全 文 ：第 26 卷 第 6 期 作　物　学　报 V o l. 26, N o. 6
2000 年 11 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA N ov. , 2000
光敏核不育水稻花培变异性及其选育技术路线X
何予卿　陈　亮XX　徐才国
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室, 湖北武汉, 430070)
提　要　本研究以培矮 64S ö 8902S F 2 代中选出的 11 个典型的光敏核不育单株进行花培, 获得了 22 个
花培单个愈伤分化苗 (指由单个愈伤组织分化的一丛苗, 以下简称愈伤苗系) 为本研究的试验材料。通
过远安, 海南不同生态条件考察来源于同一愈伤苗系的育性变化。结果表明, 同一 F 2 单株来源的不同
愈伤苗系之间、以及同一愈伤苗系的不同单株间, 结实率变异范围和变异系数较大。同一愈伤苗系不
同单株结实均值均以海南高于远安, 说明多数光敏核不育单株, 具有长日条件下育性稳定和短日条件
下育性易转换特性。分子标记分析未能检测到不同于双亲的结构变异位点, 并证实来源于同一愈伤苗
系的不同单株变异, 是由于花培过程中多个花粉粒同时诱导、分化而来的结果。本文还讨论了籼型光
敏核不育水稻的选育技术路线。
关键词　花药培养; 愈伤苗系; 分子标记; 光敏核不育水稻
Var iab il ity of An ther Culture and the Technology Stra teg ies for
D evelop ing Practica l Photoper iod Sen sit ive M a le Ster ile R ice
H E Yu2Q ing　CH EN L iang　XU Cai2Guo
(T he N ationa l K ey L ab of C rop Genetic Imp rovem en t, H uaz hong A g ricu ltu ra l U nivercity )
Abstract　　T he m ateria ls of th is study w ere 11 typ ica l PSGM S p lan ts selected from F 2
genera t ion of Peia i64S ö 8902S, and 22 ca llu s regenera ted p lan ts (CR P) w ere ob ta ined from
an ther cu ltu re. T he fert ility of these p lan ts w ere invest iga ted under the d ifferen t eco logy
condit ion s of Yuan′an and H ainan. T he m ajo r resu lts a re as fo llow s W ider varia t ion range
and L arger varia t ion coefficien t of seedset t ing ra te w ere found bo th am ong differen t ca llu s
lines from the sam e F 2 p lan t and am ong differen t p lan ts from the sam e callu s line. T he
seedset t ing ra te of the sam e p lan t w as h igher in H ainan than tha t in Yuan′an. It show s tha t
m o st PSGM S p lan ts have the characterist ic of fert ility stab ility under long day condit ion and
fert ility reversib ility under sho rt day condit ion. R FL P analysis have no t detected the genet ic
varia t ion am ong the DH p lan ts. It show s the CR P varia t ion tha t com e from sam e callu s
m igh t be induced and differen t ia ted by m u lt ip le po llen s effects sim u llaneoasly.
