全 文 ：热带亚热带植物学报 2004，12(4)：33 1—336
Journa／of Tropicd and Subtropical Botany
水稻温敏核不育突变体 0A15—1的
育性表现及遗传学研究
王昌虎 马镇荣 张明永 凌定厚
(中国科学院华南植物园，广东广州510650)
摘要：水稻细胞质型雄性不育系IR69700A的幼穗经离体培养，获得一个体细胞克隆突变体0A15-1。经短日照和低温
处理表明，0A15-l具有在高温下不育和低温下转为可育的特性，是一例温敏不育突变体。花粉染色显示0A15-1属于
典败型不育。通过与明恢63、优B和广陆矮等多个父本的杂交，其F：和BC。群体的育性分离比都揭示0A15-l的不育
性状受一对隐性核基因控制，并且为孢子体型雄性不育。该新种质可以用于对相关温敏核不育基因进行分子标记及用
于两系法生产杂交水稻。
关键词：体细胞克隆突变体：温敏核不育：细胞质雄性不育：水稻
中圈分类号：$511．035．2 文献标识码：A 文章编号：1005—3395(2004)04-0331-06
Sterility Investigation and Genetical Analysis of a Thermosensitive
Genic Male Sterile Mutant 0A15．1 in Rice
WANG Chang—hu MA Zhen—rong ZHANG Ming—yong LING Ding—hou。
(South China Botanical Garden,the Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650，China)
Abstract：A somaclonal mutant 0AI5。1 obtained from in vitro culture by young panicles ofIR69700A showed
typically abortive type ofmale sterility as proved by pollen staining with 1％ iodide—potassium iodide solution．As
shown by short day and low temperature treatments， the mutant had a character of thermosensitive genic male
sterility which exhibited fertility conversation， i．e．sterile under hi【gh temperature and fertile under low
temperature，regardless of being under long day or short day．Analysis of fertility segregation patern from F1，F2
and BCI indicated that the sterility trait of 0A I 5一1 was controled by a single recessive gene and belonged to
sporophytic male sterile type．This mutant is an useful material both for gene tagging and production of hybrid rice
by means ofphoto(thermo)一sensitive male sterile lines．
Key words：Somaclonal mutant；Thermosensitive genic male sterility；Cytoplasmic male sterility；Oryza sativa
Dalrnacio等m利用 瓜64连续回交具有 AA基
因组的野生稻 Oryza glumaepatula(Acc 100969)获
得了细胞质型雄性不育系IR69700A。IR69700A在
自然条件下完全不能自交结实；与9个野败型(wA)
恢复系杂交，后代的花粉不育率高达88％一100％，
显示这是一个与野败型不育系不同的全新不育系。
从获得该不育系开始，寻找其恢复系的工作就在各
水稻生产国进行，但是迄今仍然一无所获，因此利
收稿 日期：2003-07-03 接受日期：2003-10-10
