全 文 ：文章编号 :100028551 (2003) 032165206
γ射线辐照和无性系变异相结合诱发创造
优异恢复系突变体 R3027
沈圣泉　吴殿星　高明尉　夏英武　舒庆尧
(浙江大学原子核农业科学研究所 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :对中籼材料 3027 的幼穗先经 15Gy 的60 Coγ射线辐照处理 ,而后接种于 N6 培
养基上进行愈伤组织诱导 ,MS 培养基上分化诱发产生了一系列的体细胞无性系变异
株 ,从中筛选出早熟恢复系突变体 R3027。与原亲本 3027 相比 ,突变体 R3027 的多个
农艺性状和配合力均明显改良。与细胞质雄性不育系 Ⅱ232A 配组 ,成功选育单产最
高达 10477kgΠhm2 的杂交稻新组合 Ⅱ优 3027。
关键词 :水稻 ;突变体 ;恢复系 ;γ射线 ;体细胞无性系变异
收稿日期 :2001212225
基金项目 :科技部“九五”生物技术攻关项目和浙江省“8812”项目。
作者简介 :沈圣泉 (1962～) ,男 ,副教授 ,在职博士生 ,主要从事水稻诱变和生物技术研究。
由于经受非生物因子的胁迫诱导 ,植物在组织培养过程中 ,体细胞会发生各种可遗传变
异 ,这种变异称为体细胞无性系变异 (Somoclonal variation ,SV) 。目前 ,体细胞无性系变异被认
为是引起农作物产生变异一个新的重要来源 ,在农作物育种中具有潜在的应用价值[1 ] 。据研
究报道 ,在水稻中尽管发生该类变异的频率较低 ,但变异类型比较丰富 ,其中不乏一些罕见的
有益变异。另外 ,对水稻育种极为有利的是该类变异在还具有显性变异多、嵌合变异少、变异
性状易稳定等优点[2 ] 。
体细胞无性系变异与理化诱变处理相结合 ,在保持无性系变异育种优点的基础上 ,有助于
进一步提高变异频率 ,拓宽变异谱 ,从而为育种选择提供更大的空间和可能性。为此 ,我们对
引进的中籼品系 3027 进行60 Coγ射线诱变处理 ,而后结合幼穗培养 ,从诱发产生的变异后代中
成功选育优异恢复系突变体 R3027 ,配制出强优势杂交水稻新组合 Ⅱ优 3027 ( Ⅱ232AΠR3027) 。
1 　材料与方法
111 　材料
以中籼品系 3027 为原始亲本 ,1989 年从原江苏农学院引进 ,系从BG9022ΠIR24 杂交后代选
育的高代品系。在杭州种植时 ,3027 生育期比杂交稻主要恢复系明恢 63 短 5d 左右 ,并具有对
野败质的恢复能力。
112 　诱变处理、组织培养及筛选鉴定
1990 年夏季 ,选取田间生长健壮的 3027 长度为 1～115cm 的幼穗 ,经 15Gy 60 Coγ射线辐
561　核 农 学 报　2003 ,17 (3) :165～170Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
照 ,灭菌后将其切割成长约 5mm 的小段 ,接种于 N6 培养基上诱导愈伤组织 ,对愈伤组织继代
培养 1 次 ,再转至 MS 分化基培养。对称产生的再生株进行连续选择 ,并经不育系测交鉴定 ,
最终筛选出农艺性状和配合力优良恢复系突变体 R3027。
113 　特征性状鉴定
试验在浙江大学华家池校区教学实验农场进行。5 月 26 日播种 ,6 月 26 日移栽。移栽按
单本插 ,每材料种 48 株 ,插植规格为 20 ×20cm ,两次重复。记载生育期、考察开花和散粉习
性 ,并在黄熟期随机选取 10 单株 ,测量株高、主茎剑叶和倒 1、2 叶长宽、分蘖、穗长、每穗总粒
数、结实率和千粒重。另各取 10 株 ,收取稻谷 ,按中华人民共和国农业部部标准 NY147288 的
测定米质方法 ,测定粒形、垩白率、透明度、碱消值、胶稠度和直链淀粉含量等性状。
114 　杂种优势比较
以 R3027 和 3027 为父本 ,分别与常用不育系协青早 A、全龙 A、Ⅱ232A 配组 ,配制出杂种
F1 。以我国主栽杂交稻组合汕优 10 号和汕优 63 为对照 ,将各杂种进行杂种优势比较。试验
按随机区组设计 ,种植每区 120 株 ,采用相同的方法播种、移栽和田间管理 ,比较主要农艺性
状。
2 　结果与分析
211 　恢复系突变体 R3027 的选育经过
γ射线诱变处理后 ,共接种约 100 个 3027 幼穗 ,分化再生小植株 400 余株。待再生幼苗充
分生长后 ,移至温室进行炼苗 ,而后送海南陵水县冬繁。1991 年 4 月共收获存活的 305 株