Key words 　 　 A n ther cu ltu re; Callu s regenera ted p lan ts; M o lecu lar m arker; T he
pho toperiod sen sit ive m ale sterile rice
光敏核不育水稻是极其珍贵的遗传资源[ 1 ]。光敏核不育水稻的发现拓宽了杂种优势的应
用范围, 使亚种间杂种优势的利用成为可能[ 2 ]。目前, 在育种上选育了一大批籼型光敏核不
X
XX 现在厦门大学生命科学院工作。
收稿日期: 1999201208, 接受日期: 2000201211
美国洛克菲勒和国家 863 项目资助。

育系, 其中一类光敏核不育系表现长日条件下, 育性不稳定而短日条件下育性易转换如
8902S, 另一类表现为长日条件下育性较稳定而短日条件下育性难转换的缺点如培矮 64S。诸
多学者认为引起光敏核不育水稻在长日条件下育性不稳定性, 而短日条件下育性转换困难的
主要原因是由于遗传背景的影响即微效基因的作用和光敏核不育水稻的异质性所引起
的[ 3～ 5 ]。H e 等研究认为, 培矮 64S 和 8902S 的不育主效基因等位, 而影响光敏核不育水稻的
育性不稳定性和育性可转换性分别由微效基因作用, 并分别定位了 7 个和 6 个Q TL s 影响光
敏核不育水稻的育性不稳定性和育性可转换性, 并证实光敏核不育水稻的育性不稳定性和育
性可转换性同时受基因互作的影响, 表明光敏核不育水稻育性表达的复杂性和选育的难度。
花药培养技术最突出的优点在于加快育种进程, 在较短的时间内获得稳定纯合的个体。近年
来, 花培育种对于选育光敏核不育系已初见成效[ 6、7 ]。本研究利用具有长日条件下的育性稳
定, 且短日条件下育性易转换的 F 2单株进行花药培养, 结合分子标记研究花培愈伤苗系的变
异性, 探讨了选育实用性光敏核不育系的技术路线。
1　材料与方法
1. 1　试验材料
从培矮 64S ö 8902S F 2 代中选用1 1个典型的光敏核不育单株 , 即生长箱在长日低温
(> 14. 5h, 24℃)条件下育性较稳定, 而在短日高温条件 (10h, 28℃) 下, 育性易转换进行花
培, 获得了 22 个花培愈伤苗系作为本研究的试验材料。
1. 2　试验设计与方法
1. 2. 1　花药培养　　花药培养的材料以取田间合适稻穗 (单核靠边期) , 置 8～ 10℃低温预处
理 8～ 10 天接种。诱导培养基以N 6 基本培养基, 附加水解酪蛋白 400 m g ö L , 激素配比为 (2,
42D 2. 0 m g ö L + NAA 3. 0 m g ö L + KT 1. 0 m g ö L ) , 蔗糖浓度为 6%。分化培养基以M S 为基
本培养基, 激素配比为 KT 2 m g ö L + NAA 0. 2 m g ö L , 附加水解酪蛋白 400 m g ö L , 谷氨酰胺
和天冬酰胺各 200 m g ö L , 20 m g ö kg PG 络合锗 (PG 络合锗由陈葆棠博士惠赠)。所有培养基
用 0. 7% 的琼脂固化, 灭菌前用 1N N aOH 或 1N HC l 调 pH 至 5. 8～ 6. 0, 1. 1 kg ö cm 2
(121℃) 高压灭菌 15～ 20 分钟。培养条件以诱导花药愈伤组织在黑暗条件下进行, 愈伤组织
分化在光照下进行, 每天光照 10～ 12h, 培养室温度控制 28±2℃。
1. 2. 2　花培无性苗的繁殖及移栽　　对于来自同一愈伤组织分化的一丛绿苗, 小心分开,
并置 1 ö 2 M S 培养基培养一周, 待绿苗长出粗壮的根后并炼苗, 直接移栽大田。
1. 2. 3　不同自然光温处理
1. 2. 3. 1　不同自然光温生态处理　　育性不稳定性鉴定: 对DH 群体的H 1 代和 H 2 代, 选
取自然长日条件下, 湖北省远安县苟家垭镇窑河村 (湖北农业科学院远安育种基地与武汉纬
度基本相同, 海拨 540 m ) , 以 8 月 25 日前抽穗的自然结实率作为DH 群体光敏核不育水稻
的育性不稳定性指标。
育性可转换性鉴定: 对DH 群体的H 1 代, 选取自然短日条件下, 华中农业大学海南试验
育种基地 (海南陵水县光坡镇) , 以 4 月 5 日以后抽穗的结实率, 作为鉴定DH 群体光敏核不
育水稻的育性可转换性指标。
1. 2. 3. 2　生长箱人控光温处理　　对DH 群体的H 1 代在海南自然生态条件下育性转换较好
