水稻Y58S核心種子不同世代群體的育性變化

周飛捷，劉愛民，肖層林*，劉玉龍，鄧曉娟

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙，410128；2 湖南隆平種業(yè)有限公司，長沙，410125)

兩系法雜交水稻育成的關(guān)鍵在于水稻光溫敏核不育材料的發(fā)現(xiàn)和光溫敏核不育系的育成[1～4]。由于溫敏核不育系的育性受溫度變化的影響會(huì)發(fā)生波動(dòng)，使得制種和繁殖都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)[5～7]，為了保證光溫敏核不育系在制種和繁殖中的安全性，在選育光溫敏核不育系時(shí)，對(duì)不育起點(diǎn)溫度的選擇由原來的 24.0℃降為 23.5℃以下[8]。光溫敏核不育系普遍存在育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度隨著世代的增加發(fā)生遺傳漂移現(xiàn)象，為此，袁隆平提出了光溫敏核不育系核心種子生產(chǎn)程序和方法[9～11]，對(duì)光溫敏核不育系保純繁殖提供了技術(shù)支撐，同時(shí)為兩系雜交水稻制種純度提供了保障。

Y58S是湖南雜交水稻研究中心選育的秈型光溫敏核不育系，經(jīng)湖南省多點(diǎn)生態(tài)試驗(yàn)及冷水處理池處理和人工氣候室鑒定，育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度為22.5～23.0℃，在一定溫度范圍內(nèi)有微弱的光敏互補(bǔ)作用。Y58S具有育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度低、配合力強(qiáng)、抗逆性好、綜合性狀優(yōu)良等特點(diǎn)，2005年通過湖南省品種審定委員會(huì)審定[12]。由于近年來在利用Y58S制種的群體中出現(xiàn)了農(nóng)藝性狀、育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度均有變化的個(gè)體，加大了田間除雜的難度，為此，筆者以Y58S核心種子繁殖1至3代種子和未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序而多代繁殖的種子為材料，研究Y58S群體育性的變化規(guī)律，旨在為Y58S的防雜保純和保證所用種源的純度提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

Y58S經(jīng)冷水處理方法生產(chǎn)的核心種子繁殖的第1、2、3代種子和未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子(對(duì)照)。

1.2 方 法

試驗(yàn)于2010年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地進(jìn)行。供試種子均于4月16日播種，5月15日移栽，每個(gè)材料移栽1 000個(gè)單株，株行距17 cm×20 cm，中等肥力水平管理。每個(gè)材料定30株(3點(diǎn)，每點(diǎn)10株)，每3 d記載1次主莖葉齡，在倒三葉至劍葉伸出期間，剝檢幼穗分化進(jìn)度。

1.2.1 育性波動(dòng)溫度處理

當(dāng)幼穗分化至第Ⅳ期，每個(gè)材料隨機(jī)取300株移入盆中，每盆4株。幼穗分化至第Ⅴ期初，移入冷水處理池，用恒溫23.0℃的冷水處理6 d，灌水深度以淹沒植株生長點(diǎn)2 cm為準(zhǔn)。冷水處理結(jié)束后，標(biāo)記劍葉與倒二葉葉枕平的穗子。于開花期連續(xù)3 d對(duì)標(biāo)記穗進(jìn)行花粉鏡檢，保留標(biāo)記穗，考查自交結(jié)實(shí)率。

1.2.2 繁殖溫度處理

將 1.2.1處理單株上未標(biāo)記的穗子刈割再生，再生苗幼穗分化至第Ⅳ期末時(shí)，移入冷水處理池，用恒溫21.5℃冷水處理12 d，灌水深度以淹沒植株生長點(diǎn)2 cm為準(zhǔn)。冷水處理結(jié)束后，標(biāo)記劍葉與倒二葉葉枕平的穗子。于開花期連續(xù)3 d對(duì)標(biāo)記穗進(jìn)行花粉鏡檢，再考查自交結(jié)實(shí)率。

