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石明松1973年在晚粳农垦58大田中发现天然不育突变株开辟了我国水稻两系法杂种优势利用的新途径。广大科技人员经过30年的不懈探索，无论基础理论，还是应用方面都取得了长足进展，一系列两系超级杂交水稻的成功开发应用标志着我国两系法杂交水稻进入了一个新阶段。为了有效地利用光温敏核不育系，选育更优的、可为生产利用的光温敏不育系，必须对光温敏不育遗传特性有深刻的了解。然而，可能由于光温敏核不育性是一种典型的生态遗传现象，加之光温敏不育系种类繁多，其遗传行为既受控于内部基因，又受外部光、温等生态因子的调节，还与所处的遗传背景密切相关，导致光温敏核不育水稻育性遗传研究结果极不一致。本文阐述了光温敏核不育水稻不育基因遗传与定位的研究概况，并就相关的问题进行讨论。

1 光温敏核不育水稻育性基因的遗传研究概况

至今，对光温敏核不育水稻育性比较一致的认识为，光温敏核不育性受核内隐性基因控制，不表现细胞质效应，属孢子体不育类型，常规品种大多数携有相应的显性恢复基因，因而光温敏不育系与普通水稻配置的杂种一代通常表现正常可育。但是，在育性遗传模式和遗传机理上，主要是指控制不育性的基因对数上，由于光温敏不育系的类型多，不同不育系之间不育基因的来源亦不完全相同，加之光温敏不育性是一种生理遗传特性，其与环境之间的相互关系复杂，所以不仅不同不育基因来源的不育系研究结果出入明显，即使相同基因源的不育系间，或同一不育系不同研究者之间研究结果也相差较大。

1.1 农垦58S及其衍生的光温敏核不育系的育性遗传

大体可将对农垦58S及其衍生的光温敏核不育系育性的遗传研究结果分为以下6类：(1)单基因模式，即不育性受1对主基因控制，并受微效修饰基因影响；(2)双基因模式，即不育性受两对主基因控制，且受微效基因修饰；(3)三基因模式；(4)质量-数量性状特性；(5)非典型性；(6)其他，如靳德明等(1988年)认为农垦58S和农垦58之间表现为1对主效基因的差异，但农垦58S与其他供试粳稻品种之间则表现为2对隐性主效基因的差异；薛光行等(1991年)提出了修饰基因强烈影响光温敏核不育后代表现的观点。以后，随着多种不同种质，即不同光温敏基因源的光温敏核不育水稻的发现，对光温敏核不育性的遗传研究结果进一步展示了光温敏核不育性遗传模式和遗传机理的多型性。

1.2非农垦58S不育基因源的光温敏核不育系的育性遗传

通过对温敏型核不育系安农s-l的遗传学研究表明，安农S-l的不育基因属点突变类型，其不育性受1对隐性核基因控制，且与农垦58S的不育基因不等位。对衡农S-1的遗传分析也表明，其雄性不育性受1对隐性基因控制。Yang等(1992年)研究表明5460S的不育性受1对与胞质无关的隐性基因控制，并把该温敏核不育基因定名为tmsl。而万邦惠等(1997年)，廖亦龙(1998年)研究认为5460S的核不育性受2对隐性基因控制，并受到某些微效基因的修饰作用；对于W6154S，研究结果差别比较大，蒋佐升等(1993年)、廖亦龙(1998年)认为其育性由核内隐性双基因控制，梅明华等(1995年)则认为受1对主基因控制，邓启云等(2001年)也认为W6154S育性受1对主基因控制，同时还认为光敏不育主基因的表达受微效多基因修饰，不同生态型常规籼稻品种对籼型光温敏核不育系来说均存在主效恢复基因，同时存在相应的影响不育性表达效果的遗传背景(实质就是微效多基因群)，然而，武小金等(1992年)却认为看不出什么趋势，造成这种极不一致的原因可能与W6154S育性表达复杂，受遗传背景、环境条件的影响大有关；邓启云等(2001年)还认为光温互作型的W7415育性受至少2对隐性主基因控制。

