东乡野生稻抗寒基因的利用与前景展望_陈大洲

东乡野生稻抗寒基因的利用与前景展望陈大洲　邓仁根　肖叶青　赵社香　皮勇华(江西省农业科学院水稻研究所　南昌　330200)摘　要　东乡野生稻是普通野生稻(φN /28°14'),它具有特强的耐寒性、耐瘠性等有利基因资源,值得重视。

本文阐述了东乡野生稻抗寒性的研究与利用,分析东乡野生稻耐寒基因资源利用的可行性和开发前景。

关键词　东乡野生稻;抗寒基因;利用前景东乡野生稻,因为在江西东乡县发现,故名东乡野生稻。

东乡野生稻是普通野生稻(O .sativa L .f .spontanea )分布在φN /(28°14')、λE /(116°36')、海拔47.6m 的红壤小低丘地区,是迄今世界上最北的野生稻[1、2、3、4],引起了国内外植物学家和植物育种家极大关注。

东乡野生稻的发现,不但对稻种起源、演化具有重要研究价值,而且它耐寒性极强,能忍受严寒和低温,这种耐寒性的价值和意义有待进一步研究。

东乡野生稻发掘20多年来,对东乡野生稻的有利基因鉴定与利用做了大量工作。

但是在水稻育种上的利用方面成效不明显,为进一步开发东乡野生稻的有利基因,以便在培育高产、优质、多抗的水稻新品种中加以应用,作者把东乡野生稻的抗寒性鉴定与利用现状报告如下。

1　东乡野生稻抗寒有利基因的鉴定姜文正等1983年对东乡野生稻(以下简称东野)的抗寒性鉴定,其耐寒性比海南的白芒野生稻强,更比栽培稻强。

东野原生地东乡1月平均气温5.2℃,极端最低气温-8.5℃,虽然地上部分全部枯死,但近地表的茎秆及地表以下茎节仍有生命力,每年2月下旬或3月初萌发。

地上枯死日期在12月下旬至翌年1月上旬[2]。

欧阳颔等1984年报道,东野在萍乡越冬观察,它能顺利越冬,不怕严寒霜冻,春暖又复出新苗;抽穗时抗寒力也较强,据1980年10月26日抽穗观察,日平均在13.7℃的情况下,仍正常开花散粉,结实率达33.3%。

利用东野与粳稻和籼稻杂交,1980年用B 1F 1进行越冬性观察,8月24日播种的125个单株和早稻栽培的53个组合的稻蔸,来年复生新苗的,前者有19个单株,后者有21个组合。

这些单株与组合和东野一样,经过冬天霜冻的考验,地下部分未受到损害,茎基呈鲜绿状态。

钟海明等1986年对东野芽苗期抗冷性鉴定,参试抗寒品种中,东野芽苗期抗寒性最强。

1994年我们对东野苗期耐寒性鉴定,苗期1叶1心、在5℃±1℃的状态下、低温处理5d 后,常温下恢复10d ,东野耐寒性比耐寒的粳稻还高一个等级。

抽穗开花耐寒性强,自9月上旬抽穗开花直至11月上旬,常年能结实最终日期为10月30日至11月2日。

比籼粳耐寒品种结实期长6d 左右,但抽穗能结实正常时期与籼粳稻耐寒品种相似[3]。

湖北省农科院1981年把东野种茎北移至武汉进行自然繁殖地(φN /30°37')越冬,至1991年7月连续进行10年试验,观察结果大体一致,参加越冬试验的华南、印度、湖南野生稻不能越冬,仅有东野可以。

东野在冬季地上部分、地面出现霜雪江西农业学报　1998,10(1):65～68Acta Ag riculturae Jiang xi 1998-02-11收稿,1998-03-09收修改稿冻害情况下,逐渐基本枯死、软化,而地下茎或水面下的茎仍保持其坚韧性和生命力。

翌年3月下旬至4月上旬开始萌发,每年9月中下旬开始陆续抽穗、结实,至10月中下旬成熟,自然落粒的种子在干干湿湿的池塘泥土表层或草丛堤崖边自然地休眠越冬后,于翌年3月下旬至4月上旬萌发出苗,也自然生长形成新植株繁衍。

