两系杂交水稻杂种优势研究：I.主要经济性状表现

本研究观察了１８个两系杂交水稻组合在华南地区种植时杂种优势表现。结果表明：三种类型两系杂交组合主要农艺性状优势强弱呈现出籼粳交〉籼爪交〉籼籼交〉三系杂交组合（对照）;同一杂交组合早晚季种植表现差异较大;亚种间杂种优势利用的主要问题是结实率和谷草比比较低。     

两系杂交水稻杂种优势研究 Ⅱ.生理和生物学基础分析

本实验研究了籼粳交、籼爪交、籼籼交三种类型的两系杂交稻组合W6154s／02428、W6154s／轮回422、W6154s／Lemoney的某些生理和生物学特性。结果表明,三种类型的两系杂交水稻组合在分蘖能力、萌发种子的淀粉酶活性、秧苗期根的吸收能力均表现出亚种间的籼粳交组合＞亚亚种的籼爪交间组合＞品种间的籼籼交组合＞三系组合（对照）。种子萌发时两系组合的根的吸收能力表现出负向的平均优势和竞争优势,亚种间组合W6154s／02428的净光合速率在生育各期均较高,亚亚种间组合W6154s／轮回422在灌浆中期谷粒中过氧化物酶的活性较低。     

两系杂交水稻杂种优势研究：II.生理和生物学基础分析

本实验研究了籼粳交、籼爪交、籼籼交三种类型的两系杂交稻组合Ｗ６１５４ｓ／０２４２８、Ｗ６１５４ｓ／轮回４２２、Ｗ６１５４ｓ／Ｌｅｍｏｎｅｙ的某些生理和生物学特性。结果表明,三种类型的两系杂交水稻组合在分蘖能力、萌发种子的淀粉酶活性、秧苗期根的吸收能力均表现出亚种间的籼粳交组合〉亚亚种的籼爪交间组合〉品种间的籼籼交组合〉三系组合（对照）。种子萌发时两系组合的根的吸收能力表现出负向的平均优势和竞争优势     

培矮64S/爪哇稻F1农艺性状表现和对照优势分析

本文报道了利用原始爪哇稻资源与光温敏雄性不育系培矮64S配制的27个籼爪交组合在长沙的农艺性状和杂种优势表现.从总体上来看,籼爪交组合与对照相比在每穗实粒数和理论产量上无显著差异,在其它性状上均有极显著的差异;籼爪交组合在秆高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数和千粒重方面有正向对照优势,在播始历期、有效分蘖数、结实率、理论产量和实际产量上存在负向对照优势.从个体上来看,籼爪交组合理论产量对照优势＞40%的比例为11.1%.实际产量对照优势＞40%的机率为3.7%,说明爪哇稻资源在籼爪交杂种优势利用中具有利用价值.本文还对爪哇稻资源在籼爪杂种优势利用中的一些问题进行了讨论.     

孤雌生殖法选系培育杂交油菜的研究

利用杂种优势是农业增产的主要途径之 一。在油菜方面从四十年代以来,国内外就有 人从事油菜杂种优势的研究,到现在已研制出 雄性不育系杂交油菜、自交不亲和杂交油菜、自 交系杂交油菜等。这些方法均已初步用于生 产,并有一定的增产效果。根据现有资料［[1l,自 交系杂交油菜具有明显的杂种优势,并具有亲 本来源广泛,较易筛选出强优势杂交组合的优 点。但是,自交系杂交油菜在实际应用上还有 一些问题,如培育纯合的油菜自交系约需6-7 代的较长时间,人工去雄制种需要大量的劳动 力和费用。为了解决上述问题,四川大学、成都 市农科所和有关参试单位进行了孤雌生殖法选 系培育杂交油菜的研究。     

转bar基因水稻在杂种优势育种中的利用

以3个美国转bar基因水稻抗除草剂品种Bengal Hu-10、Cypress PB-6和Gulfmont为父本,分别与三系、两系不育系及人工去雄恢复系杂交。考种结果发现：这3个抗性亲本所配组合杂种优势不明显。通过杂交将抗除草剂亲本中的bar基因转移到常规恢复系,已经培育出3个抗除草剂恢复系明恢63－B、测64－B和特青－B;且已选配出5个抗性杂交组合,它们能保持原组合的产量水平。还讨论了水稻杂种优势利用面临的问题和转bar基因水稻抗性亲本在杂种优势上的应用前景。     

