水稻早代跟蹤葉綠素b含量創(chuàng)制耐寡照不育系初探

朱子超 何永歆 歐陽杰 蔣剛 王楚桃 李賢勇

摘 ? 要 ? 四川盆地是我國水稻生產(chǎn)重度寡照區(qū)，寡照不僅影響水稻產(chǎn)量，還使米質(zhì)變差。捕光色素——葉綠素b對水稻耐寡照有重要作用，提高葉綠素b含量，能夠提高寡照下水稻的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量，降低堊白粒率。試驗將高葉綠素b材料58B與一個性狀互補的廣東常規(guī)稻雜交，利用自然寡照條件下早代跟蹤葉綠素b含量方法輔以必要的堊白、配合力、農(nóng)藝性狀篩選技術(shù)篩選出了4個不育系株系，經(jīng)測交組合的產(chǎn)量、堊白等配合力檢測，定型了一個綜合性狀較好的不育系5A。該不育系目前已經(jīng)通過重慶市農(nóng)作物品種審定委員會技術(shù)鑒定，說明利用該方法創(chuàng)制耐寡照不育系是可行的。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)葉綠素b含量與經(jīng)濟產(chǎn)量呈正相關(guān)，與堊白粒率呈負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞 ? 水稻;育種;葉綠素b;產(chǎn)量;堊白;耐寡照不育系

中圖分類號：S511 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.019

光對植物生長十分重要，它是植物生長的能量來源，還作為信號因子調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育[1]。植物對寡照有“躲避”和“忍耐”兩種應(yīng)激保護機制。植物通過“躲避”提高光合效率的具體表現(xiàn)有：葉面積增大（葉片變?。~綠素、氮和蛋白質(zhì)含量升高[2-5]，株高增加，節(jié)間伸長[6]，分蘗（枝）減少，莖葉生長速度加快，這些反應(yīng)稱為“避蔭綜合癥”[7-8]。“忍耐”機制則通過降低光消耗和呼吸速率以減少植物體能量消耗。

不同生育階段的寡照對水稻有不同程度的影響。分蘗期和幼穗分化期弱光導(dǎo)致有效穗[9]、每穗粒數(shù)及結(jié)實率減少，最終產(chǎn)量降低;灌漿期弱光使水稻葉片凈同化率降低[10]，結(jié)實率和千粒重下降，產(chǎn)量降低[11-12];抽穗后寡照還使稻米碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)均有所下降[13]，堊白粒率和堊白度顯著增加[14-15]。

四川盆地是我國光照重度匱乏區(qū)，年日照時數(shù)和年總輻射量分別較同緯度東部地區(qū)少30%～40%和20%～30%，且年輻射總量的50%～70%屬于散射輻射[16]。水稻是該區(qū)域的主要糧食作物，選育適合該地區(qū)的水稻品種對保障糧食安全和提升人民生活水平具有重要意義。

葉綠素b是PSⅡ捕光色素蛋白復(fù)合體的重要成分。研究發(fā)現(xiàn)，提高葉綠素b含量，能夠提高寡照下水稻的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量，降低堊白粒率[17]。在此思路啟發(fā)下，我們將高葉綠素b材料和骨干親本雜交，在葉綠素b含量早代跟蹤及配套篩選方法輔助下，進(jìn)行了耐寡照不育系水稻的創(chuàng)制工作。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

耐寡照不育系親本采用廣東常規(guī)稻材料（田間編號為20001，以下簡稱為20001）和58B。20001是廣東優(yōu)質(zhì)常規(guī)稻，該品種稻瘟病抗性較強，據(jù)重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所2011—2013年在南川稻瘟病鑒定基地的鑒定結(jié)果，該品種綜合抗性指數(shù)分別為2.1、3.0、2.9;但其葉綠素b含量較低，為0.20 mg·g-1。58B是重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所自育的三系秈稻保持系，該保持系耐寡照[17]、一般配合力好，品質(zhì)和稻瘟病抗性還有待進(jìn)一步提高，其葉綠素b含量為1.05 mg·g-1。

不育系測交組合父本用輻恢838、Q恢28、Q恢52。這3個恢復(fù)系的米質(zhì)、產(chǎn)量和稻瘟病抗性配合力均為輻恢838

1.2 寡照處理及田間管理

整個試驗于2013—2019年在重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院巴南試驗基地進(jìn)行。根據(jù)重慶近30年氣象數(shù)據(jù)，5—6月為光照不足期。為將水稻整個分蘗期和幼穗分化期置于寡照階段，將材料安排于3月25號左右播種，4月30號前后移栽，株行距為16.67 cm×26.66 cm，每行10穴，單本種植。F2世代栽30行，F(xiàn)3及以上保持系、雜交組合栽5行，不育系栽1行。其他管理措施同一般大田。

