新型化學(xué)殺雄劑與表面活化劑組合篩選及其誘導(dǎo)小麥雄性不育的效果

張建朝 趙楊 牛娜 宋瑜龍 馬守才 高翔 張改生 王軍衛(wèi) 董劍

摘要：【目的】篩選出生產(chǎn)成本較低且殺雄徹底、不影響小麥正常生長的化學(xué)殺雄劑，為雜交小麥的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。【方法】以西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908等小麥品種（系）為試驗(yàn)材料，選用6種成本在100元/ha以下的化學(xué)殺雄劑（CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6）及10種表面活化劑（Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉），通過化學(xué)殺雄劑篩選試驗(yàn)、基因型驗(yàn)證試驗(yàn)及表面活化劑篩選試驗(yàn)，篩選出新型化學(xué)殺雄劑與表面活化劑的最佳組合?！窘Y(jié)果】300.0 g/ha的化學(xué)殺雄劑CH1可誘導(dǎo)小麥品系西純820產(chǎn)生完全雄性不育，旗葉表現(xiàn)正常，但抽穗推遲。當(dāng)小麥生長期處于Feekes標(biāo)準(zhǔn)8.5時(shí)，葉面噴施300.0 g/ha化學(xué)殺雄劑CH1（含0.1%表面活化劑OP-10）能使周麥27、周麥28、徐麥10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908等小麥品種（系）的相對自交結(jié)實(shí)率明顯下降，其中以周麥27、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908的殺雄效果較優(yōu)，對應(yīng)的相對自交結(jié)實(shí)率分別降至15.8%、0.4%、2.3%和1.2%，表現(xiàn)出較好的殺雄廣譜性。在10種表面活化劑中，二甲基硅油對小麥植株的生長無明顯抑制作用，與化學(xué)殺雄劑CH1配伍使用能獲得較高的殺雄效果，小麥相對自交結(jié)實(shí)率僅為1.2%?！窘Y(jié)論】300.0 g/ha化學(xué)殺雄劑CH1配伍0.1%二甲基硅油可誘導(dǎo)小麥產(chǎn)生接近完全的雄性不育效果，且無明顯藥害反應(yīng)，可作為雜交小麥制種候選方案進(jìn)一步研究與利用。