1.3 光温敏核不育基因的等位性

有关光温敏核不育基因的等位性问题，也是研究的一个难点。邓晓建等(1996年)对农垦58S衍生光温敏不育系的核不育基因等位性研究认为，农垦58S及其衍生的粳型不育系和籼型光敏不育系不育主基因是等位的；农垦58S衍生的温敏不育系和光敏不育系之间，不育主基因可以是等位的；然而，农垦58S衍生的温敏不育系中确实存在一些不育系，其不育主基因与农垦58S及其衍生的其它光敏或温敏不育系非等位。邓启云等(2001年)研究认为安农S-l、衡农s-1、W6154S和W7415S的不育主基因相互不等位，测64S与衡农s-l、W6154S和W7415S也不等位；W6154S和W7415S都是由农垦58S转育而来，但它们相互杂交F₁的套袋自交结实率在15%以上，造成这种杂交可育的情况，推测认为有两种解释：一是为复杂的遗传背景及其互作所致，二是可能农垦58S本身就存在3对以上的不育主基因，W7415S转入了其中的2对光敏不育基因，W6154S则转入了另l对温敏不育基因。曾汉来等(2001年)研究表明，从培矮64S与常规稻品种农垦58杂交后代F₁中获得了典型的光敏雄性不育株，其可育株与不育株比例为3:1，表明控制培矮64S育性的主效基因仍属光敏核不育基因，而培矮64S是由光敏核不育水稻农垦58S作不育基因转育而成的，但其育性表现为较强的温度敏感性，这证明光敏核不育基因的高效表达对其所在的遗传背景有高度的依赖性。

2 光温敏核不育水稻育性基因的标记和染色体定位研究

2.1 农垦58S及其衍生光温敏核不育系育性基因的定位

张端品等(1990年)利用标记基因法对农垦58S的不育基因进行定位时发现，农垦58S中1对光敏基因pms与位于水稻第5染色体上的大黑矮生d-1连锁；钱前等(1995年)以农垦58S衍生的N5047S、林兴华等(1996年)以农垦58S为材料，采用形态标记基因法进一步验证了这一结论，并对不育基因在染色体上的位置进行了较为精确的定位。胡学应等(1991年)利用同工酶作标记，将农垦58S的l对不育基因定位在第3染色体上，该基因与cat-l连锁，另1对不育基因位于11染色体上，与Adh-l连锁，所得结论与前者完全不同；Zhang等(1994年)以“32001S×明恢63”的F₂群体为材料，通过限制片段长度多态性分析(RFLP)和随机扩增片段多态性(RAPD)，已发现至少有2个基因与32001S不育性表达有关，并将其定位在第7和第3染色体上，分别命名为pms1、pms2，其中pms1不育基因效应较pms2大；张启发等(1992年)的研究表明，RG30距离pms1较近(约10 cM)，而RZ626位于RG30的同侧，距pms1较近。张忠廷等(1994年)以这两个标记对农垦58S和农垦58组合F₂随机群体140单株进行了RFLP基因型分组作方差分析，结果表明，这2个标记位点与此群体中引起育性分离的位点无连锁关系，说明由正常“农垦58”变为光敏核不育农垦58S的突变不在pms1区段。王京兆等(1995年)以“农垦58S”与FL2杂交所得到的F₂分离群体为材料进行RAPD分析，从检测过的300多个引物中发现有2个引物在不育群体中扩增出多态性产物，并推断引物OPX-07600与PGMS基因连锁，但距离多远还不清楚，转移杂交实验表明这个多态产物是1种重复顺序。Liu等(2001年)进一步研究认为pms1基因位于第7染色体的RG477和R1807标记之间的85kb区段上。Wang等(1996年)利用RAPD技术对“NK58S×NK58F"F₂群体进行了BSA分析，找到了与NK58S的光敏核不育基因连锁的分子标记PGMSO.7，并把NK58S的光敏核不育基因定位于第7染色体上；王凤平等(1997年)研究认为，引起“农垦58”突变为农垦58S的基因位点不在位于第7染色体上的pms1区间上。Mei等(1999年)以“NK58S×NK58”及“NK58S×1514”两个F₂群体为材料，通过BSA分析找到了NK58S所携带的另1个光敏核不育基因pms3，并将其定位于第12染色体上；李子银等(1999年)对农垦58S/大黑矮生标记基因系FL2组合组建可育集团和不育集团，并以亲本对照进行了RFLP，RAPD和双引物RAPD分析，结果第12染色体的1个单拷贝标记G2140与光敏核不育基因连锁遗传，二者之间的遗传图距为14.1 cM；陈亮等(2000年)筛选出与光敏不育基因pms3连锁的标记F₁和V₄，其与pms3的遗传距离分别为5.80 cM和7.75 cM；李香花等(2002年)则进一步将pms3定位在12号染色体上的RPLP标记M36和 RZ261之间，与两标记的遗传距离分别为1.5 cM和3.05 cM。

