全 文 ：　文章编号 :100028551 (2000) 0520274205
60Coγ射线辐照诱发创造水稻
显性雄性核不育系
舒庆尧　吴殿星　夏英武　高明尉
(浙江大学原子核农业科学研究所　浙江 杭州　310029)
摘 　要 :早籼品种浙 9248 干种子经 300 Gy 60Co2γ射线辐照后 ,M1 代植株的育性大幅
下降 ,并出现了完全不育株。选用浙 9248M1 高不育株再经人工去雄后与 G93289 杂
交 ,所得杂种 M2 F1 仍分离出雄性不育株。继续用浙 9248 回交 ,M3BC12M6BC4 群体
中仍出现不育株与可育株 ,分离比为 1∶1。用早籼新品系浙辐 504、H416 ,中籼新品
系长丝软占、玉占 ,三系杂交籼稻保持系辐南 B、351B 及恢复系 IR36、20964 与 BC2
群体中的不育株杂交 ,所有杂交一代群体都出现不育株与可育株分离 ,比例接近 1∶
1。此外 ,回交、杂交群体中分离出的可育株与不育株进行姐妹杂交 ,后代也按 1∶1 分
离出不育株与可育株。然而 ,所有可育株的后代 ,不管来自杂交、回交或是姐妹交 ,均
未出现育性分离 ,表现正常可育。本实验所得的不育突变株及其衍生不育株的花药
瘦小 ,花粉呈典败或圆败 ,自然结实率与套袋结实率很低。上述结果表明 ,诱发产生
的不育系属显性雄性不育 ,由细胞核内单基因控制。
关键词 :水稻 ;γ辐照 ;显性雄性不育
收稿日期 :1998211215
基金项目 :国家科技部和浙江省科委“九五”科技攻关项目 (962B12201201)
作者简介 :舒庆尧 (1965～) ,浙江大学核农学所教授 ,从事水稻诱变遗传育种和生物技术研究
水稻雄性不育在杂种优势利用和轮回选择育种中具有重要意义 ,已在我国粮食生产上发
挥了巨大作用[1 ,2 ] 。雄性不育可自然突变产生 ,也可通过理化诱变培育。此外 ,在组织培养、
遗传转化过程中也常常发生雄性不育突变。其中 ,辐射处理是诱发雄性不育突变的最有效手
段 ,前人对此已有不少报道[3～10 ] 。在获得的各类突变体中 ,多数是隐性核基因不育突变 ,只有
少数为细胞质雄性不育[7～8 ] 。在水稻中 ,除正常的隐性雄性不育突变外 ,还有不少环境敏感
型的雄性不育突变[2 ,3 ] ,但迄今一直未见显性雄性不育的报道。1993 年 ,在用正常花粉给 M1
不育株授粉产生的 M2 F1 植株中 ,笔者发现仍然能分离出高度不育株 ,并呈显性遗传。这可能
是国际上首例利用诱发突变技术获得的显性雄性不育系的报道。
1 　材料与方法
111 　M1 植株育性观察
472 　核 农 学 报　2000 ,14 (5) :274～278Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
早籼品种浙 9248 干种子 (含水量为 1315 %)用 300 Gy 60 Coγ射线辐照处理 ,随同对照单
本移栽。在抽穗开花期间 ,随机取 M1 花药用 I22KI 观察花粉育性。同时用目测法选取 M1 不
育株 ,剪颖后用 G93289 花粉饱和授粉观察结实率。在成熟后随机考查 40 株 M1 和对照的主
穗结实率。
112 　突变不育系的培育
在浙 9248 的 M1 群体中 ,选择花药瘦小、干瘪的高不育株 ,人工温烫去雄后 ,用 G93289 和
浙辐 219 授粉 ,得 F1 杂交种子 (记 M2 F1) 。M2 F1 值株出现育性分离 ,对 M2 F1 分离不育株再用
浙 9248 杂交 ,得回交一代 (记为 M3BC1 ,下顺推) ,仍继续出现不育株 ,采用浙 9248 连续回交 4
次 ,获得了与浙 9248 株高、植株形态、叶尖色、分蘖、每穗平均粒数及生育期等农艺性状相仿的
雄性不育系。
113 　不育性突变的遗传研究
首先对 M2 F1 群体以及用浙 9248 回交不育产生的不同世代后代群体中可育株与不育株
的分离比例进行了跟踪调查。其次 ,选取部分 M4BC2 或 M5BC3 不育株 ,与不同类型的水稻材
料杂交 ,观察后代育性分离动态 ,其中包括早籼新品种浙辐 504、H416 ,中籼品种长丝软占、玉
占 ,三系杂交水稻保持系辐南 B、351B 和恢复系 IR36、20964。第三是对回交、杂交后代中分离
出的可育株的育性进行观察。
2 　结果与讨论
211 　M1 植株育性观察
浙 9248 经γ射线辐照处理后 ,M1 群体育性显著下降。M1 植株之间 ,同一植株不同分蘖
之间 ,同一稻穗的不同枝梗之间 ,育性都存在很大差异。浙 9248M1 主穗的结实率为 2412 ±
2811 % ,极显著低于对照浙 9248 的 7810 ±1810 %。从 M1 主穗结实率的标准误大于平均值即
可知主穗间差异之大 ,而其结实率的分布图则更清晰地显示出这一特征 (图 1) 。
图 1 　浙 9248 及其 M1 代植株的结实率分布
Fig. 1 　Seed setting dist ribution of Zhe9248 and its M1 plants
经 I22KI 染色后显微检查发现 ,M1 花粉有正常可育 ,也有典败、圆败、染败等多种类型。
与结实率相似 ,株间、穗间及枝梗间花粉可育度差异较大 ,但同一小花的不同花药间花粉育性
差异较小。除花粉育性下降外 ,M1 雌配子的育性也明显下降 ,去雄后用相同品种的花粉进行
人工授粉 ,M1 结实率仅为 5153 ±6155 % ,显著低于对照的 4211 ±1813 %。
572　5 期 60Coγ射线辐照诱发创造水稻显性雄性核不育系
212 　不育突变遗传特性的初步分析
在浙 9248M1 不育株与 G96289 杂交获得的 36 株 M2 F1 植株中 ,共出现了 17 株高不育株。
逐用浙 9248 与高不育株的分蘖穗杂交 ,得 M3BC1 种子。在回交 M4BC2 、M5BC3 及高世代回交
后代中均分离出可育和不育两种类型 ,经χ2 分析 ,其分离比符合 1∶1 (表 1) 。由此可见 ,在该
杂交组合中 ,诱发产生的不育突变属显性核遗传。
