杂交水稻遗传力分析

论文（作业）封面（2011 至2012 学年度第 2 学期）课程名称：_ ___课程编号：____________学生姓名：__ __________学号：________年级：__ ____________任课教师: _ ____________提交日期：年月日成绩：__________________ 教师签字：__________________ 开课---结课：第周---第周评阅日期：年月日杂交水稻主要农艺性状和光合性状配合力遗传力分析摘要选用生产上常用的5 个杂交水稻不育胞质与5 个高配合力恢复系, 采用NCII 模式对产量性状、芒、粒形等主要农艺性状的亲本配合力、方差贡献率及遗传力进行分析。

利用水稻4 个不育系和4 个恢复系配组的4×4 NC II 交配设计, 对其光合性状的配合力及遗传力进行分析。

结果表明: 胞质效应和恢复系效应在所测性状中均达到显著或极显著差异水平, 芒长、粒形、单穗重受环境的影响较小; 产量和收获指数的非加性遗传作用明显, 受环境效应的影响也较大。

(1) 在叶绿素含量、饱和光强、量子效率、CO2 补偿点、光合功能期、叶片寿命等性状中, 亲本的基因加性效应对杂种一代性状形成起主导作用; 在光合速率和气孔导度等性状中, 遗传变异主要来自基因的非加性效应。

(2)光合速率、光合功能期、CO2 补偿点和饱和光强等性状受不育系影响较大, 恢复系对叶绿素含量、叶片寿命和量子效率等性状作用较大, 蒸腾速率和气孔导度等性状受父母本互作效应影响。

(3) 各组合9 个性状小区均数与亲本一般配合力效应之和之间的相关系数达极显著水平。

利用亲本一般配合力效应之和预测杂交稻光合性状表现对有效选配高光效组合有重要意义。

(4) 各性状狭义遗传力的大小依次为: 饱和光强、CO2 补偿点、量子效率、叶绿素含量、叶片寿命、光合功能期、蒸腾速率、光合速率及气孔导度。

关键词杂交水稻; 胞质效应; 配合力; 遗传力;光合性状水稻作为世界上最重要的粮食作物之一, 对于我国粮食安全和保障经济发展均起到了极其重要的作用。

我国是世界上第一个成功进行水稻杂种优势商品化利用的国家。

近年来, 我国杂交水稻的种植面积占水稻总面积的50% 以上。

但是随着研究的深入, 在杂交水稻产量经历两次突破后,由于新品种间所利用的亲缘关系越来越近, 遗传差异缩小, 杂交水稻的产量水平的进一步提高难度很大。

三系杂交水稻主要是利用质核互作雄性不育系与高配合力恢复系间杂种优势选育的水稻品种, 恢复系利用籼粳亚种间远缘杂交利用可以增加遗传距离, 提高其配合力方面已经得到较好的应用; 但在高配合力不育系的研究方面, 由于其亲本间遗传距离较小, 使得高配合力不育系的选育工作更为艰难。

而研究也证明不育系细胞质对杂种F1 代主要性状具有明显的遗传效应, 同时新胞质的选育大多利用远源杂交获得, 又增加了不育系的遗传距离。

因此不同杂交水稻不育系胞质效应, 特别是主要受基因型控制的粒形、千粒重、芒长等性状的胞质效应研究, 有利于进一步了解细胞质对杂交水稻的影响。

高产和超高产是当前作物育种的重要主题。

提高光合效率则是实现高产和超高产的重要途径之一。

育种学家已通过遗传改良手段选育了具有适于光合作用的良好株型, 如最佳叶面积和叶片角度等, 但其生理生化机能并没有改变。

因此, 在现有良好株型和优化产量构成因素等研究成果的基础上, 提高光合效率显得尤为必要。

过去, 人们往往将高光效与高光合速率等同起来, 利用光合速率在作物品种间和品种内的遗传变异选择高光合速率的品种或品系并没有得到满意的结果, 同样, 基于在低CO2 补偿点下寻找高光合速率和低光呼吸的品种或品系的方法也未获得成功。

