eui基因?qū)λ竟鉁孛艉瞬挥抵饕r(nóng)藝性狀的影響

馬洪麗 謝其男 張書標(biāo)

摘 要 eui基因具有遺傳解除水稻不育系包穗的功能，被譽(yù)為雜交稻種子生產(chǎn)的第四遺傳因子，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于雜交稻的生產(chǎn)。研究不同eui基因?qū)λ竟鉁孛艉瞬挥抵饕r(nóng)藝性狀的影響。結(jié)果表明，eui基因具有遺傳解除水稻光溫敏核不育系包穗的功效，可育期解除不育系包穗的遺傳效應(yīng)顯著地好于不育期，且eui1基因遺傳解除包穗的效應(yīng)強(qiáng)于eui2基因。eui基因的效應(yīng)并未影響到光溫敏核不育系的育性和花粉不育的類型。

關(guān)鍵詞 水稻；光溫敏核不育系；eui基因；農(nóng)藝性狀

中圖分類號(hào) S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

在現(xiàn)有的雜交稻生產(chǎn)中，無(wú)論是三系雜交稻的核質(zhì)互作型不育系或是兩系雜交稻光溫敏核不育系，都存在一個(gè)共同的遺傳障礙，即不育系抽穗不暢（15%～30%的穎花被包在劍葉葉鞘中），稱之為包穗。包穗嚴(yán)重地影響到不育系的異交特性。生產(chǎn)上解決的辦法是在不育期抽穗時(shí)噴施赤霉素（“920”）促進(jìn)其抽穗，以提高種子生產(chǎn)產(chǎn)量。赤霉素的施用不但要求較高的噴施技術(shù)，準(zhǔn)確的施用時(shí)期和較為苛刻的天氣條件，更為重要的是，大量赤霉素的使用增加了種子生產(chǎn)的成本，加劇了環(huán)境污染，且造成種子質(zhì)量下降。為了克服雜交水稻不育系包穗的遺傳缺陷，育種家們?cè)缇吞岢霾捎眠z傳因素來(lái)解決雜交水稻不育系包穗的難題。

Rutger等[1]1981年報(bào)道在粳稻雜交的F3群體中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)最上節(jié)間伸長(zhǎng)的長(zhǎng)穗頸高稈突變體，其主要特征是最上節(jié)節(jié)間伸長(zhǎng)，屬隱性單基因遺傳，并首次將控制此性狀的長(zhǎng)穗頸基因命名為eui。此后，中國(guó)的育種家也在不同種質(zhì)中發(fā)現(xiàn)這一基因突變體，并設(shè)想把該基因?qū)腚s交稻的不育系，以克服不育系的遺傳包穗，進(jìn)而解決雜交稻種子的生產(chǎn)可以達(dá)到不用或少用赤霉素的目的[2-5]?；谇叭说难芯拷Y(jié)果，福建農(nóng)林大學(xué)作物遺傳育種研究所楊仁崔等[6-8]于1997年提出采用輻射誘變獲得eui基因的技術(shù)，發(fā)現(xiàn)新的eui2基因，建立的e-雜交稻育種技術(shù)，將eui基因成功的應(yīng)用于生產(chǎn)，至今已有e優(yōu)27、eII優(yōu)315、eII優(yōu)316、e福豐優(yōu)11和福兩優(yōu)1587 5個(gè)e-雜交稻水稻新品種通過(guò)省定。

隨著一批長(zhǎng)穗頸不育系育成和一批e-雜交稻通過(guò)審定在生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用，深入研究評(píng)價(jià)eui基因的作用具有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義。eui基因?qū)?xì)胞質(zhì)雄性不育系特性影響的研究已較為系統(tǒng)，而有關(guān)eui基因?qū)鉁孛艉瞬挥涤绊懙难芯窟€較少。為了明確eui基因?qū)λ竟鉁孛艉瞬挥档倪z傳效應(yīng)，本研究探討了不同eui基因?qū)Σ煌鉁孛艉瞬挥档闹饕r(nóng)藝性狀的影響，以此為eui基因于光溫敏核不育系的育種應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