两系杂交稻对磷素营养吸需特性研究

二系法杂交稻是在三系杂交稻的基础上发展而成的,目前一 批比现有三系杂交稻增产 １５％ 以上的两系杂交组合已开始进入大面积推广应用阶段,其基础研究也取得了很大的进展。本文应用放射性３２ Ｐ示踪法标记不同的杂交组合,以了解两系杂交稻对磷素营养的吸收运转特性,以便充分发挥两系杂交稻的高产优势,为科学合理施肥提供依据。结果表明①不同的杂交组合对磷素营养的吸收量以两系杂交组合＞ 三系杂交组合＞ 常规组合,早稻分别比三系组合和常规组合高 ９７％ 和 ２０１８％ ,晚稻分别高 １８５３％ 和 ３８６５％ ,在苗期浸根亦表现出同一趋势。②水稻所吸收的磷素 ８０％ 由土壤供从给,只有 ２０％ 由肥料供给 。二系杂交组合吸收土壤的磷高于三系组合和常规组合,而吸收肥料磷的比率要低于常规组合和三系组合,但吸收磷的总量以二系杂交组合为最高。③水稻吸收的磷大部分积累在植株生长较旺盛的部位,在分蘖期和孕穗期磷在水稻茎秆中含量较多,到成熟期则大部分磷都运转到谷粒中累积,约占吸收总量的 ５０—７０％ 。④磷在植株单位干物中的含量,在分蘖期以二系杂交组合高于三系组合和常规品种,早稻分别高 ３１１３—３７６２％ ,晚稻高１７５８—２８９２％ ,到孕穗期     

空间诱变创造克服灿粳杂种半不育性新种质和新恢源研究

利用高空气球搭载 ,使 2个对胞质雄性不育育性保持的粳稻品种“中作 59”和“海香”干种子处于海拔高度 3 0～ 3 5Km的高宽 8h后回收种植 ,从 SP2 代群体中 ,获得二类突变体 :一类为粳型亲籼并对胞质雄性不育具恢复能力的突变体 ,其突变频率依次为 8× 1 0 -3 和 6× 1 0 -3 。这类突变体的后代稳定株系与典型籼稻品种杂交 F1的结实率在 70 %以上 ,但与典型粳稻品种杂交 F1的结实率只有 3 0 %左右 ,与籼、粳不育系交配 F1的结实率也是如此。另一类为亲籼、粳并对胞质雄性不育具恢复能力的突变体 ,其突变频率依次为 3× 1 0 -3 和2× 1 0 -3 。这类突变体的后代稳定株系与典型籼、粳品种杂交 F1结实率均在 70 %以上 ,与籼、粳不育系测定 F1的结实率也是如此。从这二类突变体后代选出的生育期不同、综合农艺性状和米质均好的粳型亲籼恢复系和亲籼、粳恢复系 ,经 3年 6季与多个籼型不育系测交 F1,不仅表现出明显的籼粳杂种优势 ,而且结实率达 80～ 90 % ,籽粒充实度良好 ,千粒重在 2 3～ 3 2 g之间。本项研究结果表明 ,利用空间诱变创造新恢源和改变粳稻亲和性 ,克服籼粳杂种 F1的不孕性和籽粒充实度差的难题 ,是一条可行的新途径。     

水稻新种质明恢86及其系列组合的选育研究

通过选用籼粳交中间材料与籼型强恢材料杂交导入广亲和基因的育种方法,将粳稻基因渗入籼稻恢复系,育成的三系及二系新种质明恢86,具有广亲和性、恢复力强、恢复谱广、米质优、配合力好、抗稻瘟病、制种产量高等特点.明恢86与野败型、矮败型、K型败、印尼水田谷型、冈型败、D型败、两用不育系、新质源不育系(岳4A)等多个不育系配组,均表现出强优的杂种优势和优良的综合性状,其中汕优明86、福两优2186、Ⅱ优明86已先后通过福建省或三明市农作物品种审定委员会审定.目前,正在福建和全国南方稻区大面积推广应用.     

水稻亚种间杂交粒重及加工品质性状的遗传效应分析

用4个广亲和粳型品种和5个籼型品种为材料,按NCⅡ设计配制杂交组合,获得同一环境下的亲本及F_1植株上的籽粒群体(F_2),对其稻谷千粒重、糙米千粒重、出糙率、总精米率以及整精米率等粒重和加工品质性状进行测定,并按胚乳性状遗传模型和混合线性模型的分析方法对籼粳亚种间杂交稻粒重及加工品质性状的遗传效应进行了研究,结果表明:籼粳交籽粒的粒重及各加工品质性状同时受到胚乳直接基因效应、母体基因效应以及微弱的细胞质效应的影响,但其主要受制于母体加性效应,并且存在一定的胚乳杂种优势和母体杂种优势;不同亲本品种对于粒重及加工品质性状的遗传改良具有不同的作用.     