2.2 非农垦58S不育基因源的光温敏核不育系育性基因的定位

Wang等(1995年)以“5460S×红晚52”的F₂群体为材料，利用RAPD技术和BSA分析，找到了与温敏核不育基因tms1相距6.7 cM的多态性RAPD标记TGMSl.2，并将tms1基因定位于第8染色体上，TGMSl.2与RZ562和RG978之间的遗传图距分别为19.3 cM和5.0 cM。Subudhi等(1997年)以“IR32364×IR68”F₂群体为材料，利用RAPD结合BSA分析在温敏核不育系IR32364中找到了4个与tms3基因连锁的分子标记，定位结果表明tms3基因位于第6染色体上。Dong等(2000年)以“TGMS VNl×CH1”F₂群体为材料，通过BSA分析在TGMS-VN1中找到了与tms4基因紧密连锁的分子标记，并将tms4基因定位于第2染色体上。Jia等(2000年)结合AFLP、SSR、RFLP等技术，以“安农S-l×南京11”F₂群体为材料，在安农S-l中找到了与温敏核不育基因tms5连锁的分子标记，并将其定位于第2染色体上，介于SSR标记RMl74和RFLP标记R394之间，与两者之间的遗传距离分别为O.1 cM和2.5 cM。Reddy等(2000年)通过对“SA2×N22”F₂群体的AFLP、SSR和BSA分析，发现不育系SA2携带的不育基因TGMS位于第9染色体上，在SSR标记RM257和AFLP标记EAA/MCAG之间。 Koh等(1999年)通过对“Hwacheong ms-h×Milyang”F₂群体的RFLP和BSA分析，发现不育系 Hwacheong ms-h携带的不育基因ms-h(t)位于第9染色体上，位于RG451和RZ404之间。江树业等(1999年)对利用cDNA-RAPD技术获得的光温敏核不育水稻Hs-l可育和不育幼穗mRNA差异表达的cDNA片段进行Northern杂交鉴定，获得1个光敏核不育性相关的阳性片段RPG43，进一步定位结果表明，RPG43位于水稻第5染色体上，距RFLPRl553 3.8 cM。李仕贵等(1999年)以“8987×地谷”的F₂群体为材料，把不育系8987所携带的不育基因TMS定位在第6染色体上。

3 有关光温敏核不育水稻育性基因遗传与定位研究的几个问题

3.1 经典遗传学方法研究光温敏不育性的适合性问题

　　张自国等(1992年)认为，多数研究者在分析光温敏核不育性遗传时采用F₂群体分离比例判别遗传模式，由于F₂群体单株生育期一般分离很大，育性诱导阶段所遇光温条件相差甚远，就会影响遗传分析。有鉴于此，孙宗修等(1993年)就经典遗传学方法研究光温敏不育性的合理性提出了质疑。1998年，廖亦龙等在研究4种温敏核不育水稻不育性的遗传时进一步指出，由于光温敏核不育性与基因的非一一对应性，尤其是遗传背景和外界环境条件对育性的影响大，不能简单地把F₂群体中出现的4不育:3半不育:9可育或3不育:13可育等分离比看成是隐性上位、抑制作用。那么，究竟有什么好办法用以研究光温敏核不育的遗传呢?有人提出在人工控制条件下研究光敏核不育水稻的遗传，但气候箱和自然环境毕竟有一定的差距，并且气候箱所能容纳的植株数有限，因而同样会影响遗传分析结果。

3.2 遗传背景及环境条件对育性基因表达的影响

育性的遗传较大程度地受到遗传背景的影响，同一不育基因在不同的遗传背景下可能表现出不同的遗传模式。据廖亦龙等(1998年)田间观察发现，双基因不育系的不育基因导入籼稻品种时，不育基因很难得以彻底表达，群体中多数纯合隐性基因型个体均不同程度地存在低可染花粉及自交结实率，有的甚至完全改变原来的光温特性。大量研究表明，外界环境因素，尤其光温因子是影响光温敏核不育性的极为重要的因素。如廖亦龙等(1998年)研究表明，5460S/特青F₂代不符合两对基因遗传模式，表现为不育株严重偏少，而其F₂代则表现为正常，W6154S/特青则刚好相反，F₃代不育株严重偏少。其原因主要是由于这两个不育系起点温度偏高。因而在遗传背景的干扰下，纯合隐性基因型个体要在比其育性转换起点温度高得多的温度条件下，才能完全彻底地表达。一旦高温条件不能满足，则育性不能彻底表达。因此，不同世代，不同年份其育性表达不尽一致。甚至表现出不同的遗传模式。