M1 R1 种子。1991 年夏季 ,在杭州种成 M2 R2 株系。分别经抽穗期初选和成熟期决选 ,筛选出
早熟突变株系 13 份。1992 年 ,经对突变性状的遗传稳定性分析及以 Ⅱ232A 等细胞质不育系
进行测交 ,鉴定出农艺性状和配合力优良的恢复系突变体 ,定名为 R3027。
212 　突变体 R3027 的特征特性
与原亲本 3027 相比 ,突变体 R3027 的主要农艺性状和经济性状均发生了明显变化。在植
株形态上 ,R3027 株高与 3027 相仿 ;但植株表现粗壮 ,茎杆较硬 ,叶色较深 ;剑叶、倒 1 叶和倒 2
叶长度略有增加 ,宽度明显增加 ,达显著水平 (表 1) 。
表 1 　恢复系突变体 R3027 与原亲本 3027 植株形态性状比较
Table 1 　Comparison of morphological traits of restorer mutant R3027 and the original parent 3027
材料
materials
株高
plant height
(cm)
剑叶
flag leaf (cm)
倒 1 叶
the first leaf below(cm)
倒 2 叶
the second leaf below(cm)
长 length 宽 width 长 length 宽 width 长 length 宽 width
R3027 10015 ±210 3211 ±113 116 ±011 4415 ±15 113 ±011 4410 ±115 112 ±011
3027 9918 ±114 2912 ±111 112 ±011 4112 ±12 018 ±011 4015 ±115 018 ±011
差值 difference 017 219 014 3 313 015 3 315 014 3
　　注 : 3 表示两者差值达 5 %显著水平。
Note : 3 Stands for the significanct differences at the 5 % level .
生育特性和经济性状见表 2 ,突变体 R3027 与 3027 相比 ,表现为播抽历期和全生育期缩短
3～4d。由于粒型宽度增加 ,千粒重增加值亦达显著水平。其它经济性状也比 3027 有所改善 ,
661 核　农　学　报 17 卷
如主穗变长、主穗总粒数和主穗实粒数的增加达显著水平 ;而结实率的提高未达显著差异。
稻米品质性状上 ,R3027 比 3027 明显表现出谷粒增厚 ,长宽比下降 ,垩白率降低 ,两者透
明度同为 2 级 ,碱消值和胶稠度相近 ,但直链淀粉含量差异达显著水平 (表 3) 。经稻瘟病重病
区自然鉴定和白叶枯病人工接种鉴定 ,R3027 对稻瘟病表现中抗 ,而 3027 则为中感 ,对白叶枯
病两者均表现中抗 (表 3) 。
表 2 　突变体 R3027 与原亲本 3027 的生育特性和经济性状比较
Table 2 　Comparison of growth characteristics and economic traits of mutant R3027
and the original parent 3027
材料
materials
插抽历期
days from
sowing to
heading(d)
全生育期
the whole
growth duration
(d)
分蘖数
No. of tillers
per plant
穗长
panicle length
(cm)
总粒数
No. of
total graincs
per panicle
实粒数
No. of
grains set
per panicle
结实率
seed setting
rate ( %)
千粒重
1000 grains
weight (g)
R3027 85 ±010 120 ±010 1015 ±113 2118 ±111 16815 ±412 14816 ±418 8811 ±114 2518 ±012
3027 88 ±010 124 ±010 918 ±112 1811 ±110 14915 ±512 13018 ±513 8715 ±113 2511 ±011
差值
difference - 310 3 - 410 3 017 317 3 1910 3 1718 3 016 017 3
注 : 3 表示两者差值达显著水平。Note : 3 Stand for the significant difference.