表 1 　γ射线辐照浙 9248 诱发雄性不育突变的遗传分析
Tabel 1 　Genetic analysis of the male sterile mutation in Zhe9248 treated with gamma rays
组　　合
combination
　
植株总数
No. of total
plants
可育株数
No. of fertile
plants
不育株数
No. of sterile
plant
理论分离比
segregation
ratio
χ2 值
χ2 value
　
A. M2F1 (浙 9248M1 不育/ G93289)及回交后代中可育株数 No. of fertile plants in M2F1 and back2crossing population
M2F1 36 19 17 1∶1 01028
M3BC1 26 13 13 1∶1 01038
M4BC2 29 14 15 1∶1 01000
M5BC3 37 14 13 1∶1 01000
B. M4BC2 不育株 ( S) 与其他品种的测交一代中不育株数 No. of sterile plants in the F1 progenies from sterile plants test2
crossing to other varieties
不育株/ 浙辐 504(常规早籼)
S/ Zhefu504 (conventional early indica) 21 11 10 1∶1 01000
不育株/ H416 (常见早籼)
S/ H416 (conventional early indica) 18 9 9 1∶1 01056
不育株/ 长丝软占 (常规中籼)
S/ Changsiruanzhan (conventional single indica) 29 15 14 1∶1 01000
不育株/ 玉占 (保持系)
S/ Yuezhan (maintainer) 34 16 18 1∶1 01029
不育株/ 辐南 B(保持系)
S/ Funan B(maintainer) 25 13 12 1∶1 01000
不育株/ 351B(保持系) S/ 351B(maintainer) 24 11 13 1∶1 01042
不育株/ 1R36 (恢复系) S/ 1R36 (restorer) 18 9 9 1∶1 01056
不育株/ 20964(恢复系) S/ 20964 (restorer) 26 13 13 1∶1 01038
C.回交、测交后代中不育株与可育株姐妹交一代中不育株数 No. of sterile plants in the F1 progenies derived from sterile
plants sib2crossing fertile plants in back2cross and test2crossing population
M3BC1 17 9 8 1∶1 01000
M4BC2 22 9 13 1∶1 01409
M5BC3 24 12 12 1∶1 01042
F1 (M4BC2 不育/ 浙辐 504)
F1 (sterile plants in M4BC2/ Zhefu504) 9 4 5 1∶1 01000
F1 (M4BC2 不育/ H416)
F1 (sterile plants in M4BC2/ H416) 12 5 7 1∶1 01083
F1 (M4BC2 不育/ 辐南 B)
F1 (sterile plants in M4BC2/ FunanB) 18 9 9 1∶1 01056
D. 回交、测交后代中不育株数 No. of fertile plants in the progenies derived from back2crossing and test2crossing
M4BC1F2 195 195 0 2 2
M5BC2F2 205 205 0 2 2
F2 (M4BC2 不育/ 浙辐 504)
F2 (sterile plant in M4BC2/ Zhefu504) 355 355 0 2 2
F2 (M4BC2 不育/ 辐南 B)
F2 (sterile plant in M4BC2/ Funan B) 298 298 0 2 2
　　χ20105 = 3184
672 核　农　学　报 14 卷
用 M4BC2 不育株与早籼新品系浙辐 504、H416 ,中籼新品系长丝软占、玉占 ,杂交水稻保
持系辐南 B、351B ,恢复系 IR36、20964 杂交 ,所有杂种一代植株均出现可育与不育两种类型 ,
且按 1∶1 分离 (表 1) 。由此进一步证明 ,该不育突变与生产上应用的水稻品种的等位基因呈
显性遗传 ,且与籼型三系质核互作雄性不育也无相似之处。
分离出的可育株与不育株姐妹杂交 ,后代也按 1∶1 分离出可育和不育两种类型 ,但可育株
自交后代却未出现育性分离 (表 1) 。上述结果表明 ,诱发产生的不育突变系显性雄性不育 ,受
细胞核单基因控制。
213 　不育株的主要性状表现
用浙 9248 做轮回亲本与浙 9248M1/ G93289 的 M2 F1 不育株连续回交 4 次获得的 M6BC4
群体中 ,不育株、可育株的株高、植株形态、分蘖等主要农艺性状已趋向于浙 9248 (表 2) 。同时
也表明 ,此一显性不育突变基因的遗传传递对其他农艺性状没有显著影响。
表 2 　浙 9248M1 不育/ G93289/ / 浙 9248 BC4 突变雄性不育株的主要农艺性状
Tabel 2 　Major agronomic traits of BC4 male sterile plants f rom
backcross of Zhe9248 to Zhe 9248M1 sterile/ G93289
材　料
material
　
株　高
plant height (cm)
　
株　型
plant type
　
叶尖色
leaf2tip color
　
分　蘖
tiller number
