5個(gè)水稻光溫敏核不育系柱頭特性與異交結(jié)實(shí)率的關(guān)系

舒志芬，陳 勇，劉 釗，袁 露，熊 朝，張海清

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

5個(gè)水稻光溫敏核不育系柱頭特性與異交結(jié)實(shí)率的關(guān)系

舒志芬，陳 勇，劉 釗，袁 露，熊 朝，張海清*

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

為探究水稻不育系的柱頭特性與異交結(jié)實(shí)率的關(guān)系，以創(chuàng)5S、耘9S、培矮64S、P88S、Y58S等5個(gè)水稻光溫敏核不育系為材料，對(duì)柱頭外露率、柱頭大小、柱頭活力等進(jìn)行了比較研究，同時(shí)以R608為父本，測(cè)定了其柱頭活力和異交結(jié)實(shí)率。研究表明，5個(gè)水稻不育系在柱頭外露率、柱頭大小、柱頭活力等方面均存在一定的差異。P88S的柱頭特性總體較好，柱頭外露率達(dá)到95.94%，柱頭活力較強(qiáng)，活力系數(shù)為2.71，田間異交結(jié)實(shí)率達(dá)84.02%。培矮64S的柱頭長(zhǎng)度和柱頭寬度最小，分別是2.41 mm和1.10 mm，其柱頭外露率93.04%，柱頭活力最弱，其異交結(jié)實(shí)率僅65.47%。耘9S、Y58S、創(chuàng)5S的柱頭特性處于中等水平，耘9S的異交結(jié)實(shí)率比其他兩個(gè)不育系高。相關(guān)分析表明，柱頭外露率、柱頭長(zhǎng)度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積與異交結(jié)實(shí)率顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.897*、0.934*、0.934*、0.939*、0.937*；柱頭活力系數(shù)與異交結(jié)實(shí)率之間相關(guān)不顯著。依據(jù)不育系的柱頭特性，采取合理的輔助授粉方式，有利于節(jié)省生產(chǎn)成本，提高雜交水稻制種產(chǎn)量。

水稻；光溫敏核不育系；柱頭特性；異交結(jié)實(shí)率

水稻不育系的異交特性是影響不育系繁殖與雜交水稻制種產(chǎn)量及種子生產(chǎn)成本的重要因素之一[1]。因此，不育系優(yōu)良的異交特性成為雜交水稻制種的關(guān)鍵[2～4]。水稻不育系異交特性主要包括穗部特點(diǎn)(包頸長(zhǎng)度、包頸粒率)、柱頭特性(柱頭形態(tài)、柱頭生活力、柱頭外露率)、開(kāi)花習(xí)性(花時(shí)、張穎角度、張穎歷時(shí))等性狀，其中最主要的是柱頭特性[5，6]。朱英國(guó)[7]研究發(fā)現(xiàn)，父母本花期相遇，在父本花粉供應(yīng)充足的前提下，光溫敏核不育系間的異交結(jié)實(shí)率仍存在一定的差異。前人為了合理地利用水稻不育系，先后對(duì)光溫敏不育系的開(kāi)花習(xí)性與異交結(jié)實(shí)的關(guān)系進(jìn)行了廣泛而深入的研究[8，9]。柱頭是不育系接受外來(lái)花粉完成受精結(jié)實(shí)的花器，其柱頭外露情況以及柱頭活力的大小影響著不育系的異交結(jié)實(shí)情況。有研究表明，柱頭外露不育系的總異交結(jié)實(shí)約占其穎花開(kāi)花當(dāng)日以后接受花粉異交結(jié)實(shí)的兩倍；柱頭未外露的穎花的異交結(jié)實(shí)率接近外露穎花的1/3～1/4[10]。林建榮等[8]研究發(fā)現(xiàn)，不育系柱頭外露率的高低也直接影響著其異交結(jié)實(shí)率的高低。柱頭的長(zhǎng)度和寬度對(duì)柱頭外露率有在一定的影響[11，12]。不育系開(kāi)花后第2天，仍有65%以上外露的柱頭保持著受粉能力[13]。而外露柱頭保持接受花粉的能力越高，接受外來(lái)花粉受精結(jié)實(shí)的可能性就越大，異交結(jié)實(shí)率就越高[14]。

