秈稻紫葉種質(zhì)hrd1的鑒定及雜種優(yōu)勢(shì)分析

陳仕軍等

摘 要 秈稻紫葉材料hrd1來源于特秈占13與02428雜交后代。農(nóng)藝性狀考察表明，秈稻紫葉種質(zhì)hrd1紫色性狀表現(xiàn)穩(wěn)定、葉綠素含量正常，其株高較矮、分蘗中強(qiáng)、柱頭雙外露率極高，農(nóng)藝性狀較優(yōu)良。以hrd1為母本與11個(gè)水稻品種配制雜交組合，對(duì)雜種F1及親本的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：hrd1與11個(gè)品種雜交F1在主要農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀上都表現(xiàn)了較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，特別是單株穗重雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)突出。該種質(zhì)在標(biāo)記性狀轉(zhuǎn)育和雜種優(yōu)勢(shì)利用中具有一定價(jià)值。

關(guān)鍵詞 秈稻；紫葉種質(zhì)hrd1；雜種優(yōu)勢(shì)分析

中圖分類號(hào) S511.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract hrd1， the object of this study， is a rice germplasm with purple leaf which originated from the hybrids of two green leaf accessions Texianzhan 13 and 02428. We achieved characterization of major phenotypic features for hrd1 through field and laboratory investigation， The hrd1 shows short to moderate stature， medium to high tillering numbers and extremely high double-stigma exsertion rate； Meanwhile， its purple phenotype is very stable while the chlorophyllcontent is normal. By made hrd1 crossing to eleven rice lines， mean heterosis of major agronomic characters were studied via determining performances of these F1 hybrids along with the crossing parents. All the eleven hrd1 derivative F1 hybrids displayed green appearances， and performed good heterosis in major agronomic and economic characters， especially the outstanding performance of the panicle weight per plant trait. The novel germplasm hrd1 shows definitive value in converting the purple leaf character into phenotypic marker and heterosis utilization.

Key words Indica rice； Purple germplasm hrd1； Hybrid heterosis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.03.014

水稻是中國(guó)重要的糧食作物，其中兩系雜交水稻年種植面積約占水稻總播種面積的1/4，在糧食生產(chǎn)中具有重要地位[1]。水稻兩系不育系因本身種性或天氣影響等原因，種子常有3%～5%的自交混雜[2]。如何快速有效地鑒別假雜種是兩系雜種優(yōu)勢(shì)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。紫葉是一種特殊的葉色標(biāo)記性狀，性狀表達(dá)較為穩(wěn)定，一般在整個(gè)生育期都易于識(shí)別，這種標(biāo)記性狀可用于解決制種繁種中的除雜問題。因此，發(fā)掘和鑒定具有利用價(jià)值的紫色性狀水稻種質(zhì)具有重要的理論和實(shí)踐意義。紫色水稻作為水稻重要的種質(zhì)資源，已對(duì)其分類、表型進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。Reddy等[3]認(rèn)為紫色性狀是由于花色素苷在不同部位的大量累積而導(dǎo)致。閔紹楷等[4]認(rèn)為根據(jù)紫色呈現(xiàn)的部位，可將紫色水稻分為眾多不同類型。彭長(zhǎng)連等[5]研究表明，紫葉稻最大光合放氧能力和葉綠素含量比綠葉稻均有所提高；而余顯權(quán)等[6]則認(rèn)為紫葉稻與綠葉稻的雜種F1通常為綠色，并表現(xiàn)出一定的雜種優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)已選育出多個(gè)帶紫葉標(biāo)記的不育系，如中紫S、明紫02S、明紫03S、紫S等[7-9]。

目前已報(bào)道的秈稻紫葉材料研究集中于生理生化方面，有關(guān)紫葉水稻育種價(jià)值的評(píng)價(jià)研究較少。本文研究材料來源于特秈占13與02428雜交后代的突變體，命名為秈型紫葉材料hrd1。經(jīng)初步觀察，該材料紫色性狀典型（除籽粒、稃殼外的地上部位均表現(xiàn)紫色）、全生育期穩(wěn)定表達(dá)；株型較理想、分蘗力較強(qiáng)、柱頭雙外露率高，在水稻標(biāo)記性狀材料培育和雜種優(yōu)勢(shì)利用上具有一定價(jià)值。本文通過田間調(diào)查、室內(nèi)考種、葉綠素及花色素苷含量測(cè)定，明確hrd1主要表型特征；進(jìn)而以hrd1為母本與其他水稻品種配制雜交組合，對(duì)雜種F1及親本的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行考察和分析，評(píng)估hrd1種質(zhì)的育種價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料

