选用Pi2、Piz-t、Pi9、Pi25、Pi5、Pita、Pia、Ptr、Pi1、Pikm、Pi54等11个抗稻瘟病基因的功能性分子标记,对华南稻区近年育成的90个籼稻骨干亲本进行抗性基因鉴定与稻瘟病抗性评价.结果表明,综合抗性等级达到高抗、抗、中抗、中感、感及高感的亲本分别为0份、3份、35份、38份、14份和0份,且年度间表现较为一致.不同鉴定时期的稻瘟病抗性级别相关性分析进一步显示,苗瘟与叶瘟、苗瘟与穗颈瘟以及叶瘟与穗颈瘟的抗性级别呈极显著正相关.对上述11个抗性基因在90个亲本中的分布进行检测,发现除Pi9基因以外,其他10个抗性基因在亲本中的分布频率分别为75.56％(Pi54)、70.0％(Pi5)、47.78％(Pi2)、31.11％(Pi25和Pia)、20.0％(Ptr)、15.56％(Pi1)、13.32％(Pita)、4.44％(Pikm)和1.11％(Piz-t).11 个抗性基因在不同省际间育成亲本中的分布频率差异较大.进一步结果表明,随着聚合抗性基因数量的增加,亲本抗性水平呈相应提升趋势,但不同抗性基因组合对于提升水稻亲本抗病性的贡献呈现明显差异.本研究为华南稻区新育成籼型常规水稻品种的合理布局及抗稻瘟病基因的育种应用提供有益的参考.

利用高产早籼嘉育253和高产抗稻瘟病早籼品种中组3号为亲本,采用分离世代自然病圃鉴定结合稻瘟病混合菌株人工接种抗性筛选方法,通过系谱法和产量比较试验,最终选育获得高产抗稻瘟病早籼稻新品种中早39.对超级早籼稻品种中早39及其系谱亲本嘉育253和中组3号进行产量相关性状、光合特性、叶面积指数和光合色素含量等测定和比较分析,发现中早39的每穗总粒数和结实率优于其系谱亲本,库容优势明显;中早39在齐穗后20天保持最高的净光合速率,其叶面积指数和各光合色素含量也优于系谱亲本;因此,中早39具有超高产光合生理特性.育种初期选用了高产亲本,且在生育后期中早39比其系谱亲本具有更优的光合生理特性,是水稻高产育种中优良性状的整合和后期功能型超级稻特性的体现;中早39超高产优势来自于品种选育过程中源库的优化、株叶形态的改善;中早39的选育研究为水稻高产育种提供了参考信息.

用72对SSR引物对316份东南亚不同地理来源的水稻种质资源进行遗传多样性和遗传结构分析.结果表明,共检测到387个等位基因,平均每对引物检测到5.375个,变幅在2～12之间;其中频率＜5％的稀有等位基因有293个,占全部等位基因数的75.7％.Nei基因多样性指数(He)变化幅度在0.055～0.855之间,平均为0.623.He以菲律宾的种质资源最为丰富(He=0.619),其余国家的He大小依次是越南(He=0.515)＞老挝(He=0.467)＞柬埔寨(He=0.455);聚类分析显示分为籼粳稻两大群体,地理分组不是特别清晰.AMOVA分析表明,遗传变异主要来源于不同地理类群间,且遗传分化极显著.遗传结构分析结果显示K=2时,有相对明显的遗传结构.其次是K=5时,显示菲律宾群体分为了3个比较明显的小类群,存在较为明显的遗传分化结构.东南亚引进水稻种质资源丰富的遗传多样性和遗传结构为后期水稻育种的亲本选择提供依据.

研究杂交组合的遗传特性,挖掘优异的种质资源对于杂种优势利用具有重要意义.本试验以8个恢复系为父本、21个不育系为母本,按照不完全双列杂交8×21(NCII)设计配制168个组合,对8个农艺性状的配合力及遗传参数进行分析.结果 表明:有效穗数、穗长、千粒重主要受基因加性效应影响,株高、实粒数、结实率主要受基因非加性效应互作影响;杂交组合的株高、有效穗数、穗长、千粒重、单株产量的表现主要依赖于母本,总粒数受父本影响更大,实粒数、结实率取决于双亲的表现;有效穗数、单株产量在后代遗传中的稳定性较差,易受环境和基因非加性效应影响;843A、宜香1A、沪旱7A、昌恢871、昌恢T025、雅占为配合力好的亲本,宜香1A、昌恢T025具有最好的一般配合力(GCA)效应值;宜香1A/昌香恢1号、千乡059A/昌恢121、广8A/昌恢881为较优组合,宜香1A/昌香恢1号特殊配合力(SCA)最优.对恢复系主要农艺性状进行配合力分析,为杂交水稻恢复系的选育提供了一定的科学依据.

