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：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 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。     

籼粳复交中偏籼偏粳的细胞遗传学分析

本实验对籼粳复交中偏籼偏粳不同组合类型进行了遗传分析。结果表明,偏粳型染色体行为异常频率远高于偏籼型,经χ~2测验,两者的染色体异常行为在程度上呈极显著的差异。另外,与染色体行为有关联的结实率和性状优势,两者的表现也迥异:结实率与中亲值比,偏粳型达负向极显著,偏籼型为正向极显著;偏粳型比偏籼型具有低的结实性优势,但库容和生物学优势前者显著高于后者。文中对这两种组合类型在育种上的进展及籼粳交的遗传学问题作了讨论。     

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.     

水稻亚种间杂种F1光合特性研究

用绵恢725、蜀恢527和蜀恢881三个籼型恢复系、1个美国稻Lemont和1个爪哇稻香大粒作母本,与1个日本特早熟粳稻Kitaake杂交,研究了5个杂种F1及其亲本的光合生理表现.结果表明,在高光通量密度(Photosynthetic flux density,PFD)条件下,5个杂种F1净光合速率(Pn)明显高于双亲或双亲之一,推测亲本与杂种F1之间不同的Pn同叶片中Rubsico活性有关.杂种F1的比较中,在表观量子效率(ψ)、羧化效率(CE)、CO2补偿点(T)等方面,籼粳亚种间杂种F1(绵恢725/Kitaake、蜀恢527/Kitaake、蜀恢881/Kitaake)对2个亚种内杂种F1香大粒/Kitaake(粳爪交)、Lemont/Kitaake(不同生态型的粳粳交,美国稻属于特殊粳稻)具有明显的优势,而蜀恢881含有粳型血缘,蜀恢881/Kitaake也比典型籼粳亚种间杂种F1绵恢725/Kitaake、蜀恢527/Kitaake优势稍逊一筹.5个杂种F1因为具有不同的遗传差异而表现出不同的光合优势,在这方面,典型籼粳亚种间杂交蜀恢527/Kitaake、绵恢725/Kitaake要优于其他杂交种,说明亲本间遗传差异越大,其杂种F1的光合优势越强.     

几个水稻株系的亲和性测定及微卫星标记分析

利用典型的籼稻南京11号、典型的粳稻秋光对16个水稻株系的亲和性进行了测定,测交结果表明,NLl73、NL15、NL61、NL67、NL82和NL279表现亲籼性,NL208表现亲粳性,NL78表现一定广亲和性,其余株系与籼、粳测验种杂交育性都不高。根据测交结果选择不同育性的株系用分布于12条染色体上的前人证明籼粳稻间有多态性的56个微卫星标记进行分析,在微卫星标记聚类分析基础上计算梗型性判别值Dj,并据此把NL173、NLl5、NL78、NL58判别为偏籼型,而NL208为偏粳型。综合亲和性测交结果和分子标记分析结果发现,在亲和性测交中表现亲籼的2个株系NL173、NL15分子标记判别为偏籼类型,杂交亲和性表现亲粳的株系NL208分子标记判断为偏粳类型,表现广亲和特性的株系NL78被分子标记判别为偏籼类型,与测验种杂交育性均不高的NL58分子标记判别为偏籼型。     

水稻亚种间杂种F1 光合特性研究

用绵恢725、蜀恢527和蜀恢881三个籼型恢复系、1个美国稻Lemont和1个爪哇稻香大粒作母本, 与1个日本特早熟粳稻Kitaake杂交, 研究了5个杂种F1及其亲本的光合生理表现。结果表明, 在高光通量密度(Photosynthetic flux density, PFD)条件下, 5个杂种F1净光合速率(Pn)明显高于双亲或双亲之一, 推测亲本与杂种F1之间不同的Pn同叶片中Rubsico活性有关。杂种F1的比较中, 在表观量子效率(j)、羧化效率(CE)、CO2补偿点(G)等方面, 籼粳亚种间杂种F1(绵恢725/Kitaake、蜀恢527/Kitaake、蜀恢881/Kitaake)对2个亚种内杂种F1香大粒/Kitaake(粳爪交)、Lemont/Kitaake(不同生态型的粳粳交, 美国稻属于特殊粳稻)具有明显的优势, 而蜀恢881含有粳型血缘, 蜀恢881/Kitaake也比典型籼粳亚种间杂种F1 绵恢725/Kitaake、蜀恢527/Kitaake优势稍逊一筹。5个杂种F1因为具有不同的遗传差异而表现出不同的光合优势, 在这方面, 典型籼粳亚种间杂交蜀恢527/Kitaake、绵恢725/Kitaake要优于其他杂交种, 说明亲本间遗传差异越大, 其杂种F1的光合优势越强。     