1.2.3 田間單株花粉鏡檢

在田間的700個(gè)單株中，于開花期隨機(jī)選擇300株，連續(xù)3 d進(jìn)行花粉鏡檢。

2 結(jié)果與分析

2.1 各世代群體不育期的花粉鏡檢結(jié)果

據(jù)調(diào)查，2010年7月1–11日，田間日平均溫度 25.7～32.0℃，平均溫度為29.4℃(表1)，說明此時(shí)段溫度已高于供試材料育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度。于開花期對(duì) Y58S各世代的種子種植的群體進(jìn)行花粉鏡檢，結(jié)果表明：由核心種子繁殖的第1、2、3代種子和對(duì)照種子種植的群體，無花粉株率分別為55.33%，52.33%，48.33%，43.67%，第1、2代差異不顯著，與第3代差異顯著，與對(duì)照的差異極顯著。

表1 2010年7月1～11日田間溫度(℃)

各世代及對(duì)照種子種植的群體，典敗花粉株率均在41.33%～45.00%，差異不顯著。由第1、2代種子種植的群體，圓敗花粉株率顯著低于第3代和對(duì)照種子種植的群體，第1代與第2代差異不顯著，第3代與對(duì)照種子種植的群體差異不顯著。第1代種子種植的群體中，染敗和正?；ǚ壑曷示鶠?0。第 2、3代種子種植的群體中，染敗花粉株率分別為1.00%，2.33%，差異不顯著，但與對(duì)照種子種植的群體的染敗花粉株率(4.00%)差異顯著。由核心種子繁殖的第 1、2代種子種植的群體中，正?；ǚ壑曷示鶠?，第3代種子種植的群體中正?；ǚ壑曷?.00%。由此可見，以冷水處理方法生產(chǎn)的核心種子連續(xù)繁殖2代用于制種，其不育的安全性高；第3代種子用于制種有一定風(fēng)險(xiǎn)；未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子(對(duì)照)，育性敏感期在日平均溫度25.7～32.0 ℃，平均溫度為29.4 ℃天氣條件下，有2.67%的單株產(chǎn)生正?；ǚ?表2)，不能用于制種。

表2 Y58S不同世代群體在不育期的花粉鏡檢結(jié)果

在花粉鏡檢中，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子種植的300個(gè)單株中，有1株的可育花粉率達(dá)96%，在田間表現(xiàn)株高、株葉形態(tài)、穗粒形狀、顏色等性狀均與其他完全不育單株一致，只是在抽穗時(shí)存在程度較輕的卡頸現(xiàn)象，筆者認(rèn)為這種植株為Y58S的“同形可育株”。

2.2 各世代群體育性波動(dòng)期的花粉鏡檢結(jié)果

在育性敏感期，連續(xù)6 d對(duì)供試材料采用平均溫度23.0℃的冷水處理，抽穗開花期對(duì)各世代種子種植的群體花粉進(jìn)行鏡檢，結(jié)果列于表3。處理后，各世代種子種植的群體主要表現(xiàn)為無花粉株率大幅度降低，且表現(xiàn)隨種子繁殖世代增加，無花粉株率極顯著降低。第1、2、3代及對(duì)照種子種植的群體，典敗花粉株率分別為62.67%，60.33%，58.33%，57.00%，群體間差異不顯著。圓敗花粉株率也隨種子繁殖世代增加而極顯著提高。各世代種子及對(duì)照種子種植的群體內(nèi)均產(chǎn)生了染敗花粉單株，世代間差異達(dá)顯著或極顯著水平。由核心種子繁殖的第1、2代種子種植的群體中產(chǎn)生正常花粉株率分別為0、0.67%，第 3代及對(duì)照種子種植的群體中產(chǎn)生正常染色花粉的株率分別為1.33%，3.0%。由此證明，Y58S育性敏感期以23.0℃冷水處理6 d，育性波動(dòng)較小，一方面說明，用Y58S制種，在其育性敏感期，即使出現(xiàn)連續(xù)6 d溫度23.0℃的天氣狀況，由核心種子繁殖的第 1、2代種子也不會(huì)發(fā)生不育性波動(dòng)而導(dǎo)致制種的失敗。但另一方面也提示，隨著核心種子繁殖世代的增加，群體育性波動(dòng)程度將逐漸增加。