我们知道，光温敏核不育基因的表达需要有严格的光温条件，自然条件下的气候是复杂多变的。因此难以满足不育基因表达的基本条件。孙宗修等在1989年的遗传试验中，农垦58S在理论不育期出现了不同程度的自交结实现象，单株最高结实率达19.0%，这种来自低温的干扰因素是很难从F₂或回交世代群体中排除掉的，说明在自然条件下对光敏雄性不育的遗传研究不能满足经典遗传学研究方法的适用条件。因此，孙宗修等指出，使光温敏不育水稻的光温反应相对简化，充分满足光温敏不育基因表达的条件，是开展光温敏不育性遗传研究的关键。为此，薛光行(1996年)认为，有关光敏核不育遗传学研究的大多数报道都注重于不育性及其育性恢复这1对性状，并未触及光敏核不育性与普通核不育的区别——育性转换问题，所以具有片面性；不同研究者采用的试验材料不同，或者材料名称相同但与目标性状有关的基因型却不同，而且在如何划分分离群体的不育、半不育和可育的标准因人、因杂交组合而异，增加了问题的复杂性；即使光温条件十分相近甚至相同，因研究者不同，所用父本不同，对光敏不育性的遗传控制机制也不同。

3.3 育性指标在光温敏核不育性遗传研究中的选择问题

分析光温敏核不育性遗传时通常采用以下几种指标：花粉育性、套袋自交结实率、田间目测和自然结实率等。花粉育性较小穗育性受环境影响小，较能反映育性遗传的本质，但需多少可育花粉才能受精还不知道，且显微镜下染败与正常花粉较难区分，所以花粉育性可作参考，不适于直接作遗传分析。套袋自交结实率作为育性指标时，由于袋内环境差，一般结实率偏低。田间目测虽简便，但太粗放，也不适于作遗传分析。而串粉可能会影响自然结实率。不育株与可育株划分的标准很多，有亲本平均数法、曲线低谷法及以育性5%为界等。亲本平均数法以不育亲本的育性表现作为分离世代中不育株的划分标准，由于不育亲本一旦与可育品种杂交，分离世代中不育株的表型必然受到可育材料遗传背景的影响而与不育亲本有差异，所以该法值得商榷。曲线低谷法以分布曲线中接近于O的第一谷组上限(第一波峰)的株系视为不育系群。而邓启云等(2001年)对光温敏核不育水稻F₂育性分离资料采用极大似然法进行分析，用以确定主基因遗传模式和微基因遗传方差，该方法值得进一步研究。

由此看来，上述任何单一育性指标均难以真正代表育性，任何不育株与可育株划分的标准都没有充分的说服力，加之光温敏核不育性受自然光温因素影响大，甚至外源化学物质都有一定的影响。因此。我们认为在研究光温敏核不育性遗传时综合多种育性指标，结合并比较多种不育株与可育株划分的标准可能会有利于降低上述因素导致的误差。

3.4光温敏核不育基因定位方法问题

从光温敏核不育基因定位的方法上看，所用标记基因系法和分子标记法均存在不足之处，标记基因系定位时，光温敏核不育基因与同一染色体上的标记基因相距较远时，可能会表现为相互独立遗传，从而造成错判，另外，标记基因系自身的育性和生活力对试验结果也可能造成一定的影响，此外，标记基因系和同工酶标记的数量有限，均不是DNA水平上的标记，不太可能将光温敏基因定位到可分离的程度； DNA标记虽然不受环境的影响，但其在粳稻中的多态性有限。因此如何最大限度地发挥当前光温敏核不育基因染色体定位中所用各方法的优点，克服或降低其缺点的负面效应显得尤为重要，笔者认为同时综合运用各方法研究似乎不可避免。

光温敏核不育遗传研究是基因定位的前提和基础，如前所述，由于光温敏核不育的遗传研究相当复杂，严重限制了光温敏核不育基因定位，因此，对于光温敏核不育的遗传研究尚需投入更多的更为广泛和深入细致的工作。

注：
    （1）参考文献，略；需者可与本站Email联系或到中国水稻研究所图书馆查阅；
    （2）来源：江西农业大学学报，2004年第26卷第2期；
    （3）作者单位：江西农业大学农学院。

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