秈型光溫敏核不育系柱頭性狀表現(xiàn)

郭桂英 王青林魯偉林 馬漢云 沈光輝 全瑞蘭 余新春 扶定 霍二偉

（信陽市農業(yè)科學院水稻研究所，河南信陽464000；*通訊作者：Wangqinglin868@Sina.com）

秈型光溫敏核不育系柱頭性狀表現(xiàn)

郭桂英 王青林*魯偉林 馬漢云 沈光輝 全瑞蘭 余新春 扶定 霍二偉

（信陽市農業(yè)科學院水稻研究所，河南信陽464000；*通訊作者：Wangqinglin868@Sina.com）

以5個秈型光溫敏核不育系為材料，分別對其柱頭外露率、柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積和柱頭體積以及柱頭活力等指標進行了觀察測定，并以柱頭外露率作為首要指標進行排序，得出了參試光溫敏核不育系材料柱頭綜合性狀表現(xiàn)結果，依次為F168S、信矮10-4S、矮青34S、廣占63-4S、信豐9826S。

光溫敏不育系：柱頭外露率：柱頭面積：柱頭體積：柱頭活力

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量及種子生產成本的重要因素之一[1]。Virmani等[2]研究指出，水稻的異交特性是選育優(yōu)良雜交稻親本與制種上采取相應措施的重要依據。因此，不育系優(yōu)良的異交特性成為雜交水稻制種的關鍵[3-5]。水稻不育系異交特性主要包括穗部特點（包頸長度、包頸粒率）、柱頭特性（柱頭形態(tài)、柱頭活力、柱頭外露率）、開花習性（花時、張穎角度、張穎歷時）等性狀，其中最主要的是柱頭特性[6-7]。另外，不育系的異交結實情況除受到自身的遺傳因素引起的異交特性的差異外，還受到父母本花期相遇情況、父本花粉密度、開花天氣狀況等諸多因素的影響[8]。可見，在雜交水稻制種過程中，不育系的異交結實率是諸多因素綜合作用的結果。本文通過對5個實用型水稻光溫敏核不育系的柱頭特性進行比較研究，旨在為雜交水稻種子生產提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以信豐9826S（信豐9826突變育成）、信矮10-4S（培矮 64S/信 318）、矮青 34S（培矮 64S/信 95-28）、F168S（Y58S/P88S）和廣占 63-4S（廣占 63S系選）等 5個秈型光溫敏核不育系為材料，以廣占63-4S作為對照。另外，用信豐704作恢復系配組進行柱頭活力測定。信豐9826S、信矮10-4S、矮青34S和F168S均由河南省信陽市農業(yè)科學院水稻所育成。

1.2 試驗設計

試驗于2015年、2016年在信陽市農業(yè)科學院試驗田進行，按照不育系的生育期長短進行分期播種，使各不育系均在8月上中旬抽穗，在相同的時間段內觀察各不育系的柱頭性狀。株行距13.3 cm×20.0 cm，每行20株，不育系每個材料種6行；為保證充足的花粉量，種植大量的父本材料。實施常規(guī)肥水管理措施。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 柱頭外露率

每個材料隨機取剛剛終花的10個稻穗，將葉鞘外的穎花分成柱頭雙露、柱頭單露和柱頭不露3部分，分別計算柱頭雙露率、柱頭單露率和柱頭總外露率[9]。柱頭雙露率（%）=葉鞘外柱頭雙露穎花數/葉鞘外柱頭穎花總數×100；柱頭單露率（%）=葉鞘外柱頭單露穎花數/葉鞘外柱頭穎花總數×100；柱頭總外露率=（葉鞘外柱頭單露穎花數+葉鞘外柱頭雙露穎花數）/葉鞘外柱頭穎花總數×100。

