抗感RILs株系(崗46B/A232)主要農(nóng)藝性狀與三化螟抗性的相關(guān)分析

李永洪，郭小藝，劉成元，何 珊，向箭宇，謝 戎

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所/農(nóng)業(yè)部西南水稻生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室/國家水稻改良中心瀘州分中心，四川 德陽 618000)

【研究意義】三化螟(Scirpophagaincertulas)是單食性害蟲，水稻是三化螟唯一寄主和棲息場所。隨著我國水稻生產(chǎn)不斷優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，近年來三化螟再度成為水稻主要害蟲。明確三化螟產(chǎn)卵趨性和幼蟲取食趨性的影響因素，對水稻種質(zhì)抗螟性評價及抗螟育種利用研究具有重要意義。【前人研究進展】以前的研究結(jié)果表明，水稻的很多農(nóng)藝形態(tài)特征如水稻葉片毛的多少、莖的粗細、植株的高矮、葉鞘的緊貼程度、葉片的葉綠素含量、硅細胞含量等對螟害造成枯心、枯鞘及白穗等危害有直接或間接的影響[1-4]?！颈狙芯壳腥朦c】前文利用9個抗螟性存在明顯差異的 RILs和對照品種為材料，比較了三化螟在不同水稻基因型間的產(chǎn)卵選擇性[5]。三化螟幼蟲對植株的取食危害和雌成蟲在植株的產(chǎn)卵量與植株主要性狀之間的關(guān)系需要進一步研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究繼續(xù)以這些抗螟性存在差異的RILs株系為材料，分析了主要農(nóng)藝形態(tài)特征與幼蟲為害性狀(枯心指數(shù))及雌成蟲在葉片上的產(chǎn)卵量(葉片著卵指數(shù))間的相關(guān)關(guān)系。為闡明秈稻A232的抗螟蟲特性機理及進一步開展抗螟蟲水稻育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試驗地點

供試材料為F9代重組自交系(Recombinant inbred lines,RILs)株系C22-99、C22-113、C22-121、C22-123、C22-133、C22-165、C22-174、C22-230及C22-233等9個，重組自交系構(gòu)建方法見文獻[6]。

試驗于2013年在海南省陵水縣英州鎮(zhèn)四川省農(nóng)科院南繁基地進行。試驗材料于3月20日播種，4月17日移栽。

1.2 植株卵塊指數(shù)及枯心指數(shù)調(diào)查方法

葉片卵塊指數(shù)見文獻[5]，枯心率指數(shù)見文獻[7]。

1.3 株主要性狀調(diào)查

供試材料田間隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，株行距按20.0 cm×26.7 cm，單本植，每小區(qū)5行區(qū)，每行10株。

試驗材料生長至55 d時，每材料各取3株送實驗室對材料主莖倒二葉葉片進行葉腹表面電鏡掃描(環(huán)境掃描電子顯微鏡，JSM-6360LV)，根據(jù)掃描圖像(400倍)，計數(shù)不同材料在相同面積中(一個視野具有相同的面積)葉腹表面鉤毛和刺毛結(jié)構(gòu)數(shù)量，4次重復(fù)。生長至65 d時，對主莖倒二葉用直尺測量葉長和葉鞘長，每小區(qū)調(diào)查10莖，取均值為小區(qū)觀察值。游標卡尺測量距葉尖2/3處的倒二葉葉寬、莖粗,用量角器測量倒二葉葉基部與莖間的夾角，每小區(qū)調(diào)查10莖，取均值為小區(qū)觀察值。用便攜式葉綠素儀(日本MINOLTA產(chǎn)SPAD-502型)測量各材料的SPAD值，每小區(qū)隨機抽樣5叢，對每叢主莖倒2葉和倒3葉進行葉綠素含量測定，測量方法為：將SPADMeter夾住待測葉片中部，每葉片在相隔2 cm處，讀取葉色值3次，以3次讀數(shù)均值為每片葉觀察值，以每叢全部稻二葉(倒三葉)均值為每叢觀察值，以5株均值為小區(qū)觀察值。等材料進入最高分蘗期時調(diào)查分蘗數(shù)，每區(qū)調(diào)查5叢。田間記載抽穗期，成熟時測是量株高，每區(qū)測量5株。