　
每穗粒数
number of grains
per panicle
播始历期
growth duration from
sowing to heading(d)
不育株 sterile plant 8314 ±218 紧 dense 紫 purple 814 ±118 7414 ±2315 35
可育株 fertile plant 8219 ±314 紧 dense 紫 purple 819 ±211 7216 ±2918 35
浙 9248 Zhe9248 (CK) 8118 ±318 紧 dense 紫 purple 911 ±219 7511 ±2513 35
3 　小 　结
辐照 M1 植株的不育性是一种十分普遍的现象 ,多被认为是辐射损伤造成 ,不能遗传。本
实验的结果则说明 ,M1 植株的不育性有部分是可遗传的 ,而且很可能是显性遗传。这意味着
在突变育种中 ,对 M1 群体适当的选择是有益的。在自然界 ,显性雄性不育比较少见 ,但对作
物育种中建立轮回选择群体 ,培育作物新品种是有利的。在水稻中 ,本实验获得的显性雄性不
育突变可能是首例报道。因此 ,它不但对建立水稻轮回育种群体具有重要意义 ,同时也是研究
水稻显性雄性不育机理以及遗传调控的优良材料。此外 ,由于本突变体系人工诱发突变育成 ,
这对其他作物显性雄性不育突变体的创造也具有重要的指导意义。
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IND UCTION OF DOMINANT MAL E STERIL ITY BY USING 60Coγ2
RAYS IRRADIATION IN RICE Oryza sativa L.
SHU Qing2yao 　WU Dian2xing 　XIA Ying2wu 　GAO Ming2wei
( Instit ute of N uclear A gricult ural Sciences , Zhejiang U niversity , Hangz hou 　Zhejiang Prov . 310029)
ABSTRACT :The fertil ity of M1 plants , which developed from dried rice ( c. v. Zhe9248) seeds
treated withγ2rays at the dosage of 300 Gy , decreased dramatically , and some of the M1 plants
showed completely male sterile. There were still fertile and sterile plants in the M2 F1 population
of artif icially emasculated high sterile Zhe9248 M1 plants crossed to normal variety G93289 , and
consequently , Zhe9248 was back crossed to the sterile plants successively as recurrent parent. In
all the above back cross populations , fertile and sterile plants segregated in a 1∶1 ratio. The
M4 BC2 male sterile plants were crossed to various rice materials , e. g. early season indica rice
( Zhef u 504 , H416) , middle season indica rice ( Chuan2si2ran2zhan ,Yu2Zhan) , maintainer l ines
( Fu2Nan B,351 B) and restorer l ines( IR36 ,20964) . In all the above F1 populations , male ster2
ile and fertile plants again segregated in a 1∶1 ratio. In addition , sib2crossing were made in the
back crosses and hybrid crosses bet ween male sterile and fertile plants , male sterile and fertile
plants appeared in a similar fashion as in test crosses. However , no male sterile plants were re2
covered from fertile plants either of back crosses or test crosses. The anthers of male sterile
plants appeared small and poorly developed , the pollen showed typical abortion or round abor2
tion , the seed set in bagged panicles was very low. The experimental data showed that this male
sterile rice mutant was inherited in a single2gene mode.
Key words :O ryz a sativa L . ; gamma irradiation ; dominant male sterility
872 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (5) :274～278