1.3.2 柱頭面積大小和柱頭體積

隨機取10個開放的穎花，放在刻度載玻片上，在顯微鏡下測量單個柱頭的長和寬，計算柱頭表面積[9]和柱頭體積[8]。柱頭表面積=（[柱頭長度×柱頭寬度×3.14）+（柱頭寬度/2）2×3.14]×2；柱頭體積=3.14×柱頭長度×（柱頭寬度/2）2。

1.3.3 柱頭活力測定

測定前，需在盛花期的每個不育系植株上隨機取10個稻穗鏡檢樣，再用顯微鏡觀察不育系花粉是否可育，然后篩選花粉不育植株進行柱頭活力測定。柱頭活力測定需隨機選取35個伸出葉鞘1/3長度稻穗，剪去已經開花和下部幼嫩的穎花，留下當天開花穎花，剪穎并套袋，自當天起，每天選5穗進行2次人工授粉，連續(xù)授粉7 d，每天授以基本相同的恢復系花粉量，25 d后調查不同時間授粉稻穗的異交結實率，用異交結實率的變化衡量柱頭活力，并計算柱頭活力系數。柱頭活力系數=穎花開花后2～7 d異交結實率/穎花開花當天異交結實率。

表1 供試材料的柱頭外露率（%）

表2 供試材料的柱頭特性

1.4 數據處理

采用Excel 2003軟件進行數據統(tǒng)計與作圖，并采用DPS數據處理系統(tǒng)對數據進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 柱頭外露率

由表1可以看出，柱頭外露率各個不育系之間存在明顯差異，其中，F(xiàn)168S的柱頭總外露率和柱頭雙外露率均最高，分別為85.97%和55.02%，比對照廣占63-4S分別高出31.26個和40.41個百分點，但單外露率比對照低了9.16個百分點；信豐9826S的柱頭總外露率和柱頭雙外露率最低，分別為38.14%和3.71%，柱頭單外露率為34.51%，其單外露率比對照廣占63-4S低5.59個百分點，但比矮青34S和F168S分別高7.47個和3.57個百分點；信矮10-4S和矮青34S的柱頭總外露率均比對照高。矮青34S、F168S的柱頭雙外露率高于柱頭單外露率，這對于提高異交結實率非常有利。

2.2 柱頭大小及形態(tài)特征

由表2可以看出，信豐9826S和F168S的柱頭長度最長，分別為1.88 mm和1.81 mm；其次是廣占63-4S和矮青34S；信矮10-4S最短，僅為1.52 mm。5個不育系柱頭寬度差異不大，最寬的是F168S，為0.86 mm；其次是廣占63-4S、信豐9826S、信矮10-4S；最小的是矮青34S，為0.60 mm。柱頭表面積以F168S最大，達10.94 mm2；其次為廣占 63-4S（9.17 mm2）、信豐 9826S（8.48 mm2）和矮青 34S（7.01 mm2）；信矮 10-4S 的柱頭表面積最小，僅為6.98 mm2。不育系的柱頭表面積越大，接受外來花粉的機會越多，越有利于異交結實率的提高。柱頭體積較大的是F168S和廣占63-4S，分別為1.05 mm3和0.78 mm3；其次為信豐9826S和信矮10-4S；最小的是矮青 34S，僅 0.48 mm3。

總之，不育系柱頭長度和寬度值越大，柱頭表面積和柱頭體積就越大，越有利于不育系異交結實率提高。

2.3 不育系柱頭活力表現(xiàn)