2 結(jié)果與分析

2.1 植株形態(tài)特征與抗螟性三化螟為害的關(guān)系

從表1可見，供試材料間分蘗數(shù)差異未達顯著水平；莖粗材料間達顯著差異；播抽天數(shù)株系間變幅在85.0～106.3 d，材料間差異達極顯著水平；株高性狀材料間差異極顯著水平，變幅在97.3～173.3 cm。對植株葉片形態(tài)特征觀測表明，葉長、葉寬和葉基角在供試材料間呈極顯著水平差異(表1)，葉鞘長變幅在25.2～29.6 cm，葉寬變幅在131.0～207.0 mm，葉角變幅在15.8°～53.7°。

相關(guān)分析(表2)表明，葉片卵塊指數(shù)與分蘗數(shù)、株高、葉鞘長、葉寬和葉基角等性狀呈正相關(guān)，與莖粗和播抽天數(shù)呈負相關(guān)，但葉片著卵量與這些性狀間相關(guān)系數(shù)均未達顯著水平。螟害性狀枯心指數(shù)與分蘗數(shù)、株高、葉鞘長、葉寬、葉角和播抽天數(shù)等性狀呈正相關(guān)，且枯心指數(shù)與葉鞘長和葉角兩性狀相關(guān)達極顯著水平。三化螟幼蟲取食傾向于葉鞘較長、葉角較大、分蘗數(shù)較多和株高較高的株系，這些株系受幼螟為害后表現(xiàn)的枯心指數(shù)性狀值也較大；這些性狀對三化螟產(chǎn)卵選擇的影響較小。

2.2 葉片SPAD值與三化螟為害的關(guān)系

從表1可見，供試材料間倒2葉SPAD值在30.5～41.9，SPAD值最大為株系C22-121，最小為株系C22-165；倒3葉SPAD值在28.3～42.0，SPAD值最大為株系C22-121，最小為株系C22-233；倒2葉、倒3葉SPAD值株系間差異達顯著或極顯著水平。相關(guān)分析(表2)表明，倒2葉SPAD值與倒3葉SPAD值之間呈極顯著正相關(guān)；植株倒2葉、倒3葉SPAD值與葉片著卵指數(shù)間呈負相關(guān)，但其相關(guān)性未達顯著水平；倒2葉、倒3葉SPAD值與幼螟為害性狀枯心指數(shù)均呈顯著負相關(guān)。以上結(jié)果表明，三化螟成蟲產(chǎn)卵和幼蟲取食趨向選擇葉色較淡的株系。

表1 不同株系植株主要外部形態(tài)特征和枯心指數(shù)Table 1 The main morphological characters and dead-heart index of the 9 lines

注：分蘗數(shù)(X1)，株高(X2)，二倒葉鞘長(X3)，倒二葉寬(X4)，二倒葉基角(X5)，莖粗(X6)，播抽天數(shù)(X7)，倒二葉SPAD值(X8)，倒三葉SPAD值(X9)，倒二葉腹鉤毛和刺毛數(shù)(X10)，葉片卵塊指數(shù)(X11)，枯心指數(shù)(X12)；下同。表中大、小寫字母表示極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)差異，相同字母表示差異不顯著。
Note:No. Of tillers(X1),Plant height(X2),Second leaf sheath length(X3),Second leaf width(X4),Second leaf basis angle(X5),Stem width(X6),Sow to heading days(X7), Secend leaf SPAD value(X8),Third leaf SPAD value(X9),No. of hook hair and prick hair(X10),Leaf index of eggs(X11),Dead-heart index(X12); The same as below. The means followed by the same small letters or capital letters are no significantly different atP<0.05 andP<0.01 level，respectively.

2.3 葉腹表面鉤毛、刺毛結(jié)構(gòu)與三化螟為害的關(guān)系

葉腹表面電鏡掃描結(jié)果(圖1)表明，抗蟲株系葉腹表面比感蟲株系具有較多的鉤毛和刺毛結(jié)構(gòu)(分布在葉片氣孔區(qū)，即葉表皮下的葉肉細胞區(qū)域)。從表1可見，在400倍目鏡下供試株系葉腹表面鉤毛和刺毛數(shù)在每個視野平均為3.67～24.33個，該性狀材料間差異達顯著或極顯著水平，其中株系C22-99的鉤毛、刺毛數(shù)最少，而株系C22-174最多。

相關(guān)分析(表3)表明，葉腹表面鉤毛和刺毛結(jié)構(gòu)數(shù)量與葉片卵塊指數(shù)和枯心指數(shù)均呈極顯著負相關(guān)，葉片葉腹表面鉤毛數(shù)和刺毛數(shù)越多的株系，螟蟲成蟲在其上產(chǎn)卵量少，且幼蟲對該株系的為害也較輕。

表2 主要性狀相關(guān)分析Table 2 Correlation coefficients among the main traits

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。下同。
Note：* and ** represent significant correlation coefficients at the 0.05 and 0.01 levels,respectively. The same as below.

