，使二者的花期相遇。 選株。選株主要指選擇母本植株而言。要選擇具有本品種典型性狀、生長健壯和沒有病蟲害的植株作母本。 整穗。先用剪刀剪去稻穗上部和下部枝梗上

6、的小穗，將中部枝梗上的小穗留下來。然后在中部枝梗上留下2030個當(dāng)天或次日能夠開花的小穗，將其它小穗統(tǒng)統(tǒng)剪去。當(dāng)天能夠開花的標(biāo)志是花絲已經(jīng)伸長，花藥即將頂?shù)絻?nèi)稃上端；次日開花的標(biāo)志是雄蕊的長度已達(dá)內(nèi)稃長度的三分之二。可以將小穗對著太陽觀看，從外表能隱約看到雄蕊在花里的位置。 去雄。水稻去雄的方法很多，主要有以下三種： 剪穎去雄法。水稻小花的內(nèi)、外稃在開花前抱合很緊，不易摘除雄蕊。用剪刀剪去內(nèi)、外稃的上端，露出雄蕊，就使摘除雄蕊的工作容易進(jìn)行，這種方法稱為剪穎去雄法。 用剪穎去雄法去雄時，在整過穗的穗上，用剪刀從小花外稃上部斜剪去三分之一到四分之一。這是因為雌蕊靠近內(nèi)稃，從外稃上斜剪不會損傷柱頭

7、。剪完后，用鑷子伸入內(nèi)稃，輕輕夾出6個花藥。夾取花藥時，動作要輕而準(zhǔn)確，既不能漏夾花藥，也不能將花藥碰破。萬一碰壞花藥，必須將整個小穗淘汰。每朵花去雄后，要將鑷子插入70酒精中浸泡片刻，殺死上面可能沾帶的花粉。去雄后的稻穗要套上紙袋，并將紙袋下面的開口沿穗柄折合，用回形針別好。同時栓上紙牌（或塑料牌），寫明母本品種名稱、去雄日期和操作者姓名。留待下一步授粉。用剪穎去雄法去雄時，必須掌握好去雄的時間。一般應(yīng)在開花前一天下午或當(dāng)天開花以前進(jìn)行。去雄時，不能將未成熟的或過分成熟的小花作為去雄雜交對象，因為這樣的小花容易發(fā)生不結(jié)實或自交的情況。 套袋去雄法。將黑色紙袋套在能在當(dāng)天開花的稻穗上，經(jīng)過15

8、20分鐘，利用紙袋增溫促使小花內(nèi)、外稃自動張開，便于摘除花藥，用這種方法去雄，稱為套袋去雄法。    用套袋去雄法去雄時，先將黑色紙袋摘掉，對內(nèi)、外稃已張開的小花，用鑷子將花中尚未開裂的花藥一一摘除。對于內(nèi)、外稃未張開、或雖已張開但花藥已經(jīng)開裂的小花要從小穗基部全部剪掉。操作結(jié)束后，再套上白色隔離袋，栓好紙牌，準(zhǔn)備下一步授粉。 套袋去雄法比較方便，去雄容易，而且不傷花器；但套袋時間不易掌握，因為套袋時間過短，開花不多；套袋時間過長，花藥在黑紙袋內(nèi)常常破裂。并且1次所開的花朵較多，往往去雄工作難以跟上。 溫湯去雄法。水稻的雌雄蕊對溫度的感應(yīng)不同，雌蕊的耐溫力遠(yuǎn)大于雄

9、蕊。將稻穗放入4445溫水中浸泡810分鐘，花粉就會完全喪失萌發(fā)能力，但雌蕊的生活力卻不受任何影響。用這樣的方法消除花藥，稱為溫湯去雄法。 溫湯去雄法的具體作法是用保溫瓶或保溫杯，盛取4445溫水，在每天開花最盛以前的1小時（大約在上午11時），將整個稻穗，放入保溫瓶（杯）中浸泡8分鐘，取出后，經(jīng)過20分鐘左右，當(dāng)天能開花的小花內(nèi)、外稃就會打開。這時，將內(nèi)、外稃不張開的小花全部剪掉，用紙袋將稻穗套好并拴好紙牌（或塑料牌）。 采粉和授粉。去雄的母本稻穗，應(yīng)在當(dāng)天或次日進(jìn)行人工授粉。 當(dāng)父本稻穗進(jìn)入開花盛期時，事先用1張光滑紙疊成容器，搖動父本稻穗，使花粉散落在容器里，然后立即拿到母本植株處，用毛