基金项目：广东省科技项目(A2010105)重大专项资助
’通讯作者Corresponding author
用 9700A进行三系配套生产杂交水稻的工作无
法开展。为进一步研究利用 瓜69700A这一特殊的
种质 资源 ，我们通过离体培养技术获得 了
IR69700A的一系列体细胞克隆突变体。其中一类
不育突变体可以被大多数籼稻品种所恢复，包括常
规的WA型恢复系。但是没有任何品种可以保持它
的育性。这一表现与其供体IR69700A的表现刚好
完全相反I2]。本文选取其中具有代表性的一例体细
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热带亚热带植物学报 第 12卷
胞克隆突变体0A1 5-l作为研究对象，以揭示其不
育现象的遗传本质，为进一步的基园标记和育种应
用提供依据
1材料和方法
材料 不育系IR697OOA及其保持系IR69700B
由国际水稻研究所Dr．Brar提供。IR69700A具有
∞：n g{unmepatula来源的细胞威“。体细胞克隆突变
体0AI5—1来自于IR69700A的幼穗经离体培养获
得的愈伤组织再生系，离体培养及植株再生方法见
马镇荣等tT．1。所有实验材料均种植于中国科学院华
南植物园的水稻试验田．不育系稻篼于冬季移栽至
温室内保存。
育性标准 花粉育性通过镜检花粉在 1％
I-KI染液中的染色情况判别，染色程序参照朱英
国 的方法。取刚开始开花的主穗或大分蘖穗中上
部花的3-5个花药，置于预先滴半滴清水的载片
上，迅速用镊子敲开花药，使花粉散出，加 1滴 1％
I-Kj染渡均匀染色数分钟，在显微镜下取 5个代表
性视野计数。育性按Raj和VirmaniH 的标准划分，
即花粉可育率0为全不育，1％-30％为部分不育，
30％-60％为部分可育，60％-100％为可育 育性标
准同时参考套袋结实率和自然结实率的数据。
低温处理 参照马镇荣等 的方法作低温处
理，略做修改 在光照培养箱内进行，温度控制采用
昼夜变温的方式，白天2l±1℃处理 1 5 h，光照强度
约 20 000 gttoolm。s一，夜晚 l6±1℃，处理 9 h：每日
光照15 h；处理10 d。早造期同，在剑叶的叶枕和下
一 叶的叶枕相距为 6 ClTI时取材，显微观察显示，此
时为穗的颖花花粉母细胞减数分裂始期。处理完毕
后即把植株移栽入大田，抽穗后检查花粉的育性，对
转育的材料进行花粉染色率统计。
杂交组合配制 以田间花期相遇的近5O个
水稻品种作父本，0A15·l为母本进行杂交．获得F ；
种植部分F。种子，获得F：群体；以F 作父本，与
OA15-1杂交获得BC-群体。所有F，、R和BC-材料
均在早造种植．以保证其小孢子分化处于高温和长
目照的条件下。以花粉染色率和套袋结实率来鉴定
F2和 BC【的育性。
不育基因的遗传分析 F2群体中单株的育
性分离结果 按照白花授粉植物纯合子基因型率公
式来推算育性基因的对数 】：
＆ g n一 lf4)
其中D／．为总株数、／1,为不育株数。恢复基因的
遗传分析结果的适合度检验使用 测验 j。
2结果和分析
2．1 OAlS-l的花粉染色结果
不育期内OA15—1的花药比较细小，呈乳白至
淡黄色，花丝细长。制片过程中0AI5-l的花药很难
敲开，一般碎裂成大块，而不像可育株 E的花药壁
极易敲开；不育株花药散粉能力差，镜检时部分花
粉仍然不能由花药内散出，表现出花药和花粉发育
异常的特点。镜榆不育期0A15一l花粉属于典败型
雄性不育，花粉细小而且量少(直径约为正常可育
花粉的 1／2)，一般没有内含物且表皮皱缩(图
IA)。而可育时期的花粉为圆形且染色较深，显示
有大量的淀粉积累，且体积也大很多【图lB)。
图1 0AI5-I不育期(A)和可育期(B)的花粉(×64)
Fig1 Sterk|~(A)madfertile(B)poliem grains(×64】ofmulaat 0AI5-I stained tltI-KI solution
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第4期 王昌虎等：水稻温敏核不育突变体A15-1的育性表现及遗传学研究 333
2．2自然条件下 0A15·1的育性变化
早造正常播种的0A15-1表现完全的雄性不
育，花粉染色率为0 在晚造的前一阶段，一般为l0
月中旬以前，0A15-1仍然表现完全的雄性不育 (花
粉染色率为0)，此后逐渐出现育性转换的现象，至
l0月底染色率已经高达81％，表现有高比率的育性
