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杂交水稻主要性状杂种优势和配合力及K17A恢复基因的遗传和SSR分子标记研究

朱旭东  
【摘要】: 了解杂交水稻主要性状的杂种优势和配合力,对提高强优组合的选配效率具有重要应用价值;探讨广泛应用的不育系K17A育性恢复基因的遗传及分子标记初步定位,对更好的利用该不育系具有重要的理论指导作用。本研究首次同时采用6种细胞质类型10个不育系(保持系)即野败型(珍汕97A、福伊A、Y99A)、印尼水田谷型(Ⅱ-32A、优ⅠA、中9A)、冈型(冈46A)、D型(D62A)、K型(K17A)和矮败型(协青早A)等和10个恢复系即R005、R132、R471、R379、R388、R389、R478、密阳46、明恢63及恩恢58等,按不完全双列杂交配制的100个组合为材料,对杂交水稻单株产量、7个农艺性状、12个品质性状及4个稻瘟病抗性指标的杂种优势和配合力进行了研究。然后以5个不育系(保持系)即K17A、优ⅠA、D62A、冈46A和珍汕97A等和5个恢复系即R617、R612、明恢63、R654、R655等按不完全双列杂交配制的25个组合为材料,对各组合的光合性能(叶绿素SPAD值、4个光合性状)、5种内源激素、9种矿质元素含量的杂种优势和配合力进行了研究;同时比较研究了K17A/R612和珍汕97A/明恢63及其亲本的光响应曲线。再以K17A(B)、明恢63、K优63(F_1)及其F_2为材料,应用SSR技术,探讨了K17A育性恢复基因的遗传和分子标记初步定位。主要研究结果如下: 1、关于杂交水稻的杂种优势,从农艺性状、品质性状和稻瘟病抗性来看,供试100个组合主要性状中,每穗总粒数、每穗实粒数、单株产量和千粒重的超亲优势和每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、整精米率的对照优势较强;垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量等超亲优势和穗颈瘟级别的超低亲优势及垩白粒率、穗颈瘟级别的对照优势较弱。产量性状和品质性状超亲优势表现最好的组合分别为Ⅱ-32A/密阳46和Y99A/R132,穗颈瘟级别超低亲优势最弱的为K17A/R471,对照优势表现最好的组合分别为D62A/R478、Y99AfR005和福伊A/恩恢58。不同细胞质类型组合超亲优势和对照优势表现与供试100个组合基本一致。 从生理指标来看,供试25个组合主要性状中,生理性状的超亲优势以乳熟期剑叶SPAD值和Pn、Zn含量较强;对照优势以剑叶SPAD值、Pn、GA_1、分蘖高峰期和乳熟期的K与P含量、分蘖高峰期的Zn含量、乳熟期的Fe含量较强。SPAD值、Pn、内源激素和主要矿质元素含量超亲优势表现最好的组合分别为冈46A/R654、冈46A/R665、K17A/R612、冈46A/R665,对照优势表现最好的组合分别为珍汕97A/R665、D62A/R612、冈46A/R612、冈46A/R665。 2、关于杂交水稻的配合力,从农艺性状、品质性状和稻瘟病抗性来看,供试100个组合和不同细胞质类型组合的所有性状均受GCA和SCA共同控制;供试100个组合的结实率、整精米率和不同细胞质类型组合的结实率SCA的作用大于GCA,供试100个组合的单株产量、单株有效穗、穗颈瘟级别和不同细胞质类型组合的垩白粒率、直链淀粉含量主要受恢复系的影响。从生理指标来看,供试25个组合中除PnSCA起主导作用外,其它生理性状都是GCA起主导作用;SPAD值、IAA、ABA、K和Zn含量恢复系GCA的影响大于不育系。 3、不同性状GCA和SCA的对应关系比较复杂。