Understanding the genetic and molecular constitutions of heterosis for developing hybrid rice

The wide adoption of hybrid rice has greatly increased rice yield in the last several decades. The utilization of heterosis facilitated by male sterility has been a common strategy for hybrid rice development. Here, we summarize our efforts in the genetic and molecular understanding of heterosis and male sterility together with the related progress from other research groups. Analyses of F₁ diallel crosses show that strong heterosis widely exists in hybrids of diverse germplasms, and inter-subspecific hybrids often display higher heterosis. Using the elite hybrid Shanyou 63 as a model, an immortalized F₂ population design is conducted for systematic characterization of the biological mechanism of heterosis, with identification of loci controlling heterosis of yield and yield component traits. Dominance, overdominance, and epistasis all play important roles in the genetic basis of heterosis; quantitative assessment of these components well addressed the three classical genetic hypotheses for heterosis. Environment-sensitive genic male sterility (EGMS) enables the development of two-line hybrids, and long noncoding RNAs often function as regulators of EGMS. Inter-subspecific hybrids show greatly reduced fertility; the identification and molecular characterization of hybrid sterility genes offer strategies for overcoming inter-subspecific hybrid sterility. These developments have significant implications for future hybrid rice improvement using genomic breeding.     

高产早籼稻产量构成因素初析

1998年早季在广州研究了3个两系法杂交水稻组合和2个常规稻品种的产量构成因素,初步认为:两系法杂交稻新组合培矮64s/E32的产量最高,它单穗湿重和穗长亦最大,分别达5.42g和24.7cm;而常规稻品种粤香占亩有效穗数最高和谷/秆比值最大,分别达23.3万穗/亩和1.53。如果把这些性状有机地组合起来后再加上粤杂122的优质特性,这种结构模式将为华南地区水稻超高产或超级稻育种,展示了一种美好的前景。     

中国水稻遗传育种历程与展望

我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为“少投入,多产出,保护环境”。水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代。基因组选择技术和转基因技术将为培育“少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产” 绿色超级稻保驾护航。本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位。特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进。未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法。     

Strategy and utilization of a herbicide resistance gene in two-line hybrid rice

Hybrid rice plays an important role in China's aim to improve rice production as it accounts for some 50% of rice planting area but produces about 60% of the total rice grain. However, the existing three-line system used in hybrid rice production has its limitations. The two-line system, which makes use of photoperiod-sensitive genic male-sterile (PGMS) and thermo-sensitive genic male-sterile (TGMS) lines to generate the male-sterile parental line, was developed to overcome some of these limitations. The sterility of the male-sterile line of two-line hybrid rice, however, fluctuates when the temperature-sensitive phase of fertility encounters abnormal low temperatures during hybrid seed production, which induces selfing and decreases the purity of hybrid. We describe here the strategy of utilizing a herbicide resistance gene in two-line hybrid rice to eliminate this fluctuation in the sterility of the P/TGMS lines during hybrid seed production and reports the development of the herbicide resistance restorer line Bar68-1 and its herbicide-resistant early season hybrid rice Xiang125s/Bar68-1. When the restorer line and its derived hybrid are herbicide resistant, the selfed seeds can be removed easily from the hybrid by herbicide spraying. A herbicide resistance gene bar was transferred into a restorer line by particle bombardment. The resulting transgenic restorer line Bar68-1 and its hybrid Xiang125 s/Bar68-1 inherited stable herbicide resistance. The purity of Xiang125s/Bar68-1 was increased by spraying the seed bed with herbicide, which resulted in a significant increase in yield, grain quality, and disease resistance in comparison to the controls in a regional trial.     

组学技术揭示水稻杂种优势遗传机制

杂种优势是杂交后代在生长或生殖性状上表现出优于亲本的现象。虽然杂种优势在农业生产上已广为应用,但其分子机理仍不清楚。最近,中国科学家通过分析17个代表性杂交稻(Oryza sativa)品种,共10 074个F2个体的全基因组序列和表型,对水稻产量杂种优势相关位点进行了系统定位和解析。此外,中国另一个科研小组通过整合杂交稻亲本和杂交种的表型组、转录组及基因组等多层次数据,深入研究了超级杂交稻两优培九产量的杂种优势基础。这些研究不仅为杂种优势理论的建立提供了新数据,也为水稻育种实践提供了有益的指导。     

Disruption of a rice pentatricopeptide repeat protein causes a seedling-specific albino phenotype and its utilization to enhance seed purity in hybrid rice production