10、筆蘸取一點(diǎn)花粉，輕輕抹在柱頭上。授粉的動作要輕，速度要快，花粉從采收到涂抹，不能超過3分鐘，否則生活力就會急劇下降。授粉后，應(yīng)繼續(xù)將母本稻穗套好紙袋。 檢查雜交是否成功。花粉被授到柱頭以后，經(jīng)過23分鐘就可萌發(fā)形成花粉管，30分鐘后，花粉管進(jìn)入胚囊，受精過程在開花后1.54小時內(nèi)完成。授粉10天以后，摘去雜交穗的紙袋，如果授粉小花內(nèi)的子房已經(jīng)膨大，表示已經(jīng)受精，說明雜交成功了。為了使雜交種子正常進(jìn)行生長發(fā)育，可暫時不套紙袋，待籽粒長大時再套紙袋，以防鳥類啄食。 收獲。雜交籽粒成熟后，將每個雜交稻穗單獨(dú)脫粒、保存，供來年播種觀察。 水稻雜交困難的原因雜交水稻不是細(xì)胞核物質(zhì)遺傳而是細(xì)胞質(zhì)遺傳為母系

11、遺傳,因此要培養(yǎng)出雄性不育水稻.（1）三系法雜交稻的由來：兩個遺傳組成不同的親本雜交產(chǎn)生的雜種F1代優(yōu)于雙親的現(xiàn)象稱為雜種優(yōu)勢。具體地講，雜種F1代在生長勢、生活力、繁殖率、抗逆性、適應(yīng)性、產(chǎn)量和品質(zhì)諸方面比雙親優(yōu)越。雜種優(yōu)勢可分為超親優(yōu)勢、平均優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢。人們常說的雜種優(yōu)勢利用通常是指利用作物的競爭優(yōu)勢。 水稻是典型的自花授粉作物，雌雄同花。水稻雜種優(yōu)勢利用，只有依靠雄性不育的特性，通過異花授粉的方式來生產(chǎn)大量的雜交種子的方法有多種，其中之一便是使用雄性不育系（A）、保持系（B）和雄性不育恢復(fù)系（R）來配制雜種一代。由于這種利用水稻雜種優(yōu)勢的方法需要不育系、保持系和恢復(fù)系配套，故稱為三系

12、法雜種優(yōu)勢利用。用此法培育的雜交水稻簡稱為三系法雜交稻。水稻三系之間關(guān)系密切，其中不育系除了雄性器官發(fā)育不正常、花粉敗育不能自交結(jié)實、抽穗吐頸不完全之外，其余性狀與保持系基本無異。保持系與不育系雜交，獲得的不育系種子供來年制種和繁殖用；不育系與恢復(fù)系雜交，獲得的雜交水稻種子供下季大田生產(chǎn)用；保持系與恢復(fù)系的自交種子則可繼續(xù)作為保持系和恢復(fù)系用。 （2）三系法雜交稻育種的歷史：1958年，日本東北大學(xué)勝尾清發(fā)現(xiàn)中國的紅芒野生稻能導(dǎo)致藤板5號產(chǎn)生雄性不育。1966年日本琉球大學(xué)新城長友以欽蘇拉包羅為母本與臺中65雜交，育成BT型不育胞質(zhì)臺中65A，并將該雜交組合后代的部分可育株經(jīng)自交穩(wěn)定選出了BT