廣占63S、廣占63 eui1S、廣占63 eui2S、培矮64S、培矮64 eui1S、培矮64 eui2S、Se21S、Se21eui1S、Se21eui2S。eui1表示含有eui1基因，eui2表示含有eui2基因。

1.2 方法

1.2.1 田間試驗(yàn)方法 不育期，福建閩清育種基地，2009年3月20日播種，4月20日移栽，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)30株，移栽密度20 cm×20 cm，單本栽。按豐產(chǎn)田要求進(jìn)行田間管理，及時(shí)防治病、蟲、鼠、鳥害?？捎冢?009年冬在海南三亞重復(fù)不育期的試驗(yàn)。

1.2.2 調(diào)查記載方法 齊穗后每小區(qū)取代表性的5株進(jìn)行考種，考察株高、穗頸伸出度、穗長(zhǎng)、劍葉長(zhǎng)、各節(jié)間長(zhǎng)、穗粒數(shù)等農(nóng)藝性狀。

1.2.3 花粉育性的觀察 抽穗期從各小區(qū)隨機(jī)選取5株，每株選1個(gè)已部分開花的稻穗，每穗取上、中、下部當(dāng)天或次日要開放的成熟穎花各1朵，挑出其中全部花藥，用1%的I2-KI溶液染色，制成涂片，置于低倍顯微鏡下觀察3個(gè)視野。以3個(gè)視野的平均不育度表示單株育性，以5株不育度的平均值表示各不育系的花粉育性。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不育系在不育期的農(nóng)藝性狀

9個(gè)光溫敏核不育系不育期的主要農(nóng)藝性狀見表1。由表1可以看出，含有eui基因的長(zhǎng)穗頸光溫敏核不育系在株高、穗頸伸出度、劍葉長(zhǎng)、倒一節(jié)間長(zhǎng)和原不育系有顯著的差異，而穗長(zhǎng)及其他節(jié)間沒(méi)有顯著差異。

含有eui1基因的不育系株高均比原不育系增加，增幅為5.7～10.4 cm，且差異達(dá)顯著水平。含有eui2基因的不育系同原不育系相比，株高也均比原不育系增加，幅度為2.6～5.3 cm，差異也均達(dá)顯著水平。在同一遺傳背景的不育系中，含有eui1基因的不育系，其株高均比含有eui2基因的增幅大。為了進(jìn)一步說(shuō)明eui基因?qū)鉁孛艉瞬挥抵旮叩挠绊?，把所有不育系按所含eui基因的不同分成3組，即含euil基因、含eui2基因，以及不含eui基因（CK）。其株高高低的順序?yàn)椋篹ui1>eui2>CK。

eui基因能夠減輕光溫敏核不育系的包穗程度。從表1可知，6個(gè)含有eui基因的長(zhǎng)穗頸光溫敏核不育系的包穗程度均比原不育系顯著的降低。在同一遺傳背景下，所有含eui1基因的不育系包穗程度均最輕，說(shuō)明eui1基因緩解不育系的包穗效果要好于eui2基因。從表1中還可看出，eui基因緩解不同不育系的包穗程度效果不一樣，說(shuō)明eui基因解除不育系包穗的效應(yīng)依不同的遺傳背景有異。

eui基因均可使光溫敏核不育系的倒一節(jié)間增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的程度因不同的不育系有差異，且eui1的效果要好于eui2。含有eui基因不育系的倒二節(jié)長(zhǎng)、倒三節(jié)長(zhǎng)、倒四節(jié)長(zhǎng)、倒五節(jié)長(zhǎng)和原不育系差異均不顯著。結(jié)果說(shuō)明，不育期eui基因主要使光溫敏核不育系倒一節(jié)顯著增長(zhǎng)，而對(duì)其他各節(jié)間都沒(méi)有顯著的影響。

在不育期，eui基對(duì)光溫敏核不育系的效應(yīng)表現(xiàn)在對(duì)株高、穗頸伸出度、劍葉長(zhǎng)、倒一節(jié)間長(zhǎng)這4個(gè)性狀上，eui基因緩解不育期光溫敏核不育系包穗是因倒一節(jié)間的顯著伸長(zhǎng)，且eui1的效應(yīng)強(qiáng)于eui2的效應(yīng)。