对1981～1991年武汉自然越冬繁殖地的气象资料进行分析:冬季月平均最低温度1.3℃,极端最低温度-12.8℃。

与东乡县冬季历年月平均最低温度1.4℃,极端最低温度-8.5℃比较,分别低0.1℃和4.3℃。

东野耐寒性极强,可以抵御严寒和低温。

东野是迄今发现的分布纬度最高的普通野生稻(φN /28°14'),具有特强耐寒性。

2　东乡野生稻耐寒基因的遗传生理研究1995～1996年对东野耐寒性遗传分析:东野的耐寒性为完全显性,且细胞质对耐寒性有影响效应,东野的耐寒性是受两对重复基因所控制[5]。

周燮等人把ABA 、GA 3及4℃低温处理对不同抗冷性的“东野”和“6225”胚的抗氰呼吸的影响作了比较,结果发现低温可显著提高两者的抗氰呼吸速率,ABA 处理在抑制光呼吸强度的同时都显著提高两者的抗氰呼吸速率,而GA 3在提高胚的光呼吸速率的同时都显著抑制了抗氰呼吸速率。

这些结果说明:ABA 与GA 3对抗氰呼吸有着相反的影响,故低温下水稻体内ABA 含量的增加与GA 3含量的降低有利于抗氰呼吸的增强。

抗冷性强的东野和对低温敏感的早稻品种“6225”,幼苗经过7d 低温(4℃黑暗)处理再回暖(25℃、12h 光照)2d 后,东野仍能恢复强,而“6225”的死苗率达96%。

在低温处理期间和回暖过程中,东野的叶片含水量变化不大,始终保持在低温前的80%以上,但随着低温处理时间的延长,叶片的电解质渗漏率持续上升,回暖2d 内,电解质渗漏率回降到13.8%,接近低温前的水平。

说明东野抗寒性强。

东野的内源激素ABA 、GA 1水平对温度变化的响应迅速,在低温处理24h ,ABA 快速上升,GA 1含量急剧下降,ABA /GA 1比率达到最大值0.56。

因此,稻苗的抗冷性与低温期向内源ABA 含量的上升及GA 1含量的下降有着密切的关系。

3　东乡野生稻抗寒基因的利用概况自1978年发掘江西东乡野生稻之后,国内外开展了东野有利基因的研究与利用。

对东野抗寒基因的利用概况是:江西省安义县农科所1979年用南洋密谷的杂交后代与东野杂交,1988年育成早稻中熟优质米品种密野1号。

在南昌市大面积推广应用,获得南昌市科技进步一等奖。

江西省农科院水稻所1981年利用东野与IR24-1-5-4杂交,F 1与国际油粘回交,1985年转育成国际油粘A ,其回复谱不同于“野败型”、“红莲型”、“印尼型”、“岗型”、“D 型”、“BT 型”雄性不育系。

宜丰县农科所1991年利用东野与“M112”杂交的后代F 2代,选育出能越冬株1株,至今越冬保存6个年头。

作者1994年利用东野与栽培稻杂交,已选育成能越冬株共14个,其中2株除长芒外,其它近似栽培稻,是优良的抗冷育种材料。

4　东乡野生稻抗寒基因利用的发展前景4.1　提高水稻高产稳产性水稻低温冷害是世界性的问题,在日本、南朝鲜、美国和中国更为突出,我国每年因低温冷66 江　西　农　业　学　报 10卷害损失稻谷30万t ～50万t [1]。

低温冷害不仅在北方是威胁水稻生产的障碍,而且在南方也严重影响早稻育苗与晚稻抽穗扬花及灌浆。

因此,对水稻耐寒性研究实属重要。

把东野强耐寒基因导入栽培稻中,早稻提早播种无需农膜,也不会烂秧,晚稻抽穗延迟,也不怕寒露风,结实率不受影响,将大大促进水稻高产稳产性。

4.2　选育越年生水稻品种采用水稻育种常规技术与生物技术相结合,进行种质创新与改良是完全可能的。

野生稻DNA 导入栽培稻“中铁31”(籼型粘稻)的研究已取得成功,选育成的“桂D1”新品系,比受体“中铁31”增产25.8%,比“桂朝2号”增产18.5%,比“特青2号”增产17.5%。