關(guān)鍵詞： 小麥;化學(xué)殺雄劑;表面活化劑;基因型;雄性不育

0 引言

【研究意義】雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在且復(fù)雜的現(xiàn)象，利用雜種優(yōu)勢可大幅度提高農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已在玉米、大豆、水稻、辣椒、西紅柿和油菜等多種作物的生產(chǎn)實(shí)踐中獲得成功（林建麗等，2009;王丹丹等，2016）。小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物之一，其雜種優(yōu)勢的利用能為我國的糧食安全做出巨大貢獻(xiàn)（趙昌平，2010;檀竹平和高雪萍，2018）。通過化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)小麥雄性不育配制雜交是當(dāng)前獲得小麥雜種優(yōu)勢的一種重要方法（鄭愛泉，2014），我國于20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)化學(xué)殺雄劑并開展相關(guān)研制及應(yīng)用推廣工作，先后選育出津化1號、西雜1號及川麥59等雜交小麥品種，其中西雜1號于2000年通過陜西省農(nóng)作物品種審定委員會審定，其累計(jì)示范面積達(dá)0.11萬ha（肖文靜，2014;阮仁武等，2016）。目前，能應(yīng)用于生產(chǎn)的專用型小麥化學(xué)殺雄劑主要有4種：SC2053（商品名津奧林）（Streiff et al.，1997）、BAU9403（程西永等，2006）、GENESIS（商品名金麥斯）（劉宏偉等，2004）和SQ-1（Song et al.，2015），但其生產(chǎn)工序復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高。因此，尋找并開發(fā)新的低成本化學(xué)殺雄劑，成為雜交小麥研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。【前人研究進(jìn)展】馬來酰肼（Maleic hydrazide，MH）是世界上第一個被報(bào)道的植物化學(xué)殺雄劑（Moore，1950;Naylor，1950），隨后大量的化學(xué)殺雄劑被合成及篩選，包括乙烯利（Rowell and Miller，1971）、WL84811（黃鐵城等，1988）、SC2053（Streiff et al.，1997）、GENESIS（劉宏偉等，2004）、BAU9403（程西永等，2006）、Oxanilates和Oxamates（Senthil et al.，2009）、SQ-1（Song et al.，2015）等，均被證明具有很好的殺雄效果。但除了GENESIS和SQ-1外，其他化學(xué)殺雄劑均存在一定缺點(diǎn)，如嚴(yán)格的使用劑量和使用時(shí)期、殺雄效果受品種基因型影響及易引起穗子畸形和種子干癟等。GENESIS是美國Monsanto公司研發(fā)的一種小麥化學(xué)雜交劑，其誘導(dǎo)小麥雄性不育徹底，且對小麥生長發(fā)育無不良影響（劉宏偉等，1998，2004），但由于公司發(fā)展方向的調(diào)整在2000年后已停止生產(chǎn)。SQ-1是西北農(nóng)林科技大學(xué)張改生教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)篩選出的新型小麥化學(xué)殺雄劑，其與不同基因型小麥品種間無明顯互作關(guān)系，具有殺雄廣譜性，在適宜濃度下可獲得近100%的殺雄效果，且對小麥植株無藥害作用，對株高、穗長和開花期等指標(biāo)影響?。▌⒑陚サ?，2003;柳娜等，2014，2017），是當(dāng)前應(yīng)用于雜交小麥研究的最佳化學(xué)殺雄劑。理想的小麥化學(xué)殺雄劑不僅要具備殺雄徹底、無藥害反應(yīng)及不影響小麥正常生長的特點(diǎn)，還應(yīng)具有低生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)。李會敏等（2014）采用大豆除草劑（豆草除）誘導(dǎo)旗葉露尖期小麥雄性不育，結(jié)果表明能誘導(dǎo)96.79%～99.06%的雄性不育，但對小麥株高和穗部性狀有明顯影響。宋瑜龍等（2014）利用小麥品種西農(nóng)1376檢驗(yàn)15種化學(xué)藥劑的殺雄效果，結(jié)果表明T6（除草劑Roundup的活性成分）的效果最佳，其殺雄效果可達(dá)93.33%。【本研究切入點(diǎn)】現(xiàn)有的研究僅針對化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)小麥雄性不育的效果，而有關(guān)化學(xué)殺雄劑與表面活化劑配伍誘導(dǎo)小麥雄性不育的研究鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908等小麥品種（系）為試驗(yàn)材料，對6種成本在100元/ha以下的化學(xué)殺雄劑（CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6）及10種表面活化劑進(jìn)行小麥雄性不育誘導(dǎo)對比試驗(yàn)，分析其基因型殺雄效果、殺雄廣譜性及藥害程度，篩選出生產(chǎn)成本較低且殺雄徹底、不影響小麥正常生長的化學(xué)殺雄劑，為雜交小麥的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種（系）為西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908，化學(xué)殺雄劑為CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6和SQ-1（對照），二者均由西北農(nóng)林科技大學(xué)作物雜種優(yōu)勢研究與利用課題組保存提供。表面活化劑OP-10、Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉均購自楊凌天成化學(xué)試劑公司。

1. 2 化學(xué)殺雄劑篩選試驗(yàn)

化學(xué)殺雄劑篩選試驗(yàn)于2015—2016年在西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。以小麥品系西純820為試驗(yàn)材料，CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6等6種化學(xué)殺雄劑設(shè)5種劑量濃度（表1），以5000.0 g/ha的SQ-1為對照。各處理小區(qū)面積1.0 m2，行距25 cm，株距3 cm，肥水管理與大田生產(chǎn)一致。當(dāng)西純820的生長期處于Feekes標(biāo)準(zhǔn)8.5時(shí)（雌雄蕊分化期，指標(biāo)性狀是倒二葉抽出旗葉一半），參照Song等（2015）的方法葉面噴施化學(xué)殺雄劑（含0.1%表面活化劑OP-10）1次。抽穗后每處理套袋10穗自交，檢驗(yàn)其殺雄效果。

1. 3 基因型驗(yàn)證試驗(yàn)

基因型驗(yàn)證試驗(yàn)于2016—2017年在西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。以周麥27、周麥28、徐麥10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908為試驗(yàn)材料，各處理小區(qū)面積5.0 m2，行距25 cm，株距3 cm，6行區(qū)。當(dāng)小麥生長期處于Feekes標(biāo)準(zhǔn)8.5時(shí)，葉面噴施CH1（含0.1%表面活化劑OP-10）1次，噴施劑量300 g/ha;以噴施清水為對照。抽穗后每處理套袋10穗自交，檢驗(yàn)其殺雄效果。

