全 文 ：热带亚热带植物学报 200I，9(4)：329—334
如Hrnl Tropical azd Subtropieal Boto~y
转 bar基因水稻在杂种优势育种 中的利用
段发平 黎垣庆 粱承邺
中国科学院华南植物研究所 广东 广州 510650
摘要 ： 3个美国转 bar基因水稻抗 陈草剂品种 BengalHu一10、Cypress PB一6和 Gulfmont为父本 ，分别与
三系 、两系不育系及人工去雄恢复系杂交。考种结果发现：这 3个抗性亲本所配组合杂种优势不明显 =通过
杂交将抗除草剂亲本中的 bar基因转移到常规恢复系 已经培育出 3个抗除草剂恢复系明恢 63一B、测 64一B
和特青．B；且已选配出 5个抗性杂交组台，它们能保持原组合的产量水平。还讨论了水稻杂种优势利用面
临的问题和转 ^ 基因水稻抗性亲车在杂种优势上的应用前景
关键词：转 ha．-基因水稻 ；杂种优势 ；雄性不育 除草剂
中图分类号 ：s511 035 I 文献标识码 ：A 文章编号 ：1005—3395(2001)04—0329—06
APPLICAT10N 0F A詹一TRANSGENIC RICE IN
BREEDING F0R HETEROSIS
DUAN Fa-ping LI Yuan·qing LIANG Cheog-ye
South Chtna Institute oj"Botrat7． G^i rw~e A cMemy of Sciences．Guangzhou 510650，China)
Abstract：Three 6ar—transgenic rices，Bengal Hu-10，C)?ress PB-6，and Gulfmont as male parents，were
crossed with 6 male sterile lines：Zhenshan 97A Bo A，Pei-ai 64S，Nan xiang 95S，Xi 2 1 7S an d GD 1-S
Eight restorers emasculated were crossed with the three herbicide—resistant sources．Forb-eight FI hybrids
were obtained totally The results indicated that heterosis in these FI hybrids were not obvious By
transferring herbicide fLiberty)．resistant bar gene into conventiona1 restorer 1ines、3 restorer 1ines
(Minghui 63-B，Ce 64一B．and Teqing-B)were developed via crossing，and 5 resistant combinations，i．e
Zhenshan 97A／Minghui 63．B(B 1．B)．Zhenshan 97A／Ce64一B(By!-G)．Zhenshan 97A／Ce 64-B(B 3FI-C)，
Pei．ai 64S／Teqing-B(B1F!-C)．and Pei-ai 64S／Teqing-B(B’FI一13)，had been bred，which retained the same
yielding level oftheir original combinations．The problems ofheterosis application，and the prospect of
bar-transgenic rice parents in breeding for heterosis are discussed
Key words： bar-tran sgenic rice；Heterosis；Cytoplasmic male sterility；Herbicide
bar；tj~N(bialaphos resistance gene)~使植 物抵抗 以 Phosphiothricin(PPT，膦丝菌素)为活性成
份的除草剂，如 Bialaphos(双丙氨膦)和 Glufosinate(草TN)⋯。德国 Aventis公司(前身为艾格福公
司AgrEv0)拥有 bar基因和相应的除草剂草丁膦。该公司培育的商品化抗草丁膦作物品种有大豆、
玉米、油菜、甜菜 、棉花、水稻等[21，严文贵 提出了将抗除草剂特性应用于作物杂种优势利用中的设
想。肖Ngy~、黄大年 等提出利用抗除草剂基因解决两系杂交稻在制种过程中出现的纯度问题。黎
收稿 日期：200【一03—09
基盒项 目：国家转基因植物研究与产业化开发项 目基金资助
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热 带 亚 热带 植 物 学报 第 9卷