2.2 不育系在可育期的農(nóng)藝性狀

由表2可以看出，可育期，eui基因?qū)鉁孛艉瞬挥档闹旮?、穗頸伸出度、劍葉長(zhǎng)、倒一節(jié)、倒二節(jié)和倒三節(jié)均有不同程度的影響。

所有含有eui基因的不育系，株高均比原對(duì)照增加，且差異均達(dá)顯著水平。在同一遺傳背景的不育系中，含有eui1基因的，其株高均比含有eui2的要高，且差異性達(dá)到顯著水平。同不育期一樣，這些光溫敏核不育系的株高表現(xiàn)為：eui1>eui2>CK。

與不育期不一樣，可育期，eui基因均能使穗頸伸出度顯著伸長(zhǎng)，達(dá)到完全解除不育系的包穗。從表2中可以看出，廣占63eui1S和廣占63eui2S在可育期伸出度分別為18.6 cm和13.5 cm，分別比原不育系廣占63S多出22.1 cm和17 cm，差異達(dá)顯著水平，達(dá)到包穗完全解除。不同的eui基因?qū)λ腩i伸出度的效應(yīng)不一樣，含有eui1基因的不育系穗頸伸出度要大于含有eui2基因的。其他2個(gè)含有eui基因的光溫敏核不育系表現(xiàn)出同樣的結(jié)果。結(jié)果表明，可育期eui基因?qū)獬鉁孛艉瞬挥档男Ч且粯拥?，eui1和eui2基因均可完全解除不育系的包穗，但eui1基因的效應(yīng)要強(qiáng)于eui2基因。

eui基因均可使3個(gè)光溫敏核不育系的倒一節(jié)和倒二節(jié)顯著伸長(zhǎng)，對(duì)于倒三節(jié)的效應(yīng)依不同的不育系而表現(xiàn)差異。含有eui1基因的不育系比與含有eui2基因的在倒一節(jié)和倒二節(jié)增長(zhǎng)幅度大，且呈顯著性差異。而對(duì)于eui基因?qū)Φ谷?jié)間的影響，除了培矮64S，eui1基因?qū)Φ谷?jié)的增長(zhǎng)幅度上有顯著性的差異，而eui2基因?qū)Φ谷?jié)的增長(zhǎng)就沒(méi)起到作用，反而略短于對(duì)照組，特別是廣占63eui2S顯著短于對(duì)照組。eui基因?qū)Φ顾墓?jié)和倒五節(jié)長(zhǎng)的影響不顯著。

以上分析結(jié)果表明，可育期含有eui基因的不育系株高的增加除了倒一節(jié)的顯著增長(zhǎng)，還因?yàn)榈苟?jié)的顯著增長(zhǎng)，倒三節(jié)對(duì)株高的貢獻(xiàn)依不同的不育系而不同。倒一節(jié)的顯著伸長(zhǎng)使得含有eui基因的不育系能夠達(dá)到完全解除包穗的功效。eui1基因解除不育系的包穗和增加株高的效應(yīng)要強(qiáng)于eui2基因。

2.3 花粉育性

由表3可以看出，含有eui基因的光溫敏核不育系都具有原不育系的花粉育性，表現(xiàn)出100%的不育。鏡檢的結(jié)果也表明eui基因也沒(méi)有改變?cè)挥档幕ǚ鄄挥念愋?，廣占63 eui1S、廣占63 eui2S、Se21eui1S和Se21eui2S仍為無(wú)花粉型不育，而培矮64 eui1S和培矮64 eui2S仍為花粉敗育型不育。