的单株, 收种后种植于华中农业大学试验农场为 H 2 株系每株系选 3 株进行人控光温处理,
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光温条件采用长日低温 (> 14. 5h, 23. 5℃) 和短日高温 (10h, 28℃) 两种光温处理, 以鉴定其
实用性。育性指标采用花粉可染率和结实率两种标准。
1. 2. 4　分子标记R FL P 分析　　R FL P 分析方法参照 Zhang 等[ 8 ]。
表 1　　不同 F2 单株花药培养能力
Table 1　　The an ther culture capac ity
for differen t F2 plan ts
来源
Source
愈伤诱导率 (% )
Callus induce
frequence
绿苗分化率 (% )
Green p lan tlet
differen tial
frequence
分化愈伤数
N um ber of
callus
differen tiat ion
H P2 5. 86 5. 0 2
H P5 10. 40 6. 0 3
H P8 9. 12 5. 3 3
H P34 5. 15 13. 3 4+ 13
H P43 5. 25 2. 0 1
H P56 6. 12 1. 67 1
H P70 8. 27 8. 9 3
H P80 6. 18 7. 5 3
H P101 8. 61 10. 4 2+ 13
H P117 4. 67 0 0
H P215 3. 50 0 0
　　3 指分化白苗的愈伤数。
　　3 T he callus num ber of w h ite p lan tlet
2　结果与分析
2. 1　培矮 64Sö 8902S 的不同 F2 单株在花
药培养能力上的差异
培矮 64S ö 8902S F 2 单株花药培养的愈
伤组织诱导率和绿苗分化率 (表 1)表明: 所
有 11 个 F 2 单株均能诱导出愈伤组织, 仅 2
个单株的愈伤组织未能分化成绿苗, 不同
单株的愈伤组织诱导率和绿苗分化率差别
较大 , 其变幅分别为 3. 50%～ 10. 4% 和
0～ 13. 3% 之间 , 均 值 分 别 为 6. 65% 和
5. 46% , 说明籼型光敏核不育系能够诱导
愈伤并分化成苗, 但愈伤诱导率和分化率
均较低。共有 23 块愈伤组织分化成苗, 其
中 21 块分化绿苗, 2 块分化白苗, 白苗分
化率相对较低, 可能是由于 PG 络和锗作
表 2　　同一愈伤无性系的不同倍性植株
Table 2　　The differen t plo id plan t from
the same callus clon ic l ine
来源
Source
单倍体
H ap lo id
二倍体
D ip lo id
多倍体
Po lyp lo id
H P221 3
H P222 10
H P521 19 2
H P522 22 73
H P8 2
H P821 19 11
H P822 8
H P3421 5 5
H P3422 32 14
H P3423 6 4
H P3424 4
H P4321 7 9
H P56 15 23
H P7021 2
H P7022 10
H P7023 53 20
H P80 6
H P8021 40 1
H P8022 2 24 2
H P10121 2
H P10122 24 2
用的结果[ 8 ]。
　　对 21 块愈伤组织分化的 21 丛绿苗, 小心将每一丛的
每一株绿苗分别分开移栽于大田表明 (表 2) , 通过田间植
株形态目测, 植株形态分化有单倍体、二倍体和多倍体,
共分化有单倍体 173 株、二倍体 261 株和多倍体 47 株, 其
中有 4 块愈伤组织只分化成单倍体, 4 块愈伤仅分化成二
倍体, 1 块仅分化成多倍体, 其余各愈伤组织块均同时分
化为单倍体和二倍体, 二倍体和多倍体或单倍体、二倍体
与多倍体并成。花药培养过程中二倍体和多倍体来源可能
是由于单倍体自然诱发加倍的结果。
2. 2　花培愈伤苗系的变异检测
2. 2. 1　不同生态条件下花培H 1 代的变异　　对来源于 5
个 F 2 单株的 8 个愈伤组织获得的 80 个 H 1 单株, 通过海
南、远安不同生态条件的结实率考察 (表 3) 表明: 在海南
