一种籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法技术

本发明专利技术公开了一种籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法，该育种新方法的步骤如下：（1）选取待改良粳稻品种/系和抗稻瘟病籼稻抗源；（2）对选取的待改良粳稻品种/系进行粗毒素耐性浓度的鉴定；（3）杂交育种获得三交F1杂交种；（4）对三交F1杂交种进行排籼培养基花药培养；（5）大田种植花培苗，单株收种获得稻瘟病抗性改良的粳稻花培家系若干，不同花培家系进一步大田播种，以待改良粳稻品种/系亲本为对照，筛选获得农艺形状良好且稻瘟病抗性得到改良的粳稻新品系。本发明专利技术的育种新方法能够将籼稻抗稻瘟病基因特定而高效地渗入粳稻，3年左右即可完成抗稻瘟病育种，显著缩短常规籼粳交抗稻瘟病育种周期，具有较大的育种应用价值。

【技术实现步骤摘要】

 本专利技术涉及农业科学
，尤其是指一种特定而高效地将籼稻稻瘟病抗性基因渗入粳稻的水稻育种方法，具体地说是一种籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法。
技术介绍
水稻是全世界最重要的粮食作物之一，其栽培面积和总产量仅次于小麦。由于亚洲20亿人口中4/5及非洲和拉丁美洲近10亿人口中1/3均以稻米为主要食物来源，所以水稻生产对发展中国家的重要性尤为突出。我国是稻谷生产的大国。据近10年来的统计，年平均生产稻谷占世界稻谷总产的36.9%，居世界第一；水稻播种面积占世界总播种面积的22.8%，仅次于印度；稻谷的平均亩产约为380千克，比世界平均亩产高，在主要产稻国中名列前茅。近年来，随着我国工业的发展和人们生活水平的提高，对稻米的需求不断加大，而随着水稻病虫害的爆发、人口持续增长、干旱加剧、乡村劳动力匮乏以及环境污染等要素的影响，我国水稻生产正日益跟不上需求量的增加，使得我国粮食的自给率逐年下降，水稻种植和粮食平安问题正面临严峻的挑战。农作物育种的发展历史表明，凡育种方法和技术上有所突破，就会给农业生产带来一次质的飞跃。半个世纪以来，水稻育种经历了2次重大革命，第一次是发生在20世纪60年代的矮化育种，这次革命把传统的高秆品种变为现代的矮化品种，使产量提高20%～30%；第二次是发生在20世纪70年代的杂种优势利用，三系配套并大面积应用于生产中，水稻单产又比60年代提高20%。杂交水稻的培育成功，大幅度地提高了我国水稻总产。两次育种革命使世界的水稻生产得到了较大发展，对于养活日益增长的世界人口起到十分重要的作用。籼粳稻深刻分化与显著差异，使它们在产量、品质和抗逆性等方面各具特色，其杂种F1无论在营养器官还是在产量性状上均具有强大的杂种优势。袁隆平首次提出了籼粳亚种间杂种优势利用的设想，认为直接利用亚种间杂种优势是产量突破中最有希望且能在较短时期内取得成效的途径，提出了应用广亲和基因与光温敏核不育基因实现亚种间杂种优势直接利用的战略设想。籼粳稻杂交育种将打破亚种内育种的界限，从亚种内育种走向亚种间育种。籼粳杂交为亚远缘杂交，杂交后代易产生巨大变异和超亲优势，蕴藏着巨大的遗传潜力。籼粳稻杂交常规育种和籼粳亚种间杂种优势利用已成为当今水稻超高产育种研究的重要手段和方法。