以9311为高镉对照,湘晚籼12号为相邻低镉对照,2014-2017年经田间鉴定筛选出的15份镉低积累水稻资源为参试材料,鉴定精米的相对降镉率并筛选出年度间相对降镉率差异不显著的资源;采用45对SSR引物检测15份资源的遗传多样性,提出遗传距离大且相对降镉率高的育种可用资源.2018年试验结果表明,15份低镉水稻资源的精米镉含量都低于湘晚籼12号,相对降镉率大于50％的有10份,变幅为50.8％～83.5％;小于50％的有5份,变幅为1.9％～49.8％;2019年试验结果表明,7份生育期相近的资源,相对降镉率都大于50％,变幅为60.1％～78.7％;2年试验结果的综合分析表明,4份低镉资源BS82、X211、7W172、7W216的镉积累在年度间无显著性差异,且相对降镉率都在50％以上.15份镉低积累资源总体遗传多样性较为丰富(Na=4.311、Ne=3.257、Ho=0.041、He=0.657、I=1.207、Nei's =0.639、PIC=0.612);遗传相似系数(GS)的平均值为0.377,BS82和X211、BS82和7W172(7W216)、X211和7W172(7W216)的遗传相似系数分别为0.319、0.447、0.426,轰明亲缘关系较远.由上说明BS82、X211、7W172、7W216是镉低积累新品种选育的可利用的宝贵资源.

利用粳稻品种Asominori和籼稻品种IR24衍生的重组自交系群体,在南京和海南2种自然环境下对水稻抽穗期QTL进行检测,分别检测到5个和6个影响抽穗期的QTL,其中位于第6染色体的qDTH-6在2种环境下都能被检测到,LOD值分别为6.28和12.93,贡献率分别为12.26％和17.18％.对以Asominori为背景、在qDTH-6处置换了IR24片段的染色体片段置换系CSSL45及背景亲本进行人工短日照处理,发现qDTH-6来自籼稻IR24的等位基因具有显性感光抑制效应.利用抽穗期基因型测验系和9311等一些常规稻与CSSL45杂交分析,进一步证实了qDTH-6的显性感光抑制功能,并初步判断其抑制对象为主效感光基因E1(Ghd7),本研究将其命名为Su-E1(f).同时利用CSSL45×Asominori次级F2群体分别在人工短日照和自然长日照条件下对Su-E1(f)进行了进一步定位,将其定位在SSR标记RM527附近.本研究对有效地解决水稻籼粳亚种间杂种生育期超亲晚熟的难题具有重要意义.

江西大禾谷资源丰富,品质特异,深受欢迎,但遗传研究与品质改良均未见报道,株型急需改良.本研究利用SNP标记对弋阳大禾谷进行遗传分析,快速黏度分析仪(RVA,rapid visio analyser)进行品质测定.结果 显示,40对SNP引物对20份材料检测出82个等位基因,其中大禾谷具有籼型基因等位频率在0.025～0.100之间,属粳稻类型.大禾谷的RVA黏度性状是稻米成熟的一个积累过程,而直链淀粉含量(AC,amylose content)则在稻米成熟前就已定型.RVA参数与一些理化性状密切关联,尤其是米粒长可以负反应崩解值;整精米率和AC含量是主基因性状;与偏软型栽培稻相比,峰值时间是判断大禾谷的一个关键参数.通过SNP和RVA分析,选出了品质接近、性状互补的优良粳稻亲本,如农局Ⅲ号(麻壳)最软,麻壳谷棉花大(扁)品质最稳定,农科所白壳大是育种中的优选长粒资源,皖垦粳11036是大禾谷株型改良的优选材料.上述结果将促进大禾谷的遗传改良.