低纬度短日照条件下不同 F 2 单株来源的不同愈伤苗系之
间, 同一 F 2 单株来源的不同愈伤苗系之间, 以及来源于同
一愈伤组织的不同单株之间, 结实率育性变异相当大。如
H P522, 26 株结实率均值达 40. 9% , 而结实率变异范围为
0～ 87. 4% , 变异系数表现较大, 如 H P821, 变异系数为
193. 84%。而远安高海拔长日条件下育性鉴定同样表现
1886 期　　　　　　　　何予卿等: 光敏核不育水稻花培变异性及其选育技术路线　　　　　　　　　　　

出, 不同 F 2单株来源的和同一 F 2 单株来源的不同愈伤苗系之间, 以及同一愈伤苗系之内的
不同单株之间, 结实率育性也有一定变异。且变异系数较大, 处于 37. 26%～ 99. 22% 之间,
变异系数较大的原因可能是由于来源于同一愈伤组织苗系的不同单株具有不同来源。但与海
南育性相比, 同一愈伤苗系不同单株结实率均值基本上均以海南高于远安, 且海南比远安结实
率变异范围宽, 表明大部分花培单株在长日条件下育性相对稳定, 而短日条件下育性易转换。
表 3　　H1 在不同条件下的结实率表现 (% )
Table 3　　The fertil ity performance of H1 under differen t ecolog ica l condition s(% )
来源
Source
植株数
P lan t
远安 (96)　Yuan′an (96)
均值
M ean
　
变异范围
V ariation
range
变异系数
V ariation
coefficien t
海南 (96)　H ainan (96)
均值
M ean
　
变异范围
V ariation
range
变异系数
V ariation
coefficien t
H P522 26 3. 97 0- 7. 69 54. 09 40. 97 0- 87. 4 64. 64
H P821 8 2. 78 0- 5. 84 77. 10 4. 00 0- 22. 53 193. 84
H P822 7 4. 22 2. 46- 5. 60 37. 26 2. 19 0- 8. 16 133. 2
H P3421 3 11. 73 7. 11- 18. 60 51. 72 38. 55 24. 86- 46. 7 30. 94
H P8021 6 4. 68 2. 71- 9. 71 52. 07 35. 19 7. 90- 58. 24 60. 70
H P8022 4 2. 10 0. 52- 5. 00 99. 22 14. 09 3. 80- 21. 92 55. 07
H P8023 5 6. 29 2. 70- 10. 57 52. 56 15. 65 0- 59. 90 161. 91
H P10122 23 9. 54 0- 19. 85 64. 57 20. 24 0- 43. 70 57. 16
进一步分析了H 1 花培单株在海南与远安育性相关 (表 4) 表明: 远安长日条件下结实率
与花粉可染率达极显著相关, 而它们与海南条件下的结实率相关均不显著。何予卿等 (1998)
研究认为, 影响光敏核不育水稻的育性稳定性和育性可转换性均表现为微效基因的作用, 且
它们分别有独立的作用系统。这一结果进一步证实了这两个独立的作用系统的微效基因可以
通过重组交换聚合于同一优良的光敏核不育系中[ 3 ]。
表 4　　花培单株 H1 在不同生态
条件下的育性相关分析
Table 4　　The correlation of H1
under differen t ecolog ica l condition
HN 96 YA 96PF
YA 96PF 0. 12
YA 96SS 0. 17 0. 423 3
　N o te: 　HN 96: H ainan 96 seed set
YA 96PF: Yuanan 96 po llen
fert ility
YA 96SS: Yuanan 96 seed set
2. 2. 2　H 2 单株的育性表现　　对 79 个H 1 单株在海南分
别套袋收种繁殖H 2 表明: H 2 单株在株叶形态上表现非常
一致, 未发现同一 H 1 来源的H 2 的各单株之间有株叶形态
分离现象, 说明各单株均来源于花粉单倍体。
选取在海南结实较高来源于 3 个愈伤苗系的 43 个H 2
单株 (每个H 2 各 3 株)进行长日低温 (> 14. 5h, 23℃) 和短
