全 文 ：热带亚热带植物学报 2004，12(4)：337-340
Journal of Tropical and Subtropical Botany
水稻杂种F1结实率与亲本程氏指数差异
和同工酶遗传距离的关系及其预测研究
段中岗 ，2 王亚琴1,3 梁承邺
(1．中国科学院华南植物园，广东广州510650：2．惠州学院，广东惠州516015；
3．华南理工大学食品与生物I程学院，广东广州510640)
摘要：以4个籼粳测验种做母本按NCII(4x90)设计配置的360个杂交FI组合为材料，研究亲本的程氏指数差异(I【))、
同工酶遗传距离(GD)与杂种FI结实率的关系。结果显示：ID、GD与杂种F-结实率呈极显著负相关(F-0,540，pF-0．316，p<0．01)，但决定系数不高，分别是0．2916、0．0999。ID、GD与F-结实率的相关性受父本和母本影响，其中对非
广亲和品种测交FI结实率的预测效果较好，对广亲和品种及南京 1l的测交F，的预测则无效。因此，在利用 I【)和GD
对水稻杂种FI结实率进行预测时，宜在一定的亲本类型之间进行，I【)比GD的预测效果更好。
关键词：杂交水稻；结实率预测；程氏指数；遗传距离
中圈分类号：S511．035．1 文献标识码：A 文章编号：1005-3395(2004)04—0337—04
The Relationship of the Fertility of F1 Hybrid Rice th
Cheng’S Index Diference and Isozyme Genetic Distance
DUAN Zhong-gang 2 WANG Ya-qing ，3 LIANG Cheng—ye ’
(1．South China Botanical Gorder~the Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650，China；2．Huizhou University,Huizhou 516015，
China；3、College of Food and Bioenglneering,South China University of Technology,Guangzhou 510640，China)
Abstract：Three hundred and sixty hybrid F1S舶m 4 indica(m36 and Nanjing l1)and japonica(Balila and
Akihikara)rice as female parents crossed with the rest male parents were used to study the spikelet fertility in
relation to Cheng’S index diference 0D)and to isozyme genetic distance(GD1．The results showed that ID and
GD signifcantly negatively correlated with F1 spikelet fertility(，=-0．540，p<0．0 1；严-0．3 1 6，p<0．0 1)，but the
determinativecoefficientwaslOW,whichwas0．2916，0．0999，respectively．ThecorrelationbetweenF1 spikeletfertility
and ID or GD were influenced by bOth male and female parents．ID and GD were useful for predicting F1 spikelet
fertility in varieties of non．wide compatibility．but were not efective for fertility prediction in wide compatible
varieties and in Nanjing l1．Therefore，ID and GD used for prediction ofF1 spikelet fertility are efective only in
certain types of rice materials．and ID is more emcient than GD．
Key words：Hybrid rice；Spikelet fertility prediction；Cheng’S index；Genetic distarlce
杂种结实率是影响F 产量的主要因素之一，由
于存在亚种间不育障碍而无法直接利用水稻亚种
间的巨大杂种优势。随着分子标记技术的发展，一
些研究者利用简单重复序列标记(SSR)、限制性片
段长度多态性(RFLP)标记对水稻亲本分子标记多
态性、亲本遗传分化程度与F 结实率的关系进行了
探讨，李任华等Ⅲ和毛传澡圆认为亲本遗传分化程度
在一定的范围内，F 结实率会出现一个峰值，Zhang
等嘲则认为全部组合的分子标记多样性和F 结实率
呈显著负相关。但是对亲本形态指数差异、同工酶
收稿日期：2003-06-04 接受日期：2003-09-17
基金项目：广东省科技项目(2001A2010105)．中国科学院院长基金(2000-3269)项目资助
