早秈浙864個突變體的選育

早秈浙864個突變體的選育

水稻水稻和白葉枯病是我國水稻生產(chǎn)的主要疾病?？共×挤N的創(chuàng)造和利用是控制和處理水稻和白葉枯病最有效的措施。隨著品種的更換,致病菌的生理小種也產(chǎn)生相應(yīng)的變化,出現(xiàn)新的優(yōu)勢致病小種,使原來的抗病品種喪失抗性。因此,不斷發(fā)現(xiàn)新的抗病基因和選育新的抗病品種,是確保我國水稻生產(chǎn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑之一。進行空間誘變處理,返地后種植選育新種質(zhì)和培育新品種是近十多年來涌現(xiàn)出來的創(chuàng)造新種質(zhì)和培育新品種的一種有效途徑。空間育種技術(shù)還可以獲得比在地面上用其他育種方法難以得到的罕見的突變,創(chuàng)造一些特異的種質(zhì)材料,這些材料對于大幅度地提高農(nóng)作物的產(chǎn)量、抗性和改良農(nóng)作物的品質(zhì)將發(fā)揮重要作用[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]。1987年以來我國利用高空氣球和返地衛(wèi)星搭載了60多種植物、500余個品種的種子,且已在水稻、小麥、大豆、蔬菜等眾多植物上誘發(fā)出大量的突變體,經(jīng)地面選育獲得了一批有應(yīng)用價值的新品種、新品系和新種質(zhì),有些品種已在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用,產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益[2,3,4,5,9,10,11,12]。作者曾經(jīng)以太湖稻區(qū)粳(糯)稻品種為材料,研究空間誘變處理后的生物學(xué)效應(yīng),并從高空氣球搭載處理后代中選育出糯稻“航育1號”,成為我國第一個經(jīng)過省級審定的空間誘變培育的水稻新品種。本研究以我國長江流域栽培面積較大的早秈品種浙9248為材料,經(jīng)返回式衛(wèi)星搭載空間誘變處理,經(jīng)多代種植、觀察其后代性狀變異,結(jié)合人工接種抗性篩選,從中選擇抗稻瘟病和白葉枯病突變體,定向培育成高產(chǎn)、多抗的早秈新品系浙101,為改良水稻品種的抗性提供了新的途徑。1材料和方法1.1種子材料選用遺傳性穩(wěn)定的早熟早秈品種浙9248純系的單株種子為材料。浙9248的親本組合為紫珍32/浙852,其主要特征為早熟、優(yōu)質(zhì)、秧齡彈性小、穗型小、中抗稻瘟病、感白葉枯病。1.2有機管的空間誘變把來源于同一單株的純系干種子(含水量控制在13%)分為兩份,一份裝入長100mm、直徑為35mm的圓柱形密封有機管中,搭載1996年10月20日發(fā)射的返地衛(wèi)星,進行空間誘變處理。另一份種子留地面作對照(CK)。搭載材料在空間飛行15d,衛(wèi)星軌道傾角63°,遠地點354km,近地點175km,微重力5×10-5g,高能粒子密度136個/cm2,飛行期間艙內(nèi)溫度為25℃左右。1.3、、生長特性及抗性的篩選SP1代處理和留地對照于1996年冬在海南做發(fā)芽試驗后播于水槽,3次重復(fù),播后12d測量苗高,統(tǒng)計存苗數(shù),成活秧苗全部單本移栽大田。成熟時觀察主要農(nóng)藝性狀的分離情況,各處理每株取主穗考察結(jié)實率,每株取少量主穗種子混合用作第2代誘變效應(yīng)分析。1997年春將混收的SP2代種子和對照播于桐廬東輝病區(qū)大田,處理材料單本移栽1507株,對照為400株,四周及每隔4行種植稻瘟病誘發(fā)品種原豐早,進行稻瘟病自然誘發(fā)篩選,按IBPGR和IRRI制定的方法,對SP2主要突變性狀及稻瘟病抗性進行考種并統(tǒng)計分析,將株高、抽穗期和單株有效穗數(shù)在對照平均數(shù)±3標(biāo)準(zhǔn)差范圍以外的植株定為突變株,稻瘟病抗性的篩選標(biāo)準(zhǔn)為,葉瘟≤2級和穗瘟≤3級,根據(jù)育種目標(biāo)從SP2群體中進行單株選擇。