5個(gè)水稻三系新不育系異交特性研究

陳云風(fēng)，余秋英，傅軍如，朱昌蘭，賀曉鵬，陳小榮，歐陽(yáng)林娟，彭小松*，賀浩華*

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045;2.宜春學(xué)院 生命科學(xué)院，江西 宜春 336000)

20世紀(jì)70年代，我國(guó)水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用上實(shí)現(xiàn)了三系配套，水稻單產(chǎn)大幅度提高，雜交水稻一般比常規(guī)稻增產(chǎn)20%以上，雜交水稻推廣應(yīng)用為我國(guó)糧食生產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)，利用雜種優(yōu)勢(shì)理論，充分發(fā)揮雜交水稻的高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)展雜交水稻，對(duì)于解決糧食問(wèn)題具有十分重要的意義［1－6］。育種實(shí)踐表明，優(yōu)良雜交水稻的選育與利用是發(fā)展雜交水稻的關(guān)鍵，水稻不育系的異交特性影響不育系的繁殖與雜交種制種產(chǎn)量，影響種子的生產(chǎn)成本，從而影響到不育系及雜交水稻能否大面積應(yīng)用于生產(chǎn)［4－10］。不育系的異交特性主要包括開(kāi)花習(xí)性、柱頭外露率、柱頭活力、開(kāi)穎角度等［10－13］。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)新育成的水稻不育系井岡1A、井岡2A、井岡3A、井岡4A、井岡5A和金23A(CK)6個(gè)不育系的主要異交特性進(jìn)行田間觀察和測(cè)定，對(duì)各不育系在異交特性上的差異進(jìn)行了比較和評(píng)價(jià)，為選育優(yōu)良的水稻不育系提供參考，同時(shí)為提高不育系的繁殖與制種產(chǎn)量采取針對(duì)性措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為江西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種課題組新選育的水稻三系不育系5個(gè)，分別為井岡1A、井岡2A、井岡3A、井岡4A、井岡5A;以三系不育系金23A為對(duì)照，由江西先農(nóng)種業(yè)有限責(zé)任公司提供。田間異交結(jié)實(shí)率和不育系柱頭活力測(cè)定的供粉材料為自育的水稻恢復(fù)系昌恢121。

1.2 研究方法

1.2.1 不育系開(kāi)花習(xí)性研究 本試驗(yàn)是2009年7月21日—30日連續(xù)10 d在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園進(jìn)行。根據(jù)各不育系的播始?xì)v期，將各不育系于5月21日、6月7日、6月23日分三批播種，在不育系的盛花期，選天氣晴朗、微風(fēng)、空氣濕度適宜的某天，分別從各不育系株系中選始穗1～2 d 10個(gè)主穗，從07:00—17:00每隔30 min觀察1次開(kāi)花動(dòng)態(tài)，并且記載單株從開(kāi)始開(kāi)花至開(kāi)花完畢的天數(shù)、日開(kāi)花數(shù)及測(cè)量開(kāi)穎角度。測(cè)定的具體指標(biāo)如下:

(1)單穗開(kāi)花歷期:觀察各穗從第一朵穎花開(kāi)放至終花期天數(shù)，10個(gè)主穗的平均值即為單穗開(kāi)花歷期。

(2)花時(shí)分布動(dòng)態(tài):記錄各不育系每天各個(gè)時(shí)段開(kāi)花數(shù)，每天各時(shí)段開(kāi)花數(shù)與總開(kāi)花數(shù)的百分比值即反應(yīng)花時(shí)分布動(dòng)態(tài)。

1.2.2 不育系柱頭活力測(cè)定 本試驗(yàn)在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)南繁育種中心(海南三亞)進(jìn)行。每個(gè)供試不育系取剛始穗的10個(gè)單株，從2010年3月22日開(kāi)始，每個(gè)不育系去除已開(kāi)過(guò)的和未開(kāi)的穎花，留下當(dāng)天自然開(kāi)放的穎花剪穎，套袋防止外來(lái)花粉異交，每個(gè)不育系每天套三個(gè)袋子，每個(gè)袋子2～3個(gè)單穗，依次連續(xù)剪穎套袋7 d(3月22日、23日、24日、25日、26日、27日、28日)。在第7天(3月28日)上午用制種田里正處盛花期的供試恢復(fù)系(昌恢121)，對(duì)每個(gè)不育系6天前到當(dāng)天開(kāi)花的穗子各授粉3袋，供粉恢復(fù)系粉源充足，每個(gè)供試不育系穗子授粉均勻。授粉20 d后調(diào)查結(jié)實(shí)率，以此來(lái)判斷各不育系的柱頭活力。