利用籼型水稻4 个不育系和4 个恢复系配组的4×4 NC II 交配设计, 研究光合速率、光合功能期、叶绿素含量、量子效率、饱和光强、CO2 补偿点、蒸腾速率、气孔导度及叶片寿命等9 个光合参数的遗传力与配合力以及父母本及其互作对杂种一代的影响。

材料与方法用4 个籼稻不育系(P1) 珍汕97A (A 1)、协青早A (A 2)、Ê 232A (A 3)、龙特甫A (A 4) 和4 个籼稻恢复系(P2 ) 明恢63 (R1 )、镇恢129 (R2 )、盐恢559(R3)、镇恢084 (R4) 于1999 年在江苏省镇江市农业科学研究所试验田按NC II 设计方案配制16 个组合。

F1 代和亲本于2000 年种植在江苏省镇江市农业科学研究所试验田。

5 月15 日播种, 6 月15 日移栽。

株行距13. 5 cm ×25 cm , 每小区60 穴, 单本插, 随机区组排列, 3 次重复, 按大田常规栽培技术管理, 各小区土壤肥力和管理措施保持一致。

选用生产上广泛应用的野败型( WA 型) 、( 爪哇型) JW 型、冈型( G 型) 、K 型、印水型等5 种胞质类型的不育系, 以高配合力优质保持系803B 为核供体, 转育一套同核异质不育系。

2008 年冬, 在海南陵水用这批核置换8 代的同核异质不育系分别与5 个高配合力恢复系蜀恢527、绵恢2009、成恢178、R21、绵恢725, 按5 ×5 不完全双列杂交配制25 个组合。

2009 年4 月3 日，在西南科技大学农园试验基地播种，5 月12 日栽插，规格33. 5 cm×16. 67 cm，5 行区, 每行10 穴，3 次重复。

结果与分析不同性状方差及配合力方差由各性状的方差分析结果可见, 不育胞质效应除在芒长效应上差异不显著外, 其他各性状差异均达到显著或极显著水平; 恢复系对杂交水稻各性状的影响均达到极显著水平; 胞质和恢复系互作效应除芒长和谷长宽比外, 对其他性状的影响也均达到极显著水平。

恢复系效应方差均大于胞质效应和互作效应, 且芒长性状主要受恢复系效应影响。

胞质及恢复系的一般配合力效应及组合的特殊配合力效应胞质及恢复系的一般配合力效应在同一性状方面存在较大差异, 同一胞质或恢复系在不同性状方面的一般配合力效应也存在明显差异。

不育胞质方面: 不同胞质对杂交水稻各性状的影响存在较大差异, WA 型和JW 型胞质的产量一般配合力效应值相对较高, 有利于配制高产杂交水稻组合; JW 型、G 型、K 型胞质单穗重、收回指数的一般配合力效应值较高, 适宜配制大穗、重穗且具有高物质转化率的杂交水稻组合; JW 型和G 型胞质获得长粒型杂交后代的配合力效应较强; 而WA 型和JW 型胞质容易配制出较长芒的杂交后代。

恢复系效应方面也表现出与胞质相同的规律, 但不同恢复系效应之间的差异更大一些, 蜀恢527、R21、绵恢2009 的产量一般配合力效应相对较高; 蜀恢527 和绵恢725 配制大穗、重穗组合的能力较强; 绵恢725和绵恢2009 具有较高的收获指数配合力效应值; 而蜀恢527 和绵恢2009配制出长粒型后代的能力较强, 同时蜀恢527 的后代最容易出现长芒现象。