日高温 (10h, 28℃) 两种不同光温 H P3421 的各单株表现
两种光温处理结实率均较高以外, 而 H P523 和 H P10122
两愈伤苗系的不同 H 2 单株均表现长日低温条件下, 花粉
可染率和结实率低, 而短日高温条件下花粉可染率和结实
率均高, 即表现出极显著的实用型光敏核不育特性, 并鉴
定两个优良的光敏核不育系DH 6、DH 7 如表 6。
2. 3　花培单株的分子标记检测
选用定位于培矮 64S ö 8902S F 2 遗传连锁图上分布于水稻 12 条染色体上 (H e 等, 1998) ,
且双亲具有多态型探针ö 酶组合 60 个, 共计 71 个R FL P 位点, 分析了来自于 17 个愈伤苗系的
116 个单株的基因型。结果表明, 所有花培单株的R FL P 位点均来自于双亲之一的纯合位点,
且没有发现来自于双亲的共显性杂合位点, 或者不同于双亲的结构变异位点。同一探针在不
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表 5　　花培单株 H2 在不同光温条件下的育性变异
Table 5　　The fertil ity var iation of H2 under differen t photo- thermo condition
来源
Source
类别
T ype
植株数
P lan t
长日低温 (> 14. 5h, 23. 5℃)
L ong2day low temperature
均数
M ean
(% )
变异范围
V ariation
range
变异系数 (% )
V ariation
coefficien t
短日高温 (10h, 28℃)
Sho rt2day h igh temperature
均数
M ean
(% )
变异范围
V ariation
range
变异系数 (% )
V ariation
coefficien t
H P522 PF 23 9. 21 0～ 42. 86 133. 63 40. 56 18. 33～ 81. 53 39. 23
SS 23 1. 43 0～ 13. 04 215. 27 26. 06 0～ 79. 71 101. 47
H P3421 PF 3 36. 15 19. 57～ 60. 00 42. 59 77. 53 75. 0～ 81. 13 35. 21
SS 3 36. 02 16. 05～ 55. 22 54. 38 35. 21 28. 15～ 40. 00 4. 13
H P10122 PF 17 4. 02 0～ 12. 50 128. 70 45. 97 11. 31～ 82. 32 62. 59
SS 17 1. 96 0～ 6. 44 113. 75 39. 79 5. 97～ 76. 56 62. 13
　　PF: Po llen Fertility　　SS: Seedsett ing Rate
表 6　　花培单株的育性表现 (% )
Table 6　　The fertil ity performance for the plan ts of an ther culture
株号
P lan t N o.
长日, 23. 5℃
1LD > 14. 5h, 23. 5℃
花粉育性
Po llen
fert ility
结实率
Seed
set
远安 96
Yuan′an96
花粉育性
Po llen
fert ility
结实率
Seed
set
短日, 28℃
2 SD = 10h, 28℃
花粉育性
Po llen
fert ility
结实率
Seed
set
海南 96
H ainan96
结实率
Seed
set
DH 6 0. 1 0 0 0 78. 64 52. 56 75. 09
DH 7 10 1. 14 0 0 81. 53 79. 71 87. 04
DH 52 60 55. 22 65. 01 55. 30 81. 13 76. 47 60. 00
　　N o te: 　1LD: long day　2SD: sho rt day
同来源的愈伤苗系间,
以及同一愈伤苗系内
的不同单株之间, 可
能表现出双亲之一的
不同带型, 说明在组
织培养过程中, 突变、
染色体结构变异可能
不是造成无性系变异
的主要原因。
图 1　　来源于同一双单倍体 H P10122 愈伤无性系的聚类