The pentatricopeptide repeat (PPR) gene family represents one of the largest gene families in higher plants. Accumulating data suggest that PPR proteins play a central and broad role in modulating the expression of organellar genes in plants. Here we report a rice (Oryza sativa) mutant named young seedling albino (ysa) derived from the rice thermo/photoperiod-sensitive genic male-sterile line Pei'ai64S, which is a leading male-sterile line for commercial two-line hybrid rice production. The ysa mutant develops albino leaves before the three-leaf stage, but the mutant gradually turns green and recovers to normal green at the six-leaf stage. Further investigation showed that the change in leaf color in ysa mutant is associated with changes in chlorophyll content and chloroplast development. Map-based cloning revealed that YSA encodes a PPR protein with 16 tandem PPR motifs. YSA is highly expressed in young leaves and stems, and its expression level is regulated by light. We showed that the ysa mutation has no apparent negative effects on several important agronomic traits, such as fertility, stigma extrusion rate, selfed seed-setting rate, hybrid seed-setting rate, and yield heterosis under normal growth conditions. We further demonstrated that ysa can be used as an early marker for efficient identification and elimination of false hybrids in commercial hybrid rice production, resulting in yield increases by up to approximately 537 kg ha(-1).     

基于叶绿素荧光参数的籼型杂交稻杂种优势分析

以籼型杂交稻6个不育系和5个恢复系按不完全双列杂交交配设计的30个杂交稻组合及其亲本品种/系为材料, 对其剑叶的叶绿素荧光参数进行了测定和分析。结果表明： （1）杂交稻亲本和组合间的叶绿素荧光参数均存在极显著的差异, 其中, NPQ和ΦNPQ的变异系数为最大; Fv/Fm的变异系数为最小。（2）不同杂交稻组合ΦNPQ、NPQ和qL的平均值和变异系数均大于其亲本的平均值和变异系数, 表明杂交稻组合光能利用率的杂种优势极其明显, 这将有利于高光能利用率杂交稻组合的配组。（3）杂交稻的Fm、Fv/Fm、ΦNPQ、NPQ和qL具有中亲优势; 其ΦNO具有负向超亲优势; 其ΦPSII、ΦNPQ、NPQ和qL具有正向竞争优势。（4）杂交稻组合的ΦPSII、ΦNPQ和NPQ与其母本值呈显著或极显著水平的正相关关系; 杂交稻组合的ΦPSII、ΦNPQ与其中亲值呈显著或极显著水平的正相关关系。     

两系法杂交水稻抽穗结实期持水量和叶绿素含量的动态变化及其与籽粒产量关系研究

对25个两系法杂交水稻抽穗结实期持水量和叶绿素含量的动态变化及其与籽粒产量关系的研究表明,杂种水分持有量变化存在因组合不同而异的特点,总体上叶片和茎鞘水分持有量抽穗结实期间表现为下降趋势,穗部水分持有量表现为先升后降的特点,以抽穗后第7d,即籽粒灌浆高峰期最大;叶、茎鞘部水分持有量所占比例呈下降趋势,穗部所占比例则一直呈上升趋势,茎鞘部始终是水分的主要贮存场所;单茎植株水分总持有量抽穗后第1天多数组合表现为正向父本优势,尔后多转为负向父本优势;籽粒产量与抽穗后各期片水分持有量呈正相关,与抽穗后第1d茎鞘水分持有量呈正相关,自第7d始转为弱负相关,与抽穗后穗部水分持有量呈正相关,与抽穗后单茎植株水分总持有量呈正相关,籽粒产量与水分持有量在各器官中分配的相关和籽粒产量与各器官水分持有量的相关趋势总体一致;两系杂交稻叶绿素含量表现为先升后降的特点,以抽穗后第7天最高,与常规稻父本相比,两系杂交稻叶绿素含量各期大多数组合低于常规稻父本,且下降速度快于常规稻父本.对于两系法杂交水稻,育种上应优先考虑选择灌浆前、中期植株水分持量优势较强、叶绿素含量较高、后期茎叶物质转运优势明显的组合;栽培上应注意保证灌浆前、中期水分及营养元素,特别是氮素的供应,还要注意后期的及时控氮脱水防贪青,促进茎叶贮存物质向籽粒运转.     

杂交水稻幼芽呼吸和抗氰呼吸强度的研究

本文研究了13个水稻杂交组合幼芽总呼吸强度和抗氰呼吸强度,发现杂交水稻幼芽总呼吸和抗氰呼吸强度多表现为负优势。杂种幼芽总呼吸强度及抗氰呼吸强度与其亲本均值均呈极显著正相关,回归关系亦极显著。杂种幼芽抗氰呼吸和其中亲值的差值与其父母本之差值呈显著正相关,而杂种幼芽呼吸强度其中亲值的差值与其父母本之差值呈不显著负相关。认为杂种幼芽的抗氰呼吸强度和总呼吸强度均可由其双亲均值预测,抗氰呼吸强度作为杂种优势预测生理指标的潜力更大一些。