籼粳稻杂交后代的剑叶气孔性状与亚种特性的关系

水稻品种‘秋光’和‘七山占’的杂交后代F9群体,用TM1000台式扫描电镜观察水稻剑叶气孔各种性状的结果表明：籼粳杂交后代剑叶的气孔性状间变化规律不同,背部气孔密度大于腹部,背部气孔长度小于腹部,而气孔宽度则是背部大于腹部。杂交后代按照程氏指数分为籼稻、偏籼稻、偏粳稻、粳稻4种类型,它们的叶片背部气孔密度大小依次为粳型〉偏籼型〉偏粳型〉籼型;腹部和背部气孔密度的变化规律相一致。背部气孔长度依次为偏粳型〉偏籼型〉籼型〉粳型;腹部气孔长度变化为籼型〉偏粳型〉偏籼型〉粳型;背部气孔宽度变化为粳型〉偏粳型〉偏籼型〉籼型;腹部气孔宽度变化为偏粳型〉偏籼型〉粳型〉籼型。     

有利基因和有利的基因互作能够提高籼粳杂种育性

利用一套籼粳交ＤＨ系与两份具有广亲和性的水稻光（温）敏核不育系测交,构建两个测交Ｆ１群体,同时用９２个多型性的ＲＦＬＰ标记分析了杂交亲本和另外３０个不同类型的籼、粳品种（对照组）的基因型。利用对照组籼或粳表型与分子标记的关联性,检测出４１个与籼粳分化高度相关的ＲＦＬＰ标记。结果表明,８７．８％的这种标记参与了对杂种优势显著或极显著的影响,表明在水稻的演化过程中,参与适应性进化的基因与控制经济产量的     

空间环境对区分籼粳类型一些性状的诱变作用研究

利用高空气球搭载 ,使粳稻品种中作 59的干种子处于海拔 3 0～ 3 5Km高空 8H后回收种植 ,并对SP1 4代的 60个稳定株系 ,调查了区分籼粳类型有关的 6个性状的变异情况。结果表明 :谷壳苯酚染色反应 ,秧苗 KCl O3 抗性、稃尖茸毛长度、谷粒长宽比、种子萌发天数等均出现连续性变异 ,在变幅的两端 ,可明确区分出具籼特征和粳特征两种类型。而与典型籼稻品种杂交 F1,可育花粉也出现连续性变异 ,变幅在 0 .72 %～96.2 2 %之间。在 60个株系中有 8个株系 ,在所调查的 6项指标上 ,均出现籼型特征 ,有一些株系为籼 -粳中间类型突变。因此认为 ,在空间环境条件下 ,能诱发粳类型突变为籼类型或中间类型突变     

不同生态条件下水稻籼粳交后代亚种分化机制

籼粳交育种已成为国内最重要的育种方法之一,明确籼粳亚种分化机制是指导籼粳交育种的关键.本文用InDel(插入/缺失)和ILP(内含子长度多态性)标记,对在辽宁省和广东省种植并用单粒传法、混合法及系谱法构建的籼粳交(七山占/秋光)F₆代群体进行分析.结果表明: 混合法与单粒传法群体无偏分离,粳型判别值(Dj)集中在40%～60%之间;两地系谱法群体总体偏籼(30%～55%),且广东群体(38%)比辽宁(42%)偏籼,两地群体分布呈显著差异.混合法与单粒传法群体中Dj与重要农艺性状基因区域血缘呈显著正相关;而在系谱法中部分正相关被打破,且两地群体籼粳血缘呈规律性分布.表明人工选择是影响籼粳分化的主要因素,并与自然选择协同作用引起群体偏分离现象;群体中一些重要农艺性状的变化与籼粳分化间存在紧密的关系,这可能是影响籼粳交育种在综合亚种优势上未达到预期效果的关键.     