秈稻紫葉種質(zhì)hrd1（Oryza sativa L. ssp），來源于綠色秈稻品種特秈占13（簡(jiǎn)稱TXZ，Oryza sativa L. ssp indica）與綠色廣親和粳稻02428（Oryza sativa L. ssp japonica）的雜交分離后代，推測(cè)其為自然突變產(chǎn)生的紫色突變體，株葉形態(tài)及多數(shù)農(nóng)藝性狀與秈稻親本TXZ相似。經(jīng)過5 a觀察，hrd1的紫葉性狀穩(wěn)定遺傳。綠葉品種TXZ作野生型（Wild-type，WT），是廣東省佛山市農(nóng)科所選育的秈稻品種，來源于特青2與粳秈89的雜交后代。以hrd1為母本與11個(gè)水稻綠葉品種配置雜交組合，分別是：粵晶絲苗2號(hào)、黃合占、粵華絲苗、新黃占、黃軟占、華航31號(hào)、金航油占、特秈占13、矮腳南特、02428、惠陽珍珠早。

1.2 方法

1.2.1 田間種植及調(diào)查方法 2011年早季在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研基地水稻實(shí)驗(yàn)田，以hrd1為母本與11個(gè)親本材料進(jìn)行雜交組配，共配制了11個(gè)雜交組合，獲得F1種子。2011年晚季種植親本、雜交組合F1，按株行距20 cm×20 cm規(guī)格插植成6×6小區(qū)（共36株），單本植，大田常規(guī)水肥管理。成熟后按親本、雜交組合F1每小區(qū)取6株田間調(diào)查株高、劍葉長(zhǎng)、劍葉寬，干燥后進(jìn)行室內(nèi)考種，分別調(diào)查單株穗重、有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、穗實(shí)粒數(shù)、穗粒數(shù)、十粒谷粒長(zhǎng)度、十粒谷粒寬度、千粒重等項(xiàng)目，計(jì)算出谷粒長(zhǎng)、谷粒寬、谷粒長(zhǎng)寬比、結(jié)實(shí)率，比較不同組合間的平均雜種優(yōu)勢(shì)。

1.2.2 葉綠素含量測(cè)定 hrd1、TXZ和02428在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期各取樣1次，共4次。參照Arnon[10]的方法，將所取的新鮮葉片分別稱取0.5 g，進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定，各3次重復(fù)。在波長(zhǎng)663 nm和645 nm下測(cè)定的吸光度，根據(jù)以下公式計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量。

1.2.3 總花色素苷含量測(cè)定 hrd1、TXZ和02428在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期各取樣1次，共4次。擦凈葉片表面污物，剪碎（去掉中脈）；用分析天平稱取等量（0.1 g），用剪刀分別將每個(gè)材料剪成1～3 mm長(zhǎng)的小段，加入冷的5 mL含1%（v/v）鹽酸的甲醇溶液，4 ℃浸提24 h；6 000 r/min離心5 min后，取上清，稀釋定容至15 mL，使用SHIMADZU UV-1800分光光度計(jì)，測(cè)定530 nm最大吸收峰的值；分別計(jì)算出3個(gè)材料葉片中總花色苷的含量，用OD530/g FW作為花色素苷單位。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

各性狀觀察值均以平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中雜種平均優(yōu)勢(shì)計(jì)算方法參照潘家駒主編的《作物育種學(xué)總論》。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL2003和SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

平均優(yōu)勢(shì)（H）/%=×100，MP為雙親的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 hrd1主要農(nóng)藝及經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)

hrd1葉片、柱頭、穗莖、稃尖均表現(xiàn)較明顯紫色；這種紫色首先在2葉期的葉尖出現(xiàn)，隨著植株的發(fā)育，逐步擴(kuò)散至全株大部分組織（圖1）。hrd1株高顯著降低，只有野生型的70.90%；單株有效穗有所增加，平均達(dá)9.86個(gè)；劍葉長(zhǎng)、寬均比野生型小，其中劍葉長(zhǎng)顯著縮短。另外，hrd1比野生型早熟9 d，谷粒長(zhǎng)寬比與野生型相當(dāng)，千粒重有所降低。盡管hrd1穗數(shù)增多，但穗長(zhǎng)變短，導(dǎo)致穗粒數(shù)顯著減少（只有野生型73.70%）；hrd1柱頭外露率極高，達(dá)到了95%，而野生型僅有15%（表1）。