表 3 　R3027 与原 3027 的主要稻米品质性状和抗病性比较
Table 3 　Comparison of major quality characters and disease resistance of
mutant R3027 and the original parent 3027
材料
materials
粒长
grain
length
(mm)
长宽比
lengthΠwidth
ratio
垩白率
chalkiness
( %)
透明度
transparency
(score)
碱消值
alkali
spreading
value (score)
胶稠度
gel
consistency
(mm)
直链淀粉
amylose
content
( %)
稻瘟病
rice blast
白叶枯病
rice blight
R3027 911 ±011 216 ±011 2615 ±112 2 ±010 315 ±014 86 ±115 1810 ±012 MR MR
3027 910 ±011 219 ±011 3015 ±113 2 ±010 316 ±015 82 ±112 1818 ±012 MS MR
差值
difference + 011 - 013 3 - 410 3 0 - 011 + 4 - 018 3 0 0
注 :MR 为中抗 ,MS为中感。Note :MR stands for middle resistance ;MS stands for middle susceptibility.
此外 ,盛花期目测表明 ,R3027 还有穗大花多、芬粉量多、开花散粉畅、茎杆弹性好等适于
制种的特点。为此 ,R3027 在大规模制种时深受制种户好评。
213 　突变体 R3027 的配合力表现
与原亲本 3027 相比 ,除植株形态变异外。突变体 R3027 的配合力也有明显改良 (表 4) 。
与常用不育系协青早 A、全龙 A、Ⅱ232A 配组表明 ,R3027 表现对矮败质、野败质、印水质型细
胞质雄性不育系均有良好的恢复能力 ,F1 结实率都在 80 %以上。由此配制的杂种表现为穗大
粒多 ,结实率高 ,杂种单株产量显著高于 3027 配制的杂种。组合 Ⅱ232AΠR3027 ,表现为抽穗期
比对照汕优 63 早抽穗 2d 左右 ,植株营养生长和生殖生长两旺 ,平均单株产量比汕优 63 增产
1614 %。组合全龙 AΠR3027 ,熟期较早 ,与对照汕优 10 号相仿 ,但植株高大 ,穗大粒多 ,单株产
量比汕优 10 号高出 2412 %。组合协青早 AΠR3027 ,生育期适中 ,千粒重较高 ,单株产量也高于
两个对照。由此可见 ,突变体 R3027 是一个具有良好前景的突变体。
761　3 期 γ射线辐照和无性系变异相结合诱发创造优异恢复系突变体 R3027
表 4 　恢复突变体 R3027 与几个主要细胞质雄性不育系配组的杂种 F2 表现
Table 4 　Performance of hybrids F1 derived from several leading cytoplasmic
male sterile lines and restorer mutant R3027
组合
combination
播抽历期
days from sowing
to heading(d)
株高
plant height
(cm)
剑叶长
flag leaf length
(cm)
分蘖
No. of tillers
穗长
panicles length
(cm)
协青早 AΠR3027 92 ±010 10018 ±215 3718 ±112 916 ±112 2217 ±112
协青早 AΠ3027 9315 ±017 9918 ±218 3914 ±118 817 ±114 2112 ±114
差值 difference - 115 3 110 - 116 019 115
全龙 AΠR3027 90 ±010 10213 ±217 3815 ±112 9212 ±111 2318 ±112
全龙 AΠ3027 9115 ±017 10018 ±311 3811 ±118 719 ±110 2111 ±113
差值 difference
- 115 3 115 014 113 217
Ⅱ232AΠR3027 94 ±010 10315 ±214 3818 ±114 1012 ±112 2418 ±112
Ⅱ232AΠ3027 9615 ±017 10311 ±314 3714 ±210 910 ±110 2112 ±113
差值 difference - 215 3 014 114 112 316
汕优 63(CK1)
Shanyou 63 96 ±010 10411 ±211 3816 ±117 1011 ±113 2311 ±114
汕优 10(CK2)
Shanyou 10 9015 ±017 10012 ±119 3415 ±113 1013 ±112 2214 ±113
组合
combination
总粒数
No. of total grains
per panicle
实粒数
No. of grains set
per panicle
结实率
seed setting rate
( %)
千粒重
10002grain weight
(g)
单株产量
yield per plant