1.2.3 柱頭外露率和包頸率測(cè)定 本試驗(yàn)在海南三亞、江西南昌、江西宜春三地都進(jìn)行了測(cè)定調(diào)查。對(duì)同時(shí)抽穗的各不育系隨機(jī)取30個(gè)已開(kāi)花完畢的穗子，考察柱頭單雙邊外露率及包頸率。測(cè)定的具體指標(biāo)如下:

1.2.4 不育系田間異交結(jié)實(shí)率測(cè)定 本試驗(yàn)在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)南繁育種中心(海南三亞)進(jìn)行。在2009年12月—2010年1月，父本(昌恢121)分3期播種，每期間隔10 d，根據(jù)父母本生育錯(cuò)期安排母本播期，使各個(gè)不育系及父本同期抽穗開(kāi)花。任其自然異交，成熟時(shí)每個(gè)不育系隨機(jī)抽取5株，考察異交結(jié)實(shí)率，求其平均值，重復(fù)2次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不育系的開(kāi)花習(xí)性

2.1.1 開(kāi)花歷期 由表1可知，5個(gè)新育成不育系的見(jiàn)穗到始花平均歷期為1.3～2.4 d，單穗開(kāi)花歷期相對(duì)都較短，平均為5.3～6.8 d，最短的是井岡5A為5.3 d，最長(zhǎng)的是井岡2A為6.8 d，表明各不育系單穗揚(yáng)花都比較集中。從表1還可以看出，不育系的見(jiàn)穗到始花歷期與開(kāi)花歷期間具有一定的正相關(guān)關(guān)系，見(jiàn)穗到始花歷期長(zhǎng)的開(kāi)花歷期也相應(yīng)長(zhǎng)，反之也相應(yīng)短。

表1 5個(gè)水稻三系新不育系的見(jiàn)穗到始花與開(kāi)花歷期Tab.1 The days from heading to flowering and the flowering duration of five new CMS lines

2.1.2 單穗開(kāi)花動(dòng)態(tài)和花時(shí)表現(xiàn) 從圖1中的不育系單穗開(kāi)花動(dòng)態(tài)觀察結(jié)果表明，各不育系開(kāi)花較集中，井岡1A和井岡5A集中開(kāi)花時(shí)間在抽穗后1～6 d，累計(jì)開(kāi)花率分別為92.88%、98.57%，開(kāi)花高峰期分別在第4天和第3天;井岡3A和井岡4A集中開(kāi)花時(shí)間在抽穗后的2～6 d，累計(jì)開(kāi)花率分別為 98.39%、94.95%，開(kāi)花高峰期都在第4天;井岡2A直到抽穗后3～6 d才進(jìn)入盛花期，累計(jì)開(kāi)花率達(dá)88.89%，開(kāi)花高峰期在第4天，在制種時(shí)要考慮該不育系開(kāi)花慢的特性。

從圖2中的不育系日開(kāi)花動(dòng)態(tài)觀察結(jié)果表明，各不育系日開(kāi)花都比較早，并每日均有相應(yīng)的高峰期，主要開(kāi)花集中在12:00前，井岡1A、井岡2A、井岡3A、井岡4A和井岡5A午前開(kāi)花率分別為 89.11%、77.03%、82.40%、83.23% 和 84.59%;井岡1A開(kāi)花高峰集中在10:00—12:00，高峰期明顯;井岡 3A、井岡4A開(kāi)花主要集中在08:00—12:00，無(wú)明顯的高峰期;井岡5A在08:00之前的開(kāi)花率達(dá)28.32%，并為一天中最高開(kāi)花率時(shí)段，在11:00之前開(kāi)花率達(dá)73.84%，開(kāi)花時(shí)間早;井岡2A在各時(shí)間段開(kāi)花相對(duì)均勻，主要開(kāi)花期在11:00之前，開(kāi)花時(shí)間較早。

圖1 5個(gè)三系不育系單穗開(kāi)花動(dòng)態(tài)Fig.1 Daily flowering rates of single panicle of the five CMS lines

圖2 5個(gè)三系不育系花時(shí)分布Fig.2 Daily flowering time of single panicle of the five CMS lines

2.1.3 開(kāi)花及張穎特性 從表2中可以看出，5個(gè)供試不育系的開(kāi)花率均超過(guò)50%，其中最高是井岡5A，開(kāi)花率達(dá)92.2%，閉穎率最低，僅為8.8%，其次是井岡2A、井岡3A、井岡4A，開(kāi)花率分別為87.9%、76.6%、73.4%，岡1A開(kāi)花率最低，閉穎率最高，分別為53.4%和46.6%;5個(gè)不育系的張穎角度介于20°到40°，其中以井岡4A、井岡5A 為較大，分別為 39.4°和39.2°，井岡2A 為最小，為 26.5°。