2.2 hrd1葉綠素及總花色素苷含量測(cè)定

hrd1與綠葉材料TXZ 4個(gè)時(shí)期的葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量見表2。從分蘗期開始，hrd1葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，并在抽穗期達(dá)到最高值。在抽穗期，hrd1的葉綠素a和葉綠素b含量顯著高于TXZ，表明hrd1色素的累積和葉綠素含量變化無關(guān)。隨著植株發(fā)育，hrd1葉片花色素苷含量逐漸升高，在孕穗期達(dá)到最高值，這與田間葉片由綠色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙谋硇褪且恢碌模慌c綠葉材料相比，除分蘗期外，其余3個(gè)時(shí)期hrd1的花色素苷含量均顯著高于兩者。

2.3 hrd1配制的雜種F1的主要農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)

將各雜交組合、母本hrd1以及各父本品種分別按小區(qū)進(jìn)行種植，在成熟期分別對(duì)各小區(qū)的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)分析各農(nóng)藝性狀的平均值（表3、4）。

對(duì)照表3和表4，雜交組合在單株穗重表現(xiàn)出較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。雜交組合單株穗重平均值為46.06 g，比親本平均值增加了48.53%，全部11個(gè)雜交組合的單株穗重都高于相應(yīng)的父本，有2個(gè)組合的單株穗重超過50 g，其中hrd1與金航油占的雜交組合達(dá)到最高值64.24 g。

進(jìn)而考察全部11個(gè)組合的性狀表現(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)有著相同的趨勢(shì)，即：株高較適中（平均112.91 cm），劍葉稍長(zhǎng)（平均31.03 cm）、寬度適當(dāng)（平均2.15 cm），較強(qiáng)的分蘗能力（平均11.78），較多的穗總粒數(shù)（平均194.23），高結(jié)實(shí)率（平均87.78%），千粒重適中（平均為22.31 g），同時(shí)具有較優(yōu)的外觀品質(zhì)，谷粒長(zhǎng)平均達(dá)8.70 mm，谷粒長(zhǎng)寬比平均達(dá)3.43，平均單株穗重達(dá)到46.06 g。上述結(jié)果表明紫葉種質(zhì)hrd1具有優(yōu)良的一般配合力，在水稻雜交育種或標(biāo)記性狀轉(zhuǎn)育中具有一定價(jià)值。此外，11個(gè)雜交F1代均表現(xiàn)為正常綠葉。

2.4 hrd1配制的雜種F1主要農(nóng)藝性狀的雜種優(yōu)勢(shì)分析

表5列出了株高、劍葉長(zhǎng)、劍葉寬、穗長(zhǎng)、單株有效穗數(shù)、穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、谷粒長(zhǎng)、谷粒寬、谷粒長(zhǎng)寬比、單株穗重等13個(gè)性狀的平均優(yōu)勢(shì)程度。在所有性狀中，單株穗重和劍葉長(zhǎng)的平均優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，平均值分別為56.55%和30.25%，且全部11個(gè)組合均表現(xiàn)出正向平均優(yōu)勢(shì)；株高和單株有效穗數(shù)的平均優(yōu)勢(shì)也非常明顯，分別達(dá)23.92%和28.47%，有9個(gè)組合在單株有效穗數(shù)上具有正向優(yōu)勢(shì)，最高達(dá)79.30%。谷粒長(zhǎng)寬比性狀上平均優(yōu)勢(shì)在組合間差異很大，變幅為-2.82%～17.5%，平均為8.39%，8個(gè)組合具有正向優(yōu)勢(shì)，3個(gè)組合表現(xiàn)負(fù)向優(yōu)勢(shì)。上述數(shù)據(jù)說明以紫葉種質(zhì)hrd1為母本配制的雜交組合F1在單株穗重上具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，且大多數(shù)雜交組合在谷粒性狀與對(duì)照品種相比更為細(xì)長(zhǎng)，這將利于培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的新品種。