對SP3進行與SP2相同標(biāo)準(zhǔn)稻瘟病抗性篩選的同時,采用浙江省白葉枯病優(yōu)勢致病型Ⅳ型菌中致病性較強的菌株,于分蘗末期剪葉接種,篩選抗白葉枯病單株,篩選標(biāo)準(zhǔn)為≤2級。其后代按系譜法選育、人工接種與病區(qū)自然誘發(fā)鑒定稻瘟病和白葉枯病抗性相結(jié)合的育種技術(shù),直至2000年夏選出穩(wěn)定一致的7個突變體株系。選出的突變體株系進行豐產(chǎn)性、抗性、適應(yīng)性鑒定,2001年從浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鑒定圃中選出綜合性狀優(yōu)良的新品系浙101,2002年參加浙江省早稻聯(lián)合品比鑒定試驗,2003年升入浙江省區(qū)試。1.4抗抗劑1.4.1致病性小種菌株供試的稻瘟病菌菌株有20個,其中歷年保存的浙江省主要致病小種菌株8個,2002年新分離的菌株12個,以ZB群體為主,少量ZA、ZC群等小種。供試的白葉枯病菌株為浙江省優(yōu)勢致病型Ⅳ型菌中致病性較強的菌株。1.4.2分菌株和混合菌株的接種葉瘟人工接種采用在稻苗3葉1心期用供試菌株的孢子懸浮液在隔離接種箱內(nèi)分別進行分菌株和混合菌株噴霧接種的方法,接種后7~8d按IRTP(1988)標(biāo)準(zhǔn)考查病情。1.4.3接種及接種穗瘟人工接種采用混合菌株離體接種的方法,于抽穗后2~5d進行接種,接種后10~12d考查病情。同時,在病區(qū)設(shè)置自然誘發(fā)和分地區(qū)菌株人工誘發(fā)鑒定圃進行穗瘟鑒定。1.4.4菌株鑒定及病情測定采用浙江省白葉枯病優(yōu)勢致病型Ⅳ型菌中致病性較強的菌株,培養(yǎng)72h后于分蘗末期剪葉接種,20d后按IRTP(1988)標(biāo)準(zhǔn)考查病情。2結(jié)果與分析2.1種子萌發(fā)、生長經(jīng)衛(wèi)星搭載處理的當(dāng)代(SP1)植株結(jié)實率為75%~90%,平均值比對照有所下降,但結(jié)實正常,沒有出現(xiàn)低結(jié)實率株和不育株。處理后的種子發(fā)芽率、存苗率與對照相比,有所降低,而苗高略有增高,表明空間誘變對同一品種的不同性狀有抑制和刺激兩種不同的效應(yīng)。搭載品種的SP1植株在株高和抽穗期性狀上稍有不整齊,但無明顯的突變現(xiàn)象。留地對照生長整齊,抽穗一致,無分離現(xiàn)象。2.2特早熟突變株與早熟突變株生長性狀比較SP2代的田間觀察和室內(nèi)考種結(jié)果見表1。留地對照單株間生長整齊一致,各性狀均未出現(xiàn)分離現(xiàn)象,而衛(wèi)星搭載的SP2單株,在許多性狀上出現(xiàn)了較大的分離,全生育期變幅為104~120d,產(chǎn)生早熟和遲熟雙向突變,出現(xiàn)了比對照縮短5d左右的特早熟突變株,遲熟突變頻率(2.27%)明顯高于早熟突變頻率(0.93%),這對選育中熟豐產(chǎn)品種是有利的。雖然SP2平均株高顯著高于對照,變異呈偏態(tài)分布,變異系數(shù)為9.36%,是對照的2.8倍,但SP2株高出現(xiàn)從半矮稈到高稈的豐富類型,其中90cm以下的半矮稈株約占2.3%,表明衛(wèi)星搭載可獲得半矮稈和中稈突變體。單株有效穗、穗型(穗長)、每穗粒數(shù)、千粒重等主要農(nóng)藝性狀的分布變異大,變異系數(shù)大,均呈多向性分離,除單株有效穗外,各變異性狀的平均值與CK比較,經(jīng)t測驗,差異達顯著或極顯著水準(zhǔn),且都是向著比誘變親本增長的方向發(fā)展,其中出現(xiàn)了穗長27.8cm、每穗總粒數(shù)達172粒的大穗突變體,說明空間誘變可能獲得穗大粒多的豐產(chǎn)品種。2.3抗麻黃突變體的篩選SP2病區(qū)稻瘟病自然誘發(fā)結(jié)果,葉瘟0.0~5.6級,穗瘟0.0~6.1級,親本浙9248分別為3.2和3.7級,從中篩選到符合抗性要求的抗稻瘟病突變體16份。SP3通過剪葉接種,篩選出抗白葉枯病單株13份,且這13份材料對稻瘟病的抗性與SP2代的鑒定結(jié)果相一致,表明其抗性是誘變后突變所致,是可以遺傳的。SP4篩選出符合稻瘟病和白葉枯病抗性要求的突變單株11份。