所以,利用现代育种杂交技术,把东野强耐寒基因导入到栽培稻中去,选育出越年生水稻新品种,实现新的育种突破,将大大地降低水稻生产成本,减轻种稻劳动强度,真正可以实行种稻免耕法,减少水土流失,提高种稻的经济效益。

4.3　越年生水稻杂种优势利用东野强耐寒基因转移到栽培稻选育成越年生水稻,利用这种水稻进行越年生水稻杂种优势利用。

首先利用该材料进行两系光敏核不育系选育,其次是该不育系与越年生水稻配组,测交筛选强优组合,逐步实现熟组配套,形成早、中、晚季均有组合。

这些强优组合种植后的禾蔸越冬,次年萌发再生,以无性繁殖的途径,实现固定杂种优势,它将比三系和两系杂交稻有着更强的生命力,从而会对粮食的增产带来更加光明的前途。

参考文献1　姜文正,等.东乡野生稻的研究品种资源.1988,(3)2　应存山主编.中国稻种资源.北京:中国农业科技出版社,19933　全国野生稻资源考察协作组.我国野生稻资源的普查与考察.中国农业科学,1984,(4):27～344　高立志,张寿洲,等.中国野生稻的现状调查生物多样性.1996,4(3):160～1665　熊振民,等.中国野生稻研究的进展,水稻文摘,1988,(1):1～56　丁颖.广东野生稻及由野生稻育成之新种.中华农会会报,1933,1147　吴妙　主编.野生稻资源研究论文选编.北京:中国农业科技出版社,19908　李道远,等.外源药用野生稻DNA 导入栽培稻引起的性状变异与遗传.西南农业学报,1990,(4)9　欧阳颌,等.东乡野生稻的利用研究报告.萍乡农业科技,1984,410　钟海民,等.东乡野生稻芽苗期抗冷性利用初探.萍乡农业科技,1986～1987,511　陈大洲,等.东乡野生稻苗期和穗期的耐寒性研究.江西农业学报,1996,8(1):1～612　潘熙淦,邓仁根,等.江西东乡野生稻染色体组型和带型的研究.江西农业科技,1985,(1):5～713　陈大洲,等.东乡野生稻苗期耐寒性的遗传研究.江西农业大学学报,1997,19(4):56～5914　黄涛,周燮,等.抗冷与不抗冷水稻在低温期间叶片A BA 与G A 水平变化的差异.华北农学报,1998,(1)15　黄涛,夏凯,等.ABA 与GA 3对稻胚抗氰呼吸的影响及其抗冷性的关系.南京农业大学学报,1998,(1)16　陈大洲,等.江西东乡野生稻细胞质雄性不育系的恢复源探讨.杂交水稻.1995,(6):4～617　潘熙淦,陈大洲,等.一个新的水稻雄性细胞质源.杂交水稻国际学术讨论会论文集,1988,(10)67　1期 陈大洲等:东乡野生稻抗寒基因的利用与前景展望 Utilization and Prospect of the Cold -resistanceGene of Dongxiang Wild RiceChen Dazhou Deng Rengen Xiao Yeqing Zhao Shex iang Pi yonghua(Rice Research Institute ,Jiangx i Academy of Agricultural Scienc es ,Nanchang 330200)A bstract Dongxiang Wild Rice belong s to O .sativ a L .f .spontanea (φN /28°14'),and its favourable gene resources for the resistance to coldness and poor soil is w orth paying attention to .This paper expounds the study and utilization on cold -resistance of Dong xiang Wild Rice and analy zes the feasibility and prospect of exploiting its cold -resistance gene .Keywords Dong xiang Wild Rice ;Cold -resistance gene ;Utilization prospect 68 江　西　农　业　学　报 10卷。