13、型不育系的同質(zhì)恢復(fù)系，于1968年實現(xiàn)粳型雜交稻三系配套。我國雜交水稻的研究始于1964年，當(dāng)時在湖南安江農(nóng)校任教的袁隆平從洞庭早秈、勝利秈和矮腳南特等秈稻品種中找到6株雄性不育株，并根據(jù)花粉敗育情況分為無花粉型、敗育型和退化型3種。隨后進(jìn)行的遺傳和數(shù)以千計的測交試驗表明：這些材料屬于單基因控制的隱性核不育，找不到能完全保持其不育特性的品種，利用價值不大。1970年11月，李必湖等在海南省三亞市南紅農(nóng)場的水溝邊發(fā)現(xiàn)了1株花粉敗育的野生稻（簡稱野敗），為雄性不育系的選育打開了突破口。次年春季的試驗就表明廣場矮3784、6044、二九南等品種（系）對野敗不育株具有很好的保持能力。經(jīng)過隨后2年全國各

14、育種單位的通力合作，到1972年冬在海南冬繁時就獲得了農(nóng)藝性狀一致、不育株率和不育度均達(dá)到100%的不育系群體，如珍汕97A和B、二九南1號A和B等。至此，我國第一批野敗細(xì)胞質(zhì)不育系宣告育成。水稻雄性不育系育成以后，1973年原廣西農(nóng)學(xué)院等單位陸續(xù)篩選出IR24、IR26、泰引1號、古154等一批強(qiáng)優(yōu)恢復(fù)系，并選配出汕優(yōu)2號、南優(yōu)2號等系列強(qiáng)優(yōu)勢雜交稻組合。從此，以我國秈型三系雜交水稻實現(xiàn)配套為標(biāo)志，宣告雜交水稻選育成功。 （3）雄性不育系與保持系的選育：選育水稻雄性不育系首先要獲得能穩(wěn)定遺傳的雄性不育株，其次是有能把雄性不育株的不育特性傳遞下去的保持材料，然后通過測交和連續(xù)成對回交，完成全部

15、核置換之后就可育成三系雄性不育系及其相應(yīng)的同型保持系。 雄性不育株的獲得：獲得原始的雄性不育株，可從大田自然群體中尋找或通過遠(yuǎn)緣雜交產(chǎn)生。前者如袁隆平早期從勝利秈、洞庭早秈、矮腳南特等秈稻品種中發(fā)現(xiàn)的C系統(tǒng)不育材料；后者如李必湖等發(fā)現(xiàn)并被試驗證實由野生稻與栽培稻天然雜交產(chǎn)生的野敗雄性不育株；四川農(nóng)業(yè)大學(xué)通過地理生態(tài)遠(yuǎn)緣雜交獲得的用于培育岡46A等不育系的不育株，湖南雜交水稻研究中心用于培育印水型系列不育系的不育株及四川農(nóng)科院水稻高梁研究所通過秈粳交獲得的用于培育K系列不育系的不育株。這些不育株均為核質(zhì)互作型不育，比較容易找到保持系，是選育三系雄性不育系不育單株的主要來源。 保持材料（B）的選育

16、：保持系的選育可采取測交篩選和人工制保法進(jìn)行。 測交篩選法：獲得雄性不育株后，選用掌握的國內(nèi)外育成的大量優(yōu)良品種（系）與之雜交，從中挑選具有良好保持能力的材料用作保持系。雜交稻育種初期就是采用這種方法，從常規(guī)品種中獲得了不少對野敗不育株具有很好保持力的品種，如珍汕97、V20、二九南l號等。這些品種對我國快速育成具有實際利用價值的秈型三系雄性不育系發(fā)揮了重要的作用，其中部分品種培育的不育系至今仍被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。人工制保法：隨著常規(guī)育種親本使用范圍的拓寬，育成的常規(guī)品種或多或少地都帶有若干個恢復(fù)基因或微效恢復(fù)基因，直接利用這些品種作保持系的難度越來越大，甚至不可能。另一方面，雜交稻育種水平的提

