eui基因對水稻光溫敏核不育系主要農藝性狀的影響

馬洪麗 謝其男 張書標

摘 要 eui基因具有遺傳解除水稻不育系包穗的功能，被譽為雜交稻種子生產的第四遺傳因子，現已成功地應用于雜交稻的生產。研究不同eui基因對水稻光溫敏核不育系主要農藝性狀的影響。結果表明，eui基因具有遺傳解除水稻光溫敏核不育系包穗的功效，可育期解除不育系包穗的遺傳效應顯著地好于不育期，且eui1基因遺傳解除包穗的效應強于eui2基因。eui基因的效應并未影響到光溫敏核不育系的育性和花粉不育的類型。

關鍵詞 水稻；光溫敏核不育系；eui基因；農藝性狀

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A

在現有的雜交稻生產中，無論是三系雜交稻的核質互作型不育系或是兩系雜交稻光溫敏核不育系，都存在一個共同的遺傳障礙，即不育系抽穗不暢（15%～30%的穎花被包在劍葉葉鞘中），稱之為包穗。包穗嚴重地影響到不育系的異交特性。生產上解決的辦法是在不育期抽穗時噴施赤霉素（“920”）促進其抽穗，以提高種子生產產量。赤霉素的施用不但要求較高的噴施技術，準確的施用時期和較為苛刻的天氣條件，更為重要的是，大量赤霉素的使用增加了種子生產的成本，加劇了環境污染，且造成種子質量下降。為了克服雜交水稻不育系包穗的遺傳缺陷，育種家們早就提出采用遺傳因素來解決雜交水稻不育系包穗的難題。

Rutger等[1]1981年報道在粳稻雜交的F3群體中發現了一個最上節間伸長的長穗頸高稈突變體，其主要特征是最上節節間伸長，屬隱性單基因遺傳，并首次將控制此性狀的長穗頸基因命名為eui。此后，中國的育種家也在不同種質中發現這一基因突變體，并設想把該基因導入雜交稻的不育系，以克服不育系的遺傳包穗，進而解決雜交稻種子的生產可以達到不用或少用赤霉素的目的[2-5]?；谇叭说难芯拷Y果，福建農林大學作物遺傳育種研究所楊仁崔等[6-8]于1997年提出采用輻射誘變獲得eui基因的技術，發現新的eui2基因，建立的e-雜交稻育種技術，將eui基因成功的應用于生產，至今已有e優27、eII優315、eII優316、e福豐優11和福兩優1587 5個e-雜交稻水稻新品種通過省定。

隨著一批長穗頸不育系育成和一批e-雜交稻通過審定在生產上的推廣應用，深入研究評價eui基因的作用具有較為重要的現實意義。eui基因對細胞質雄性不育系特性影響的研究已較為系統，而有關eui基因對光溫敏核不育系影響的研究還較少。為了明確eui基因對水稻光溫敏核不育系的遺傳效應，本研究探討了不同eui基因對不同光溫敏核不育系的主要農藝性狀的影響，以此為eui基因于光溫敏核不育系的育種應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

廣占63S、廣占63 eui1S、廣占63 eui2S、培矮64S、培矮64 eui1S、培矮64 eui2S、Se21S、Se21eui1S、Se21eui2S。eui1表示含有eui1基因，eui2表示含有eui2基因。

1.2 方法

1.2.1 田間試驗方法 不育期，福建閩清育種基地，2009年3月20日播種，4月20日移栽，采取隨機區組設計，3次重復，每個小區30株，移栽密度20 cm×20 cm，單本栽。按豐產田要求進行田間管理，及時防治病、蟲、鼠、鳥害?？捎冢?009年冬在海南三亞重復不育期的試驗。

1.2.2 調查記載方法 齊穗后每小區取代表性的5株進行考種，考察株高、穗頸伸出度、穗長、劍葉長、各節間長、穗粒數等農藝性狀。

1.2.3 花粉育性的觀察 抽穗期從各小區隨機選取5株，每株選1個已部分開花的稻穗，每穗取上、中、下部當天或次日要開放的成熟穎花各1朵，挑出其中全部花藥，用1%的I2-KI溶液染色，制成涂片，置于低倍顯微鏡下觀察3個視野。以3個視野的平均不育度表示單株育性，以5株不育度的平均值表示各不育系的花粉育性。

1.3 統計分析

數據統計分析采用DPS數據處理系統進行處理。

2 結果與分析

2.1 不育系在不育期的農藝性狀

9個光溫敏核不育系不育期的主要農藝性狀見表1。由表1可以看出，含有eui基因的長穗頸光溫敏核不育系在株高、穗頸伸出度、劍葉長、倒一節間長和原不育系有顯著的差異，而穗長及其他節間沒有顯著差異。