表2 5個(gè)三系不育系的穎花張開(kāi)特性Tab.2 The opening and closing performance of the spikelet of the five CMS lines

2.2 柱頭活力

制種實(shí)踐證明，不育系柱頭活力強(qiáng)，有利于異交結(jié)實(shí)，從而提高制種產(chǎn)量［11－13］。由表3逐日授粉結(jié)實(shí)率的變化可以看出，供試不育系柱頭活力總體較強(qiáng)，7 d內(nèi)總的柱頭活力除井岡2A略低于對(duì)照金23A，其他不育系均高于對(duì)照。不育系的柱頭活力與不育系的開(kāi)花剪穎后的天數(shù)有關(guān)，供試不育系在開(kāi)花后1～2 d柱頭活力最強(qiáng)，人工授粉結(jié)實(shí)率達(dá)到40%以上，在開(kāi)花后4 d一直能保持比較強(qiáng)的柱頭活力，人工授粉結(jié)實(shí)率都在30%以上。其中，井岡1A開(kāi)花后第2天柱頭活力特強(qiáng)，結(jié)實(shí)率達(dá)85.7%，強(qiáng)于第1天35.7個(gè)百分點(diǎn)，其余不育系的柱頭活力在開(kāi)花第1天均強(qiáng)于第2天;柱頭活力保持最長(zhǎng)的是井岡3A，在開(kāi)花后第7天人工授粉結(jié)實(shí)率仍達(dá)27.5%;井岡4A柱頭活力保持時(shí)間最短，到第7天結(jié)實(shí)率為0。

表3 供試材料開(kāi)花后不同天數(shù)的人工授粉結(jié)實(shí)率Tab.3 The seed setting rates in artificial pollination in the days after the flowering

2.3 柱頭外露率和包頸率

各不育系在海南、南昌、宜春三地的柱頭外露率和包頸率觀察結(jié)果表明:各不育系的柱頭外露率大小在海南依次為井岡5A＞井岡1A＞金23A＞井岡4A＞井岡3A＞井岡2A，在南昌依次為井岡5A＞井岡4A＞井岡3A＞井岡2A＞井岡1A，在宜春依次為井岡5A＞井岡1A＞金23A＞井岡3A＞井岡4A＞井岡2A。各不育系的柱頭外露率最高的是井岡5A，總外露率最高可達(dá)92.3%;最低是井岡2A，總外露率都在50%以下;井岡3A、井岡4A外露率相當(dāng);井岡1A外露率也較高，在宜春、南昌都能達(dá)到70%以上，但外露率受高溫影響較大，在南昌異常的條件下，閉穎率達(dá)46.6%，外露率僅為28.5%。

包頸最重的是井岡1A，其包頸粒率與包頸度率在三地觀察結(jié)果都在30%以上，井岡2A包頸最輕，包頸粒率與包頸度都在20%以下，井岡5A、井岡4A、金23A、井岡3A的包頸粒率與包頸度介于兩者之間。

2.4 異交結(jié)實(shí)率

表5表明，異交結(jié)實(shí)率最高的是井岡5A，比對(duì)照金23A高9.9個(gè)百分點(diǎn)，與柱頭外露率觀察結(jié)果完全成正相關(guān)關(guān)系;井岡2A、井岡3A異交結(jié)實(shí)率與對(duì)照差異不顯著，分別高0.3、1.0個(gè)百分點(diǎn);比對(duì)照低的是井岡1A、井岡4A，分別低14.1、15.7個(gè)百分點(diǎn)。

表4 供試材料的柱頭外露率Tab.4 The stigma exsertion rate(SER)of the tested materials

表5 不育系的異交結(jié)實(shí)率Tab.5 Out-crossing rates of five sterile lines

3 小結(jié)與討論

對(duì)新育成的5個(gè)水稻三系不育系異交特性進(jìn)行了觀察與分析，各不育系異交特性表現(xiàn)不盡相同。綜合這幾個(gè)不育系異交特性來(lái)看，井岡1A開(kāi)花歷期長(zhǎng)，高峰期明顯，包頸重，閉穎率較高，具有高溫天氣對(duì)其張穎特性影響顯著的特點(diǎn);井岡2A開(kāi)花慢，見(jiàn)穗到開(kāi)花平均要2.4 d，開(kāi)花歷期長(zhǎng)，單日內(nèi)開(kāi)花無(wú)明顯高峰期;井岡3A柱頭活力特強(qiáng)，剪穎后7天結(jié)實(shí)率能達(dá)27.5%;井岡4A柱頭活力下降快，剪穎后7天結(jié)實(shí)率為0;井岡5A異交性能總體最好，開(kāi)花歷期長(zhǎng)，午前開(kāi)花率高，張穎特性好，柱頭活力強(qiáng)，柱頭外露率高，在海南測(cè)高達(dá)92.3%，田間異交結(jié)實(shí)率為48.1%。