17、高對不育系也提出了更加嚴(yán)格的要求，需要不育系具備的優(yōu)良性狀也越來越多。在此情況下，僅僅通過對育成的現(xiàn)有常規(guī)品種的測交篩選已難以完全達(dá)到新不育系選育的預(yù)期目標(biāo)，而必須依靠人工雜交選育的方法對不育系進(jìn)行改良，把符合育種目標(biāo)的性狀與不育系必備的性狀聚集在一起，才有可能培育出高質(zhì)量的不育系。 人工雜交選育可采用一次雜交或復(fù)式雜交的方法。 一次雜交主要有如下兩種： 保持系×保持系。選擇2個各具有特點(diǎn)的保持材料雜交，然后從后代中選擇符合育種目標(biāo)的單株進(jìn)行測交和回交轉(zhuǎn)育即可。該種配組方式比較簡單，育種速度也較快，對改良某個不育系的個別或少數(shù)幾個性狀較為有效。 保持系×恢復(fù)系或恢復(fù)系

18、15;保持系。少數(shù)情況下，具有某種優(yōu)良性狀的親本或恢復(fù)系帶有微效恢復(fù)基因，雖不能直接用其作回交轉(zhuǎn)育親本，但卻可以用它作雜交親本與保持系配組，從中選擇具有該優(yōu)良性狀的單株進(jìn)行測交篩選。這種配組方式選育過程比較長，難度也較大，但有可能育成一個綜合性狀較好的新不育系。 一般做法是雜交配組后的F2或F3代就開始擇株進(jìn)行測交，依據(jù)測交后代的育性再從中選擇優(yōu)良單株進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育，直至后代入選株系群體隆狀整齊一致和不育特性完全穩(wěn)定下來為止。需要注意的是用來測交的單株應(yīng)該盡可能多一些，種植的測交或回交群體也應(yīng)盡可能大些，測交世代應(yīng)盡可能早些。式雜交法即把多個品種（系）的有利基因綜合到一個新的保持品種中去。此法對

19、育成優(yōu)質(zhì)、高異交率與抗病的不育系非常有利。 雄性不育系的轉(zhuǎn)育：雄性不育系轉(zhuǎn)育的基本原理就是細(xì)胞核置換，也就是染色體代換過程，常用做法是測交篩選與連續(xù)成對回交，不育系的完全核置換與同型保持系的穩(wěn)定同步完成。步驟如下： 測交篩選：選用性狀符合育種目標(biāo)的常規(guī)品種（系）或人工制保材料為父本，與胞質(zhì)互作型雄性不育株或不育系雜交，根據(jù)測交F1花粉敗育情況決定回交與否。 成對回交：在測交F1出現(xiàn)的不育株中，選擇不育度高、花粉典敗和圓敗為主的單株作母本，再與父本連續(xù)回交數(shù)代，即可轉(zhuǎn)育成新的不育系。輪回親本就是其相應(yīng)的保持系。回交選育不育系的群體大小依據(jù)使用的輪回親本不同而有所區(qū)別。大多數(shù)情況下回交一代一般要求

20、50lOO株；回交二代建立510個株系，每個株系種植2030株；在回交三代群體中選擇綜合性狀最好的株系擴(kuò)大回交四代群體至上1000株左右，并對各性狀的整齊度和育性進(jìn)行鑒定。如各項指標(biāo)均符合不育系要求，即可投入生產(chǎn)試驗。 （4）恢復(fù)系的選育： 恢復(fù)基因的組成及其來源：雖然不同研究者的試驗結(jié)果有差異，但大多數(shù)人的研究表明：絕大多數(shù)類型的秈型胞質(zhì)互作型雄性不育系的恢保關(guān)系是相同的，也即雄性不育系的不育性和可恢復(fù)性由2對育性基因控制，恢復(fù)系的基因型為R1RlR2R2，不育系與保持系的基因型為rlrlr2r2，雜種F1基因型為RlrlR2r2。 根據(jù)恢復(fù)品種的分布和親緣關(guān)系得知，對秈型三系雄性不育系具有