F ig. 1　　T he cluster analysis of callus clones
fo r double hap lo id line H P101- 2
　　对 116 个单株通过遗传聚类分析
表明, 116 个单株按最小遗传距离可
分为 42 类 (数据未列出)。进一步对
来源于同一愈伤组织 H P10122 的 23
个无性繁殖单株聚类分析表明, 按最
小遗传距离可分为 6 类, 其中 14 个单
株完全聚为一类, 遗传距离为 0 (如图
1)。说明来源于同一花药愈伤苗系的
单株, 可能是由于一个花粉粒诱导分
化而来的, 也可能是由多个花粉粒共
同诱导分化的结果, 后者可能是造成
同一愈伤苗系在不同性状上表现变异
的主要原因, 因而, 在同一愈伤苗系内是可以进行选择的。
3　讨论
3. 1　花药培养无性系的变异性
花药培养由于小孢子通过离体培养, 经过脱分化、再分化和形态发生等一系列诱导过程
中, 容易发生基因突变以及染色体结构变异等已有一些报道。李平等 (1995) 通过R FL P 对籼
稻圭 630 和粳稻 02428 及其 F 1 花培的 81 个DH 系分析表明, 81 个DH 系不同程度地发生
3886 期　　　　　　　　何予卿等: 光敏核不育水稻花培变异性及其选育技术路线　　　　　　　　　　　

DNA 缺失以及DNA 序列的扩增, 且籼稻的变异频率大于粳稻。但另一个花培的DH 群体中
(窄叶青 8 号ö 京系 17) , 很少发现DNA 变异[ 9 ]。陈英等 (1996) 对 7 个籼稻品种花培获得的
161 个花粉无性系农艺形状, 同工酶变化和R FL P 标记检测发现, 农艺性状和分子标记所检
测的变异较小[ 10 ]。本研究通过 116 个花培单株, 利用分布于水稻 12 条染色体的 60 个多态型
R FL P 探针的 71 个位点分析, 未发现不同于双亲的结构变异位点, 表明利用花药培养产生的
遗传变异较小, 遗传稳定性较高, 利于光敏核不育水稻的选育和提纯。同时, 由于花药培养
所得的愈伤组织是由于多个花粉粒共同诱导、分化而来, 同一愈伤苗系内选择是有效的。
3. 2　实用光敏不育系选育技术路线的探讨
花培育种应用于水稻常规育种已取得了很大成果。1988 年蔡得田首先证明了农垦 58S
的不育花粉具有再生植株的潜能, 花培便很快应用于光敏核不育系的遗传和育种研究中[ 6, 7 ]。
凌定厚等 (1992)认为, 以培育光敏核不育系为目的的花药培养与一般常规育种的花培采用 F 1
为供体亲本不同, 不仅应对 F 2 代在长日条件下进行不育株的选择, 还应在短日条件下, 考察
育性转换特性, 这种选个体作为花药培养的供体亲本可以大大提高选择效率[ 7 ]。
何予卿等 (1998)、H e 等 (1999)研究认为, 光敏核不育主要受不育主效基因作用, 同时还
受一组光、温敏感的Q TL 影响, 这些微效的Q TL 是影响光敏核不育基因的育性稳定性和育
性可转换性的制约因子, 正是由于这些Q TL 的作用, 使得光敏核不育水稻的遗传和育种显
得特别复杂, 要求我们在选育光敏核不育系时, 不仅要选择主效基因, 更重要在于如何聚合
这些影响光敏核不育基因表达的优良的Q TL [ 3, 5 ]。因此, 作者认为, 通过不同光温条件和不
同生态条件下, 反复考察 F 2 群体中光敏核不育单株的育性稳定性和育性可转换性, 使在不同
环境条件下, 影响光敏核不育基因育性表达的Q TL 得以充分表达, 然后在 F 2 选育不育性既
稳定, 且容易转换的单株进入 F 3 或通过花药培养, 可培育实用型的光敏核不育系。因为这样
鉴定, 一部分效应较大的有益的Q TL 已经纯合, 并已聚合于选育的光敏核不育单株中, 一部
分Q TL 呈杂合状态, 通过花培还有一次 1∶1 分离重组的选择机会, 或进入 F 3 代可继续纯
合, 可能还有极少数不利的Q TL , 效应相当小, 对光敏不育主效基因影响也较小, 这样的选
择不仅可用于光敏核不育系之间的改造, 还可用于光敏核不育系与正常品种杂交选育之中。
致谢: 本文在华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室完成的, 并得到张启发教授指导,
在此表示感谢!
参　考　文　献
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