目前隨著雜交水稻種子生產(chǎn)成本越來(lái)越高，選用高異交結(jié)實(shí)率的不育系以及根據(jù)不育系的異交特性采用合理的輔助措施提高異交結(jié)實(shí)率已成為雜交水稻種子生產(chǎn)的重要研究?jī)?nèi)容。本文通過(guò)對(duì)5個(gè)實(shí)用型水稻光溫敏核不育系的柱頭特性及其與異交結(jié)實(shí)率的關(guān)系進(jìn)行研究，旨在為雜交水稻種子生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試水稻光溫敏核不育系為創(chuàng)5S、耘9S、培矮64S、P88S、Y58S；恢復(fù)系材料為R608。創(chuàng)5S和耘9S由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供；培矮64S、P88S、Y58S和R608由袁隆平種業(yè)股份有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年4～10月在湖南武岡隆平種業(yè)有限公司制種基地進(jìn)行。每個(gè)不育系和恢復(fù)系均分3期播種，每期不育系與3期父本配合移栽。不育系5～6葉移栽，株行距17 cm×17 cm，每小區(qū)8行，每行45穴，每穴移栽2～3株。父本6～7葉移栽，株行距20 cm×25 cm。在不育系見(jiàn)穗期按300 g/hm2用量噴施“920”。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.3.1 柱頭大小、面積、體積測(cè)定

每個(gè)品種選取正在開(kāi)花的穎花10朵，用鑷子將穎花取下，放入 FAA固定液中保存?zhèn)溆?。采用體視顯微鏡直接測(cè)定柱頭的長(zhǎng)度、寬度，計(jì)算柱頭面積及體積。計(jì)算公式[10]如下：

柱頭面積=柱頭長(zhǎng)(A)×柱頭寬(E)

柱頭體積=πA(E/2)2

1.3.2 柱頭外露情況調(diào)查

在不育系進(jìn)入始穗期，對(duì)各不育系噴施“920”，隨機(jī)選取30個(gè)已經(jīng)全部開(kāi)花的稻穗，調(diào)查柱頭單邊外露率、雙邊外露率、柱頭總外露率。具體測(cè)定指標(biāo)與計(jì)算公式如下：

單邊柱頭外露率=單邊柱頭外露的穎花數(shù)/所有穎花數(shù)×100%

雙邊柱頭外露率=雙邊柱頭外露的穎花數(shù)/所有穎花數(shù)×100%

柱頭總外露率=柱頭外露的穎花數(shù)/所有穎花數(shù)×100%

1.3.3 柱頭生活力測(cè)定

每個(gè)不育系選取即將進(jìn)入盛花期的10個(gè)單株，對(duì)當(dāng)天自然開(kāi)放的穎花做標(biāo)記，然后當(dāng)天下午去除其他未標(biāo)記穎花并進(jìn)行套袋處理，共21袋，每袋2～3單穗。

從第1天起以恢復(fù)系R608對(duì)不育系進(jìn)行授粉，每個(gè)不育系處理3袋，連續(xù)授粉7 d。授粉后繼續(xù)套袋，20 d后調(diào)查各不育系的結(jié)實(shí)率，并計(jì)算出每個(gè)不育系每天結(jié)實(shí)率的平均值，以此來(lái)反應(yīng)各不育系的柱頭生活力，并計(jì)算柱頭生活力系數(shù)，計(jì)算公式[8]如下：

柱頭生活力系數(shù)=柱頭外露穎花開(kāi)花后第 2～4天外露柱頭結(jié)實(shí)率/開(kāi)花當(dāng)天外露柱頭結(jié)實(shí)率

1.3.4 不育系異交結(jié)實(shí)率調(diào)查

選擇父母本花期相遇良好的小區(qū)進(jìn)行小面積制種，始穗期噴施“920”后，在父本始花期至終花期，每日進(jìn)行2次人工輔助授粉，成熟期考查異交結(jié)實(shí)率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 柱頭大小及形態(tài)特征

供試不育系的柱頭長(zhǎng)度、柱頭寬度、柱頭面積和體積列于表1。P88S和耘9S的柱頭長(zhǎng)度最長(zhǎng)，分別為2.85 mm和2.84 mm，其次是Y58S和創(chuàng)5S，培矮64S的柱頭最短，為2.41 mm，且P88S、耘9S，Y58S、創(chuàng)5S和培矮64S之間存在顯著性差異。