我国的育种实践也证明，利用籼粳稻杂交是创造新株型优异种质行之有效的方法。目前籼粳交育成的品种有浙江的矮粳23、T209和城特232等，辽宁的辽粳5号、辽粳 326、沈农1033，江苏的紫金粳，北京的中作系统，湖北的鄂育晚5号等。这些品种（系）表现出高产、抗病和优质的优良特性，但有的籼粳亚种间杂交后代表现出一些缺点，如“千重浪”的不抗稻瘟病，“南粳35”的易于穗发芽等。国外对籼粳杂交常规育种技术亦给予高度重视。自60年代中后期起，韩国的籼粳杂交常规育种取得了举世瞩目的成就，育成了统一、水原、密阳等高产矮秆系统，这些品种一般比传统粳型品种增产20%～40%。日本引进中国和韩国等地的高产籼稻品种，与当地粳稻品种杂交，增加杂种后代的颖花数，同时提高杂交后代的抗逆性和稳产性，先后育成了 52个有希望的新品系和5个新品种，如中国91、北陆125、北陆142、关东146、星丰、秋力等，比对照品种增产20%～36%。日本育种家认为，在第三阶段要实现增产50%的指标必须依靠杂交稻，特别是在水稻广亲和基因理论提出后，主要依靠籼粳亚种间杂种优势利用途径来达到。但是，由于籼、粳属两个亚种，Fl尽管营养优势很强。但一般都存在部分生殖障碍，籼粳亚种间杂种F1代的株高偏高，生育期超亲晚熟，以及花粉部分败育、结实率偏低等问题，是籼粳交育种面临的三大障碍，严重限制了这种优势在生产上的直接利用。籼粳交利用无论是常规稻品种选育还是恢复系选育，基本上是建立在随机配组和大量选择的基础上的，需要耗费多年的时间和巨大的劳动量。研究发现，典型的籼籼交和粳粳交由于基因交流少，Fl优势弱，而过度的籼粳基因交流也不利于F1在营养生长与生殖生长上的协调，同样难以表现出产量优势，这就涉及到籼粳基因渐渗的程度问题。育种事实表明，籼粳基因渐渗在超级杂交稻育种中发挥了重要作用，通过分子检测，很多超级杂交稻的亲本均通过籼粳基因渐渗获得。然而，基因渐渗在超级稻育种中，是通过多次代的杂交、回交筛选来实现，育种周期长，工作量巨大。水稻稻瘟病(Blast Fungus)，世界各稻区均匀发生，是全世界稻区危害最严重的水稻病害之一，又名稻热病，俗称火烧瘟、吊头瘟、掐颈瘟等。该病一年四季均可对水稻造成危害，其危害遍及水稻的各个部位，有苗稻瘟、叶瘟、叶枕瘟、节稻瘟、穗颈瘟、枝梗瘟和谷粒瘟等，一般造成水稻减产10%～20%，严重时减产40%～50%，甚至颗粒无收。以我国为例，20世纪90年代以来，该病的年发生面积均在380万hm2以 上，年损失稻谷达数亿公斤。近年来，稻瘟病出现逐年增加趋势，局部大爆发经常发生，给水稻生产安全带来严重的威胁。如何有效的防治稻瘟病是广大农业科技人员和农民急需解决的问题。现在农业生产中采取综合防治技术预防稻瘟病的发生，主要手段是采取一些预防性措施，如选用抗病品种、栽培上采用抗菌消毒手段和施用农药进行药物治疗，并建立稻瘟病预报预测系统，长期的生产实践证明，水稻稻瘟病抗性品种的选育和应用是防治稻瘟病最经济有效的措施。在初期抗稻瘟病育种中主要采用传统的抗病育种方法进行育种，如利用引种、选择育种、杂交育种等常规育种途径选育出一批具有垂直抗性和水平抗性较好的优良品系。