1.3 葉綠素b含量測定

葉綠素b含量測定參照Lichtenthaler[18]的方法進(jìn)行。在F2～F4世代，材料經(jīng)寡照處理始穗后，稱取0.05 g劍葉中部葉片，剪碎裝入總體積25 mL的丙酮∶無水乙醇（1∶1，v/v）離心管中，暗處理48 h，至葉片完全失綠變白。利用分光光度計測定葉綠素b含量。在F5及以上世代，始穗后測量保持系回交單株劍葉的葉綠素b含量。

1.4 米質(zhì)跟蹤篩選

保持系材料從F2代開始，系選單株黃熟后收取100粒左右種子，室內(nèi)陰干后用萬深SC-E大米外觀品質(zhì)檢測儀進(jìn)行稻米外觀品質(zhì)檢測，淘汰堊白粒率>30%的株系。測交組合稻米外觀品質(zhì)也采用上述方法判定。

1.5 產(chǎn)量調(diào)查

測交組合黃熟后，割取第3行第3～7位單株共5株有效穗，裝入網(wǎng)袋并編號，37 ℃下烘48 h，烘干后測量實粒重。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 F2代葉綠素b含量分布

20001和58B經(jīng)雜交又自交1代后，F(xiàn)2代單株葉綠素b含量開始分離。對自然寡照處理下的300個F2代單株葉綠素b含量測試，發(fā)現(xiàn)單株之間差異較大。葉綠素b含量變幅從0.05～0.98 mg·g-1，多數(shù)集中在0.85～0.9 mg·g-1附近（見圖1）。從葉綠素b頻率分布看，該葉綠素b性狀可能受1對基因控制，其中高對低是顯性。

2.2 測交組合葉綠素b含量

在寡照下，經(jīng)過對F2～F5世代的葉綠素b含量逐代跟蹤選擇，結(jié)合株葉型、生育期、經(jīng)濟產(chǎn)量的表現(xiàn)，得到4個備選株系，分別命名為2A、3A、4A、5A，其葉綠素b含量分別為0.72、0.81、0.90、0.93 mg·g-1。CK為Ⅱ-32A，葉綠素b含量為0.64 mg·g-1。

將包含對照不育系的5個不育株系與輻恢838、Q恢28和Q恢52兩兩測交，發(fā)現(xiàn)不育系因素對測交組合的葉綠素b含量影響極顯著（P=0.69×10-6<0.01）。隨不育系葉綠素b含量升高，測交F1代的葉綠素b含量也逐步升高（見表1、表2），其中5A/Q恢52組合的葉綠素b含量最高，達(dá)到0.98 mg·g-1。5個不育系葉綠素b含量配合力順序為：5A>4A>3A>2A>Ⅱ-32A。

2.3 測交組合產(chǎn)量

將包含對照Ⅱ-32A的5個不育系與3個測交恢復(fù)系兩兩雜交配制的測交組合單本種植在重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所巴南試驗基地，經(jīng)自然寡照處理生長成熟后，割取第3行中間5株并統(tǒng)計其經(jīng)濟產(chǎn)量，結(jié)果見表3。除2A所配組合外，3A、4A、5A測配組合的經(jīng)濟產(chǎn)量均超過Ⅱ-32A與相應(yīng)測交父本配組的組合產(chǎn)量。方差分析發(fā)現(xiàn)，不育系因素對測交組合經(jīng)濟產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平（P=0.66×10-6<0.01）。

2A與3個恢復(fù)系配制的測交組合與Ⅱ-32A所配組合相比，平均單株經(jīng)濟產(chǎn)量低0.743 3 g，但沒有達(dá)到顯著水平（P=0.08>0.05）;其他3個不育株系所配組合與Ⅱ-32A相比，均超過對照達(dá)到極顯著水平（見表4）。5A所配組合產(chǎn)量最高，均高于Ⅱ-32A、2A、3A、4A所配組合。從表4來看，5個不育系的產(chǎn)量一般配合力大小順序為：5A>4A>3A>Ⅱ-32A>2A。

2.4 測交組合的米質(zhì)

