籼粳稻杂交后代表型变化规律与遗传基础

摘要

籼稻和粳稻是亚洲栽培稻的两个亚种，在生物学特性上存在明显差别，在经济性状上各有优点。籼、粳稻亚种间杂交可以产生较强的杂种优势和丰富的变异，以综合亚种优点和利用亚种间杂种优势为目的的籼粳稻杂交育种已成为南北方水稻育种的重要方法之一。但籼粳稻杂交育成品种并没有象预期那样综合亚种特性，而是保持典型籼粳稻的基本特性。在没有有意识直接选择的条件下，籼粳稻杂交育成品种基本保持亚种特性，可能是因为亚种特征性状与生态适应相联系，或者与亚种间遗传上某种程度的生殖隔离有关。迄今相关研究大多集中在亲本籼粳分化程度与杂种优势和F<,1>分类的关系，重在探讨亚种间杂种优势利用的途径、遗传机理与亲本选配，对籼粳稻杂交育成品种和籼粳交的高世代分离群体亚种特性与经济性状的关系研究极少，特别是迄今未见不同生态条件下亚种特性与经济性状的变化规律及相互关系的报道。本文以来自不同纬度地区的43个水稻育成品种和两个典型籼粳稻杂交构建的重组自交系群体为试材，研究不同生态条件下亚种间杂交后代籼粳分化规律与遗传基础，分析形态分化与遗传分化即表现型与基因型分化的关系，研究生态环境对籼粳分化和经济性状的影响，探讨利用亚种特性与经济性状的关系评估不同生态区的籼粳适应性的可能性与方法，为各地水稻育种工作者的选育工作提供理论指导，有利于充分发掘各生态种植区的资源潜力，对实现籼粳亚种间杂种优势直接利用的战略设想，推动水稻育种与生产的第三次飞跃具有重要的理论意义与实用价值。 以来自不同纬度地区的育成品种为试材研究亚种特征性状与经济性状关系的结果表明，高纬度地区的育成品种亚种特性仍然偏粳，而这些品种绝大多数是通过籼粳稻杂交育成的；来自低纬度地区的品种亚种特性仍然偏籼。育成品种中程氏指数6个亚种特征性状间有极显著的相关性，表现为明显的非随机组合现象。穗颈大维管束数、大小维管束比、大维管束比在典型籼粳类型间有着极显著的差异，以之分类的结果与程氏指数法有着较高的符合度，可以作为育成品种中籼粳分类的参考指标。维管束数目与一次枝‘梗数、二次枝梗数、穗粒数等代表穗库结构的性状有着极显著的相关性，但与一次枝梗结实率、二次枝梗结实率等代表籽粒充实特性的性状间相关未达显著水平。程氏指数及6个亚种特征性状与代表籽粒充实特性的结实率相关显著，但与一、二次枝梗数、穗粒数等代表穗库结构性状相关不显著。亚种特性与穗颈大维管束数、大小维管束比、大维管束比相关达极显著水平。北方育成的典型籼粳稻杂交的重组自交系群体RISLA和RILSB在四川和辽宁两个不同的生态区种植，RILSA群体在两地间都呈偏粳分布，RILSB群体在辽宁籼粳株系数比例相当，在四川呈偏粳分布。不同生态条件下，亚种特征性状发生了明显变化，总体上四川表现比辽宁更加偏粳。生态条件对程氏指数6性状的影响因性状而异，两组合在四川的1-2穗节长、叶毛性状分值都极显著高于辽宁，RILSA中籽粒长宽比和抽穗时壳色分值极显著低于辽宁。RILSB中酚反应在四川分值极显著高于辽宁。稃毛性状在两组合和两地区间无显著差异。生态条件对程氏指数6性状间和程氏指数与维管束性状间的相关性也有显著影响。从辽宁到四川，RILSA和RILSB的穗颈大维管束数极显著变少，第二节间小维管束数极显著增加，大维管束比极显著增加，两群体间表现一致。RILSA在四川穗颈小维管束数极显著增加，而RILSB极显著减少；RILSB在四川第二节间大维管束数极显著增加；RILSA中大小维管束比极显著减少。总体上虽然有大小维管束比籼型大于粳型，大维管束比籼型小于粳型的趋势，但是大小维管束比和大维管束比不能作为籼粳稻分类的指标，籼粳稻杂交后代亚种特性与维管束性状已经重新组合。 籼粳稻杂交的重组自交系群体在四川和辽宁两个生态区种植，经济性状也发生了显著的变化。与辽宁相比，四川穗数、结实率和千粒重降低，因而产量极显著下降，而穗粒数在不同地区和不同群体间差异不显著。程氏指数和构成性状与产量和经济性状有正相关的趋势，育种过程中人工选择可能是北方稻区籼粳稻杂交育成品种仍然基本保持粳亚种特性的重要原因。进一步分析两群体的穗部性状结果表明，从辽宁到四川，穗颈粗值降低，二次枝梗结实率极显著减少，两组合间表现一致；RILSA中千粒重、结实率、一次枝梗结实率、二次枝梗千粒重、一次枝梗个数也极显著变少，穗长极显著增加，但以上性状在RILSB中未达显著水平；RILSA中一次枝梗千粒重极显著减少，但在RILSB中极显著增加。RII_,SB中二次枝梗总粒数极显著减少，一次枝梗总粒数极显著增加，二次粒率极显著减少，但在RILSA中变化不显著。结实率和千粒重在籼粳类型间有显砻的差异。维管束数目与穗库结构性状呈极显著正相关，与籽粒充实特性相关不显著。亚种特性与穗库结构性状相关不显著，而与籽粒充实特性呈极显著的正相关。依穗颈粗去选择维管束性状是一条切实可行的途径。 以SSR标记法、程氏指数法、维管束数目比法对籼粳稻杂交构建的重组自交系群体分类的结果显示，三种分类方法都可以将RILSB株系分成籼粳两大类，但在划分的籼粳株系比例上有较大差异。以程氏指数法为标准，维管束数目比法、SSR标记分类法与之符合度在．53.3％-58％间。程氏指数6个亚种特征性状间的相关性明显降低。籼粳特异标记间的非随机组合现象不再存在。在典型籼粳稻中存在显著差异的形态性状、解剖性状、分子标记已经重新组合。