1. 4 表面活化劑篩選試驗(yàn)

表面活化劑篩選試驗(yàn)于2016—2017年在西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。以周麥27為試驗(yàn)材料，將300 g/ha的CH1分別與0.1%的Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉等表面活化劑進(jìn)行配伍試驗(yàn)。各處理小區(qū)面積1.0 m2，行距25 cm，株距3 cm。當(dāng)周麥27的生長期處于Feekes標(biāo)準(zhǔn)8.5時(shí)，葉面噴施CH1（含0.1%表面活化劑）1次，以噴施清水為對照。抽穗后每處理套袋10穗自交，檢驗(yàn)其殺雄效果。

1. 5 測定項(xiàng)目及方法

調(diào)查各小麥品種（系）的抽穗期、開花期、株高、穗長及其相對自交結(jié)實(shí)率，并觀察噴施殺雄劑后產(chǎn)生的葉片壞死情況。相對自交結(jié)實(shí)率（%）=處理套袋穗平均結(jié)實(shí)粒數(shù)/未處理套袋穗對照平均結(jié)實(shí)粒數(shù)×100。

2 結(jié)果與分析

2. 1 6種化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)小麥雄性不育效果比較

從表1可看出，化學(xué)殺雄劑CH3和CH4的5種劑量下，小麥植株全部死亡，藥害反應(yīng)嚴(yán)重?；瘜W(xué)殺雄劑CH2僅62.0 g/ha劑量下有小麥存活，且該劑量下的相對自交結(jié)實(shí)率為80.2%，其他4個劑量濃度下的小麥全部死亡。化學(xué)殺雄劑CH5和CH6均存在相對自交結(jié)實(shí)率為0，且植株表現(xiàn)部分抽穗或不抽穗及旗葉壞死（呈明顯藥害）的現(xiàn)象;無明顯藥害反應(yīng)的植株其相對自交結(jié)實(shí)率則在70.0%以上。在化學(xué)殺雄劑CH1處理中，小麥旗葉均表現(xiàn)正常，除在75.0 g/ha劑量下其相對自交結(jié)實(shí)率為61.7%外，在其他劑量下的相對自交結(jié)實(shí)率均為0，但植株表現(xiàn)抽穗推遲、穗畸形和不抽穗;與對照相比，穗長差異不明顯，但株高明顯下降。說明CH1是一種可進(jìn)一步研究的化學(xué)殺雄劑。

2. 2 基因型驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

化學(xué)殺雄劑篩選結(jié)果表明CH1能誘導(dǎo)小麥雄性不育，因此需進(jìn)一步證實(shí)其殺雄廣譜性，即對基因型是否敏感。從表2可看出，在300.0 g/ha的化學(xué)殺雄劑CH1中添加0.1%表面活化劑OP-10能使周麥27、周麥28、徐麥10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908等小麥品種（系）的相對自交結(jié)實(shí)率明顯下降，其中以周麥27、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908的殺雄效果較優(yōu)，對應(yīng)的相對自交結(jié)實(shí)率分別降至15.8%、0.4%、2.3%和1.2%。從小麥株高及其開花期來看，經(jīng)化學(xué)殺雄劑CH1誘導(dǎo)殺雄后的植株與對照相比，雖然表現(xiàn)出株高下降和開花延遲的特點(diǎn)，但旗葉均未發(fā)生明顯藥害反應(yīng)，穗長也無明顯變化。

2. 3 表面活化劑篩選試驗(yàn)結(jié)果

以周麥27為試驗(yàn)材料，在300.0 g/ha的化學(xué)殺雄劑CH1噴施劑量下，對10種表面活化劑進(jìn)行篩選，結(jié)果（表3）顯示，所有表面活化劑對周麥27的旗葉均未產(chǎn)生明顯藥害反應(yīng)。在300.0 g/ha的CH1噴施劑量下，Silwet-40、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉3種表面活化劑能促使周麥27獲得較低的相對自交結(jié)實(shí)率，分別為1.0%、15.8%和0，但周麥27的株高明顯降低，開花期推遲2～3 d，穗長縮短;表面活化劑道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108和聚二甲基硅氧烷雖然對周麥27的生長抑制作用較?。ㄖ旮吆统樗腴_花正常），但相對自交結(jié)實(shí)率均在80.0%以上，未達(dá)殺雄效果;表面活化劑二甲基硅油對周麥27的生長無明顯影響，且能獲得較高的殺雄效果，其相對自交結(jié)實(shí)率僅為1.2%。因此，確定二甲基硅油可作為化學(xué)殺雄劑CH1的最適表面活化劑。