供试100个组合亲本GCA都高所配组合,单株产量等农艺性状SCA高的和低的分别占该类型组合的40.40%和41.41%,品质性状SCA低的占46.15%,穗颈瘟级别高的SCA占64.29%;亲本GCA都低的所配组合,单株产量等农艺性状SCA高的和低分别占该类型组合的39.85%和42.86%,品质性状低的SCA占56.9%,穗颈瘟级别高的SCA占66.23%;亲本GCA中等的所配组合,单株产量等农艺性状和品质性状SCA高的分别占该类型组合的52.00%和42.86%。供试25个组合的亲本GCA都高所配组合,SPAD值SCA在该类型组合中高、中、低比例相同,均为33.33%,PnSCA中等的和低的均占该类型组合的40%,内源激素含量高的SCA占80.00%,矿质元素K和Cu含量的SCA高的分别占75.00%和46.70%,P SCA高的和低的均占37.5%。 4、关于杂交水稻的遗传力,从农艺性状、品质性状和稻瘟病抗性来看,供试100个组合和不同细胞质类型组合每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重、单株产量、垩白粒率、直链淀粉含量、穗颈瘟级别的广义和狭义遗传力都比较高,结实率、整精米率广义遗传力高,狭义遗传力低,单株有效穗、垩白度广义遗传力低,狭义遗传力高。从生理指标来看,供试25个组合的广义遗传和狭义遗传力都较高。 5、相关分析表明,供试100个组合单株有效穗、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重、单株产量、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量、穗颈瘟级别与亲本呈显著或极显著正相关;结实率与恢复系相关不显著,与不育系相关显著,主要受组合的SCA和双亲可恢性影响,与恢复系本身的结实率关系不大。不同细胞质类型组合的差异主要体现在整精米率与亲本、每穗实粒数和千粒重与恢复系相关不显著。供试100个和不同细胞质类型组合单株有效穗、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重、单株产量、整精米率与超亲优势呈显著或极显著正相关;直链淀粉含量与平均优势呈显著或极显著正相关;垩白粒率、穗颈瘟级别与超低亲优势呈极显著正相关;所有性状与双亲GCA和组合的SCA均呈显著或极显著正相关。 供试25个组合剑叶SPAD值、Pn、内源激素含量及K和Zn含量、分蘖高峰期的P和乳熟期的Fe含量与恢复系呈显著或极显著正相关;剑叶SPAD值、始穗期和乳熟期的Pn、分蘖高峰期的K和Zn、Fe、Mg、P含量与不育系呈显著或极显著正相关。剑叶SPAD、IAA含量及K、Fe和Mn含量、乳熟期的P含量与超亲优势呈显著或极显著正相关;ABA与超低亲优势呈显著或极显著正相关。主要的生理性状与与SCA呈显著或极显著正相关;矿质元素K、Fe、Zn含量、分蘖高峰期的P含量与恢复系GCA呈显著或极显著正相关;剑叶SPAD、始穗期和乳熟期的Pn、矿质元素K、Fe、Mn、P和Zn含量与不育系GCA呈显著或极显著正相关。分蘖高峰期的Pn及矿质元素K、Mg、Mn、P含量,始穗期剑叶,乳熟期剑叶和倒2叶SPAD值、Pn、Tr及K、Fe、Cu、Mg、Mn和P含量,5种内源激素含量与单株产量呈显著或极显著正相关,乳熟期矿质元素Ca含量与产量呈极显著负相关。 6、不同组合光响应曲线不一致。杂交组合K17A/R612的Pn、Cs和Ci均高于双亲,Tr介于双亲之间;对照组合汕优63的Pn和Ci介于双亲之间,Cs和Tr低于双亲。K17A/R612的光补偿点、暗呼吸速率和表观量子效率低于恢复系高于不育系,光饱和点低于双亲;汕优63的光补偿点、暗呼吸速率和表现量子效率低于双亲,光饱和点介于双亲之间。汕优63的产量潜力略大于K17A/R612。 7、K17A的育性恢复受1对基因控制,位于第10条染色体上,与SSR标记RM6100连锁。


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