但是由于大面积的单一化使用某一抗性基因，造成对稻瘟病群体的定向选择作用，稻瘟病病菌生理小种遗传的复杂性和致病性的多样性使得稻瘟病病菌群体的毒力基因的组成发生变化，往往选育的抗性品种在推广3～5年后即产生能侵染该品种的优势小种，最终导致新品种的抗性丧失。常规育种消耗时间长，尤其随着稻瘟病病菌突变频率的增加，一个新品种育成的速度已经跟不上稻瘟病病菌的突变速度。在籼粳稻深刻分化与显著差异，使它们在产量、品质和抗逆性等方面各具特色，其中一个在稻瘟病病菌的抗性差异非常显著，籼稻品种多对稻瘟病有较高的抗性水平，而粳稻对稻瘟病的抗性较差，表明籼稻基因组内含有大量粳稻所没有的抗稻瘟病基因存在。如能将籼稻内的抗稻瘟病基因通过精确高效的手段转移进粳稻基因组培养抗稻瘟病粳稻品种，在生产上具有极高的价值。随着生物技术的发展，除常规杂交育种外又出现了许多新的育种手段，这赋予了水稻抗稻瘟病育种新途径，一种是利用稻瘟病培养液提取粗毒素作为选择压，在细胞水平上进行筛选突变体，并与常规育种技术结合培育新的抗病品种，但是通过粗毒素人工诱变的频率低，筛选量大；第二种就是以转基因技术和分子标记辅助选择育种技术为代表的分子育种技术。分子育种技术的出现，对水稻抗稻瘟病育种和籼粳交育种难关本来是一种可行的解决方案，目前，转基因育种与分子标记辅助选择等分子技术育种是目前农业发展的新道路，被科学界公认为第三次农业绿色革命的出现。但是，对特定优良主栽品种进行抗稻瘟病基因和其他优良基因的转基因育种，本来可以精确实现籼粳交的改良，但由于目前转基因育种被抵制，而分子标记辅助选择育种首先需要基因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法，其特征在于：该育种新方法的步骤如下：（1）选取待改良粳稻品种/系和抗稻瘟病籼稻抗源：选取农艺性状良好的粳稻品种/系并对选取的粳稻品种/系进行排籼培养基的诱导培养，最终选定花药愈伤组织诱导率高于25%的粳稻品种/系作为待改良粳稻品种/系，选取农艺性状良好且含有稻瘟病高抗基因的籼稻品种/系作为抗稻瘟病籼稻抗源；（2）对选取的待改良粳稻品种/系进行粗毒素耐性浓度的鉴定：分别在分化培养基中加入一定梯度浓度的粗毒素提取液，对步骤（1）中选定的待改良粳稻品种/系的花药愈伤组织进行分化培养，并选择合适筛选压力水平浓度的粗毒素提取液作为粳稻花药培养粗毒素选择压；（3）杂交育种获得三交F1杂交种：将大田种植筛选的抗稻瘟病籼稻抗源与广亲和材料籼粳架桥获得杂交种F1，选取杂交种F1的花药再与待改良粳稻品种/系杂交获取杂交种三交F1；（4）对三交F1杂交种进行排籼培养基花药培养：三交F1杂交种正季播种，选取健壮主穗花药进行排籼培养基花药诱导培养，获得花药愈伤组织，并挑选直径0.4～0.8cm的花药愈伤组织接种于添加了选择压浓度粗毒素的分化培养基，在温度27～29℃、光14h/暗10h的条件下培养，获得花培幼苗，待花培苗长至2cm之后转接于生根培养基进行继代培养，待花培苗长至8cm后移栽至周转箱壮苗，10～15天后移栽入大田；（5）花培苗单株收种获得花培家系，进一步农艺性状、稻瘟病抗性筛选获得改良的粳稻新品系：大田种植花培苗，单株收种获得稻瘟病抗性改良的粳稻花培家系若干，不同花培家系进一步大田播种，以待改良粳稻品种/系亲本为对照，筛选获得农艺形状良好且稻瘟病抗性得到改良的粳稻新品系。...

