水稻光溫敏核不育系280S和望S的育性轉(zhuǎn)換特性研究

孟祥龍，常劍淵，張海清，肖層林

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128)

兩系法雜交稻的育種實(shí)踐表明，光溫敏核不育系是兩系法雜交稻發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[1]。與三系法雜交水稻比較，兩系法的優(yōu)越性在于能自由配組，不受恢保關(guān)系制約，選配強(qiáng)優(yōu)組合幾率大[2～4]，因而在雜交稻育種上易于擴(kuò)大育種親本的遺傳復(fù)雜程度和雙親的遺傳距離，利于選育雜種優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)的組合。

為對(duì)新選育的水稻光溫敏核不育系280S和望S在湖南長(zhǎng)沙地區(qū)進(jìn)行審定前的鑒定，本課題組將試驗(yàn)材料分期播種(確保其在整個(gè)水稻生產(chǎn)季節(jié)得到充分表現(xiàn))，并對(duì)其生育期特性、主莖葉片數(shù)、育性轉(zhuǎn)換的光溫敏特性、株葉穗等性狀、自交繁殖特性、田間抗性及其性狀的遺傳穩(wěn)定性等進(jìn)行鑒定，利用當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料分析供試材料的性狀表現(xiàn)及其變化規(guī)律，客觀評(píng)價(jià)其實(shí)用性，為其在生產(chǎn)上應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

不育系280S由湘西自治州農(nóng)科所提供，望S由湖南希望種業(yè)公司提供，陸18S(對(duì)照)由亞華種業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從2010年4月7日至7月30日，逢10、20、30日播種，共12個(gè)播期。4.5～5.5葉齡移栽，每播期移栽50單株，株行距14 cm×20 cm。按一般水稻大田生產(chǎn)進(jìn)行田間管理。

1.3 農(nóng)藝性狀的觀察與記載

生育期:記載播期、移栽期、見穗期(抽穗3% ～5%)、始穗期(抽穗10%)，計(jì)算播始?xì)v期天數(shù)。

主莖葉片數(shù):每播期移栽時(shí)定10株，每3 d或4 d記載1次葉齡，獲得每播期主莖總?cè)~片數(shù)。

株高:每播期在田間量3個(gè)單株的株高，求出每播期和12個(gè)播期的平均值。

每穗穎花數(shù):每播期選取1個(gè)單株，數(shù)計(jì)每個(gè)有效穗的穎花數(shù)，求出每播期平均每穗穎花數(shù)和12個(gè)播期平均每穗穎花數(shù)。

基地溫度與天氣觀察記載:按照氣象觀察要求，設(shè)置百葉箱，每年從第一播期播種日開始至試點(diǎn)鑒定結(jié)束日止進(jìn)行日最高溫度、日最低溫度、日平均溫度、相對(duì)濕度、天氣狀況的記載。

1.4 育性轉(zhuǎn)換光溫條件的確定

(1)花粉育性鏡檢

鏡檢時(shí)期:從第一播期始花之日起至10月上旬為鏡檢時(shí)期。在鏡檢時(shí)期內(nèi)，若某一天發(fā)現(xiàn)染色花粉，從該天起至不出現(xiàn)染色花粉之日后兩天止(育性波動(dòng)期)，堅(jiān)持天天鏡檢;在全不育期每2 d或3 d鏡檢1次。

取樣、制片與觀察:每天上午開花前，在隨機(jī)選取的3～5株(雜株除外)有效穗上，分別取當(dāng)天能開花的穎花3朵(穎花內(nèi)花藥伸長(zhǎng)至穎花長(zhǎng)度的1/2以上)，分株鏡檢，計(jì)數(shù)各類型花粉的數(shù)量(每片數(shù)3個(gè)視野)，并計(jì)算百分率。

花粉分類標(biāo)準(zhǔn):

無(wú)花粉型——花藥內(nèi)無(wú)任何類型花粉，在顯微鏡下只見黃色的花藥壁。

典敗花粉——花粉形狀不規(guī)則(不成圓形)，不染色。

圓敗花粉——花粉成圓形，不染色。

染敗花粉——花粉成圓形，大小與正?；ǚ巯嗤旧珳\或染色部分小于2/3。

正?；ǚ邸獔A形，大小正常，全部染色或染色部分大于2/3。

(2)自交結(jié)實(shí)率

從鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)有染色或染敗花粉的材料中隨機(jī)取5個(gè)單株，帶泥搬至安全隔離條件下，或用隔離袋(長(zhǎng)40 cm，寬30 cm，白色羊皮紙袋)套罩整株，齊穗后20 d考查自交結(jié)實(shí)率。