比较各个组合在不同性状间的特殊配合力效应值发现, 相同胞质或恢复系所配组合在同一性状方面存在大差异。

同时相同的杂交水稻组合在不同性状方面特殊配合力也存在较大差异,进一步说明了杂交水稻这些性状受核基因和胞质基因互作的影响较大。

在以产量、单穗重、收获指数为代表的产量性状方面, JW/蜀恢527 的产量、单穗重的特殊配合力效应值均处于相对较高水平( 以在25 和组合中排名前5 位定为特殊配合力效应值较高, 下同) ,另外KA/蜀恢527 单穗重和收获指数的特殊配合力效应值也较高, 可见蜀恢527 与JW 型和K 型胞质互作可以得到穗部性状、物质转化等产量性状优势较强的组合。

从谷长宽比和米长宽比等粒形性状比较,WA /绵恢2009 和GA/绵恢725 的特殊配合力效应值普遍较高, 说明这几个恢复系与对应的胞质互作可以起到很好的增加籽粒长宽比的效果。

比较对稻米生产不利的芒长性状, 发现印水型胞质对于降低杂交水稻组合的芒长效果较明显, 所配组合的芒长特殊配合力效应值均处于较低水平。

比较亲本一般配合力效应值与组合特殊配合力效应值之间的关系发现, 其二者之间无必然联系, 一般配合力效应值高的亲本也会配制出特殊配合力较低的杂交组合, 这与前人的研究结果一致。

同时也发现特殊配合力效应值较高的组合中具有一个较高一般配合力效应值亲本的概率要大一些, 如特殊配合力效应值排名前5 位的组合中至少有一个亲本属于最高一般配合力效应的杂交组合分别占: 产量40%、芒长40% 、谷长宽比60%、米长宽比60%、单穗重20%、收获指数40%。

可见在广泛测交筛选杂交水稻组合的前提下, 选用具有较高目标性状一般配合力效应的亲本对于提高育种效率是有益的。

亲本方差贡献率及遗传率分析通过不同性状下胞质和恢复系及其互作的方差贡献率可见( 表4 ) , 芒长、稻谷长宽比、米长宽比、单穗重等性状的一般配合力效应方差所占比例较高, 可见这几个性状受基因的加性效应影响; 而产量和收获指数等性状的特殊配合力效应方差所占比例较高, 说明这几个性状受基因的非加性效应影响较大一些。

一般配合力效应方差贡献率中恢复系的贡献率均大于胞质效应, 特别是在芒长等籽粒性状方面恢复系贡献率均在90%以上, 处于主导地位; 胞质效应除对产量产生负效应外, 对其他性状均起正效应。

芒长方面特殊配合力方差贡献率小于零, 可见恢复系和胞质互作可以抑制芒长基因的充分表达。

讨论胞质对杂交水稻产量性状的影响杂交水稻产量、单穗重、收获指数等产量性状均受基因的加性效应和非加性效应的显著影响。

前人研究已经证明增加遗传差距是进一步提高杂交水稻产量的重要途径[ 21 ~22] , 且远源杂交选育高配合力恢复系已经获得较好的应用。

在不育胞质的应用方面前人研究[ 23 ~26] 大多都认为不育胞质在产量性状方面表现为负效应, 在一些农艺性状如生育期方面可能会出现正效应。

作者前面研究也发现不育胞质对杂交水稻产量、穗着粒、结实率、千粒重均起负效应, 对有效穗和穗长起正效应[ 27] 。

本试验中又发现不育胞质对单穗重和收获指数均产生正效应, 但其效应都小于恢复系效应。

各不育胞质中不同胞质类型对产量性状的一般配合力效应也存在较大差异, JW 型胞质稻谷产量一般配合力较强, 同时具有单穗重和收获指数配合力效应, 因此利用该胞质更有利于配制高产杂交水稻组合的原因, 可能与其配制出具有较高单穗重和收获指数的一般配合力有关。

一般配合力(GCA) 和特殊配合力(SCA) 效应一般配合力基因型效应在同一亲本各性状间及同一性状各亲本间存在明显差异(表2) , 说明不同亲本在各性状上的加性效应大小是不同的。