3 討論與結(jié)論

在水稻育種中，紫色性狀受環(huán)境影響小，性狀表現(xiàn)穩(wěn)定且終生表達(dá)而成為一種理想的葉色標(biāo)記。國(guó)內(nèi)已選育出多個(gè)帶紫葉標(biāo)記的不育系，如中紫S、明紫02S、明紫03S、紫S等[7-9]。鄧國(guó)富等[11]利用國(guó)際水稻所紫葉種質(zhì)IR1552，育成了紫葉三系不育系先紅A和兩系不育系桂紫-1S。紫葉種質(zhì)的利用取決于其本身的優(yōu)良特性。本研究材料hrd1生育期較短、株高80 cm左右、分蘗力中強(qiáng)、有效穗整齊，部分符合理想株型中“半矮桿叢生快長(zhǎng)”的模式，在株型改良中具有一定價(jià)值，這與黃耀祥[12]的研究基本一致；除此之外，hrd1結(jié)實(shí)率較高、粒型較好、柱頭外露率極高等，可用于三系或兩系不育系的培育。

水稻的紫色性狀是由于花色素苷的累積而產(chǎn)生，水稻中常見的花色素苷為矢車菊素和芍藥素[3]。目前已知花色素苷具有多種生理功能，如作為抗氧化劑、抵御強(qiáng)光脅迫產(chǎn)生的光抑制、當(dāng)植物受昆蟲和病原體侵襲時(shí)產(chǎn)生保護(hù)作用、作為一種滲透調(diào)節(jié)劑應(yīng)對(duì)逆境脅迫等[13-17]?；ㄉ剀盏睦鄯e是否會(huì)影響水稻的光合作用一直是育種家關(guān)心的問題之一。已有的研究表明，富含花色素苷的紫葉稻對(duì)逆境脅迫有一定的適應(yīng)能力，如紫葉稻最大光合放氧能力和葉綠素含量比綠葉稻均有所提高[5]。鄧國(guó)富等[11]的研究表明，紫色水稻不育系配組的F1葉片功能正常，具有良好的光合性能，后期不早衰，紫葉性狀對(duì)水稻紫葉標(biāo)記不育系及雜種F1的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量無不良影響。本研究中，在3個(gè)調(diào)查時(shí)期hrd1和TXZ的葉綠素a和葉綠素b并無顯著差異，由于葉綠素是葉片光合作用的重要系統(tǒng)[18]，絕大多數(shù)葉綠素a和全部葉綠素b分子具有吸收和傳遞光能的作用，推測(cè)hrd1和TXZ具有相似的光能利用率，花色素積累不會(huì)對(duì)光合作用造成影響。

此外，余顯權(quán)等[6]研究表明紫葉稻與綠葉稻的雜種F1表現(xiàn)出一定的雜種優(yōu)勢(shì)。本研究結(jié)果表明，紫葉種質(zhì)hrd1與不同品種親本所配制的11個(gè)雜交組合F1葉片均為綠色，并且在主要農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀上都表現(xiàn)了較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，特別是單株穗重雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)突出。所考察的13個(gè)主要農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀總體表現(xiàn)較好，全部性狀均表現(xiàn)為不同程度的正向平均優(yōu)勢(shì)，依次是：?jiǎn)沃晁胫?劍葉長(zhǎng)>單株有效穗數(shù)>株高>穗實(shí)粒數(shù)>穗總粒數(shù)>谷粒長(zhǎng)>穗長(zhǎng)>谷粒長(zhǎng)寬比>結(jié)實(shí)率>谷粒寬>千粒重?？傮w看來，秈稻紫葉種質(zhì)hrd1株高較矮、分蘗中強(qiáng)、柱頭雙外露率極高，農(nóng)藝性狀較優(yōu)良，所配制的雜交F1均表現(xiàn)為綠葉植株且具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，該種質(zhì)在標(biāo)記性狀轉(zhuǎn)育和雜種優(yōu)勢(shì)利用中具有一定價(jià)值。

由于本試驗(yàn)是初步研究，僅比較了不同組合雜種平均優(yōu)勢(shì)，所以未設(shè)置小區(qū)重復(fù)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以提供一定的初步依據(jù)。針對(duì)hrd1所表現(xiàn)出的雜種優(yōu)勢(shì)，作者在2014年進(jìn)行不同組合的2次產(chǎn)量比較試驗(yàn)，在此試驗(yàn)中參照廣東省品種區(qū)試方法，進(jìn)行了3次隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，初步分析表明hrd1在標(biāo)記性狀恢復(fù)系選育中具有價(jià)值，具體數(shù)據(jù)尚在統(tǒng)計(jì)分析。

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