世界粮食短缺的危机要求在2050年前增产50%。受粮棉油作物多倍化同时产量成倍增长的启示,提出的"利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻"是一条新途径, 具有增产50%以上的潜力。建立高效离体诱导形成多倍体技术,选育出具有高结实特性的 PMeS 品系,解决了多倍体水稻结实率低的瓶颈问题,筛选出强优势多倍体籼粳杂种和示范种植之后,本文报道开展多倍体水稻选育战略的第三阶段研究——选育异源多倍体和同源异源多倍体水稻。该研究分为两个部分,第一部分为异源四倍体水稻选育。首先选择优良栽培稻(AA 基因组)品种做母本与斑点野生稻 O.punctata-2x(BB 基因组) 杂交和激素处理,经胚挽救出苗或诱导愈伤组织形成,再经离体秋水仙素处理加倍而分化出苗,经练苗1-2天后移植于育秧田间,通过遮阳和喷洒水分和营养液后90%成活生长成异源杂种水稻植株。经形态学观察发现:AB 异源二倍体完全不育、籽粒小、有芒、易落粒,但分蘖力超强;而异源四倍体 AABB 的植株高度、叶片面积、穗子大小、籽粒大小等方面均比其2x 更大,特别是具有35%左右的结实率,但仍存在易落粒、有芒、籽粒大小与一般二倍体水稻相仿的不足之处。根尖细胞染色体数目统计说明异源二倍体 2n=2x=AB=24,异源四倍体2n=4x=AABB=48;减数分裂观察异源二倍体 AB 在前期Ⅰ仅有3-5个二价体,其余均为单价体,中期Ⅰ、后期Ⅰ有多个落后染色体,从而形成不育花粉;异源四倍体前期Ⅰ则以二价体配对占绝对优势,中期Ⅰ、后期Ⅰ偶见落后染色体, 因而产生70%左右的可育花粉;根尖染色体 GISH 观察则明显区分 AA 和 BB 基因组, 并见 A 和 B 基因组的一些染色体之间存在部分同源性,因此带有 BB 基因组的红色标记呈区段式分布于蓝绿色的 AA 基因组染色体中。此现象正好验证 AB2x 有3-5个二价体以及 AA 与 BB 之间较易杂交且 AABB 能够结实的特点。第二部分为同源异源六倍体和八倍体水稻的选育,以异源四倍体 AABB 为母本,与具有 PMeS 基因的 HN2026-2x 或 Sg99012-4x 为父本杂交,经激素处理、胚挽救而形成 A~sA~pB(2+1)3x 和 A~sA~pA~pB(3+1) 4x 异源杂种小苗或者愈伤组织。采用与上述异源四倍体 AABB 形成的相同技术。将它们分别离体诱导加倍形成同源异源六倍体(A~sA~sA~pA~pBB)和同源异源八倍体 (A~sA~sA~pA~pA~pA~pBB)水稻植株。3个不同异源三倍体之间,3个异源四倍体之间在胚挽救成活率、愈伤组织诱导率、分化出苗率和生根率等方面均有一定差异。而且异源四倍体与 PMeS 品系2x 和4x 之间杂交和成胚率明显高于异源二倍体的形成。目前世界上水稻育种基本上都是建立在二倍体水平、品种间杂交的基础上。通过异源四倍体和同源异源六倍体、八倍体的形成进行育种尚未见报道。本研究建立的技术体系和种质材料为广泛开展多倍体水稻育种,大幅度提高水稻产量及其抗逆性将具有十分重要的理论研究与实际应用价值。