垣 等实验~吐日月美匿抗除草剂水稻品种 Bengal Hu·10、Cypress PB一6和 Gulfmont中 bar基因的遗
传模式是受一对显}生核基 控制 并与细胞质无关 本文旨在研究上述 3个美国转 bar基冈水稻
品种在水稻杂种优势上n勺利用前景
1材料和方法
材料 3个美围抗除草剂 (Libert3’1转 har基因水稻 品种 ：Bengal Hu．10、Cypress PB．6和
Gullinont，由美国阿肯色严 氏杂种优势。J寐 剖公司提供 。 2个三系不育系：珍汕 97A和博 A。2
个_二系保持系：珍汕 97B币¨博 B．4个阿系不育系：培矮 64S、南香 95S、西 217s和 GD1．S。8个恢复
系：R】22、RI345、71、223、416、特= 矮 、粤 占il1 02428。对照组合为汕优 63。除 了R122、R1 345和
特三矮来 自广东省农业科学院外 ，其它材料均由中国科学院华南植物研究所提供。
方法 6个不育系材料作 母本 ，分别 与 3个转 bar基 因水稻抗性品种杂交 ；同时对 8个恢复
系人工去雄后分别与 3个转 1 水稻抗陆品种杂交，共获得 48个杂种 F 。上述材料种植在中国科
学院华南植物研究所试验农场。每小区种植 30株 ，单株植 (20 cm x25 em)。收获时每小区随机选取
株=等种～考种性状 削来高、每株穗数、每穗实粒数、结实率 、单株产量。
平均优势 =(F．一MP)／MI ×l00％、MP为一11亲值 ～
竞争优势 =(F 一CK)／CKx 100％、CK 为划照组合的性状值。
2 结 和分析
2．1 抗除草剂品种与三系不育系杂交组合主要农艺性状的杂种优势表现
从表 】可知，除 Gulfinont与珍汕 97A杂交组合的株高竞争优势高于到照汕优 63外，其它 5
表 1抗障草剂品种与三 系不育系杂交组台主要农艺性状的杂种优势【％l表现
Table I Heterosis(％ J for a~ro13omic tmits ofF】hyb rids crossed by herbicide—resistant varieties with CM S lines
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第 4期 段发平等 ：转 ／Jar基凼水稻在杂种优势育种中的利用
个杂交组合均低于对照组合；但所有 6个组合的株高平均优势均为正值，其中最高的达 21．O％。6
个组合的每株穗数的竞争优势也都高于对照 ，平均优势则因组合不同差异较大 ，表现为正优势或
负优势。所有 6个组合的每穗实粒数、结实率和单株产量的竞争优势以及平均优势全部为负值。从
考种数据来看 ，6个组合的结实率仅为 O．9％一13％(数据未列 出)。这说明 3个美 国抗除草剂品种缺
乏强恢 复基因，难 以直接应用于三系杂交育种
2．2 抗除草剂品种与两系不育系杂交组合主要农艺性状的杂种优势表现
l2个两系杂交组合株高的竞争优势高于或接近对照汕优 63，最高达 36．5％。每株穗数的优势
率最高为57．9％，最低为一2l 1％。但是，l2个组合的每穗实粒数、结实率和单株产量的杂种优势均
低于对照(表 2)。虽然其 中有些组合的结实率高达 87．O％ (表 中未列 出)，但是这些组合综合性状
差 ，在生产上的利用价值不大。
表 2抗除草剂品种与两系不育累杂交组台主要农艺性状的竞争优势(％)表现
Table 2 Competitiveheterosis(％)for agronomictraits ofFl hybrids crossed bythree herbicide-resistant
varieties with pboto(thermo)-sensitive male sterile lines
2．3 抗除草剂品种与恢复系杂交组合主要农艺性状的杂种优势表现
8个恢复系分别与 3个转 bar基因水稻品种杂交共获得 24个杂种 F 代 。按这些杂交组合的优
势表现进行分类 ，统计每种类型的组合数 ．结果列于表 3。可以看 出，24个杂交组合的株高优势表
现绝大多数 属于正 向平均优势和正向竞争优势娄型。而每株穗数和结实率的杂种优势率大部分组
合为负值。每穗实粒数的竞争优势和平均优势多数表现为正向优势。多数组合单株产量的平均优
势为正值旭 是竞争优势的优势率除两个组合稍高于对照外，其它组合均低于对照组合。
从 24个杂交组合中选出综合农艺性状较好的组合，列于表 4。223／Gulfraont、R122／Cypress
PB．6、223／Bengal Hu．10和 R122／Bengal Hu-10的单株产量接近或略高于对照组合汕优 63，但是前
3个组合的植株偏高。组合 R 122／13engal Hu-l 0的株高较接近对照 ，但是结实率偏低。
2．4 抗除草剂恢复系的转育和抗性组合的选育
以美国抗除草剂品种为父本与明恢 63、测 64和特青杂交，子一代喷药后，选成活单株作母本，