(3)育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度

從當(dāng)?shù)貧庀笥^測(cè)點(diǎn)的資料中找出供試材料從第一播期的育性敏感期至9月出現(xiàn)日均溫相對(duì)較低(24℃以下)的時(shí)段，對(duì)照鏡檢和自交結(jié)實(shí)率考查結(jié)果，分析育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度范圍。

1.5 冷水處理池鑒定及育性考查

試驗(yàn)于2010年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所進(jìn)行。先在秧田育秧，4.5～5.5葉齡移栽至大田，移栽100單株，株行距14 cm×20 cm，按一般水稻大田生產(chǎn)進(jìn)行田間管理。幼穗分化第Ⅲ～Ⅳ期，選擇典型單株20株轉(zhuǎn)為盆栽，每盆4株。每個(gè)鑒定材料備5盆(每盆栽6株)用于自然條件對(duì)照，其中1盆用于幼穗發(fā)育進(jìn)度觀察。按中等苗情進(jìn)行肥水管理。在自然長(zhǎng)日高溫季節(jié)，在主穗發(fā)育的第Ⅳ期開始分別在 22.0℃、22.5℃、23.0℃、23.5℃ 下處理 6 d，每天光照時(shí)間≥14 h，光照強(qiáng)度為自然光照。

處理結(jié)束后，將處理材料移到自然條件下，對(duì)葉枕距為1～3 cm的幼穗進(jìn)行掛牌標(biāo)記，在標(biāo)記穗開花時(shí)，每天上午取當(dāng)天將開花的穎花鏡檢花粉育性，連續(xù)觀察5 d。對(duì)出現(xiàn)染色花粉的材料進(jìn)行套袋，成熟時(shí)考查結(jié)實(shí)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 育性表現(xiàn)

2010年6月至9月的低溫時(shí)段氣象資料如表1所示。

表1 2010年6月至9月低溫時(shí)段的溫度

長(zhǎng)沙點(diǎn)6月1日至11日連續(xù)日均溫低于23.0℃后，花粉鏡檢結(jié)果(表2)并對(duì)照氣象資料分析表明，不育系280S在7月14日始穗，花粉鏡檢未出現(xiàn)不育性波動(dòng)。在8月26至27日2 d(日均溫低于22.1℃)后該材料發(fā)生輕微的不育性波動(dòng)，染色花粉率為1.02%～1.49%，但自交結(jié)實(shí)率為零。在利用該不育系制種時(shí)，育性敏感期若遇上連續(xù)2 d日均溫22.1℃天氣，雖表現(xiàn)有染色花粉，但無(wú)自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象，制種不會(huì)產(chǎn)生純度風(fēng)險(xiǎn)。280S分別以22.5℃、23.5℃冷水處理6 d，染色花粉率和自交結(jié)實(shí)率均為零。由此可見，280S育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度＜22.5℃，表明該不育系育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度低，且忍受低溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)一步證明該不育系具有安全可用性。

表2 280S花粉育性鏡檢結(jié)果

不育系望S長(zhǎng)沙點(diǎn)6月1至11日連續(xù)日均溫低于23.0℃后，花粉鏡檢結(jié)果(表3)并對(duì)照氣象資料分析表明，該材料在7月1日始穗，花粉鏡檢未出現(xiàn)不育性波動(dòng)。在8月26至27日2 d(日均溫低于22.1℃)后該材料發(fā)生輕微的不育性波動(dòng)，染色花粉率為1.26% ～21.37%，自交結(jié)實(shí)率為7.03%。在利用該不育系制種時(shí)，育性敏感期若遇上連續(xù)2 d日均溫22.1℃天氣，制種風(fēng)險(xiǎn)大。對(duì)望S以23.5℃冷水處理6 d，染色花粉率和自交結(jié)實(shí)率均為零。由此可見，望S育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度＜23.5℃，表明該不育系育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度較低，且忍受23.5℃低溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，同樣進(jìn)一步證明該不育系也具有安全可用性。

表3 望S花粉育性鏡檢結(jié)果

2.2 主要農(nóng)藝性狀

2.2.1 生育期及主莖葉片數(shù)

不育系280S為中熟中稻類型。4月7日播種，7月14日始穗，播始?xì)v期98 d，主莖總?cè)~片數(shù)平均13.2葉(12.6～14.0葉)。4月30日、5月30日、6月30日和7月20日等主要播種期，分別于7月26日、8月14日、9月10日和9月24日始穗，播始?xì)v期分別為87、76、72和66 d，主莖總?cè)~片數(shù)分別為13.6、13.0、12.6和13.0葉。全年12播期的播始?xì)v期和有效積溫平均為79.8 d和1 037.8℃。

不育系望S為中熟中稻類型。4月7日播種，7月13日始穗，播始?xì)v期97 d，主莖總?cè)~片數(shù)平均13.8葉(13.2～14.2葉)。4月30日、5月30日、6月30日和7月20日主要播種期，分別于7月21日、8月16日、9月14日和9月22日始穗，播始?xì)v期分別為82、78、76和64 d，主莖總?cè)~片數(shù)分別為14.0、14.2、13.2和13.7葉。全年12播期的播始?xì)v期和有效積溫平均為71.3 d和911.8℃。