转换发生，这一时期抽出的穗子的自交结实率达到
49．96％(表 1)。不育时期的植株株型表现为叶直
立、无结实。表1中在花粉染色率为0的情况下，包
括对照在内的材料仍有较低结实率可能是串粉造
成的 在晚造晚期(10月底)，一个植株上可以同时
观察到不育穗和可育穗的存在。此现象只发生在晚
造较晚时期抽的穗子上，而且与正常植株相比结实
率偏低。在 1999至2002年间持续的研究显示，
0A15-1的育性变化在不同年份间具有可重复性，因
此排除了生理不育 (不可遗传)的可能性。结合广
州地区晚造期间光温的变化规律推断，0A15-1的不
育应该属于可遗传的环境敏感的核不育突变体，即
EGMS(environmental genic male-sterilities)。因此，
0A15-1的育性变化应该为受到光温条件的诱导所
致，即晚造由不育转换为可育现象为温度和／或光
周期因素诱发的结果。
2．3低温处理
在早造自然条件(高温长日照)下，大田中的
0A15-1仍然表现为雄性不育。经过低温长日照处理
后的小穗花粉染色率达到76．3±2．13％，表明0A15-1
在低温长日照的条件下已经由雄性不育转换为可
育，而且控制育性转换的因素为温度，而非日照长度。
马镇荣等【2]的研究已经证明，短日照处理不能
引起0A15-l由雄性不育转换为可育。结合本文的
结果，可以将0A15—1的育性表现规律归纳为：在高
温条件下，长日照或短日照下皆不育；而在低温条
件下，长日照或短日照下皆表现为可育，即育性转
换受到温度高低的控制，而与光周期无关。因此，
0A15-1为一温敏不育突变体。
2．4 Fl的不育性状
在 1999到2002年早造期间，总共测试了114
个杂交组合，部分父本资料列于表2。虽然数据为自
然条件下的结实率，不能完全排除发生串粉的可
能，但是考虑到其数据在4年间的可重复的特点，
可以认为串粉并不起主要作用。获得的F-群体各有
3到272个个体不等，平均约36个。测交Ft的考种
结果表明，在 1 14个被测试的父本中，所有品种均
能使0A15-1的育性得以恢复，而没有一个品种能
保持其不育特性。这一特点与其供体不育系
IR69700A的表现完全相反 因此0A15-1象其它温
敏不育系一样，具有广泛的恢复系谱。同时也表明，
OA15-1的不育性状受到隐性核基因的控制。无论在
花粉染色率，还是在自交结实率方面，0A15-1育性
的恢复都表现出对父本基因型的依赖性，比如以桂
丝-8为父本的F-结实率为近92％，是笸锦B组合
的近2倍。不同组合F-群体中并未发现有育性分离
情况，因此0A15-l的不育类型为孢子体型雄性不
育，而非配子体型雄性不育。作为外植体供体的
IR69700A的保持系IR69700B(即IR64)能够部分
恢复 0A15-1的育性 (表 2)，这显示 0A15-1与
IR69700A不育机理的差异。
2．5突变体0A15-1不育性状的遗传分析
在3年间(1999-2002年早造正常播种)配制
的F 群体总共有44个，表3中列出其中的30个。
从K值来看，30个组合的值都接近l，即0A15-1的
不育基因为一对隐性基因所控制， 检验的结果表
明这些群体中可育与不育植株数符合3：1的理论分
离比(置信度大于95％)。BC-的结果也进一步验证
了来自F 数据的结果(表4)，8个不同株系的数据
与期望的 1：1育性分离比相吻合 (置信度均大于
95％)。
表 1 0A15—1在不同季节的育性表现
TableI Fertility expression of0Al5一l in two growing seasons
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334 热带亚热带植物学报 第 l2卷
裹2不同组合的F-的育性调查结果
Table 2 Results offertility restored by diferent polen
parentsinFlgeneration
‘除表中列出部分外，父本还包括内选4号、城特232、野珍B、
39327、珍新粘2号、胜桂2、万夫香、巴太粘、白油粘、培312、青油粘、
特三矮、特青、晚3、五香丝苗、新世纪软粘和IR26等。”2000年晚
造数据。每组合取5株，每株取5穗考种统计结实率。‘Besides those
listed in table，po len parents also include：Neixuan4，Chengte232，