水稻雄性不育与花药中类脂褐素的积累

细胞质雄性不育水稻不育系珍汕９７Ａ和其保持系珍汕９７Ｂ,处于不育期的光（温）敏核不育水稻Ｗ６１５４ｓ和培矮６４ｓ的花药中类脂褐素（ＬＦＬＰ）含量随花粉发育或败育而增高．不育花药中ＬＦＬＰ的形成速率比可育花药快,三核期的珍汕９７Ａ和不育期Ｗ６１５４ｓ的花药,其ＬＦＬＰ比相应具育性花药高２４％．用抗氧化剂ＧＳＨ、ＢＨＴ和Ｎ２处理离体的单核期花药,发现ＧＳＨ可降低珍汕９７Ａ和不育期的Ｗ６１５４ｓ的ＬＦＬＰ含量．结果认为,水稻雄性不育与膜脂过氧化作用的荧光产物类脂褐素的积累有关．     

光抑制条件下水稻籼粳亚种及其正反交F_1杂种的PSⅡ光化学效率和CO_2交换特点

测定了水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）不同正反交组合的ＰＳⅡ电子传递活性、Ｄ１蛋白量、叶绿素ａ荧光、净光合速率（ＰＮ）、光呼吸速率（ＰＲ）、ＲｕＢＰＣａｓｅ／Ｏａｓｅ活性,并对ＲｕＢＰＣａｓｅ进行了动力学分析。结果表明：光抑制条件下粳（ｊａｐｏｎｉｃａ）亚种中Ｄ１蛋白净降解少,ＰＳⅡ电子传递活性和光化学效率高,表现耐光抑制,而籼（ｉｎｄｉｃａ）亚种则相反,籼、粳正反交Ｆ１的上述指标介于双亲值之间且偏向其母本。进一步观察它们的ＣＯ２交换特点,所有基因型水稻ＰＲ保持稳定、ＰＮ降低,因而ＰＲ／ＰＮ增加。与耐光抑制的粳亚种相比,对光抑制敏感的籼亚种中ＰＮ降低较多、ＰＲ／ＰＮ增加较多。正反交Ｆ１杂种的ＰＲ／ＰＮ介于双亲值之间且偏向其母本。ＣＯ２交换的关键酶ＲｕＢＰＣａｓｅ／Ｏａｓｅ活性和ＲｕＢＰＣａｓｅ动力学参数没有变化且在基因型间无差异。相关分析表明,Ｄ１蛋白量与Ｆｖ／Ｆｍ、ＰＲ／ＰＮ的相关系数分别为０．９５０１和－０．９７６８。看来,质基因编码的Ｄ１蛋白是籼粳杂种稻光抑制特性及其生理遗传的分子基础。     

水稻同工酶基因多样性及非随机组合现象的研究

通过对６８０份栽培稻、８８份中国纯合普通野生稻的同工酶基因多样性和非随机组合现象的研究发现：（１）籼稻的多样性大于粳稻,对中国而言,普通野生稻大于籼稻,籼稻大于粳稻。（２）东南亚品种的非随机组合值很低,分化较低。基因多样性（Ｈ）、基因型频率（Ｆ）很高,是一个多样性中心。（３）南亚品种多样性和东南亚差不多,非随机组合值偏低,分化较差。但Ａｕｓ稻多样性很小,非随机组合值较高,分化较彻底。（４）除中国云南以外的中国其它品种籼粳分化最彻底,多样性很小。中国云南粳稻多样最小,籼稻多样性近中,非随机组合值和中国的其它品种接近,从同工酶上看,中国云南不像是一个多样性中心。但发现和Ｅｓｔ－２座位相关的非随机组合值很低。（５）籼粳交后代材料非随机组合值低,多样性偏高,推测籼粳交在水稻籼粳分化过程中起着很大的作用,有降低分化程度,增加多样性的作用。（６）中国普通野生稻非随机组合值很小,多数座位间不显著。可见,野生稻的分化是很小的。（７）广亲和品种与Ｅｓｔ－２相关的非随机组合值很低,全部不显著,但其余的组合都较高。与中国云南品种的非随机组合值结果十分类似。     