堊白粒率是水稻寡照區(qū)米質(zhì)提升的重要限制因素，也是該區(qū)域稻米品質(zhì)提升的難點[19-21]。因此，本試驗選取了堊白粒率這一檢測指標(biāo)來衡量測配組合的米質(zhì)。經(jīng)檢測，2A～5A所配組合的堊白粒率與Ⅱ-32A同一父本組合相比均大幅下降（見表5），降幅為8.02%～79.38%。方差分析發(fā)現(xiàn)，本試驗中不育系因素對測交組合的堊白粒率影響達(dá)到顯著水平（P=0.03<0.05）。

多重比較發(fā)現(xiàn)（見表6），2A～5A所配組合的平均堊白粒率比Ⅱ-32A的顯著降低，降幅為19.44%～28.40%，除2A為顯著水平外（P=0.03<0.05），其他均達(dá)到極顯著水平。這說明新選育的不育株系較傳統(tǒng)不育系米質(zhì)有重要提升。2A、3A、4A和5A所配組合的平均堊白粒率依次降低，但是它們的差異沒有達(dá)到顯著水平。包含Ⅱ-32A在內(nèi)的5個不育株系堊白粒率配合力為：Ⅱ-32A>2A>4A>3A>2A。

2.5 葉綠素b含量與經(jīng)濟產(chǎn)量、米質(zhì)相關(guān)性

經(jīng)雙因素相關(guān)性檢測，組合葉綠素b含量與經(jīng)濟產(chǎn)量呈正相關(guān)，pearson相關(guān)系數(shù)為0.952，達(dá)極顯著水平（P=0.48×10-9<0.01）;組合葉綠素b含量與堊白粒率呈負(fù)相關(guān)，pearson相關(guān)系數(shù)為-0.722，極顯著（P=0.002 4<0.01）。

3 討論

水稻在寡照脅迫下，不僅產(chǎn)量會降低[11-12]，米質(zhì)也會變差[13-14]。四川盆地是我國水稻生產(chǎn)寡照區(qū)，在該地區(qū)開展水稻耐寡照不育系創(chuàng)制工作有十分重要的意義。

葉綠素b是PSⅡ捕光色素蛋白復(fù)合體的重要成分。研究發(fā)現(xiàn)葉綠素b含量升高的突變體在寡照下的生物產(chǎn)量、經(jīng)濟產(chǎn)量和米質(zhì)均有提升[17]。我們將該高葉綠素b突變體與性狀互補的一個廣東常規(guī)稻材料雜交，構(gòu)建了F2代分離群體。分別測量300個F2代分離群體的單株，發(fā)現(xiàn)葉綠素b含量分布呈偏態(tài)分布，受1對基因控制，高葉綠素b含量對低含量是顯性。這個顯性性狀對雜交水稻品種選育有重要意義，因為只要雜交品種的其中1個雙親含有該高葉綠素b基因，則雜交品種就會表現(xiàn)出高葉綠素b表型，品種也比較耐寡照。后面的測交組合方差分析葉綠素含量結(jié)果也證實了這一點，不育系的葉綠素b含量對測交組合的影響顯著。

從F2～F5代，我們在自然寡照條件下，對每一個入選單株的葉綠素b含量進(jìn)行跟蹤，淘汰含量低的株系。同時，輔以堊白粒率、農(nóng)藝性狀的篩選。最終，篩選出了4個不育株系（2A、3A、4A、5A），其葉綠素b含量分別為0.72、0.81、0.90、0.93 mg·g-1。從測交組合的產(chǎn)量、堊白等檢測結(jié)果來看，這4個不育株系以5A的綜合表現(xiàn)最好，其所配的3個測交組合米質(zhì)都達(dá)到國家二級以上標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)量也顯著高于Ⅱ-32A所配組合。目前，該不育株系通過了重慶市農(nóng)作物品種審定委員會鑒定。這證明通過水稻早代跟蹤葉綠素b含量創(chuàng)制耐寡照不育系是可行的。

盡管葉綠素b含量適當(dāng)升高對水稻耐寡照有重要意義，但也不是越高越好。研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素b含量過高的水稻植株在高光強下，葉片過量吸收光，從而阻礙活性氧產(chǎn)生導(dǎo)致光抑制，使得水稻群體發(fā)生光合“午休”現(xiàn)象[22-24]。本試驗中通過測交組合的葉綠素b含量與產(chǎn)量、堊白的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：葉綠素b含量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，pearson系數(shù)為0.952;與堊白粒率呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.722。我們在育種實踐中要將親本的葉綠素b含量控制在適宜水平，在求得雜交組合產(chǎn)量和米質(zhì)最優(yōu)的同時，避免使水稻群體在強光下產(chǎn)生“午休”現(xiàn)象。

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（責(zé)任編輯：易 ?婧）