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第26卷 第4期 作　物　学　报 V ol. 26, N o. 4
2000 年7月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA July, 2000
我国中籼杂交稻亲本的DNA 变异性研究X
何光华1, 2, 3 3 　裴　炎1, 3 3 3 　杨光伟1　谢　戎2
(1西南农业大学生物技术中心, 重庆 北碚, 400716; 2 四川省农业科学院水稻高粱研究所, 四川 泸州, 646100)
提　要　利用9个随机引物对42个中籼“三系”杂交稻骨干亲本 (保持系和恢复系) 进行了DNA 遗传差
异分析。结果表明: 恢复系、保持系遗传多样性小。恢保间遗传一致性高达0. 87, 遗传距离则为
0. 1377。保持系已选育出较多的材料遗传差异超过了珍汕97B , 而恢复系选育仍未突破明恢63, 杂交稻
遗传差异未明显大于汕优63。双亲遗传差异小可能是产量徘徊的重要原因之一, 限制因素在于恢复
系。增加亲本遗传多样性和增大双亲遗传差异是当前中籼“三系”杂交稻育种的重要任务之一, 开展亚
种间杂种优势利用有着重要意义。
关键词　杂交水稻; 骨干亲本; RA PD; 遗传差异
D NA Var iance of Paren ta l L ines for Sem ila te Indica Hybr id R ice in
Ch ina
H E Guang2H ua1, 2　PE I Yan1　YAN G Guang2W ei1　X IE Rong2
(1 Center of B iotechnology , S outhw est A g ricultural U niversity , Chongqing 400716; 2 R ice and S orghum R esearch Institu te,
S ichuan A cad em y of A g ricultural S ciences, S ichuan L uzhou, 646100)
Abstract　RA PD analysis fo r genetic diversity w as conducted on 42 backbone paren tal lines in
Ind ica hybrid rice breeding w ith 9 p rim ers selected from 250 random p rim ers. T he results
indicated that the genetic diversity in m ain tainer and resto ring lines w as sm all. T he genetic
sim ilarity betw een them w as up to 87 percen t, and the genetic distance w as 0. 1377. In general,
new m ain tainer lines w ere more differen t from Zhenshan 97 B compared w ith the new resto ring
lines w h ich did no t show obvious discrim ination to M inghui 63. T he lim ited genetic difference
betw een paren tal lines, especially in resto ring lines, w as an importan t reason fo r the stagnan t
yield in cytop lasm ic m ale sterility hybrid rice. T herefo re expanding the genetic diversity and
difference among paren talm aterials w as a key task in the p resen t“th ree2lines”cytop lasm ic m ale
sterility Indica hybrid rice breeding and the utilization of heterosis betw een subspecies w as in an
urgen t need.
Key words　H ybrid rice; Backbone paren tal; RA PD; Genetic difference.
分子标记技术的出现和发展为揭示遗传差异提供了新的方法和手段, 利用分子标记技术
对水稻种质资源的遗传多样性进行评价已开展了较多的研究[ 1～ 7 ] , 也取得了良好的效果, 而
我国已选育出了一大批保持系和恢复系, 它们的遗传多样性如何? 恢保间遗传差异怎样? 中
籼杂交稻育种徘徊的原因是否与双亲遗传差异小有关等? 目前尚未见报道, 带着这些问题,
X 四川省应用基础项目、四川省生物技术重点项目资助
3 3 现在西南农业大学攻读博士学位; 　3 3 3 通讯联系人。　A uthor for correspondence
收稿日期: 1998210229, 接受日期: 1999206213

我们开展了本项研究, 以期从DNA 水平上分析目前的育种局面, 进而为超高产育种提供一
点依据。
1　材料和方法
1. 1　供试材料
在生产上和育种上大面积使用或新选育的骨干保持系16个、常规稻2个、光 (温) 敏核不
育系2个、恢复系22个 (表1)。
表1　　供试材料一览表
Table 1　　M ater ia ls studied
保持系　M aintainer lines
编号 No. 名称 N am e　　　　
恢复系　Restoring lines
编号 No. 名称 N am e　　
1 青四矮 Q ingsiai 22 J413
2 辐74B Fu74B 23 密阳46 M iyang46
3 马协B M axieB 24 130
4 K19B 25 725
5 D 汕B D Shan B 26 838
6 K 青B K Q ing B 27 IR24
7 ˚ 232B 28 早恢402 Zaohui 402
8 珍汕97B Zhenshan 97B 29 测64 Ce 64
9 金23B J in 23B 30 矮脚南特 A ijiaonante
10 早显B Zaoxian B 31 多恢57 Duohui 57