表3 株系7個主要性狀與枯心指數(shù)的通徑分析Table 3 Analysis on the path of 7 main traits to dead-heart index of the 9 RIL lines

2.4 各農(nóng)藝性狀和枯心指數(shù)、葉片著卵指數(shù)的通徑分析

由表3可見，葉鞘長、播抽天數(shù)和倒二葉SPAD值對枯心指數(shù)的直接作用為正效應(yīng)，分蘗數(shù)、鉤毛和刺毛數(shù)及葉片著卵指數(shù)對枯心指數(shù)直接作用均為負效應(yīng)，效應(yīng)大小依次為：播抽天數(shù)(0.7852)>倒二葉SPAD值(0.4321)>葉鞘長(0.3986)>分蘗數(shù)(-0.3043)>葉片著卵指數(shù)(-0.7521)>鉤毛、刺毛數(shù)(-1.7206)，這些性狀因素所決定的枯心指數(shù)變異占變異程度的90.0 %以上。播抽天數(shù)對枯心指數(shù)的直接作用最大，但通過其它性狀的間接作用抵消，雖然最終與枯心指數(shù)仍存正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)卻較小。倒二葉SPAD值對枯心指數(shù)直接作用為正效應(yīng)，居第二位，但通過其它性狀間接作用，最終與枯心指數(shù)表現(xiàn)為顯著的負相關(guān)。葉鞘長對枯心指數(shù)的直接作用居第三位，通過其它性狀間接作用，最終表現(xiàn)仍為正效應(yīng)，相關(guān)系數(shù)為最大值。分蘗數(shù)和葉片著卵量對枯心指數(shù)直接作用為負效應(yīng)，但通過其它性狀的間接作用，最終表現(xiàn)為正相關(guān)。鉤毛數(shù)對枯心指數(shù)的直接作用為最大負效應(yīng)，通過其它性狀間接作用，最終仍表現(xiàn)為極顯著的負相關(guān)關(guān)系。

對各性狀與葉片著卵量進行通徑分析(表4),播抽天數(shù)和倒二葉SPAD值對葉片著卵量的直接作用為正效應(yīng)，通過性狀間接作用，最終使播抽天數(shù)和倒二葉SPAD值兩性狀與葉片著卵量性狀表現(xiàn)為負相關(guān)關(guān)系，鉤毛和刺毛數(shù)(400倍鏡)對葉片著卵指數(shù)的直接作用為最大負效應(yīng)，通過性狀間接作用，最終仍與葉片著卵量性狀表現(xiàn)為極顯著負相關(guān)關(guān)系。播抽天數(shù)、倒二葉SPAD值和鉤毛數(shù)性狀決定的葉片著卵量變異占變異程度的84.5 %。

3 討 論

前人研究結(jié)果表明，螟害性狀與株高[8-9]和第二葉基角呈顯著正相關(guān)關(guān)系[10]。粳稻株高莖稈細矮不利于二化螟侵入[1-2]，而株型松散，莖稈粗壯等形態(tài)二化螟則容易侵入和發(fā)育[11]。本研究表明，幼蟲為害性狀枯心指數(shù)與株高、第二葉鞘長、第二葉寬、第二葉基角和播抽天數(shù)等性狀呈正相關(guān)，枯心指數(shù)與第二葉鞘長和第二葉基角兩性狀相關(guān)達極顯著水平，這與以前的研究結(jié)果相一致。

葉片上毛的存在及其多少與抗螟性相關(guān)。本研究結(jié)果表明，葉腹表面鉤毛和刺毛結(jié)構(gòu)數(shù)量與葉片著卵指數(shù)和枯心指數(shù)均呈極顯著負相關(guān)，葉片葉腹表面鉤毛數(shù)和刺毛數(shù)越多的株系，螟蟲成蟲在其上產(chǎn)卵量少，且幼蟲對該株系的為害也較輕。葉腹表面鉤毛結(jié)構(gòu)數(shù)量的多少，可作為水稻種質(zhì)抗螟性評價和抗螟材料鑒定、選擇的指標。水稻抗蟲育種家經(jīng)常用手在植株葉片表面進行擦拭，比較葉表面粗糙程度，從而進行株系抗蟲性評價和選擇(如水稻抗飛虱育種等)，該研究結(jié)果印證了這一經(jīng)驗性操作的合理性。