21、恢復(fù)力的品種大多數(shù)是進(jìn)化程度較低的秈稻或者秈粳交后代，主要來源于低緯度的東南亞國家和我國華南的廣大地區(qū)，韓國的部分秈粳交品種具有恢復(fù)能力則歸功于使用了低緯度地區(qū)的秈稻作雜交親本。長江流域的早秈品種則幾乎沒有強(qiáng)恢復(fù)力的品種，我國的常規(guī)粳稻及日本、朝鮮的粳稻品種均無育性恢復(fù)能力。 恢復(fù)系的選育方法：恢復(fù)系選育分為測交篩選和雜交選育法。測交篩選法曾為配制強(qiáng)優(yōu)勢組合，發(fā)展我國的雜交水稻事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，僅靠對現(xiàn)有的品種進(jìn)行簡單的測交篩選已難以滿足雜交稻育種新的要求，還必須依靠雜交配組，通過基因重組把多個優(yōu)良性狀聚合在一起，以篩選出新的恢復(fù)系。雜交選育法也就是育種者通常所說的人工制

22、恢。 第一，測交篩選法：如果說恢復(fù)系的選育是與不育系的選育同時進(jìn)行的，則應(yīng)歸功于當(dāng)初使用了大量國內(nèi)外品種資源對野敗不育株進(jìn)行的廣泛測交。通過測交除了獲得了對野敗不育株具有保持能力的品種外，還發(fā)現(xiàn)了不少能夠使野敗不育株的育性得以恢復(fù)的品種，為三系迅速配套提供了又一物質(zhì)基礎(chǔ)。這種用現(xiàn)有種質(zhì)對不育系進(jìn)行測交，從中篩選具有恢復(fù)能力的品種（系）的方法就叫做測交篩選法。測交篩選法簡單快速，用測交篩選法陸續(xù)育成的古154、IR24、IR26、泰引1號、密陽46等強(qiáng)優(yōu)恢復(fù)系，對我國不同時期雜交水稻的發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用。其步驟如下：初測。用獲得的優(yōu)良品種（系）對不育系授粉，依雜種F1的結(jié)實率、經(jīng)濟(jì)性狀、抗性等

23、進(jìn)行初評，每組合種20株左右。復(fù)測。經(jīng)初測鑒定有恢復(fù)力且其他性狀無明顯分離的品種再做一次雜交，驗證初測的結(jié)果。種植群體一般為50100株。鑒定。根據(jù)復(fù)測的結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的淘汰，入選少量株系重新配制一定數(shù)量的雜交種，供大田生產(chǎn)鑒定或新品種聯(lián)合比較試驗。 第二，雜交選育法：雜交選育可采用一次雜交或多次雜交的方式，因育種目標(biāo)不同可選用不同的組配方式。 一次雜交法：通過一次雜交把恢復(fù)因子導(dǎo)入新的品種（系），再在后代的分離群體中采用系譜法進(jìn)行選育。常用的雜交方式是恢復(fù)系×恢復(fù)系，但也有的使用保持系×恢復(fù)系和不育系×恢復(fù)系。 恢復(fù)系×恢復(fù)系。選用2個均具有恢復(fù)因子且性

24、狀間能互補(bǔ)的品種雜交，在雜種后代中選育符合育種目標(biāo)的新恢復(fù)系，由于2個親本均具有恢復(fù)基因，雜種各世代出現(xiàn)恢復(fù)株的幾率很高，低世代一般可不進(jìn)行測恢，而等入選單株性狀較為穩(wěn)定時才開始測恢。此種配組方式比較簡單快速，但應(yīng)注意擴(kuò)大雜交親本的遺傳差距。如福建省三明市農(nóng)科所選育的明恢63（1R30圭630）、中國水稻研究所育成的中恢465（選109輪回422）就是采用此法育成的。 保持系×恢復(fù)系或恢復(fù)系×保持系。當(dāng)某個品種具有諸如抗逆、廣親和等優(yōu)良性狀但不帶恢復(fù)基因而不能直接利用時，就可選用1個恢復(fù)系與其雜交。由于雜種各世代單株的基因型有可恢與不可恢之分，但又難以用肉眼從表型來判斷，只能通過選株大量測交的方式從中篩選出基因型可恢的單株。采用這種配組方式測交的世代宜早不宜遲，單株也應(yīng)盡可能多一些。如中國水稻研究所從臺雄2號IR28后代中選出的臺85恢復(fù)系，與珍汕97A配組而成的汕優(yōu)85一度成為浙江省的主栽組合。 不育系×恢復(fù)系。雄