表3 Y58S不同世代群體在育性波動(dòng)期的花粉鏡檢結(jié)果

2.3 各世代群體繁殖期花粉鏡檢結(jié)果及結(jié)實(shí)率

對(duì)用23.0 ℃冷水處理6 d的植株，在再生苗育性敏感期以21.5 ℃恒溫冷水連續(xù)處理12 d，使其可育。在抽穗開花期對(duì)各世代種子種植群體的再生苗穗進(jìn)行花粉鏡檢，并考查自交結(jié)實(shí)率，花粉鏡檢結(jié)果列于表4。育性敏感期在經(jīng)過連續(xù)12 d恒溫21.5℃冷水處理后，Y58S各世代種子的群體均轉(zhuǎn)向了可育。第1代種子的群體內(nèi)正?；ǚ勐蕿?0%～60%的株率為31.00%，第2、3代及對(duì)照種子群體內(nèi)正?；ǚ勐蕿?60%～70%的株率分別為 30.67%，31.00%，34.00%。第1、2、3代及對(duì)照種子的群體內(nèi)正?；ǚ勐蕿?80%以上的株率分別 3.00%，5.33%，8.33%，11.33%，表現(xiàn)為隨核心種子繁殖世代增加而極顯著提高。第1、2、3代及對(duì)照種子群體內(nèi)正?；ǚ勐试?30%以下的株率分別為 6.0%，5.0%，4.0%，3.0%，表現(xiàn)為隨核心種子繁殖世代增加而極顯著降低。由此看出，Y58S各世代種子種植的群體，經(jīng)繁殖溫度(21.5℃)處理12 d后，染色花粉率80%以上和30%以下的株率均較低。不同世代種子種植的群體，鏡檢表現(xiàn)正?；ǚ勐蕪牡椭粮叩闹曷史植季愃普龖B(tài)分布，且正態(tài)分布曲線的形狀基本一致，只是各曲線的峰值稍有不同，似是1條正態(tài)分布曲線沿橫軸平移的結(jié)果。說明Y58S不育的本質(zhì)在于主效基因，而其育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度的漂變則是微效基因作用的結(jié)果。在Y58S的連續(xù)多代自交過程中，主效基因沒有變化，而微效基因得以不斷累積與重組，導(dǎo)致Y58S的育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度逐代漂高，由核心種子繁殖的不同世代種子種植的群體，株間表現(xiàn)明顯差異。因此，在溫敏核不育系繁殖時(shí)去除群體中染色花粉率高和低的極端單株，保留染色花粉率相對(duì)一致的單株，有利于保持溫敏核不育系育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度的相對(duì)一致性。

表4 Y58S不同世代群體在可育期不同染色花粉率下的株數(shù)及比率

對(duì)Y58S各世代種子的群體以繁殖溫度處理12 d后的自交結(jié)實(shí)率表明，從第1代至第3代和對(duì)照種子種植的群體，自交結(jié)實(shí)率在80%以上的株率分別2.00%，3.33%，6.00%，9.00%，第1、2代之間差異不顯著，與第3代及對(duì)照之間的差異極顯著，自交結(jié)實(shí)率 60%～80%的株率分別為 34.00%，43.33%，48.33%，52.67%，差異顯著，表現(xiàn)為隨種子繁殖世代增加而提高；自交結(jié)實(shí)率在30%以下的株率分別7.33%，6.67%，6.00%，5.33%，第1、2代均與對(duì)照差異極顯著，自交結(jié)實(shí)率50%～60%的株率分別為 29.67%，25.67%，20.33%，16.67%，其差異極顯著，表現(xiàn)為隨種子繁殖世代增加而降低(表5)。第1代至第3代和對(duì)照種子種植的群體可育期的平均結(jié)實(shí)率分別為55.43%，59.01%，62.07%，64.01%，群體平均結(jié)實(shí)率也隨著種子繁殖世代的增加逐步提高(表6)。

表5 Y58S不同世代群體在可育期的結(jié)實(shí)率

從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，由核心種子繁殖的第1、2代種子種植的群體，育性敏感期用繁殖溫度(21.5℃)的冷水處理后，自交結(jié)實(shí)率接近的單株數(shù)量較大，第3代和未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序繁殖的種子種植的群體，用繁殖溫度冷水處理后，群體內(nèi)單株間自交結(jié)實(shí)率的差異較大，自交結(jié)實(shí)率高的單株數(shù)量增多，顯示群體育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度有所提高。因此，在溫敏核不育系繁殖時(shí)去除群體中自交結(jié)實(shí)率高和低的極端類型單株，保留自交結(jié)實(shí)率相對(duì)接近的單株，有利于保持溫敏核不育系育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度的相對(duì)一致性。

