[发明专利]水稻雌性不育基因及其在杂交水稻制种中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及水稻杂交制种，特别涉及一种导致水稻麦状叶与雌性完全不育表型的蛋白质及其基因，本发明还涉及利用该基因构建的恢复系及对恢复系后代进行检测筛选的方法，以及该恢复系在杂交水稻机械混播制种中的应用。

背景技术

有性生殖是植物传种接代的主要方式，也是培育作物新品种的重要途径，由此而产生的种子和果实是人类赖以生存的主要粮食来源。作物杂交具有旺盛的杂种优势和巨大的增产潜力，杂种优势的利用是发展粮食生产的必然趋势。过去几十年来，以有性生殖为基础的杂交育种为农作物产量提高做出了巨大贡献。水稻作为我国第一大粮食作物，约占粮食总产量的40％。稻米是我国人民赖以生存的主食，水稻生产不仅担负确保我国粮食安全的重任，并肩负实现种粮增效、稻农增收和全面推进新农村建设的重大使命，也是新阶段我国农业和农村经济发展的中心任务之一。人口增加和耕地减少是我国的基本国情，预计到2030年，我国人口将达到16亿，我国农作物的单产需在现有的基础上提高50％以上才能满足粮食的安全供给。

然而，自花授粉作物杂种优势的利用难度极大，只能通过“三系”或“两系”的配套进行种子生产。袁隆平院士发明的“三系”杂交稻是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种(袁隆平.杂交水稻超高产育种.杂交水稻，1997，12(6)：126.)。雄性不育系即一种雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻，由于花粉无生活力，不能自花授粉结实；再用保持系使这种不育系能不断繁殖，不至于绝种；再育成恢复系，使不育系育性得到恢复，自交结实并产生杂种优势。后来提出的“两系”杂交稻即没有保持系，其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系，分为光敏和温敏两种类型。袁隆平院士对此有一个形象的比喻：三系法像包办婚姻，两系法是自由恋爱。目前两系杂交稻占杂交稻种植的20％左右，三系杂交稻占70％～80％。

一般情况下，为了增强杂种优势，每个杂交组合的父母本性状差异都很大。进行杂交种子生产(由不育系与恢复系杂交，俗称制种)时需按各个组合父母本的生育特性，植株高矮及抽穗季节的风向，确定合理的父母本株行比例。制、繁种时父母本必须按行或分条块种植，加上自花授粉作物花粉量少、传粉距离短、开花时间集中，导致了异交结实率低、种子成本高，一定程度上限制了自花授粉作物杂种优势利用的发展速度。其次，无论是繁种(不育系种子繁殖，由不育系与保持系杂交，俗称繁种)，还是制种，父本自交产生的种子均不能混入母本所产的异交种子中，否则就会造成重大的种子纯度问题。因此，到目前为止，杂交稻种子的生产很难完全适应机械化作业，杂交种子的成本居高不下(朱启升，王安东，杨前进，等.水稻除草剂敏感基因的研究与利用[J].安徽农业科学，2000，28(2)：141-142；朱启升.杂交水稻混播制种技术研究进展.作物研究，2004，4：204-207；朱启升，王安东，杨前进，等.水稻除草剂敏感基因导入恢复系的研究[J].安徽农业科学，2000，15(3)：5-6.)。

如何解决“三系”“两系”杂交稻种子纯度问题一直是一个世界难题，既是科研人员攻关的难点，也是种子企业关心的焦点、农民担心的疑点。袁隆平院士领导的研究小组运用白化标记育种的新技术尝试解决这个难题，他们将白化标记基因导入水稻不育系与保持系，可在苗期识别白化的不育系与保持系杂株，简化杂交水稻种子纯度鉴定工作，使杂交水稻种子纯度风险下降为零。但该方法并不能够在制种源头上保证种子的纯度，只有在杂交种子卖给农民，播种后才能够发现并去除杂苗，还是增加了人力成本，也降低了种子的可靠性和信誉，目前该方法并没有在实际生产中大规模应用。

水稻“三系”“两系”杂交稻种子制种技术性强，人工成本高，劳动效益降低，制种面积逐年萎缩。水稻制种不仅对生产条件要求较高，而且对整地播种、水肥管理、化学调控、赶花授粉、育秧收晒等技术要求较高。由于农村劳动力大量转移，适于水稻制种的青壮劳动力逐步减少，一般的老人、妇女、儿童难以较好地承担，一旦生产条件不适合、技术措施不到位或遭遇不利天气，就会影响制种产量和种子质量，给制种农户和种子企业造成很大损失。另一方面，制种基地难上规模，难以连片，难以管理，而且伴随着基地整体素质偏低、生产成本被动提升、制种比较效益低等负面因素，导致水稻制种成本增高，劳动收益率降低。近几年全国范围内杂交稻制种面积减少30多万亩。农业部预测，杂交稻种子市场供应将由充足有余向供应偏紧状况转变，并且各地制种规模将出现逐年下降趋势。