Yezhen B，39327，Zhenxinzhan 2，Shen ggui2，W anfoxiang，Bataizhan,
Baiyouzhan，Pei3 12，Qingyouzhan，Tesanai，Teqing，Wan3，Wuxiang-
simiao，Xinshijiruanzhan，andIR26．”DataWCl~obtainedfromlate rice
in 2000．Seed set percentagewasdetermined by counting 5 panicles per
plant,and 5 plantsperCRO$$wereused．“一”无数据Nodata．
3讨论
通过对育性表现和转换的研究，结合各 F：和
BC-分离群体的结果可以得出，0A15—1为一隐性温
敏核不育突变体。其不育性状受到一对隐性核基因
的控制，花粉败育表现为典败型。这与许多水稻温
敏不育系的情况一致，如 5460S[7l、安农 S—l和
26窄早 S EsI等，以及 日本的Norin PL12 、IRRI的
IR32364TGMS、韩国的95841ms和 95850mst 等。
而且与已经研究的光(温)敏核不育系水稻相同，
0A15—1具有广泛的恢复系谱，有应用于“两系”杂
交水稻生产的潜力。根据表2不同父本制作的F-群
体显示，它们恢复能力有差异，这为利用该不育系
进行两系杂交水稻生产选择父本提供了一定的依据。
与外植体供体材料IR69700A表现为细胞质型
雄性不育 (CMS)不同，0A15—1的不育为隐性温敏
核不育。一方面，IR69700A属于细胞质雄性不育
系，其不育性通过保持系 IR69700B来保持，而
0A15—1的育性却可以被IR69700B部分恢复。另
外，0A1 5-1在自然条件下表现的育性转换在其供体
材料IR69700A中也不存在。可见，0A15-1的不育
特性与IR69700A在本质上是完全不同的，因此二
者的不育基因不可能是等位的，应该涉及不同的基
因位点。在不育花粉的染色方面，0A15—1表现与
IR69700A类似，都为典败，又表现出二者相似的
一 面。梅明华和李泽炳【l 研究发现温敏不育系
W6154S能部分恢复7个籼型细胞质雄性不育系的
育性，因此初步推断温敏不育基因与细胞质雄性不
育基因是独立发生的。结合我们的研究结果可以看
出，尽管温敏核不育与细胞质雄性不育都表现为水
稻花粉的功能散失，但是引起雄性不育的机理是不
同的。经过离体培养由CMS获得了TGl S(温敏核
不育系)，发生这种转变的分子机理到底是什么，尚
须进一步的实验研究。可能的原因包括，在组织培
养过程中产生细胞质雄性不育回复突变，并同时产
生温敏核不育基因的突变；或者在组织培养过程中
发生温敏核不育基因的突变，但是该突变可以通过
基因相互作用而使细胞质雄性不育得以回复等等。
本项研究虽然证明0A15—1为一温敏核不育突
变体，但在将其应用于生产之前，还需确定起点温
度和对其光温反应特性做系统的分析。
0A15—1的不育性状受到一对隐性核不育基因
的控制，因此可以用于不育基因的定位工作。由于
0A15—1特殊的系谱组成，其温敏核不育基因很有可
能与已经发表的基因不同，对该不育基因进行定位
很有可能发现新的水稻温敏核不育基因。同时，找
到与该温敏核不育基因连锁的分子标记，也可以为
分子育种提供有效的工具。
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≥：4期 王昌虎等：水稻温敏核不育突变体A15．1的育性表现及遗传学研究 335
裹3 (0A15-1 x恢复系)青性分离的遗传统计分析
Table3 Genetic analysisoffertility segregationinF2(0AI5·1 crossrestorerlines)
’ ~os=3．841
裹 4 BCz[0A15-1 x／(0A15-1 x GuIsi-8)】的青性分离统计结果
Table 4 Statistical result offertility segregation patern in BCl population(0AIS-1 x(0AIS·1×Guisi-8))
’ 1．~os=3．841
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336 热带亚热带植物学报 第 12卷
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