表6 Y58S不同世代群體的正?；ǚ勐屎徒Y(jié)實(shí)率

3 討 論

a.關(guān)于光溫敏核不育系不育性的遺傳機(jī)制，廖伏明于1996年提出了光溫敏不育系育性遺傳由兩種不同類型基因控制的假說，即育性轉(zhuǎn)換特性是受 1對(duì)或2對(duì)隱性主基因控制的質(zhì)量性狀，而導(dǎo)致不育的起點(diǎn)溫度則是受微效多基因控制的數(shù)量性狀，從而提出導(dǎo)致光溫敏不育系不育的起點(diǎn)溫度是受微效多基因控制的數(shù)量性狀的觀點(diǎn)。認(rèn)為不育起點(diǎn)溫度受微效多基因控制是光溫敏不育系不育性表達(dá)不穩(wěn)定的遺傳機(jī)制，而導(dǎo)致不育性表達(dá)不穩(wěn)定的內(nèi)在原因，是不育系在起點(diǎn)溫度上的遺傳基礎(chǔ)不純，即控制起點(diǎn)溫度的多基因仍有少數(shù)基因處于雜合狀態(tài)[13]。微效基因的突變和重組可能是造成臨界溫度的改變和“遺傳漂變”的主要原因。本研究結(jié)果表明，未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序連續(xù)多代繁殖的Y58S種子，育性敏感期無論是處于育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度之上制種需要的高溫條件，還是處于育性波動(dòng)溫度條件，或是處于低于育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度以下繁殖需要低溫條件，群體內(nèi)單株間花粉類型或自交結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)出較明顯差異，群體內(nèi)出現(xiàn)從無花粉型至正常染色花粉率較高的單株，甚至出現(xiàn)株高、株葉形態(tài)、穗粒形狀、顏色等性狀均與其它完全不育單株一致，而正常染色花粉率96%以上，抽穗不卡頸的“同形可育株”。經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序生產(chǎn)的核心種子，隨著繁殖世代的增加，其群體內(nèi)單株間育性表現(xiàn)逐代發(fā)生變化。Y58S未經(jīng)核心種子生產(chǎn)提純程序而多代繁殖的群體中出現(xiàn)的同形可育株，可能是控制育性性狀的主效基因發(fā)生了改變，或者主效基因的功能因某些原因受到了抑制，導(dǎo)致其高溫不育性狀的消失。

b.筆者認(rèn)為，利用Y58S制種，除了考慮溫度因素外，還應(yīng)考慮Y58S對(duì)光長的要求，綜合選擇合適的光周期地區(qū)作為制種基地，才能保證制種的安全。本研究結(jié)果表明，在育性敏感期日均溫為25.7～32.0℃條件下，Y58S由核心種子繁殖的第1、2代種子種植的群體中正常花粉株率均為0，第3代種子種植的群體中正?；ǚ壑曷?.00%，未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子種植的群體中正?；ǚ壑曷?.67%，且出現(xiàn)同形可育株。育性敏感期以23.0℃恒溫冷水處理6 d，由第1、2代種子種植的群體中產(chǎn)生正?；ǚ鄣闹曷史謩e為0，0.67%，第3代及未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序的種子種植的群體中產(chǎn)生正常染色花粉的株率分別為1.33%，3.0%。由此可見，Y58S由核心種子繁殖的第1、2代種子用于制種，其不育的安全性高，第3代種子用于制種有風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)Y58S必須經(jīng)核心種子生產(chǎn)和繁殖程序進(jìn)行提純繁殖[9～11]，未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子不能用于制種。使用Y58S核心種子繁殖的第2代制種，必須保證第2代種子數(shù)量。采用人工氣候室處理方法生產(chǎn)核心種子，往往因氣候室條件限制，獲得核心單株數(shù)量偏少，核心種子數(shù)量少，繁殖2代難以滿足制種對(duì)Y58S種子的需求。劉愛民、肖層林等近年來發(fā)明了利用冷水處理生產(chǎn)核心種子的程序與方法，獲得核心單株數(shù)量多，生產(chǎn)的核心種子數(shù)量大，再經(jīng)2代繁殖，能夠滿足制種對(duì)Y58S種子量的需求[14]。

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