2.3.1 供試不育系柱頭活力變化規(guī)律

由圖1可以看出，除矮青34S外，其他4個不育系材料均是在開花第1 d柱頭活力較低，之后稍有波動，第2 d到第4 d柱頭活力達到高峰，后隨開花后的天數增加，柱頭活力呈不同程度下降。其中，矮青34S開花后第1 d柱頭活力最高，第1～2 d較平穩(wěn)下降，隨后急劇下降，到第7 d柱頭活力幾乎完全喪失；F168S柱頭生活力從開花后1～3 d呈上升趨勢，第3 d柱頭活力達到高峰，第4～7 d呈平緩下降趨勢；信矮10-4S的柱頭活力在開花后1～3 d呈較快上升趨勢，到第3 d達到最高，開花后第4 d柱頭生活力迅速下降，到第6 d稍有波動，但總體呈下降趨勢；信豐9826S開花第1 d，柱頭活力在這5個不育系中最低，但其開花后第2 d柱頭活力就達到高峰，第3 d明顯下降，直到第7 d柱頭活力幾乎完全喪失；廣占63-4S（CK）開花后第1～4 d柱頭活力在第3 d稍有波動，整體呈較明顯上升趨勢，在開花后第4 d達到最高，第5 d柱頭活力迅速下降，第6 d、第7 d柱頭活力幾乎完全喪失。F168S異交結實率峰值高達66.21%，明顯高于其他4個不育系；廣占63-4S（CK）結實率接近40.0%；其他3個不育系結實率峰值均低于40.0%。

2.3.2 供試材料柱頭活力和活力系數

從柱頭活力系數看，F(xiàn)168S和信矮10-4S柱頭活力最強，活力系數分別為8.52和8.43，說明它們的柱頭維持高活力時間比較長，柱頭活力下降比較慢。F168S在開花后第7 d的異交結實率仍達到40.74%，信矮10-4S在開花后第7 d的異交結實率仍可以達到10.03%；柱頭活力中等的為信豐9826S和廣占63-4S，柱頭生活力系數分別為6.90和4.81；柱頭活力最低的為矮青34S，雖其開花第1 d和第2 d結實率較高，但開花后第3 d起柱頭生活力急劇下降，柱頭活力系數僅為0.87，說明其柱頭生活力保持時間較短（表3）。

圖1 5個秈稻光溫敏核不育系材料的柱頭活力變化

表3 供試材料的柱頭活力表現(xiàn)

表4 觀察項目間的相關系數

2.3.2 供試材料觀察項目間的相關系數

從表4可以看出，柱頭寬與柱頭面積和柱頭活力系數呈極顯著正相關（r均為 0.96，P＜0.01）；柱頭面積與柱頭活力系數呈顯著正相關（r=0.83，P＜0.05）；柱頭體積與柱頭活力系數呈極顯著正相關（r=0.89，P＜0.01）。

3 結論與討論

3.1 水稻不育系柱頭外露率

吳爽等[10]研究表明，柱頭外露率與異交結實率呈顯著正相關。林建榮等[11]研究發(fā)現(xiàn)，不育系柱頭外露率的高低直接影響著其異交結實率的高低。另外，也有研究指出，柱頭外露率與異交結實率呈極顯著正相關，相關系數為0.979**[12]。

本試驗結果表明，參試不育系的柱頭總外露率和柱頭雙外露率從高到低為F168S＞信矮10-4S＞矮青34S＞廣占63-4S＞信豐9826S。在雜交水稻制種時，選擇柱頭外露率高的F168S、信矮10-4S和矮青34S不育系材料有助于提高異交結實率，也能在一定程度上提高雜交水稻制種和繁種產量。對于信豐9826S可通過雜交重組后連續(xù)多代回交的育種手段進行改良，但如果考慮到傳統(tǒng)的遺傳改良很難保證基因聚合效率和避免連鎖累贅（Linkage drag），那么分子輔助選擇可成為信豐9826S柱頭外露率改良的最佳方法。

3.2 水稻不育系柱頭大小及形態(tài)特征

不育系柱頭長度、寬度、表面積、體積等性狀指標是衡量柱頭大小的重要依據。喻婷等[13]通過性狀相關和通徑分析的結果顯示，與柱頭外露率關系最密切的花器性狀為柱頭長、柱頭寬和穎花長寬比。有研究指出，柱頭的長度和寬度對柱頭外露率有一定的影響[10，13]。柱頭面積大的不育系接受外來花粉機會多，有利于提高異交結實率[9]。也有研究得出，水稻不育系異交結實率與柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積均呈顯著正相關[8]。