本研究以5份自主选育的粳型亲籼种质明恢413、明恢1616、明恢1707、明恢512和明恢509为研究材料,通过对其生物学特性和育种利用进行研究和评价,以期为今后开展粳型亲籼种质资源的选育和籼粳亚种间杂种优势的利用提供理论参考.生物学特性研究结果表明:5份粳型亲籼种质的播始历期偏长,株高适中,直立穗型,穗子小,着粒密,单株有效穗数多,结实率均在75％以上,千粒重中等.程式指数判定表明,明恢413、明恢1616、明恢1707、明恢512的籼粳属性为偏粳;明恢509的籼粳属性为粳.5份粳型亲籼种质均具有良好的亲籼性,与籼型两系不育系测交F1的结实率均在75％以上,最高可达89.80％;同时能够恢复野败型、印水型、K型等籼型三系不育系,测交F1的结实率均在80％以上,其恢复谱广、恢复力强.光合特性分析表明,其剑叶在生育后期能够保持较高的光合速率,利于籽粒的充实饱满.5份粳型亲籼种质的杂种优势表现:除播始历期、株高和千粒重外,在穗长、单株有效穗数、每穗总粒数、结实率、一次枝梗数和二次枝梗数等性状上均表现出明显的竞争优势.其中,穗长、一次枝梗数、二次枝梗数和每穗总粒数所表现出的竞争优势均超过10％.利用明恢1616、明恢1707与籼型两系不育系华1037S配组,育成了籼粳亚种间杂交稻新组合华两优3716和华两优3707,区试表现较好,较对照增产明显,相继通过福建省农作物品种审定.因此,本研究中5份粳型亲籼种质具有良好的亲籼性且恢复谱广,在籼粳亚种间杂种优势的利用方面具有良好的应用前景.

以籼稻品系75-1-127作为广谱持久抗稻瘟病基因Pi9的供体亲本,先后以籼型三系保持系三香B及其不育系三香A为受体亲本,利用Pi9基因内共显性InDel标记CoInDF1R1开展分子标记辅助选择连续回交育种,定向改良三香B和三香A的稻瘟病抗性.以三香B、三香A、75-1-127和感病对照CO39为材料,用来自国内外不同稻区的28份稻瘟菌菌株进行室内苗瘟接种试验,结果表明,75-1-127的抗性频率为85.71％,三香A和三香B的抗性频率均为28.57％.共显性标记CoInDF1R1从75-1-127基因组中扩增出一条320 bp的清晰条带,而从三香A和三香B基因组中的扩增产物约410 bp,多态性明显且稳定.用CoInDF1R1开展了连续10年的辅助选择回交育种实践,培育出改良抗病不育系三香A-Pi9及其配套抗病保持系三香B-Pi9.田间自然病圃苗瘟抗性鉴定表明,三香A和三香B高感苗瘟,而75-1-127、三香A-Pi9和三香B-Pi9均高抗苗瘟.花粉镜检和田间育性调查结果表明,三香A-Pi9和三香A花粉少,花粉粒以圆败为主,套袋自交结实率为0;而三香B和三香B-Pi9花粉较多,花粉粒碘染及田间结实正常.此外,三香A-Pi9具有优良的异交习性,柱头外露率达61.70％.三香A-Pi9和三香B-Pi9田间群体整齐一致,主要产量性状与对应受体亲本相似,而单穗颖花数极显著增加,丰产性更好,杂种优势潜力更大.

水稻是世界上最主要的粮食作物之一,同时也是全球一半以上人口的主食.水稻(亚)种间杂种优势利用对于提高水稻产量具有重要意义,但水稻(亚)种间杂交不育性是利用杂种优势的一个主要障碍.本文详细论述了目前已经定位及克隆的(亚)种间杂交不育基因,剖析了调控其杂交育性的两种主要分子遗传机制——重复隐性配子致死模式和单座位孢子体-配子体互作模式,总结了相关杂种不育基因的分子演化模型,阐述了利用广亲和品种、粳型亲籼系、基因编辑技术克服水稻(亚)种间杂种不育的三种策略.展望了杂种优势提高水稻产量的发展前景,以期为水稻杂种优势的利用提供参考.