騰凱、林賢文等[8-9]利用DH群體株系為試驗材料，研究表明株系受二化螟幼蟲為害性狀枯心率與分蘗數(shù)呈顯著的負向相關(guān)性，與分蘗盛期的葉色呈顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果表明，自重組自交系株系受三化螟幼蟲為害性狀枯心指數(shù)與分蘗數(shù)呈正相關(guān)，與第二葉SPAD值呈顯著負相關(guān)；通徑分析表明，分蘗數(shù)和第二葉SPAD值對枯心指數(shù)直接作用分別為負效應(yīng)和正效應(yīng)。

表4 RIL株系3個性狀與葉片卵塊指數(shù)的通徑分析Table 4 Analysis on the path of 3 traits to dead-heart index of the 9 RIL lines

A 抗蟲親本A232，B 感蟲親本崗46B，C 抗蟲株系C22-121，D 感蟲株系C22-99，E 抗蟲株系C22-174 ，F(xiàn) 感蟲株系C22-176，H 鉤毛，P 刺毛A.Resistant Parent A232，B.Susceptible parent Gang46B，C.Resistant line C22-99，D.Susceptible line C22-99，E.Resistant line C22-174，F(xiàn).Susceptible line C22-176 ，H.Hook hair，P.Prick hair圖1 株系間葉腹表面鉤毛及刺毛結(jié)構(gòu)電鏡比較觀察Fig.1 Comparative observation of hook hair and prick hair structure on leaf belly between lines

以前的研究結(jié)果表明，水稻葉鞘與莖間緊貼程度與對螟害造成枯心、枯鞘及白穗等危害有直接或間接的影響，葉鞘緊貼不利于二化螟侵入[1-2]。本研究考察了葉鞘長性狀，相關(guān)分析和通徑分析表明，第二葉鞘長與枯心指數(shù)兩性狀相關(guān)達極顯著水平，葉鞘長對枯心指數(shù)的直接作用也較大。

4 結(jié) 論

在水稻與螟蟲的長期協(xié)同進化過程中，水稻品種形成了十分復(fù)雜的抗螟機制，其避蟲性和耐蟲性多與水稻品種的植株形態(tài)特征密切相關(guān)。與轉(zhuǎn)Bt抗蟲基因相比，利用水稻內(nèi)源基因抗蟲的遺傳基礎(chǔ)更為復(fù)雜。因此，培育抗螟蟲新品種時，除了重視利用抗蟲基因(抗蟲QTL)外，還必須注重抗蟲形態(tài)特征的選育。

[1]顧正遠，肖英方，王益民.水稻品種對二化螟抗性的研究[J].植物保護學(xué)報，1989，16(4)：245-249.

[2]周祖銘.水稻品種抗二化螟鑒定初步研究[J].植物保護學(xué)報，1985，12(3)：159-164.

[3]楊麗梅，黃秀清，帥應(yīng)垣，等.水稻品種小青抗三化螟害的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1985, 18(5)：58-63.

[4]劉光杰，黃和平，謝秀芳，等.早稻品種對二化螟的抗性及基生化基礎(chǔ)研究[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，20(5)：512-515.

[5]謝 戎，李永洪，劉成元，等.秈稻A232及其RILs對三化螟產(chǎn)卵的抗性[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，2015(3):728-735.

[6]李永洪，高方遠，謝 戎，等.利用重組自交系群體分析秈稻A232抗三化螟相關(guān)QTL[J].分子植物育種，2015，13(2)：254-260.

[7]李永洪, 謝 戎, 劉成元，等.海南自然誘發(fā)條件下秈稻A232抗螟性鑒定[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011，24(6):2178-2180.

[8]騰 凱. 水稻抗二化螟數(shù)量性狀基因QTL分析[D].杭州：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.

[9]林賢文. 水稻抗螟蟲及其相關(guān)性狀的數(shù)量遺傳分析與驗證[D].杭州：浙江大學(xué)博士學(xué)位論文,2010.

[10]郝麗霞，韓永強，侯茂林，等.遼河流域栽培稻對二化螟的抗性[J].生態(tài)學(xué)報，2008，28(12)：5987-5993.

[11]郝麗霞，韓永強，廖曉蘭，等.二化螟與寄主植物間的互作關(guān)系[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(4)：84-87.