本試驗結果表明，參試不育系柱頭面積和柱頭體積最大的為F168S，其次為廣占63-4S，信豐9826S居中，矮青34S和信矮10-4S較小。因此，F(xiàn)168S、柱頭接受外來花粉機會最多，廣占63-4S和信豐9826S次之，矮青34S和信矮10-4S則因其柱頭面積和柱頭體積較小而接受花粉機會較少，對于異交結實率的提高影響不大。

3.3 水稻不育系柱頭活力

異交結實率的提高依賴于母本不育系柱頭外露率與柱頭存活率的協(xié)同作用，因此，對不育系外露柱頭活力的研究十分重要。有研究表明，柱頭活力越高，相應的異交結實率就越高[14]。換句話說，就是不育系外露柱頭保持接受花粉的能力越高，接受外來花粉受精結實的可能性就越大，異交結實率就越高[15]。研究得出，不育系開花后第2 d，仍有65%以上外露的柱頭保持著受粉能力[16]。不育系柱頭活力這一特性，在雜交稻制種生產中有很高的利用價值[6，17]，對提高制種產量有極大的幫助。通過測定柱頭活力可以很好地了解不育系的有效授粉時間，在花期不能很好相遇或遇上陰雨天氣時，利用母本開花閉穎后外露柱頭的活力，仍可通過把握有效授粉時間來提高結實率。在正?；ㄆ谙嘤銮闆r下，可通過增加授粉次數，充分利用柱頭活力增加結實率，提高制種產量。本試驗結果表明，參試不育系柱頭活力從大到小為 F168S＞廣占 63-4S＞信矮 10-4S＞信豐9826S＞矮青34S。因此，對于柱頭外露率和柱頭活力均最高的F168S來說，其異交結實率也最高，制種和繁種容易，又可節(jié)約制種成本；廣占63-4S、信矮10-4S柱頭活力較好，但因信矮10-4S柱頭外露率和柱頭雙外露率高于廣占63-4S，所以信矮10-4S的異交結實率高于廣占63-4S，制種較容易；信豐9826S雖柱頭活力高于矮青34S，但因其柱頭外露情況差，所以異交結實率應該低于矮青34S，制種難、成本高。

田大成[14]早期研究就發(fā)現(xiàn)，不育系的柱頭活力系數越高，相應的異交結實率越高。也有研究指出，異交結實率與柱頭的活力系數之間相關性不顯著[8]。可見，柱頭活力系數與異交結實率之間的研究，不同的研究者之間存在一定的差異。對于柱頭活力系數大的不育系，如F168S、信矮10-4S、信豐9826S，可在雜交水稻制種生產過程中適當延長輔助授粉時間，從而提高異交結實率；對于柱頭活力系數較低的不育系，如廣占63-4S和矮青34S，可適時進行輔助授粉，挖掘不育系的異交結實潛能，結合優(yōu)良的田間栽培條件，使不育系植株體內的營養(yǎng)狀況不斷改善，提高其異交特性，并采取一定的技術措施提高其柱頭活力系數。

因此，選育高柱頭外露率且其余性狀均衡的新不育系對于提高雜交水稻制種產量、節(jié)約制種成本都具有十分重要的意義。

[1] 張佳佳，代西梅，劉賀梅，等.粳型不育系新稻97200A的開花習性研究[J].鄭州大學學報，2012，44（4）：105-108.

[2] Virmani S S,Athwal D S.Inheritance of floral characters influencing outcrossing in rice[J].Crop Sci,1974,14（3）:350-353.

[3] 施伏芝.幾個秈型不育系和恢復系的配合力分析 [J].雜交水稻，2003，18（5）：13-15.

[4] 閔紹楷.水稻育種學[M].北京：中國農業(yè)科技出版社，1996.