(g)
协青早 AΠR3027 22015 ±715 18317 ±517 8313 ±112 2712 ±013 3318 ±114
协青早 AΠ3027 19814 ±812 13614 ±515 6817 ±119 2611 ±014 2512 ±118
差值 difference 2211 3 4713 3 1411 3 111 1213 3
全龙 AΠR3027 23011 ±817 19617 ±415 8515 ±114 2615 ±013 3514 ±116
全龙 AΠ3027 20114 ±815 15412 ±515 7616 ±118 2610 ±015 2518 ±114
差值 difference 2817 3 3215 3 819 3 015 1216 3
Ⅱ232AΠR3027 23815 ±718 19819 ±412 8314 ±115 2615 ±012 3716 ±113
Ⅱ232AΠ3027 20315 ±818 15012 ±415 7318 ±116 2611 ±014 2617 ±115
差值 difference 35 3 4817 3 916 3 014 919 3
汕优 63(CK1)
Shanyou 63 20318 ±615 16813 ±515 8216 ±115 2613 ±014 3212 ±116
汕优 10(CK2)
Shanyou 10 18512 ±518 14813 ±611 8011 ±113 2611 ±013 2815 ±117
214 　强优组合 Ⅱ优 3027 在生产上的应用
R3027 与 Ⅱ32A 配组育成的杂交稻新组合 Ⅱ优 3027 ,1995 年以来在省内外各级试验和多
点试种中均表现优质、高产、稳产、单双兼宜、秧龄弹性好、适应性广、后期熟色好等特点 ,深受
农民喜欢。该新组合已于 2000 年 4 月正式通过浙江省品种审定委员会审定 ,现累计推广 20
万 hm2 ,展现了良好的应用前景。
Ⅱ优 3027 在 1995～1997 年参加了浙江省金华市杂交籼稻连作晚稻区域试验和生产试验 ,
产量均居所有参试品种首位 ,平均比对照增产 5156 % ,增产效果达显著水平。在各地的大区
试种示范和连片种植试验中表现产量高、综合性状好。在浙江金华和安徽肥东等单季稻千亩
示范方 ,平均产量可达 9000kgΠhm2 左右 ,最高田块 (实割实测 66617m2 ) 验收产量可达 10447kgΠ
861 核　农　学　报 17 卷
hm2 。
经浙江省农科院植保所人工接种和自然诱发鉴定 , Ⅱ优 3027 中抗稻瘟病 ;对白叶枯病抗
性优于对照汕优 10 号和汕优 63 ,对稻瘟病和褐飞虱的抗性与汕优 63 相仿。该组合田间抗病
性较好 ,发病较轻。
按农业部食用优质米标准 ,在测定的全部 12 项指标中 , Ⅱ优 3027 有 10 项指标达 2 级优质
米以上标准 ,其中糙米率、精米率、整精米率、碱消值、胶稠度、蛋白质含量 6 项达 1 级标准 ,显
著好于汕优 10 号和协优 46 (表 5) 。Ⅱ优 3027 的整精米率高达 6812 % ,外观品质的透明度为 2
级 ,而对照达 3 级 ,垩白米率和垩白度也明显比对照轻。在 1998 年 10 月浙江金华的现场品尝
会上 ,与会专家一致认为 Ⅱ优 3027 的口感和食味明显好于对照协优 46。
表 5 　杂交稻新组合 Ⅱ优 3027 的稻米品质性状
Table 5 　Grain quality characters of new hybrid rice combination Ⅱyou 3027
组合
combination
糙米率
brown rice rate
( %)
精米率
milled rice rate
( %)
整精米率
head rice rate
( %)
粒长
grain length
(mm)
长Π宽
lengthΠwidth ratio 垩白率chalkiness rate( %)
Ⅱ优 3027
Ⅱyou 3027 19 7514 6812 612 215 59
协优 46(CK1)
Xieyou 46 22 7315 5111 611 215 92
汕优 10(CK2)
Shan you 10 35 7610 6112 517 211 97
组合
combination
垩白度
chalkiness
( %)
透明度
transparency
(Score)
碱消值
alkali spreading
value (score)
胶稠度
gel consistency
(mm)
直链淀粉含量
amylose content
( %)
蛋白质含量
protein content
( %)
Ⅱ优 3027
Ⅱyou 3027 10 2 612 87 2317 1111
协优 46(CK1)
Xieyou 46 3117 3 614 82 2217 1011
汕优 10(CK2)
Shan you 10 2614 3 616 51 2213 1211
注 :数据由中国水稻研究所农业部稻米检测中心提供。
Note :Data provided by Rice Products Inspecting Center ,the Ministry of Agriculture ,China National Rice Research Institute.
