水稻野败型恢复系恢复基因的遗传及等位性分析

郑瑞丰 ，夏胜平 ，陈立云

（1.湖南农业大学，湖南 长沙 410128；2.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125）

三系杂交稻恢复基因的遗传已有很多研究，大部分研究者认为野败籼型杂交稻恢复系具有2对独立主效显性恢复基因；而对这2对基因的遗传效应，不同研究者的研究结果不尽相同。已有的研究大多局限在个别恢复系恢复基因的分析上，极少涉及恢复基因间等位性分析，Govinda Raj等进行IR26、IR36、IR54、IR9761 恢复基因等位性测定，结果表明IR26与IR36、IR54与IR9761-19-1的两对恢复基因是等位的，而IR42与IR2797的恢复基因不等位，据此将恢复基因分为四类：IR26和IR36归于一类，IR54和IR9761为一类，IR42和IR2797各为一类；Ramalinggam等利用2对基因控制的5个恢复系为材料，进行R×R杂交，用V20A测交，结果发现恢复系间的恢复基因是不同的，将5个恢复系分为两类：一类是IR24、IR29723、ARC11353，另一类是IR54742、IR9761，两类间拥有不同的恢复基因，任何两对均能恢复雄性不育；梁康迳研究了IR24、IR30、圭630、印尼矮禾、泰引一号的恢复基因等位性，结果表明此5个品种的主效基因等位。近年来，我国育成了一批恢复系，其来源更加复杂，有必要研究其恢复基因的等位性，为今后的恢复系选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为（1）野败型不育系：金23A、V20A、岳4A、丰源A、珍汕97A。（2）野败型恢复系：IR24、IR26、明恢 63、527、先恢 207、密阳 46、R326、岳恢9113、R402、盐恢 559，轮回 422、R228。

1.2 方法

用人工杂交和套袋自交获得一套供试材料。2005年晚季在湖南省水稻研究所试验田种植IR24、IR26、明恢 63、527、先恢 207、R228、密阳46、R326、R2070 、岳恢 9113、R402，两两杂交，获得R/R种子；上述恢复系与野败不育系杂交，获得F1种子；2005年12月海南三亚育种基地种植杂交F1种子，同时播不育系（7 d一期，共4期，使花期相遇），以不育系为母本与R/R F1杂交，获得TC1种子；以不育系与A/R F1杂交获得BC1种子；F1（A/R，R/R）自交获得F2种子。

2006 年在湖南省水稻研究所试验农场种植F2、BC1、TC1、F1及亲本，全部材料均单本植，插植规格20 cm×20 cm，并进行播期调节，使花期相对一致。田间管理同一般大田，对各材料逐株进行稻株形态观察，成熟时单株取样考查结实率；稻株形态观察参照杨仁崔等的方法，根据穗颈的伸出程度和花药的形态颜色，用目测法区分为4种类型：A型：育性完全正常株，穗颈抽出，散粉良好；B型：育性正常株，与A型相似，但少部分花药散粉不良；C型：部分不育株，轻度包颈，花药黄色，呈不饱满疏松状态，绝大部分花药不散粉；D型：不育株，包颈严重，花药瘦瘪、畸形、呈淡黄色或乳白色。通过对亲本、F1、F2等世代的育性表现，推算恢复基因的数目，确定基因型。通过对TC1的分析、探讨各恢复基因间的等位关系。

2 结果与分析

2.1 恢复基因数量的确定

2.1.1 野败型不育系的恢复基因数量的确定 因已知野败不育系的恢复性与矮败、D型、K型、冈型、印水型等不育恢复一致，一致性表现在可恢复性与恢复基因的数量上，故本试验采用野败型不育系为代表研究此类型恢复基因的数量，分离群体采用F2群体。

10个组台的F2代群体育性分离的频数分布观察结果表明（图1至图10），各F2代群体的育性分离呈连续分布，但绝大多数单株表现为正常结实类型，少数单株为不育类型，呈质量－数量控制的多峰分布。这说明供试10个恢复系的恢复基因是受少数主效基因和一些修饰基因控制的质量性状，把结实率小于5%的单株视为不育株，10个组合（V20A/IR24，金 23A/R253，威优 46，金 23A/R559，岳优 9113，汕优 63，金 23A/R527，丰源 A/R326，金优 207，金 23A/R228）F2群体中出现的不育株分别占相应的F2群体的 0.062，0.059，0 071，0.057，0.073，0.081，0.070，0.058，0.083，0.071，0.066，均与 1/16 的理论值相符。齐性测验表明，这10个F2群体在育性分离上无显著差异。所有组合的F2结实率分布不是典型的正态分布，而呈质量－数量性状控制的多峰分布，显示存在主基因，可以用极大似然法估算基因对数，采用下列公式估算基因对数K：K=（log N－log n）/0.602 1，式中N，n分别为F2群体中总株数和不育株数，统计后进行X2检验，结果如表1所示。

图1 威优6号结实率分布图

图2 金优253结实率分布图

图3 威优46结实率分布图

图4 金优559结实率分布图

图5 岳优9113结实率分布图

图6 汕优63结实率分布图

图7 金优527结实率分布图

图8 丰源优326结实率分布图

图9 金优207结实率分布图

图10 金优228结实率分布图

表1 10个恢复系恢复基因的似然值

由表1可知，10个恢复系均含2对恢复基因，用X2值进行检验，所有卡方均小于，说明10个恢复系的恢复性均由两对主效基因控制。以上结果显示，R228与先恢207、岳恢9113、密阳46、R527、R253、IR24、明恢 63、R326、盐恢 559 一样具有2对野败不育恢复基因。