【技术特征摘要】
1.一种籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法，其特征在于：该育种新方法的步骤如下：
（1）选取待改良粳稻品种/系和抗稻瘟病籼稻抗源：选取农艺性状良好的粳稻品种/系并对选取的粳稻品种/系进行排籼培养基的诱导培养，最终选定花药愈伤组织诱导率高于25%的粳稻品种/系作为待改良粳稻品种/系，选取农艺性状良好且含有稻瘟病高抗基因的籼稻品种/系作为抗稻瘟病籼稻抗源；
（2）对选取的待改良粳稻品种/系进行粗毒素耐性浓度的鉴定：分别在分化培养基中加入一定梯度浓度的粗毒素提取液，对步骤（1）中选定的待改良粳稻品种/系的花药愈伤组织进行分化培养，并选择合适筛选压力水平浓度的粗毒素提取液作为粳稻花药培养粗毒素选择压；
（3）杂交育种获得三交F1杂交种：将大田种植筛选的抗稻瘟病籼稻抗源与广亲和材料籼粳架桥获得杂交种F1，选取杂交种F1的花药再与待改良粳稻品种/系杂交获取杂交种三交F1；
（4）对三交F1杂交种进行排籼培养基花药培养：三交F1杂交种正季播种，选取健壮主穗花药进行排籼培养基花药诱导培养，获得花药愈伤组织，并挑选直径0.4～0.8cm的花药愈伤组织接种于添加了选择压浓度粗毒素的分化培养基，在温度27～29℃、光14h/暗10h的条件下培养，获得花培幼苗，待花培苗长至2cm之后转接于生根培养基进行继代培养，待花培苗长至8cm后移栽至周转箱壮苗，10～15天后移栽入大田；
（5）花培苗单株收种获得花培家系，进一步农艺性状、稻瘟病抗性筛选获得改良的粳稻新品系：大田种植花培苗，单株收种获得稻瘟病抗性改良的粳稻花培家系若干，不同花培家系进一步大田播种，以待改良粳稻品种/系亲本为对照，筛选获得农艺形状良好且稻瘟病抗性得到改良的粳稻新品系。
2.根据权利要求1所述的籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法，其特征在于：所述步骤（1）中的农艺性状良好的粳稻品种/系是指产量高、米质优良、稻瘟病抗性有待改良以及株高不宜过高、生育期早熟或中熟的粳稻品种/系；抗稻瘟病籼稻抗源是指产量高、米质优良、高抗稻瘟病的籼稻品种/系。
3.根据权利要求1所述的籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法，其特征在于：所述步骤（1）中选取的农艺性状良好的粳稻品种/系进行排籼培养基的诱导培养的过程如下：
（1.1）取材与预处理：将选取的农艺性状良好的粳稻品种/系大田常规栽培，取叶枕距为5～7cm、穗色呈淡黄绿色、花药淡黄色且长度约为颖壳的1/3～1/2、孕穗不裂开的健壮主穗为供试材料，保留2～3张叶片，75%酒精擦拭表面后，用湿毛巾包裹且外套塑料袋，置4℃下低温预处理3天；
（1.2）接种：预处理后，将含主穗的稻苞剪下，然后将该稻苞浸泡于75%的酒精中处理3～4min，接着将该稻苞转移于超净工作台中剥离主穗，进一步剥取小穗为大小均匀的小支梗，接下来用消毒过的纱布包裹小支梗后用浓度为0.1%的升汞灭菌10min，无菌水漂洗3～4次，打开纱布晾干，最后用消毒过的剪刀剪开花药上部，抖药法接种花药于排籼培养基；
（1.3）诱导培养：将排籼培养基置于24～26℃的黑暗环境中诱导愈伤组织，30～40天后在花药的边缘出现白-淡黄色的无定型细胞团，并在花药接种培养50天后统计花药愈伤组织诱导率，选定花药愈伤组织诱导率高于25%的农艺性状良好的粳稻品种/系作为待改良粳稻品种/系。
4.根据权利要求3所述的籼粳交基因渐渗抗稻瘟病育种新方法，其特征在于：所述步骤（1.2）中的稻苞是指稻苞顶枕距为7cm至穗下节间上部0.5cm的区域内剪材获得的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔保建，邓建社，夏祥华，季成文，郑立平，付锡江，程驭，
申请(专利权)人：安徽袁粮水稻产业有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34