2.4生長和抗性鑒定試驗結(jié)果2000年從SP5中篩選出綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良且符合抗性要求的突變單株7份。2001年經(jīng)浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院多點鑒定評比,其中編號為浙101的品系平均產(chǎn)量為6168.8kg/hm2,分別比原親本浙9248和對照品種舟903增產(chǎn)11.6%和13.2%;2002年參加浙江省早稻聯(lián)合評比7個試點的鑒定試驗,浙101平均產(chǎn)量為5980.6kg/hm2,分別比浙9248和對照舟903增產(chǎn)5.4%和7.1%。兩年試驗各性狀考查的平均結(jié)果見表2,突變體浙101的熟期、株型、穗長、每穗粒數(shù)、千粒重、抗倒性、豐產(chǎn)性和適應(yīng)性均比原品種有明顯改良。浙101的全生育期為113d,與對照舟903相仿,比原品種浙9248長3d,屬中熟早秈,在長江流域早秈稻種植地區(qū)比親本早熟品種浙9248具有更好的適應(yīng)性。突變品系的穗長、每穗粒數(shù)、千粒重等明顯高出原品種和對照,其中穗長為原品種的110.6%、對照的109.9%,每穗粒數(shù)為原品種的128.0%、對照的142.5%,千粒重為原品種的106.7%、對照的115.0%。另外,突變體浙101對溫度的敏感性反應(yīng)比原品種遲鈍,苗期耐寒性、秧齡彈性及后期耐高溫的能力明顯好于原品種。2.5主要抗病菌株的檢測結(jié)果2001~2002年浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所多點聯(lián)合抗性鑒定表明,浙101兩年葉瘟平均級分別為1.4和1.7級,最高級為5.0級;穗瘟平均級分別為1.6和1.3級,最高級為3.0級,抗性比原品種有顯著提高(表3)。分菌株接種鑒定結(jié)果表明,浙101分別抗20個菌株中的14個和12個,抗譜頻率達70%和60%,而原品種浙9248的抗譜頻率均為40%,目前長江流域早秈稻的栽培品種之一舟903的抗譜頻率在30%以下(表3),說明目前的栽培品種對主要稻瘟病菌群的抗性較差,如遇發(fā)病條件,可能導(dǎo)致稻瘟病的流行。而浙101抗性強,抗譜較廣,很有應(yīng)用價值。2002年采用浙江省白葉枯病優(yōu)勢致病型Ⅳ型菌中致病性較強的菌株,進行剪葉接種鑒定,浙101對白葉枯病抗性平均級為1.4級,最高級為5.0級,對白葉枯病的抗性極顯著地優(yōu)于原品種和對照舟903。浙101稻瘟病抗性的改良、抗譜的拓寬及對白葉枯病抗性的明顯提高,是原品種都不具備的,完全RF,Resistantfrequency.是新的抗性,這可能是空間輻射產(chǎn)生了新的抗病基因之故,說明空間輻射誘變產(chǎn)生新的抗病基因是完全可能的,為改良水稻品種的抗性提供了新的途徑。3空間誘變對水稻品種抗性的影響與以往眾多地面輻射誘變及空間誘變研究結(jié)果相比,本研究具有以下特征:(1)SP1代生理損傷輕,發(fā)芽率和植株的結(jié)實正常;SP2代絕大多數(shù)植株的結(jié)實率也都正常,這與地面理化誘變M1代出現(xiàn)較多低結(jié)實率株的情況不大相同。(2)本研究搭載品種的SP1植株在株高和抽穗期性狀上無明顯的突變現(xiàn)象,SP2植株的株高變異呈偏態(tài)分布,多數(shù)向增高的方向突變。李金國等采用遲熟早秈“86-70”進行空間誘變時,發(fā)現(xiàn)SP1代抽穗期有明顯不一致現(xiàn)象,作者過去用粳稻為誘變材料時,得到的結(jié)果是誘變后代的株高比原品種顯著降低?？赡芸臻g誘變導(dǎo)致不同基因型和亞種之間性狀的突變方向和頻率存在較大差異。(3)空間輻射誘變會產(chǎn)生新的抗病基因,能明顯提高水稻品種對稻瘟病和白葉枯病的抗性,是改良水稻品種抗性的一條新途徑。(4)浙101是在病區(qū)結(jié)合人工接種的方法進行抗性篩選的,整個生育過程都處于稻瘟病和白葉枯病病菌的侵染條件下,苗瘟、葉瘟、穗瘟都有發(fā)病機會,因此抗病性比較穩(wěn)定?？臻g誘變除對株高、分蘗和生育期產(chǎn)生影響外,還對穗型、粒型等農(nóng)藝性狀以及稻米品質(zhì)、抗性、感光