柱頭寬度、柱頭面積和柱頭體積大小也呈現(xiàn)同一趨勢(shì)，即P88S、耘9S>Y58S、創(chuàng)5S>培矮64S。

表1 5個(gè)不育系的柱頭特性

2.2 柱頭外露率

將各不育系的柱頭外露情況按雙邊外露率、單邊外露率和總外露率3類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)。表2表明:不育系的柱頭總外露率都達(dá)到了90%以上，且雙邊外露率都超過(guò)了50%。耘9S的柱頭總外露率最高為97.58%，其它不育系柱頭外露率從高至低依次為Y58S、P88S、培矮6S、創(chuàng)5S，分別為97.05%、95.94%、93.04%、92.87%。5個(gè)不育系柱頭雙邊外露率均高于單邊外露率。耘9S的柱頭雙邊外露率最高，達(dá)73.49%。不育系的單邊外露率從大到小依次為P88S、創(chuàng)5S、Y58S、耘9S、培矮64S。5個(gè)不育系柱頭總外露率差異不顯著性。

表2 5個(gè)不育系柱頭外露率

2.3 柱頭活力表現(xiàn)

5個(gè)供試不育系逐日授粉的異交結(jié)實(shí)情況如表3。供試不育系均以開(kāi)花當(dāng)天的異交結(jié)實(shí)率最高，以后逐日下降，第5天后下降較為明顯，但至第7天柱頭仍保持著一定的活力。從柱頭活力系數(shù)來(lái)看，供試不育系中，以P88S和創(chuàng)5S的柱頭活力最強(qiáng)，活力系數(shù)分別為2.71和2.33，說(shuō)明它們的柱頭維持高活力的時(shí)間較長(zhǎng)，柱頭生活力下降較慢，如P88S在開(kāi)花后第7天的異交結(jié)實(shí)率仍達(dá)到25.89%。柱頭活力中等的為耘9S和Y58S，活力系數(shù)分別為1.68和1.61；柱頭活力最低的為培矮64S，雖然開(kāi)花第1天結(jié)實(shí)率較高，但從開(kāi)花后第2天起柱頭生活力下降較快，柱頭活力系數(shù)僅為1.13，說(shuō)明其柱頭生活力保持時(shí)間較短。

表3 5個(gè)不育系柱頭活力表現(xiàn)

2.4 不育系異交結(jié)實(shí)率與柱頭特性的相關(guān)性

培矮64S、P88S、耘9S、Y58S、創(chuàng)5S等5個(gè)不育系與父本R608進(jìn)行配組制種，在花期相遇良好和充分授粉的情況下，5個(gè)不育系異交結(jié)實(shí)率均在60%以上，不同不育系之間存在一定的差異。異交結(jié)實(shí)率最高的是耘9S和P88S，分別為85.34%、84.02%；異交結(jié)實(shí)率最低的是培矮64S，僅為65.47%(表4)。

表4 5個(gè)不育系異交結(jié)實(shí)率

對(duì)供試5個(gè)不育系柱頭總外露率、柱頭長(zhǎng)度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積、柱頭活力6個(gè)性狀與異交結(jié)實(shí)率進(jìn)行相關(guān)分析表明，異交結(jié)實(shí)率與柱頭的相關(guān)特性之間存在一定的相關(guān)性。異交結(jié)實(shí)率與柱頭總外露率、柱頭長(zhǎng)度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.897*、0.934*、0.934*、0.939*、0.937*，而異交結(jié)實(shí)率與柱頭的活力系數(shù)之間相關(guān)不顯著(表5)。說(shuō)明在雜交水稻制種中，不育系的異交結(jié)實(shí)率是多個(gè)性狀綜合作用的結(jié)果。

此外，不育系的柱頭長(zhǎng)度、寬度、面積以及體積之間存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)都在0.9以上。

表5 不育系柱頭特性與異交結(jié)實(shí)率的相關(guān)系數(shù)

3 小結(jié)與討論

供試5個(gè)不育系的柱頭特性都較理想，但是仍然存在一定的差異。供試5個(gè)不育系中，P88S的柱頭特性總體較好，培矮64S較差，耘9S、Y58S、創(chuàng)5S的柱頭特性處于中等水平。

相關(guān)性分析表明，異交結(jié)實(shí)率與柱頭總外露率的相關(guān)系數(shù)較大(r=0.897*)，為顯著正相關(guān)。吳爽等[11]研究表明，柱頭外露率與異交結(jié)實(shí)率呈顯著正相關(guān)，本試驗(yàn)的結(jié)果與之一致，進(jìn)一步證實(shí)了在雜交水稻制種過(guò)程中不育系的柱頭外露率對(duì)提高異交結(jié)實(shí)率的重要作用。異交結(jié)實(shí)率與柱頭長(zhǎng)度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.934*、0.934*、0.939*、0.937*，但是與柱頭活力系數(shù)之間無(wú)顯著相關(guān)性。