2.2.2 株高及穗粒性狀

在不同播期中，由于植株的生長(zhǎng)發(fā)育受氣候變化的影響，性狀表現(xiàn)不穩(wěn)定。由表4可知，280S在12個(gè)播期中平均株高83.9 cm(76.1～92.5 cm)，分蘗力中等，平均每株有效穗11.1穗(8.0～14.0穗)，平均穗長(zhǎng)24.6 cm(23.5～25.7 cm)，平均每穗總粒數(shù)199.2粒(157.4～248.0粒)，黑粉病感染率為2.23%。望S在12播期中平均株高69.6 cm(64.5～73.9 cm)，分蘗力中等，平均每株有效穗11.2穗(8～14.5穗)，平均穗長(zhǎng)25.4 cm(23.7～27.7 cm)，平均每穗總粒數(shù)128.9粒(118.3～147.6粒)，黑粉病感染率為6.84%。根據(jù)不育系280S和望S的株、葉、穗、粒性狀表現(xiàn)，有利于培養(yǎng)母本高產(chǎn)苗穗結(jié)構(gòu)，建立高產(chǎn)制種群體。

表4 2個(gè)不育系的株高和穗粒性狀表現(xiàn)

3 小結(jié)與討論

對(duì)新選育的280S、望S鑒定結(jié)果表明，兩個(gè)不育系的農(nóng)藝性狀良好，群體性狀穩(wěn)定，育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)均低于23.5℃，且能忍受6 d低溫。

兩系法雜交水稻能否推向生產(chǎn)，不僅取決于要有強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交稻組合，而且取決于要有純度高、價(jià)格便宜的雜交水稻種子，其關(guān)鍵就是光溫敏核不育系是否具有實(shí)用性。實(shí)用性問題主要表現(xiàn)在育性、配合力、異交性、抗性及米質(zhì)等諸方面。其中育性的穩(wěn)定性是光溫敏核不育系實(shí)用的首要條件。本試驗(yàn)供試材料280S、望S均達(dá)到了湖南省水稻光溫敏不育系審定標(biāo)準(zhǔn)，可以向品種審定委員會(huì)推薦審定。

前人研究表明，光溫敏不育系個(gè)體間育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度存在一定差異，在按常規(guī)品種繁育程序和方法選種留種后，群體中育性轉(zhuǎn)換溫度較高的個(gè)體因結(jié)實(shí)種子的數(shù)量逐代增加，在群體的比例逐代增大，使群體育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度逐代升高。培矮64S在1991年技術(shù)鑒定時(shí)，育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度23.3℃，按常規(guī)方法繁殖到1993年，育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度已上升到24.2℃，1994年有些種子育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度高達(dá)26℃左右[5，6]。兩系法雜交水稻制種失敗主要是由于低溫引起不育系高起點(diǎn)溫度個(gè)體育性恢復(fù)，導(dǎo)致種子不純，不能用于生產(chǎn)[7，8]。湖南省種子管理站分析認(rèn)為，1993，1996，1999年部分兩系雜交水稻種子嚴(yán)重不純的根本原因是兩系不育系不育起點(diǎn)溫度已漂高[9]。

曾漢來(lái)等[10]研究表明，采用等間距的多期播種，品種在同一年度的不同時(shí)段中生長(zhǎng)發(fā)育，不同時(shí)段的光溫環(huán)境不同，不育系的生育特性、主莖葉片數(shù)、株葉穗粒數(shù)和田間抗性等性狀有著一定規(guī)律性的變化。本試驗(yàn)將不育系材料280S和望S在自然條件下分12期播種對(duì)其主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行觀察記載，發(fā)現(xiàn)不同播期對(duì)播始?xì)v期的影響較大，播期與播始?xì)v期負(fù)相關(guān);不同播期的有效積溫存在差異，從而引起生育期的變化，導(dǎo)致主莖葉片數(shù)的不同，有效積溫與主莖葉片數(shù)呈負(fù)相關(guān);隨著播期的往后推移，穗粒數(shù)越來(lái)越少，有效積溫與穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)。經(jīng)本次試驗(yàn)表明，水稻光溫敏不育系新材料280S和望S由于受持續(xù)低溫的影響，發(fā)生了不同程度的育性波動(dòng)，其中望S自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這在雜交制種過(guò)程當(dāng)中是不允許的，會(huì)導(dǎo)致利用價(jià)值降低。因此，不育系280S和望S的育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度、繁殖的育性溫度及自交結(jié)實(shí)溫度有待進(jìn)一步鑒定。

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