11 D 297B 32 149
12 朝阳1号 Chaoyang 1 33 802
13 K17B 34 明恢63 M inghui 63
14 110B 35 CDR 22
15 冈46B Gang 46B 36 泸恢6号 L uhui 6
16 优 IB You IB 37 多系1号 Duoxi 1
17 红B Hong B 38 6078
18 枝B Zhi B 39 缙恢1号 J inhui 1
19 1103S 40 N 45
20 泸光2S L uguang 2S 41 泸恢17 L uhui 17
21 绵恢501 M ianhui 501 42 IR36
1. 2　D NA 提取与 RAPD 分析
DNA 提取: 每个材料剪取幼嫩叶片提取总DNA , 按文献[8 ]所介绍的方法进行。
RA PD 分析: 扩增反应总体积为25 LL , 其中含 dA T P、dCT P、dGT P、dT T P 各200
Lmolö L ; 随机引物 15 ng; 10 mmolö L T ris2HC l, pH 8. 3, 50 mmolö L KC l, 2. 0 mmolö L
M gC l2, 0. 01% 明胶; 模板DNA 约20～ 50 ng; DNA 聚合酶1U ; 用无菌纯水补充至总体积25
LL。扩增仪为 Perk in E lm er Gene Amp PCR System 2400, dN T P 和 DNA 聚合酶购自
P rom ega 公司, 引物购自Operon 公司。扩增产物10 LL 在含 EB 的1. 4% 琼脂糖胶中电泳, 紫
外灯下拍照记录。
1. 3　数据处理
按照片上各材料各引物扩增情况作记录, 有带记为1, 无带记为0, 以此为基础进行以下
分析:
多态性频率: 单个引物一对品种所有带型完全一致, 记为无多态性, 如果一对品种至少
在一个片段上有差异, 则记为多态性[ 3 ]。多态性频率= 多态性品种对数 ö 总品种对数。
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群体杂合性[ 9 ]: 分别对保持系和恢复系计算群体内杂合性, H e= 1- 2X2i ö M , 其中X i 是
第 i等位基因的频率, M 为品种数。
遗传一致性[ 9 ]: I= 2X iY i ö (2X2i 2Y2i ) 1 ö 2, 其中X i、Y i 是保持系群体和恢复系群体中第 i等
位基因的频率。
遗传距离[ 9 ]: D = - ln I。
遗传分类: 按N ei[ 9 ]的方法计算品种间的相似系数 (GS) : GS= 2N ij ö (N i+ N j) , 其中N ij表
示两品种共同拥有的带数, N i、N j 分别表示各自所扩增出的带数, 遗传差异 GD = 1- GS, 利
用 GD 按U PGM A 法进行遗传分类。
2　结果与分析
2. 1　亲本间的多态性
首先以1个恢复系和1个保持系为模板对250个Operon 公司的102m er 引物进行筛选, 从中
选出了9个扩增稳定、多态性丰富的引物再对所有供试材料进行扩增。9个引物在42个亲本品
种间共扩增出了97条带, 其中有多态性片段78条, 多态性位点比例为0. 8041。从各引物的多
态性频率看, 除O PJ10和O PJ9为80% 以外, 其余均大于90% , 其中O PA 12达到97. 44%。分
剖恢、保多态性频率表明, 恢、保间不同引物存在一定差异, 但多数也在90% 以上 (表2) , 说
明所筛选的9个引物完全可以用于本试验 (图1)。
表2　供试引物的多态性频率
Table 2　Polymorphism frequency of the pr imers studied
引物
P rim ers
扩增片段总数
Total No. of
amp lified fragm ents
多态性片段数
No. of polymorphic
fragm ents
多态性频率　F requency of polymorphism
恢复系
Restoring lines
保持系
M aintainer lines
总群体
W hole group
O PA 12 12 11 98. 27 93. 68 97. 44
O PA 20 14 12 92. 64 95. 26 96. 98
O PE1 13 11 97. 84 96. 84 98. 72
O PE9 8 7 93. 51 91. 05 94. 89
O PE15 10 6 97. 40 81. 05 92. 92
O PG17 10 9 97. 40 84. 21 93. 38
O PJ9 9 6 91. 77 54. 21 81. 77
O PJ10 9 6 52. 81 77. 37 82. 35
O PY16 12 10 96. 54 92. 11 95. 59
2. 2　恢复系和保持系的群体内杂合性
由于青四矮和朝阳1号为早籼品种, 也是保持系选育的亲本源, 1103S 和泸光2S 为光
(温) 敏核不育系, 因此我们将这4个品种按保持系进行分析。根据基因频率分别计算出保持
系的群体杂合性为0. 5578, 恢复系的群体杂合性为0. 4786, 说明保持系的群体多样性比恢复
系丰富。
2. 3　遗传一致性和遗传距离
恢复系与保持系间的遗传一致性为0. 8714, 遗传距离为0. 1377, 表明恢复系与保持系间
的遗传一致性较高, 遗传距离较小, 这可能是中籼杂交稻产量徘徊的重要原因之一。
2. 4　保持系与恢复系的遗传分类
利用RA PD 扩增出的遗传差异, 按U PGM A 法将42个亲本材料进行了归类 , 结果如
1544期　　　　　　　　　　何光华等: 我国中籼杂交稻亲本的DNA 变异性研究　　　　　　　　　　　　　

图1　　利用引物O PG17对42个水稻基因型 PCR 扩增的琼脂糖凝胶电泳结果
点样孔1～ 42为表1中的基因型, M : 分子量标记
F ig. 1　　E th idium brom ide stained amp lification p roducts from genom ic DNA s of 42 rice genotypes
using p rim er O PG17, seperated on 1. 4% agarose ge1
L ane 1 L ane 42 correspond to the genotype num ber listed in Table 1. M : M arker
图2。从图2可以看出: 1. 选用的9个引物能明显区分出42个亲本的遗传差异和差异大小; 2.