粳稻与几个广亲和品种杂交F1的花药培养效果

对粳稻品种秋光与几个广亲和品种及对照品种秋光的杂种F1进行花药培养,并对其中的一个组合所产生的白化苗做了PCR分析。结果表明：（1）秋光是一个培养力很高的品种,以秋光作为母本的粳／籼交组合的花药培养可以得到较高的培养力（绿苗率与愈伤组织诱导率的乘积）;（2）在供试的杂交组合中,培养力高低的一般趋势是：粳（籼）广亲和／籼（粳）广亲和＞粳／广亲和＞粳＞粳＞粳＞粳／籼;（3）与普通籼粳交相比,由于广亲和品种的参与提高了杂种F1的绿苗分化率, 白苗率;出愈率、分化率及培养力与出愈速度并无直接关系,选择适合的培养基并及时将愈伤组织转移到分化培养基上进行分化是提高花药培养的分化率和培养力的重要保证;（4）混生（或嵌合体）白化苗的形成是在分化初期愈伤组织发生遗传变异的结果,这种变异一经发生,无法用再分化的方法诱导绿苗的形成。     

籼梗复交中偏籼偏梗的细胞遗传学分析

本实验对籼梗复交中偏籼偏梗不同组合类型进行了遗传分析。结果表明，偏梗型染色体行为异常频率远高于偏籼型，经测验，两者的染色体异常行为在程度上呈极显著的差异。另外，与染色体行为有关联的结实率和性状优势，两者的表现也迥异：结实率与中亲值比，偏梗型达负相极显著，偏籼型为正向极显著；偏梗型比偏籼型具有低的结实型优势，但库容和生物学优势前者显著高于后者。文中对这两种组合类型在育种上的进展及籼梗交的遗传学问题作了讨论。     

籼梗复交中偏籼偏梗的细胞遗传学分析

本实验对籼梗复交中偏籼偏梗不同组合类型进行了遗传分析。结果表明,偏梗型染色体行为异常频率远高于偏籼型,经测验,两者的染色体异常行为在程度上呈极显著的差异。另外,与染色体行为有关联的结实率和性状优势,两者的表现也迥异：结实率与中亲值比,偏梗型达负相极显著,偏籼型为正向极显著;偏梗型比偏籼型具有低的结实型优势,但库容和生物学优势前者显著高于后者。文中对这两种组合类型在育种上的进展及籼梗交的遗传学问题作了讨论。     

水稻体细胞无性系R_1、R_2代中的雄性育性变异观察

通过水稻幼穗培养,１９９１－１９９２两年间,在５个品种（珍汕９７Ｂ、红源Ａ、包源Ａ、Ｗ６１５４ｓ,和南广占）中共获得了５０株雄性不育变异株,其中Ｒ_１代有４８株,Ｒ_２代有２株。在Ｒ１代,共获得５２６８株再生植株,雄性不育变异的平均频率为０．９１％（０．８３－１．０８％）;在Ｒ_２代（珍汕９７Ｂ）发生雄性不育变异的频率为２％。本文报道了多种花粉败育类型之间可以相互转变现象,此外不育和可育之间亦可以相互转变。对离体培养产生的雄性不育变异株用一批现有ＣＭＳ（Ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｅ）不育系的典型保持系、恢复系进行测交,结果表明,Ｗ６１５４ｓ产生的雄性育性变异株仍保持核不育的特性;红源Ａ产生的雄性育性变异株有的可能是嵌合体,有的其败育花粉类型虽发生了变化,但其恢保关系并没有改变,有的则可能已转成类似ＷＡ型的不育材料;南广占产生的典败变异株,其恢保关系类似ＷＡ型,可能属核不育转成ＣＭＳ的首例发现。     

水稻亚种间杂种基因效应和性状间相关性分析

以6份籼型型不育系和6份粳型或偏粳型广亲和系配制成不完全双列杂交,将杂种F1及其亲本在三个播期（5／20,6／10,6／30）试验,应用加性、显性与环境互作摸型,分析籼粳交杂种八个主要农艺性状的遗传方差组成、杂种优势的表现以及性状间的相关性等．结果表明：1）参试性状不仅加性方差和显性方差极显著,并且加性×环境或显性×环境互作方差也显著存在;但控制不同性状的基因效应稳定性尚有明显的差异．2）基因型×环境互作效应的结果,使杂种在多数性状上其群体平均优势和群体超亲优势均随播种推迟而呈下降的趋势;F1性状的平均基因型预测值显示了早播常出现植株偏高、剑叶较披和生育期相对延长,而迟播导致主穗总粒数减少3）性状间的加性和显性相关是决定遗传相关的主要因素;在株高、抽穗天数、剑叶长、主穗长和主穗总粒数等五个性状间,杂种的表型相关和遗传相关与遗传相关的四种分量间方向相同,均为显著正相关,所以要选育大穗高产的杂交组合及其配组材料,都应保证适宜的株高、生育期和剑叶长.