通讯作者 Corresponding author
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338 热带亚热带植物学报 第 12卷
遗传差异与杂种F。结实率关系及其预测的研究尚
未见报道。本文利用程氏指数和同工酶标记技术，
以4个籼粳测验种为母本，按不完全双列杂交NCI
(4x90)设计配置的360个杂交F·组合为材料，对亲
本程氏指数差异( 、同工酶遗传距离(GD)与杂种
F。结实率的关系进行研究，以期为亚种间杂种亲本
选配和预测杂种F。结实率提供理论依据。
1材料和方法
材料和处理 供试材料由50份常规品种和
44份籼粳交 DH(双单倍体，doubled haploid)株系组
成，由中国科学院华南植物园和国际水稻研究所提
供(表 1)。2001年在广州中国科学院华南植物园试
验农场以鉴定广亲和品种的4个籼粳标准测验种
(籼稻品种IR36、南京 11；粳稻品种巴里拉、秋光)做
母本，其余材料做父本，按不完全双列杂交NCH(4x
90)设计组配360个杂交组合。2002年早季进行亲
本和杂种F。播种，每组合播 30株，单本植，种植密
度 15 cmx 18 cm，田间管理按常规栽培法。成熟期每
组合随机取 10株，每株取主茎穗和两个低位大分
蘖穗考察小穗结实率。
亲本程氏指数差异(II)) 按照“863”计划水
表 1 供试材料的类型、名称和来源
Table 1 The types，varieties and source office
a：中国科学院华南植物园 b：国际水稻研究所．aandbinparenthesesare sO‘Ul~efrom SouthChinaBotanicalGarden
，
theChinese Academyof
Sciences and International Rice Research Institute，respectively．
稻广亲和材料选育课题组的程氏指数法’对供试亲
本进行程氏指数积分，再计算父本和母本的程氏指
数差异的绝对值作为亲本程氏指数差异(Cheng’S
index diference，I【))。
同工酶检测方法 电泳分析酯酶(EST)、氨基
肽酶(AMP)、天冬氨酸转氨酶(AAT)、过氧化氢酶
(CAT)、苹果酸酶(MAL)、酸性磷酸酶(AC=、)、磷酸葡
萄糖异构酶(PGI)、6-磷酸葡萄糖脱氢酶(PGD)、超
氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POX)10种同工
酶。EST的负带和PGI参照王中仁的方法 叼采用水
平淀粉凝胶电泳检测，其余各种同工酶包括EST的
正带都采用孙新立即的垂直板聚丙烯酰胺凝胶电泳
(PAGE)检测。
同工酶遗传距离 (GD) 选用多态性较好的
EST-1、EST一2、EST-3、EST-4、EST-9、ACP-1、ACP．2、
PGI-1、PGI-2、MAL-1、CAT-1、AMP．2、AMP-3、PGD．
1和POX-1共 15个位点，用Nei【8]遗传距离法计算
亲本间的遗传距离(genetic distance，GD)。使用软件
为 POPGENE version1．31t91。
数据分析 相关分析和显著性检验在 SPSS
10．0 forWindows上进行。
2结果和分析
2．1 ID和 GD与杂种 Fl结实率的相关性
按照Pearson直线相关法进行分析，I【)与全部
杂种F·结实率之间呈负相关，相关系数(r)为-0．540
(p<0．O1)，决定系数(r2)为0．2916(表2)，表明利用亲
本间的I【)差异预测F。结实率可能有一定的效果。
而GD与全部杂种F·结实率的相关系数(r)为-0．316
(p<0．O1)，决定系数(r2)只有0．0999，表明不能由亲本
间的GD轻易推出F。结实率的高低。由于本试验采
用的母本是广亲和鉴定的标准测验种，因此可以根
据各品种的4个测交F·育性将父本分为非广亲和
‘863”计划水稻广亲和材料选育课题组． 稻广亲和材料亲和性鉴定技术规程(修定初稿)，1998．1-4
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第 4期 段中岗等：水稻杂种Fl结实率与亲本程氏指数差异和同工酶遗传距离的关系及其预测研究 339
品种(籼稻和粳稻，共36份)和广亲和品种(共54份)
两种类型。若按类型分别计算其ID、GD与非广亲
和品种、广亲和品种的杂交Ft结实率的相关性，发
现ID、GD与非广亲和品种的杂交Ft结实率的相关
系数和决定系数(分别为 产 ·0．699”，r2=0．4886；
产．0．414’． ．1714)均明显升高，表明 I【)对非广
亲和品种的杂交Ft结实率具有较好的预测效果，
GD对非广亲和品种的杂交Ft结实率也具有一定
的预测效果；虽然ID、GD与广亲和品种的杂交Ft
结实率的相关性达到极显著或显著水平，但相关系
数和决定系数均很低，无法对Ft结实率进行有效的
预测。以上分析表明I【)和GD对杂种Ft结实率的
预测有一定效果，但由于广亲和品种的存在，它们
对杂种Ft结实率的相关性降低了。就预测效果而
言，I【)比GD更好。
裹2 程氏指数墓异fib)和同工奠遗传距离(GD】与杂种 F，结实事的相关性