目录

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摘要

第一章文献综述

1.1.稻属的分类

1.2.亚洲栽培稻的起源与分化

1.3.亚洲栽培稻分化的机理

1.3.1杂交与分化

1.3.2选择与分化

1.3.3基因突变与分化

1.4.籼粳亚种间的差异

1.4.1形态性状上的差异

1.4.2解剖结构上的差异

1.4.3细胞水平上的差异

1.4.4蛋白质水平上的差异

1.4.5 DNA水平上的差异

1.5.亚洲栽培稻分类的方法及评价

1.5.1依形态标记的分类

1.5.2依同工酶标记的分类

1.5.3依分子标记的分类

1.5.4依解剖性状的分类

1.6.籼粳稻杂交问题及应用

1.6.1籼粳杂交育种研究的历史

1.6.2籼粳亚种间杂交育种的经验

1.6.3籼粳分化程度与杂种优势的关系

1.7.生态环境对籼粳分化和籼粳杂交后代的影响

1.8.籼粳稻杂交后代亚种特性变化及其与经济性状的关系

1.9.本课题研究的意义

第二章材料与方法

2.1试验材料

2.2试验方法

2.2.1田间试验

2.2.2籼粳属性的判定

2.2.3经济性状的考查

第三章不同地区育成品种亚种特性与经济性状的关系

3.1.不同地区育成品种亚种属性的判定

3.2.育成品种中亚种特征性状间的关系

3.3.育成品种维管束性状间的差异

3.4.亚种特性与维管束性状间的关系

3.5.程氏指数分类法与维管束数目比法的验证

3.6.亚种特性与经济性状及穗部性状的关系

3.7.维管束性状与经济性状及穗部性状的关系

3.8.讨论

3.9.结论

第四章生态条件对籼粳稻杂交后代亚种特性的影响

4.1不同生态条件下程氏指数的变化

4.2不同生态条件下程氏指数各性状间相关性的变化

4.3不同生态条件下维管束性状的变化

4.4不同生态条件下程氏指数与维管束性状的相关性变化

4.5不同生态条件下程氏指数分类法与维管束性状变化的相互验证

4.6讨论

4.7结论

第五章生态条件对籼粳稻杂交后代经济性状的影响

5.1不同生态条件下经济性状的变化

5.2不同亚种类型间经济性状的变化

5.3不同生态条件下亚种特性与经济性状间的关系

5.4讨论

5.5结论

第六章生态条件对籼粳稻杂交后代穗部性状的影响

6.1不同生态条件下穗部形态性状的变化

6.2不同生态条件下穗部解剖性状的变化

6.3不同亚种类型间穗部形态性状的差异

6.4不同亚种类型间穗部解剖性状的差异

6.5穗部形态性状与解剖性状及亚种特性的关系

6.6讨论

6.7结论

第七章籼粳稻杂交后代亚种特性变化的遗传基础

7.1籼粳稻杂交后代SSR分类法标记结果

7.2依程氏指数分类法的结果

7.3按维管束数目比法的分类结果

7.4 SSR标记分类结果与程氏指数分类法的对比

7.5 SSR标记结果与维管束数目比法的对比

7.6维管束数目比法与程氏指数法的对比

7.7籼粳特异标记的12对引物与32对引物分类结果的对比

7.8程氏指数法、SSR分类法与维管束数目比法符合度分析

7.9讨论

7.10结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表文章