42个亲本可明显地分为2类, 20个保持系和22个恢复系各自归为一类, 说明了杂交稻具有杂
种优势的原因; 3. 20个保持系间、22个恢复系间的遗传差异小, 反应了遗传基础的匮乏性;
4. 除泸恢6号外, 其余恢复系与保持系间的遗传差异没有超过明恢63与保持系间的遗传差
异, 这一方面说明了明恢63的广泛适应性, 另一方面也说明了目前的恢复系育种并未明显超
过明恢63, 可能是导致杂交稻产量水平难以上新台阶的重要原因之一。
2. 5　保持系、恢复系的平均遗传差异性
表3列出了20个保持系与22个恢复系、22个恢复系与20个保持系间的平均遗传差异。表3
表明, 在恢复系中, 除泸恢6号极显著大于明恢63、802与明恢63无显著差异外, 其余恢复系
均极显著低于明恢63, 说明恢复系选育进展缓慢。从保持系来看, 青四矮、K19B、K 青B、
˚ 232B、金23B、早显B、朝阳1号、K17B、110B、冈46B、优 IB、1103S、泸光2S 显著或极显著
超过了珍汕97B , 其余保持系与珍汕97B 相当, 可喜的是生产上和育种上大量使用的˚ 232B、
K17B、冈46B、优 IB (特别是具有高制种产量的 K17B 和˚ 232B)等优于珍汕97B, 两个光 (温)
敏不育系的遗传差异也大于珍汕97B, 这说明保持系的改良明显优于恢复系, 限制杂交稻产
量的原因与恢复系有关。
2. 6　恢×保遗传差异超过汕优63的组合分析
去掉1、14、19、20号常规稻和光 (温) 敏不育系, 根据16个保持系与22个恢复系构成352
个可能的“杂交”组合, 从中筛选出遗传差异大于汕优63的组合, 列于表4。结果表明, 114个
组合超过了汕优63, 仅占总组合的32. 39% , 而且大多数组合遗传差异处于汕优63至0. 35
254　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26卷

图2　　42个水稻基因型按RA PD 标记遗传距离聚类图
F ig. 2　　Dendrogram of 42 rice genotypes constructed from RA PD 2based genetic distance
表3　　保持系、恢复系的平均遗传差异
Table 3　　Average genetic difference in both ma inta iner and restor ing l ines
保持系M aintainer lines
亲本代号
Parental
No.
平均遗传差异
A verage genetic
difference
与珍汕97B 的
差异显著性
Compared w ith
Zhenshan 97B
恢复系 Restoring lines
亲本代号
Parental
No.