Table 2 Corelation ofCheng’S index diference(ID)and isozyme genetic distance(GD)with Fl spikelet fertility
WCVfWide-eompatiblevariety；’和” 分别表示在O．O5和O．Ol水平上差异显著．’and”，Signifcant at5％and1％levels，respectively
2．2利用ID和 GD对非广亲和品种杂种 F-结实率
的预测
I【)和 GD对不同母本与非广亲和品种组合的
F 结实率的相关性及预测Ft结实率见表3。I【)和
GD与IR36、巴里拉、秋光的杂种Ft结实率的相关
性较高，与南京 11的杂种Ft结实率的相关性较低，
其中GD与南京 11的测交Ft结实率不显著相关，
其它的均达极显著水平，表明I【)和GD对Ft结实
率的相关性受不同母本的影响。以Ft结实率达70％
以上为可育，根据I【)和GD与各杂种Ft结实率的
直线回归方程，可以计算出口R36、南京 11、巴里拉
和秋光的杂种Ft结实率超过70％的I【)差异值分别
为低于 11．1、14．5、11．05和9．12，Ⅱ 6、巴里拉和秋
光的杂种Ft结实率超过70％的GD差异值分别为
低于 1．08、0．66和0．93。这说明在水稻杂交育种研
究中，欲得到Ft结实率正常可育的杂交组合，则亲
本间的I【)差异应低于9。12-14．5，GD差异应低于
0．66-1．08(具体情况与母本品种特性有关)。这一结
论可能对以籼粳不育系为母本的三系或两系杂交
稻亲本选配起到一定的指导作用。
3讨论
解决杂种结实率问题或对杂种结实率做出较
准确的预测是水稻育种的重要任务。李任华等Ⅲ和
毛传澡嘲以不育系和 DH株系的杂交Ft为材料，发
现在亲本遗传分化综合指数(TDj)值为20—25，或亲
本籼粳分化综合指数值( 为 14-16的范围内，Ft
衰3 ID和GD对非广亲和品种的杂种 Ft结实事的相关性
Table 3CorrelationofChengsindex diference0D)andisozymegeneticdistance(GD)withFl spikeletfertilityinnon-widecompm~Mvarieties
”O．Ol显著水平 Signifcant at 1％leve1．
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热带亚热带植物学报 第 l2卷
结实率出现一个峰值，并认为中间型亲本在杂交优
势利用中具有重要作用。Zhang等[3】发现全部组合
的SSR、RFLP标记多样性和F-结实率呈显著负相
关，但这种相关性在亚种内和亚种间都很低。他们
的研究结果对选配亚种间杂交组合具有较好的参
考价值，但是仍未能对杂种结实率做出较准确的预
测。本文采用两种方法对杂种F-的结实率进行预测，
结果表明I【)与杂种F-结实率呈负相关 一0．540，
p<0．01)，GD与杂种F-结实率也呈负相关(r=一0-3l6，
p<0．01)，两种相关均达极显著水平，但决定系数不
高，表明一般而言利用亲本间的ID和GD对F 结
实率的预测效果并不理想。但是杂种结实率的预测
研究牵涉到多方面，其复杂性主要表现在以下几个
方面：
(1)不同方法的预测效果不同。亲本程氏指数
差异(ID)与F。结实率的相关系数、决定系数比同工
酶遗传距离(GD)的明显要高，I【)与全部 F-和非广
亲和性品种的F 结实率的相关系数分别为一0．540“、
一 0．699’．，GD的则为一0．316”、一0．414“，对4套测交Fl
的预测结果也是如此。程氏指数虽然只考察反应品
种籼粳分化的6个形态性状或生理性状，但这些形
态分类性状与 27个RFLP探针位点间有着非常密
切的关系[2]，因而能对品种的籼粳属性做出较准确
的判断。而同工酶分析只用了所检测到多态性的l5
个位点，有些多态位点与籼粳分化并无关系，这可
能是同工酶遗传距离预测杂种结实率效果较差的
原因。Zhang等[3]以SSR和RFLP标记计算的距离
对亚种内和亚种间的结实率预测也较低。这说明分
子标记可能还需有所选择才能用于杂种结实率
预测。
(2)父本亲和性分化类型影响预测效果。广亲和
品种与籼粳杂交均可育，因此用I【)或GD与其F。
结实率的相关性很低，非广亲和性品种(籼稻和粳稻)
的F-结实率与ID、GD的相关性则很高 (r=一0．699‘．
r=一0．414‘．)，决定系数也高，因此I【)对非广亲和性
品种 F 结实率的预测效果很好，GD也有一定的
效果。 ．
(3)不同母本的预测效果不同。在对4个籼粳测
验种与非广亲和性品种的F 结实率的预测中，发现
ID和GD与IR36、巴里拉、秋光的F-的结实率相关
性高，而与南京 11 F 的相关性低，说明I【)和GD
对F。结实率的预测适合大多数母本品种，但对某些
母本无效。根据回归方程对籼粳测验种与非广亲和
性品种的F。达到70％以上结实率的I【)和GD范围
进行预测，发现不同亲本ID差异达 9．12一l4．5或
GD差异达0．66—1．08时F-均可育，这表明除了通
过广亲和品种利用亚种间杂种优势外，还可在一定
范围内直接利用亚种间杂种优势。但是将籼粳测验
种换成相应的籼粳不育系，其结果如何还有待进一
步研究。
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