3 討論

化學(xué)殺雄是實(shí)現(xiàn)雜交小麥生產(chǎn)應(yīng)用的重要途徑之一。理想的化學(xué)殺雄不僅要具備殺雄徹底、無藥害反應(yīng)及不影響小麥正常生長的特點(diǎn)，還應(yīng)滿足投入成本低的條件。從殺雄效果來看，SC2053、BAU9403、GENESIS和SQ-1均能滿足雜交小麥生產(chǎn)的要求，但從雜交小麥的推廣應(yīng)用來看，這4種化學(xué)殺雄劑屬于專用型小麥化學(xué)殺雄劑，均需特殊的生產(chǎn)工藝，因而造成生產(chǎn)成本較高，進(jìn)而限制其推廣應(yīng)用。因此，篩選低成本的化學(xué)殺雄劑已成為當(dāng)前雜交小麥研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。宋瑜龍等（2014）利用小麥品種西農(nóng)1376篩選15種化學(xué)藥劑的殺雄效果，結(jié)果表明T6（除草劑Roundup的活性成分）的殺雄效果最佳，殺雄效果達(dá)93.33%，但由于僅使用西農(nóng)1376基因型而無法進(jìn)一步證明其殺雄廣譜性。李會敏等（2014）也研究證明采用豆草除可誘導(dǎo)旗葉露尖期小麥雄性不育，殺雄效果可達(dá)96.79%～99.06%，田間觀察雖未發(fā)現(xiàn)小麥葉片萎蔫、干葉或壞死等藥害反應(yīng)，但小麥株高降低12.43%～21.66%，穗長縮短8.93%～12.53%，小穗數(shù)減少2.78%～4.07%，且小麥抽穗期和開花期均延遲2 d。本研究以西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項(xiàng)麥9908等7份小麥品種（系）為試驗(yàn)材料，通過化學(xué)殺雄劑篩選試驗(yàn)、基因型驗(yàn)證試驗(yàn)及表面活化劑篩選試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)小麥生長期處于Feekes標(biāo)準(zhǔn)8.5時(shí)葉面噴施300.0 g/ha新型化學(xué)殺雄劑CH1，并添加0.1%二甲基硅油作為表面活化劑，能獲得較高的殺雄效果，小麥相對自交結(jié)實(shí)率僅為1.2%，且對小麥正常生長無明顯副效應(yīng)。

岳永德等（2000）研究表明，不同表面活化劑對農(nóng)藥所起的促進(jìn)效果各不相同。合適的表面活化劑不僅不會影響植株生長，還能促進(jìn)化學(xué)殺雄劑的殺雄效果，從而降低化學(xué)殺雄劑的使用劑量。本研究結(jié)果表明，化學(xué)殺雄劑CH1與不同表面活化劑配伍使用對于小麥植株有不同的影響，表面活化劑Silwet-40、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉會抑制小麥生長，即便只噴施表面活化劑也表現(xiàn)出對小麥生長的抑制作用。表面活化劑二甲基硅油（0.1%）配伍化學(xué)殺雄劑CH1（300.0 g/ha）噴施小麥品種周麥27，可獲得較高的殺雄效果（相對自交結(jié)實(shí)率僅為1.2%），且對小麥植株的生長無明顯抑制作用，但由于殺雄效果并未徹底，因此仍需進(jìn)一步擴(kuò)大篩選范圍，找出適合與化學(xué)殺雄劑CH1配伍的最佳表面活性劑。

4 結(jié)論

300.0 g/ha化學(xué)殺雄劑CH1配伍0.1%二甲基硅油表面活化劑可誘導(dǎo)小麥產(chǎn)生接近完全的雄性不育效果，且無明顯藥害反應(yīng)，可作為雜交小麥制種候選方案進(jìn)一步研究與利用。

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（責(zé)任編輯 蘭宗寶）