3 討論與結(jié)論

eui基因可顯著地提高光溫敏核不育系的植株高度，可育期的株高增加程度要強(qiáng)于不育期。eui基因于不育期和可育期的株高表達(dá)差異，表明不育性對(duì)eui基因株高表達(dá)存在著顯著的負(fù)效應(yīng)。不論在不育期還是在可育期，廣占63 eui1S、培矮64 eui1S和Se21eui1S的株高均高于相應(yīng)的廣占63 eui2S、培矮64 eui2S、Se21eui2S。結(jié)果表明，eui1基因?qū)鉁孛艉瞬挥抵旮叩男?yīng)強(qiáng)于eui2基因。

eui1、eui2基因都具有遺傳解除光溫敏核不育系的包穗功效，雖然它們?cè)诓挥诓荒芡耆獬喟?4S、廣占63S和Se21S的包穗，但是它們基本上都達(dá)到包穗不包粒的效果?？捎?，eui基因均可完全解除培矮64S、廣占63S和Se21S的包穗。eui基因可育期和不育期解除光溫敏核不育系包穗的差異說(shuō)明不育對(duì)于倒一節(jié)間的伸長(zhǎng)具有很強(qiáng)的負(fù)效應(yīng)。eui基因解除培矮64S、廣占63S和Se21S包穗的效應(yīng)不同，說(shuō)明eui基因解除光溫敏核不育系的效應(yīng)依不同的遺傳背景而表現(xiàn)差異。吳爽等[9]的研究結(jié)果也表明，當(dāng)處于部分可育期抽穗，長(zhǎng)穗頸光溫敏核不育系X07eS的株高、穗頸伸出度較X07S顯著增加，且能達(dá)到完全解除包穗。當(dāng)處于完全不育期抽穗，X07eS的株高、穗頸伸出度較X07S不顯著增加，不能達(dá)到完全解除包穗。李毓等[10]研究了eui基因?qū)?xì)胞質(zhì)雄性不育系的影響認(rèn)為，eui基因?qū)徑獯蠖鄶?shù)細(xì)胞質(zhì)雄性不育系包穗有明顯作用，對(duì)部分不育系可以基本解除包穗。eui基因?qū)Χ鄶?shù)不育系倒一節(jié)間長(zhǎng)、穎花長(zhǎng)與株高有顯著增效，eui1基因的效應(yīng)強(qiáng)于eui2基因。王忠安等[11]的研究認(rèn)為，eui基因具有遺傳解除三系不育系的功效，依不同遺傳背景有差異。

含有eui基因的長(zhǎng)穗頸秈型光溫敏核不育系廣占63 eui1S、廣占63 eui2S、培矮64 eui1S、培矮64 eui2S、Se21eui1S和Se21eui2S分別保留了原不育系廣占63S、培矮64S和Se21S的育性轉(zhuǎn)換特性和花粉不育類型。結(jié)果表明eui基因的長(zhǎng)穗頸表達(dá)并沒(méi)有改變?cè)泄鉁孛艉瞬挥档挠员磉_(dá)，這與前人的研究結(jié)果相似[9-10，12]。李毓等[10]的研究結(jié)果表明，eui基因?qū)?xì)胞質(zhì)雄性不育系的不育度基本無(wú)影響。

eui1基因?qū)χ旮叩男?yīng)及解除兩系不育系的遺傳包穗效果要優(yōu)于eui2基因，這可能跟eui1、eui2基因表達(dá)的差異有關(guān)。研究結(jié)果表明，在抽穗始期，eui1促使水稻穗和劍葉里的GA1，含量劇烈增加，導(dǎo)致水稻最上節(jié)間和倒二節(jié)間的劇烈伸長(zhǎng)；eui2基因在抽穗始期同樣會(huì)促使水稻劍葉GA1含量劇增，導(dǎo)致最上節(jié)間劇烈伸長(zhǎng)，但eui2基因在穗中無(wú)特異表達(dá)，所以對(duì)最上節(jié)間伸長(zhǎng)的影響遜于eui1基因[13]。似乎可以認(rèn)為，eui基因?qū)λ旧飳W(xué)特性的影響主要緣于GA1，含量增加，eui1、eui2基因?qū)A1表達(dá)量、表達(dá)時(shí)期及表達(dá)部位的不同是它們效應(yīng)差異的主要原因[13]。

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責(zé)任編輯：沈德發(fā)