平均遗传差异
A verage genetic
difference
与明恢63的
差异显著性
Compared w ith
M inghui 63
1 0. 3336±0. 0435 　 　6. 09523 3 22 0. 2490±0. 0465 　　- 8. 26453 3
2 0. 2713±0. 0601 1. 5320 23 0. 2636±0. 0409 - 7. 72273 3
3 0. 2654±0. 0490 1. 3168 24 0. 2918±0. 0275 - 6. 50763 3
4 0. 3276±0. 0316 6. 32623 3 25 0. 3032±0. 0346 - 4. 83273 3
5 0. 2496±0. 0491 0. 2814 26 0. 2846±0. 0308 - 6. 90433 3
6 0. 3293±0. 0383 6. 08553 3 27 0. 2985±0. 0358 - 5. 17213 3
7 0. 2820±0. 0376 2. 67583 28 0. 3012±0. 0415 - 4. 54113 3
8 0. 2453±0. 0522 29 0. 2901±0. 0424 - 5. 39153 3
9 0. 2781±0. 0498 2. 13253 30 0. 2594±0. 0484 - 7. 26833 3
10 0. 3022±0. 0242 4. 63853 3 31 0. 2811±0. 0401 - 6. 33223 3
11 0. 2650±0. 0644 1. 1146 32 0. 2840±0. 0315 - 6. 89243 3
12 0. 3148±0. 0439 4. 77943 3 33 0. 3544±0. 0367 - 0. 1421
13 0. 2934±0. 0463 3. 23343 3 34 0. 3560±0. 0345
14 0. 3265±0. 0653 4. 55583 3 35 0. 2842±0. 0285 - 7. 17553 3
15 0. 2820±0. 0487 2. 42513 36 0. 4417±0. 0407 7. 18333 3
16 0. 3423±0. 0395 6. 95033 3 37 0. 2820±0. 0433 - 5. 97753 3
17 0. 2546±0. 0808 0. 4535 38 0. 3136±0. 0382 - 3. 46663 3
18 0. 2559±0. 0612 0. 6181 39 0. 2477±0. 0492 - 8. 06003 3
19 0. 2956±0. 0609 2. 94143 3 40 0. 2764±0. 0404 - 6. 70073 3
20 0. 3247±0. 0443 5. 43963 3 41 0. 2685±0. 0352 - 7. 93933 3
21 0. 2426±0. 0431 - 9. 18613 3 42 0. 2468±0. 0548 - 7. 74283 3
　　3 、3 3 : 表示差异达5%、1% 水平
　　Note: 3 , 3 3 : L evel of the difference by 5% and 1% respectively
之间, 占据了20. 74% , 只有15个组合遗传差异大于0. 4, 占总组合的4%。进一步分析表明
这15个组合都是用泸恢6号“配制”的组合, 因此可以认为绝大多数组合遗传差异未明显大于
汕优63。
3544期　　　　　　　　　　何光华等: 我国中籼杂交稻亲本的DNA 变异性研究　　　　　　　　　　　　　

表4　　恢×保遗传差异超过汕优63的组合统计
Table 4　　The genetic difference of restorer×
ma inta iner beyond Shanyou 63
遗传差异 (GD ) 组合数 No. of
com binations
占总组合的比例
Ratio (% )
Shanyou 63< GD 114 32. 39
Shanyou 63< GD < 0. 35 73 20. 74
0. 35< GD < 0. 40 26 7. 39
0. 40< GD < 0. 45 9 2. 56
0. 45< GD 6 1. 70
3　讨论
3. 1　恢复系、保持系遗传基础匮乏
保持系、恢复系育种实际上是材料育
种, 而许多育种者将其作为品种选育对
待, 追求的农艺性状目标接近, 因此, 通
过长期定向改造培育, 导致遗传基础日益
狭窄。王三良等[ 1 ]分析了“八五”期间全国
通过杂交选育的18个恢复系, 近80% 来自于测6427和明恢63的后代, 20% 来自于 IR 系统, 其
中中籼恢复系全部选用了明恢63作亲本。不育系选育上, 在增强抗性、改进米质、提高制种
产量等方面取得了进展, 但在对产量具有重要作用的细胞核改良方面进展较小, 用不同不育
胞质不育系与明恢63配组产量均未显著超过汕优63, 导致了育种进程缓慢。本文从DNA 水
平上直接证明了当前我国“三系”杂交稻骨干亲本遗传基础的狭窄性, 特别是恢复系改良进展
尤为缓慢, 是限制杂交稻产量进一步提高的重要因素之一。
3. 2　杂交稻组合遗传差异小
众所周知, 在一定范围内, 杂种优势与亲本遗传差异呈正相关[ 10, 11 ]。Zhang 等[ 12, 13 ]认为
增加阳性座位的杂合性可提高杂种优势。Sm ith 等[ 14 ]在玉米上研究表明, 分子标记所检测的
遗传差异与 F 1产量和 F 1杂种优势的相关系数高达0. 93和0. 87。F igdore 发现染色体R FL P 位
点的杂合性与杂种优势有明显的关系。朱立煌等[ 15 ]发现秀岭A 与C8411间有26% 的位点有等
位差异。我们研究发现, 中籼杂交稻保持系与恢复系间的遗传一致性很高, 达到0. 87, 在352
个组合中只有32. 39% 的组合遗传差异超过了汕优63, 而且遗传差异大于0. 4的组合仅有4%。
因此, 要从目前的群体中筛选出比汕优63优势强的组合具有一定难度。而亚种间杂交具有强
大的杂种优势这一理论近年来也得到了分子生物学的支持[ 16～ 20 ]。所以, 增加亲本多样性和增
大双亲遗传差异是当前育种工作的重要任务之一。
参　考　文　献
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