以常规恢复系为父本回交，如此回交 2-3代，选育出 3个同型抗性恢复系。由表 5看出，除珍汕
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表 3 24个杂交组合中有优势表现的杂交组台数的分布
Table 3 Frequency distribution ofthe numbers ofcrosses with diferent heterosis from 24 combinations·
Figuresinthetable arethe numbers ofFr hybridsH ith variousItait heteros Js
表 4综合性杖较好的几个杂交组合主要农艺性状的表现
Table 4 Agronomic traits ofherbicide-resistant Fl hybrids with beter traits
97A／测 64的每株穗数平均优势为一104％外、5个三系组合的主要农艺性状均超过或接近中亲值：
其中 3个抗性组合单株理论产量的平均优势较强 ，最高达到 91．3％ 若 以汕优 63为对照，珍汕97A／
明恢 63一B(B l-B)、珍汕 97A／测 64·B(B4；rG)、珍 汕 97A／测 64．B(B ．·c)、培矮 64S／特 青 B
(B I rC)和培矮 64S／特青(B：F．·B)5个抗性绢合的株高、每株穗数和结实率的竞争优势则表现为
正值千Il负值。7个组合干粒重的竞争优势表现为负向优势。陈组合珍汕 97A／测 64-B(B FrG)外，每
穗实粒数均表现为正向优势：单林产量的竞争优势和平均优势与每穗实粒数表现一致(表 5)。还可
以看出，同型抗性恢复系酉已制的杂交组合n々单株产量均比原始恢复系配制的杂交组台要高
3 讨论
3．1 水稻杂种优势利用面临的问题
目前广泛使用的水稻三系雄性不育系珍汕 97A和 V20A的抗性退化 ，种性变劣 ，异交率又不
高，只冈其不育系育性稳定，才在生产上继续使用。近年育成的一批不育系如 Ⅱ-32A、优 lA和香
2A等配合力好，米质优，抗性强 ；但固古弱恢复因子，在高温期制种常有少量自交结实，因而大面
积制种要冒风险 两系法杂交水稻的母本雄性不育性是由隐性核基因控制，恢复谱广。它克服了置
系往的缺陷．组配优势组台机率高，能较易利用亚种问杂种优势，显示出高产或超高产的潜力，但
其不育系育性易受光照与温度等环境因子的影响 ，种子纯度难 以保证 。化学杀雄法不需培育不育
系 ，配组 自由，只要父母本产量或品质等 疗面的配合力好 ，对其 中～个实施杀雄 ，即可利用其杂种
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第 4期 段发平等 ：转 基 因水稻在杂种优势育种中的利用 333
珍汕 97A[明恢 63(对照)[Zhenshan 97A~Minghui 63(Contro1)】
平均优势 Average heterosis 一0．2 】8
珍汕 97A／明恢 63一B( FrB)[Zhenshan 97PoqVlinghui 63一B(B2F-一B1】
竞争优势 Competitive heterosis 3．4 3．6
平均优势 Average heterosis 3．3 s 5
珍汕 97AI测 64(对照)[Zhenshan 97A／Ce 64(Contro1)]
竞争优势 Competitive heterosis
平均忧势 Average heterosis
珍 97A．：删 64一B(B G)[Zhenshan 97A／Ce 64一B
、I 均忧 势 Average heterosis
珍汕 97A／墁j 64一B(B】Fl—c][Zhensh~n 97A／Ce 64一B(B，F．一0
竞争优势 Competitive heterosis
平均优势 Average heterosls
培矮 64S／特青 ( t照)[Peiai64S,：Tcqing【Contro1)]
竞争优势 Co mpetitive heterosis
墙矮 64SI特青 一B(BlFrC)fPeiai 64S,qeqing—B(B c)】
竞争优势 Competitive heterosis
培矮 64S／特青 一B(B~Fl—B)[Peiai 64S~qeqing-B(B Fl—B)】
竞争优势 Competitive heterosis
7 2 0 —2l 8．8
69 9 l0 3 8】 9l_3
0 0 一1．2 0 4．1 —14 4 一I 5
5 S —l0 4 48 9 】5．6 7 2 4I
- 6 3 10．8 -3．0 I 8 I3 4 —6 9
一 【_2 0．5 43．8 I3．0 8．5 55．0
5．7 27．7 2．8 0 3 一】4I 】2．8
— 0 5 】5．8 52．5 1l 4 7 6 87 8
2 3 —9 6 55 8
l 1 —6 0 72 6
0 5 l6 5 】7 6