田大成[15]早期研究就發(fā)現(xiàn)，不育系的柱頭活力系數(shù)越高，相應(yīng)的異交結(jié)實(shí)率越高。韓贊平等[16]研究發(fā)現(xiàn)，珍汕97A的柱頭活力是供試7個(gè)不育系中最高的，但異交結(jié)實(shí)率卻不高?？梢?jiàn)對(duì)于柱頭活力系數(shù)與異交結(jié)實(shí)率之間的研究，不同的研究者之間存在一定的差異。本試驗(yàn)中，P88S的柱頭活力系數(shù)最高，在第7天仍保持著相當(dāng)?shù)幕盍?，但是異交結(jié)實(shí)率最高的卻是耘9S。

不育系的異交結(jié)實(shí)情況除受到自身的遺傳因素引起的異交特性的影響之外，還受到父母本花期相遇情況、父本花粉密度、開(kāi)花天氣狀況等諸多因素的影響。所以要挖掘各個(gè)不育系的異交結(jié)實(shí)潛能，必須結(jié)合優(yōu)良的栽培條件，使不育系植株體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)狀況不斷改善，提高其異交特性。

對(duì)于柱頭活力系數(shù)大的不育系(如P88S)，在雜交水稻制種生產(chǎn)過(guò)程中，可以適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)輔助授粉的時(shí)間，從而提高異交結(jié)實(shí)率；對(duì)于柱頭活力系數(shù)較低的不育系(如培矮64S)，可適當(dāng)適時(shí)地進(jìn)行輔助授粉，同時(shí)可以采取一定的措施提高其柱頭活力系數(shù)。

目前，雜交水稻制種中普遍通過(guò)選育高柱頭性狀的品種進(jìn)行配組以提高異交結(jié)實(shí)率，對(duì)如何提高現(xiàn)有組合柱頭特性的研究較少，所以應(yīng)加強(qiáng)提高柱頭特性方面的研究，為雜交水稻制種提供技術(shù)指導(dǎo)。

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Correlation Between Outcrossing Characteristics and Stigma Feature of 5 PTGMS Lines

SHU Zhi-fen，CHEN Yong，LIU Zhao，YUAN Lu，XIONG Chao，ZHANG Hai-qing*

(College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China)

To explore the correlation between outcrossing characteristics and stigma feature of 5 PTGMS lines， an experiment was carried out to test the stigma exsertion rate， stigma size， stigma vitality of 5 PTGMS lines， Chuang 5S，Yun 9S， Peiai 64S， P88S and Y58S respectively. The stigma vitality and seed outcrossing rate of R608 were measured as male parent. The results showed that: 1) there was certain difference in stigma exsertion rate， stigma size， stigma vitality among 5 PTGMS lines， 2) the stigma feature of P88S was the best among 5 PTGMS lines with its coefficient of stigma vitality reaching up to 2.71， stigma exsertion rate 95.94% outcrossing rate 84.02%.The stigma length and stigma width of Peiai 64s are the smallest， which are 2.411 mm and 1.10 mm respectively. Its stigma exsertion rate is 93.04%， being the lowest， and its outcrossing rate is only 65.47%.The stigma feature of Yun 9S， Y58S， Chuang 5S are at the middle level， but outcrossing rate of Yun 9S is higher than that of the other two. Correlation analysis showed that， the correlation coefficients of stigma exsertion rate， stigma length， stigma width， area and volume of stigma to outcrossing rate arer=0.897*，r=0.934*，r=0.934*，r=0.939*，r=0.937*.There were no significant coefficient correlation between Stigma vitality and outcrossing rate. Based on stigma characteristics of 5 PTGMS， we can take auxiliary pollination measure reasonably to save production costs， and to improve Hybrid rice seed production.

rice；PTGMS line；stigma feature；outcrossing rate

2015-05-07

舒志芬(1989-)，女，山西臨汾人，碩士研究生，Email：selfreliance110@126.com。*通信作者：張海清，博士，教授，主要從事雜交水稻生產(chǎn)種子與加工研究與教學(xué)，Email：hunanhongli@aliyun.com。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD06B07)。

S511.01

A

1001-5280(2015)04-0343-05

10.3969/j.issn.1001-5280.2015.04.03