3 　讨论
水稻体细胞无性系变异是离体培养过程中诱导产生的一种可遗传变异 ,它涉及株型、叶
型、穗型、粒型、抽穗期、育性、结实率、米质、抗性等各种重要性状的变化[2 ] 。利用无性系变异
技术 ,我国已先后选育出如籼稻黑珍米、中组 1 号[3 ] 和粳稻组培 2 号、7 号、11 号等常规品种。
我们自 80 年代后期起将该技术应用于杂交稻三系恢复系材料选育 ,并取得了显著的进展 ,创
立了一套较为完整的提高杂交稻体细胞无性系变异育种效率的技术体系 ,并在世界上育成首
例杂交稻新组合汕优 371[4 ] 。
体细胞无性系变异技术是生物技术中较为简单的一种技术 ,多数水稻品种能通过组培产
生再生株 ,因而该技术适用范围广。但也存在一些问题 ,表现为水稻体细胞无性系变异中的有
用变异发生频率较低 ,有用变异类型欠多 ,同时还存在有益变异与有害变异之间的连锁、某些
961　3 期 γ射线辐照和无性系变异相结合诱发创造优异恢复系突变体 R3027
变异的遗传不够稳定、变异发生的不定向性以及离体培养效率明显存在基因型的依赖性等[1 ] 。
为此 ,采用理化诱变与体细胞无性系变异相结合方法 ,既保持了利用无性系变异育种的优点 ,
又明显增加了再生株中有用变异频率和类型[2 ] 。本试验选用遗传基础良好但未能直接用于生
产的中籼品系 3027 ,以γ射线处理其幼穗 ,再经离体培养和植株再生 ,从产生大量的无性系变
异后代选得配合力好、多方面农艺性状得到明显改良的 R3027 ,并育成了大面积推广新组合 ,
更证明了该方法的实用性。据查证 ,R3027 现已成为当今世上应用诱变和无性系变异复合技
术育成的应用面积最大的杂交稻三系材料。
参考文献 :
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ment . Science Press Beijing. 1983
AN ELITE RESTORER MUTANT R3027 INDUCED BY THE INTEGRAL APPLICATION
OFγ2RAYS IRRADIATION AND SOMACLONAL VARIATION TECHNIQUES
SHEN Sheng2quan 　WU Dian2xing 　GAO Ming2wei 　XIA Ying2wu 　SHU Qing2yao
( Institute of Nuclear Agricultural Sciences , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang prov. 　310029)
Abstract :Series of somaclonal variants were induced from young inflorescence culture of single
season indica rice 3027 , which was irradiated by 15 Gyγ2rays and then transferred onto fresh N6
medium for callus formation and MS medium for shoot differentiation. One early maturing restor2
er mutant ,named as R3027 , was identif ied and found to possess the obviously improved multiple
agronomic traits and combined ability in comparison with the original parent 3027. A new hybrid
rice cultivar , Ⅱ you 3027 , with the highest yield potential of 10477kgΠhm2 was successfully bred
from the cross between the cytoplasmic male sterile line Ⅱ232A and mutant R3027. This new culti2
var was officially released in April ,2000 in Zhejiang province ,and its accumulative planting areas
reached 200khm2 .
Key words :rice( Oryza sativa L . ) ; restorer mutant ;γ2irradiation ; somaclonal variation
071 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2003 ,17 (3) :165～170