4．5 一l4 8 38 2
明饿 63一B(B F-一B)表示转 基因明恢 63．括号内 B 表示回交 2次子一代 ，后面连接的大写英文字母 表示除草剂抗性 的供
件品种 ，如 B为 BengalHu—l0，C为 CypressPB-6 G为 Gulfmont，其它类推 Min卧ui 63一B(B Fl—B)represents h~-transgenicMinghui
63；B，rBin brackets rflean$Fl hybrid ofsecond backcross gene rationsfor herbicide-resistantdonorBengal Hu一10．Ifthe donorisBengal
¨u．Il，cyp 5s PB-6~rGuIfmont．itwil bewfi~ten asB，C 0rG． sPectlvely．The others a aIogized bythis rule
优势，但是杂种纯度仅为 80％一90％左右。若杂交稻纯度不高 ，伪杂种往往表现出株高、抽穗期不一
致，早熟的往往易倒伏与落粒 ，迟熟的在收割期未开花或未成熟，其中雄性不育株的 自交种子根本
不结实。这样对杂交水稻产量影响极大。因此要培育出突破性的新品种 ，大幅度提高水稻的产量 ，
急需新的切实可行的育种技术 。
美国转 bar基 因水稻抗性基因源在杂种优势上的应用可望解决如下问题。第一，简化水稻杂交
种子生产程序，可望获得超净杂交稻种。将转 bar基因水稻恢复系与不育系组配杂交组合，对秧苗
喷草丁膦药剂可彻底清除伪杂种，保证大罔生产纯度达到 100％。第二，简化水稻杂交种子纯度的
鉴定方法 ，有效地防止假冒伪劣种子坑农、害农。以往异地种植鉴定花费时间过长，而遗传分析法
(如酯酶法)耗资太多。采用抗除草剂水稻恢复系生产的杂交种子，只需一个简单的发芽试验，在苗
期喷药就能区别出真假杂种。第三，有利于选配强优势或优质杂交组合 ，防止生产上的遗传脆弱
性。超净杂交育种技术的应用可以重新启用曾经被摒弃的一些配合力好但育性有欠缺的水稻不育
系(Ⅱ．32A、优 1A和香 2A等)，有利于杂交组合的自由选配和提高杂交水稻的产量；其次，因亲本
选择范围的扩大，能增加群体的遗传多样性，防止生产上的遗传脆弱性和流行病的发生 ；第三，超
净强优势杂交水稻的抗性恢复系导入美国热带粳稻的优质米基因，与国内优质米不育系相结合，
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热带 亚 热带 植 物 学 报 第 9卷
使杂交水稻的米质大幅度提高。笫四．使用与抗除草剂基因相对应的除草剂，能有效除去杂草，大
大减少劳动力 ，且能解决直播 (或抛秧 )秧 m的草荒问题 第五 ，开拓了水稻杂 I1优势利用 的新途
径。以往用于优势预测的材料多为不育系配制的杂交种，而把抗性恢复系作为化杀父本，有望获得
大量正常品种间的杂交组合 ，用于杂种优势的预测 ，可拓宽优势预测的选材范 围H71。
3．2 抗除草剂品种在水稻杂种优势上利用的现状与展望
3个美国抗除草剂品种 BengalHu-10、CypressPB-6和 Gulfiuont因缺乏强恢复基因，与三系不
育系杂交的组合表现为高不育或低不育，产量杂种优势表现为负优势 它们与两系不育系配制的
杂交组合的产量杂种优势亦表现为负优势。但是，其中部分组合的结实率已经达到正常水平，进一
步扩大杂交组合 ，有望获得强优势组合。用这 3个抗除草剂品种与生产上利用的强恢复系组配的
24个杂交组合中半数以上单株产量平均优势为正值，有 4个组合的竞争优势接近或略超过对照汕
优 63。若扩大杂交组合，有可能歌得在生产上可利用的组合。但是总的看来，这 3个抗性品种在生
产上直接应用仍存在一定困难，垠有希望的途径是通过杂交将它们的单个显性 6 基因转移到我
国的优良恢复系中，然后利用转育成功的同型抗性恢复系来选配杂交组合。目前，利用该技术已培
育出3个三系抗除草剂杂交组合和 2个两系抗性组合。这些抗除草剂组合能保持腺组合的产量水
平，苗期喷除草剂可淘汰假杂种，说明外源 bar基因的转入与原品种内恢复基因是协调的。同时，从
美国抗性品种引进的热带粳稻成分可提高恢复系的配合力，能选育出比原组合优势更强的组合，
如组合珍汕 97M 明恢 63-．B(B2FrB) 。此外 ，我们可以利用转育成功的抗性恢复系测 64-B、明恢
63一B和特青一B作为抗性供体 ．利用其亲和性好、产量高等优点与其他优良恢复系杂交转育新的抗
除草剂同型恢复系，也可以将抗性基因转入 02428等广亲和亲本，把它作为父本与化杀去雄的籼
稻或粳稻品种杂交 ，有望利用亚种之间的杂种优势 ，培育出超级杂交稻 。
致谢：感谢美国阿肯色严氏杂种优势与除草剂公司严文贵博士提供的抗除草剂材料Bengal Hu一】0t
印press PB-6．GuIfmont。
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