綜合不育系異交特性相關(guān)因素，針對(duì)各不育系自身的特點(diǎn)，改進(jìn)不育系繁種與制種技術(shù)，可以提高不育系的異交性能，從而到達(dá)提高繁種與制種產(chǎn)量的目的。井岡1A異交性能受天氣影響較大，高溫天氣對(duì)其開(kāi)花影響大，柱頭外露率顯著下降，繁種與制種時(shí)應(yīng)考慮其花期要與高溫季節(jié)錯(cuò)開(kāi);井岡2A開(kāi)花率高，但柱頭外露率低，可能是因?yàn)樗拈_(kāi)穎角度小，從而影響柱頭在開(kāi)花后外露，制種時(shí)要求在其開(kāi)花高峰期父本花粉量大為合適;井岡3A柱頭活力保持時(shí)間長(zhǎng)，田間異交結(jié)實(shí)率較高，井岡4A柱頭活力強(qiáng)但下降快，田間異交結(jié)實(shí)率偏低，分析認(rèn)為柱頭活力可能是引起這兩個(gè)不育系田間結(jié)實(shí)率相差大的根本原因，制種時(shí)應(yīng)考慮應(yīng)根據(jù)各自特性，揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以通過(guò)增加父本插種批次和調(diào)整父母本播期等措施來(lái)提高制種產(chǎn)量。

育種實(shí)踐中，在制種安排時(shí)往往是根據(jù)父母本播始?xì)v期來(lái)計(jì)算時(shí)間，安排父母本錯(cuò)期播種使之花期相遇。本試驗(yàn)研究了不育系從見(jiàn)穗到開(kāi)花時(shí)間，發(fā)現(xiàn)不同的不育系表現(xiàn)有很大的差異，井岡2A見(jiàn)穗后要2～3 d才會(huì)開(kāi)花，而井岡5A開(kāi)花很快，一般見(jiàn)穗當(dāng)天或第2天一早就會(huì)開(kāi)花。在制種實(shí)踐中，安排父母本播期時(shí)，將不育系從見(jiàn)穗到開(kāi)花的時(shí)間考慮進(jìn)去，能更好的調(diào)節(jié)父母本開(kāi)花授粉時(shí)間，有利于提高雜交種產(chǎn)量。

［1］袁隆平.雜交水稻［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002.

［2］毛昌祥，萬(wàn)宜珍，馬國(guó)輝，等.中國(guó)雜交水稻發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.雜交水稻，2006，21(6):1－5.

［3］程式華.雜交水稻育種材料和方法研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)水稻科學(xué)，2002，14(3):165－169.

［4］盧慶善，孫毅，華澤田.農(nóng)作物雜種優(yōu)勢(shì)利用［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［5］賀浩華，元生朝.兩系雜交水稻的研究與應(yīng)用［M］.南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社，1993，239－265.

［6］蘇自強(qiáng)，谷福林.高異交率粳稻不育系4260A的選育及應(yīng)用［J］.中國(guó)稻米，2002(5):14.

［7］潘潤(rùn)森，陳志偉，林荔輝，等.水稻野敗型雄性不育系T55A的選育［J］.福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，32(1):6－9.

［8］曾千春，周開(kāi)達(dá)，朱禎，等.中國(guó)水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用現(xiàn)狀［J］.中國(guó)水稻科學(xué)，2000(4):243－246.

［9］伍箴勇，李春海，牟同敏.5個(gè)新育成秈型光溫敏核不育系開(kāi)花習(xí)性觀察［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27(2):186－190.

［10］賀浩華，彭小松，余秋英，等.水稻光溫敏核不育系的開(kāi)花習(xí)性觀察［J］.中國(guó)水稻科學(xué)，1998，12(4):245－248.

［11］賀曉鵬，楊書(shū)化，田亞雯，等.5個(gè)新育成粳型光溫敏核不育系開(kāi)花及異交性能的研究［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2004，20(4):104－107.

［12］陳雄輝，萬(wàn)邦惠，陸燕鵬，等.光溫敏核不育水稻異交結(jié)實(shí)潛力的研究［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22(1):1－4.

［13］溫圣賢，楊書(shū)化，李澤炳，等.6個(gè)秈型水稻光溫敏核不育系異交特性的研究［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，18(5):401－404.