[5] 楊春華，李仕貴.秈型三系雜交水稻不育系主要農藝性狀配合力及遺傳力分析[J].西南農業(yè)學報，2005，18（3）：234-240.

[6] 賀曉鵬，楊書化，田亞雯，等.5個新育成粳型光溫敏核不育系開花及異交性能的研究[J].中國農學通報，2004，20（4）：104-107.

[7] 陳雄輝，萬邦惠，陸燕鵬，等.光溫敏核不育水稻異交結實潛力的研究[J].華南農業(yè)大學學報，2001，22（1）：1-4.

[8] 舒志芬，陳勇，劉釗，等.5個水稻光溫敏核不育系柱頭特性與異交結實率的關系[J].作物研究，2015，29（4）：343-347.

[9] 伍箴勇，李春海，牟同敏.5個新育成秈型光溫敏核不育系開花習性觀察[J].華中農業(yè)大學學報，2008，27（2）：186-190.

[10] 吳爽，李成荃，王守海，等.幾種優(yōu)良品種花器性狀的遺傳及相關分析[J].安徽農業(yè)科學，2003，31（2）：171-172.

[11] 林建榮，吳明國，宋昕蔚.三系粳稻不育系開花習性與異交結實率的關系[J].雜交水稻，2006，21（5）：69-72.

[12] 張廷松，趙福勝.11個水稻三系不育系的異交特性[J].貴州農業(yè)科學，2014，42（8）：10-13.

[13] 喻婷，張玲，胡中立，等.水稻秈粳交DH群體花器性狀的遺傳分析[J].武漢植物學研究，2003，21（6）：459-463.

[14] 田大成.水稻異交栽培學[M].成都：四川科學技術出版社，1991.

[15] 武小金，袁隆平.水稻異交習性的變異、遺傳及其改良[J].湖南農業(yè)科學，1996（1）：12-14.

[16] 袁隆平，陳洪新.雜交水稻育種栽培學[M].長沙：湖南科學技術出版社，1998.15-17.

[17] 馬自超，孫艷蕊.提高雜交水稻制種結實率的途徑和方法[J].種子科技，2007（5）：66-67.

Performance of the Stigma Traits of Indica PTGMS Lines

GUO Guiying,WANG Qinglin*,LU Weilin,MA Hanyun,SHEN Guanghui,QUAN Ruilan,YU Xinchun,FU Ding,HUO Erwei
（Rice Research Institute,Xinyang Academy of Agricultural Sciences,Xinyang,Henan 464000,China;*Corresponding author:Wangqinglin868@Sina.com）

In order to investigate and contrast the stigma characters of indica PTGMS Lines,using 5 indica PTGMS as materials,we observed and measured the exposure rate of stigma,stigma length,stigma width,stigma size,stigma volume and stigma vigor.The results showed that the stigma characters performance of F168S was best,then followed by Xinai10-4S,Aiqing 34S,Guangzhan 63-4S,Xinfeng 9826S,based on the exposure rate of stigma as the primary index.

indica PTGMS line;the exposure rate of stigma;stigma size;stigma volume;stigma vigor

S511.1+1

A

1006-8082（2017）06-0104-04

2017－07－22

國家農業(yè)科技成果轉化資金項目“高產優(yōu)質雜交糯稻嘉糯Ⅰ優(yōu)721試驗與示范”（2014D000000 63）；河南省重點科技攻關“優(yōu)質高產糯稻新品種選育及應用”（162102110022）；河南省重點科技攻關“秈粳亞種間雜交強優(yōu)恢復系的創(chuàng)制與應用”（152102110035）；河南省重點科技攻關“高產優(yōu)質雜交稻新組合培育與示范”（142102110029）；國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金（CARS-01-61）；河南省農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金（Z2012-04-01）；河南省科技成果轉化項目“水稻拋植苗原床泥質露天育秧法”（14220111038）