2.2 恢复基因等位性分析

2.2.1 野败型不育恢复基因的等位性测定 等位性检测群体A//R/R，检测结果如表2所示，恢复系两两杂交，其F1与野败不育系杂交，其后代育性发生分离，R228、R527、R2070、IR24，、IR26、桂 99、明恢 63、先恢 207、岳恢 9113、广恢 998、密阳 46、盐恢559、州恢169这13个恢复系之间杂交，其F1与不育系杂交后代没有出现不育系，低育株频率也很低，大部分单株的结实率较高，说明这13个恢复系主效恢复基因等位或两对恢复基因均等位，R228与大多数恢复系一样具有2对等位的野败恢复基因。

表2 野败型不育系A//R/R组合育性分离

在组合金23A//R527/R838，金23A//岳恢9113/R838，丰源 A//IR24/R838，均出现了 25%～28.2%低育株。由表2可知，R527，岳恢9113，IR24恢复基因等位，假设它们的核基因型为不育系基因型为其中R1R1为强恢基因，R2R2为部分恢基因，R1R1对对 r2r2分别表现显性，当R1出现时植株育性正常，而R2单独出现时表现低育株。R838与R527、IR24、岳恢9113主效恢复基因不等位，假设R838主效恢复基因为为R3R3，部分恢复基因为R2R2，其基因型为，不育系基因型为恢复系杂交F1基因型为产生 4 种基因型的花粉：R1R2R3、它们与不育系杂交产生 4 种基因 型 植 株前面3种类型的植株因有强恢基因R1或R3，育性恢复正常，而第4种基因型只有部分恢复基因R2，植株表现低育性，比例约占25%，由此可推测R838的主效恢复基因与岳恢9113、R527、IR24不等位，但与岳恢9113、R527、IR24有一对等位的部分恢复基因。

另一个恢复系R326与广恢998、轮回422、R527、R228杂交F1再与不育系杂交，其后代出现不育株和低育株，推测R326的恢复基因与广恢998、轮回 422、R527、R228 不等位；假设广恢 998、轮回 422、R527、R228 具恢复基因r4r4，R326 恢复基因为其中 R2、R4为部分恢复基因，其单独或两者相互作用表现为低育株，不育系基因型为恢复系杂交F1基因型为花粉有16种基因型，其中基因型为表现型为不育株的大约占1/16，表现型为低育株，基因型为的 约 占 3/16。 金 23A//R326/广恢 998、金 23A//轮回 422/R326、金 23A//R326/R228不育株分别占4.95%、7.54%、6.22%，与预测的相符，故推测R326具有与广恢998、R228、轮回422不同的2对恢复基因。

根据以上结果，按恢复基因的等位性可将恢复系划分为3种类型：R326与主流恢复系2对恢复基因均不等位；R838具有1对不等位的主效恢复基因，但部分恢复基因等位；其余恢复系均具2对等位的恢复基因，由此可以看出我国利用的恢复基因的单一性，R326与R838可作为新的恢复基因源加以利用，以克服恢复基因的单一性。R228与大多数恢复系一样具2对野败不育恢复基因，它们的主效恢复基因等位。

2.3 恢复系恢复性评价

恢复系之间杂交的F1与不育系测交，其花粉基因型就是F2单株的基因型，测交组合强恢株的多少代表F2代强恢株系的多少，强恢株比例高，意味着在F2选择得到的强恢株系的机率就高，因此可利用顶交F1测交后代强恢株比例来预测评价恢复系恢复性的遗传性，本试验所用16个恢复性顶交F1测交结果见表3。因为每个恢复系顶交组合的数量不同，其结果差异较大，本试验利用R228这一强恢复系作为统一的鉴别品种，统计了每个恢复系与R228杂交F1与不育系测交强恢株比例；与多个恢复系杂交平均强恢株比例高的恢复系有先恢207、盐恢 559、密阳 46、IR24 、轮回 422、IR26、R228，、广恢 998、明恢 63、R527，强恢比例低的恢复系有桂99、成恢448、R326；与 R228杂交，其 F1与不育系测交后代强恢株比例高的恢复系有：先恢207、R527 、密阳 46、明恢 63、岳恢 9113、轮回 422、盐恢559，强恢比例低的恢复系有：桂99、R326、R2070、R838。由此可看出利用先恢207、密阳46、R527、明恢 63、轮回 422、R228等恢复系，其杂交后代选育出恢复能力强的恢复系几率大，较容易选育出强恢材料，供选择的F2分离群体规模可以相对较小，而桂 99、R326、R838、R2070 等恢复系后代出现强恢单株的几率较小，相对而言选育出强恢的慨率较低，要选择强恢株系其F2群体相对要大，要求当选单株数量较多。

表3 恢复系杂交F2代出现强恢单株的频率

3 小结与讨论

在恢复基因的等位性研究中，筛选出1个与大多数野败恢复系恢复基因（2对）不等位的材料R326，筛选出1对不等位的主效恢复基因材料R838，可以利用这两个材料解决我国杂交稻恢复基因单一的问题。

利用恢复系杂交后代强恢株出现的机率，评价了16个恢复系材料，其中先恢207、密阳46、R527、明恢63、轮回422、R228等恢复系其后代强恢单株出现的比例较高，而桂 99、R326、R838、R2070 其后代强恢单株频率较低，该两类恢复系在育种计划制定中群体规模要求不同，前者其分离群体规模较小，而后者群体规模要求较大，为今后恢复系的选育提供了理论参考。从目前恢复系选育的成效来看，含明恢63、密阳46、R527、先恢207血缘的恢复系多，这在一定程度上说明了此类恢复系强恢遗传力高，有利于选育出好的强恢恢复系。

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