含有eui1基因的不育系株高均比原不育系增加，增幅為5.7～10.4 cm，且差異達顯著水平。含有eui2基因的不育系同原不育系相比，株高也均比原不育系增加，幅度為2.6～5.3 cm，差異也均達顯著水平。在同一遺傳背景的不育系中，含有eui1基因的不育系，其株高均比含有eui2基因的增幅大。為了進一步說明eui基因對光溫敏核不育系株高的影響，把所有不育系按所含eui基因的不同分成3組，即含euil基因、含eui2基因，以及不含eui基因（CK）。其株高高低的順序為：eui1>eui2>CK。

eui基因能夠減輕光溫敏核不育系的包穗程度。從表1可知，6個含有eui基因的長穗頸光溫敏核不育系的包穗程度均比原不育系顯著的降低。在同一遺傳背景下，所有含eui1基因的不育系包穗程度均最輕，說明eui1基因緩解不育系的包穗效果要好于eui2基因。從表1中還可看出，eui基因緩解不同不育系的包穗程度效果不一樣，說明eui基因解除不育系包穗的效應依不同的遺傳背景有異。

eui基因均可使光溫敏核不育系的倒一節間增長，增長的程度因不同的不育系有差異，且eui1的效果要好于eui2。含有eui基因不育系的倒二節長、倒三節長、倒四節長、倒五節長和原不育系差異均不顯著。結果說明，不育期eui基因主要使光溫敏核不育系倒一節顯著增長，而對其他各節間都沒有顯著的影響。

在不育期，eui基對光溫敏核不育系的效應表現在對株高、穗頸伸出度、劍葉長、倒一節間長這4個性狀上，eui基因緩解不育期光溫敏核不育系包穗是因倒一節間的顯著伸長，且eui1的效應強于eui2的效應。

2.2 不育系在可育期的農藝性狀

由表2可以看出，可育期，eui基因對光溫敏核不育系的株高、穗頸伸出度、劍葉長、倒一節、倒二節和倒三節均有不同程度的影響。

所有含有eui基因的不育系，株高均比原對照增加，且差異均達顯著水平。在同一遺傳背景的不育系中，含有eui1基因的，其株高均比含有eui2的要高，且差異性達到顯著水平。同不育期一樣，這些光溫敏核不育系的株高表現為：eui1>eui2>CK。

與不育期不一樣，可育期，eui基因均能使穗頸伸出度顯著伸長，達到完全解除不育系的包穗。從表2中可以看出，廣占63eui1S和廣占63eui2S在可育期伸出度分別為18.6 cm和13.5 cm，分別比原不育系廣占63S多出22.1 cm和17 cm，差異達顯著水平，達到包穗完全解除。不同的eui基因對穗頸伸出度的效應不一樣，含有eui1基因的不育系穗頸伸出度要大于含有eui2基因的。其他2個含有eui基因的光溫敏核不育系表現出同樣的結果。結果表明，可育期eui基因對解除光溫敏核不育系的效果是一樣的，eui1和eui2基因均可完全解除不育系的包穗，但eui1基因的效應要強于eui2基因。

eui基因均可使3個光溫敏核不育系的倒一節和倒二節顯著伸長，對于倒三節的效應依不同的不育系而表現差異。含有eui1基因的不育系比與含有eui2基因的在倒一節和倒二節增長幅度大，且呈顯著性差異。而對于eui基因對倒三節間的影響，除了培矮64S，eui1基因對倒三節的增長幅度上有顯著性的差異，而eui2基因對倒三節的增長就沒起到作用，反而略短于對照組，特別是廣占63eui2S顯著短于對照組。eui基因對倒四節和倒五節長的影響不顯著。

以上分析結果表明，可育期含有eui基因的不育系株高的增加除了倒一節的顯著增長，還因為倒二節的顯著增長，倒三節對株高的貢獻依不同的不育系而不同。倒一節的顯著伸長使得含有eui基因的不育系能夠達到完全解除包穗的功效。eui1基因解除不育系的包穗和增加株高的效應要強于eui2基因。

2.3 花粉育性

由表3可以看出，含有eui基因的光溫敏核不育系都具有原不育系的花粉育性，表現出100%的不育。鏡檢的結果也表明eui基因也沒有改變原不育系的花粉不育的類型，廣占63 eui1S、廣占63 eui2S、Se21eui1S和Se21eui2S仍為無花粉型不育，而培矮64 eui1S和培矮64 eui2S仍為花粉敗育型不育。

3 討論與結論

eui基因可顯著地提高光溫敏核不育系的植株高度，可育期的株高增加程度要強于不育期。eui基因于不育期和可育期的株高表達差異，表明不育性對eui基因株高表達存在著顯著的負效應。不論在不育期還是在可育期，廣占63 eui1S、培矮64 eui1S和Se21eui1S的株高均高于相應的廣占63 eui2S、培矮64 eui2S、Se21eui2S。結果表明，eui1基因對光溫敏核不育系株高的效應強于eui2基因。

eui1、eui2基因都具有遺傳解除光溫敏核不育系的包穗功效，雖然它們在不育期不能完全解除培矮64S、廣占63S和Se21S的包穗，但是它們基本上都達到包穗不包粒的效果?？捎冢琫ui基因均可完全解除培矮64S、廣占63S和Se21S的包穗。eui基因可育期和不育期解除光溫敏核不育系包穗的差異說明不育對于倒一節間的伸長具有很強的負效應。eui基因解除培矮64S、廣占63S和Se21S包穗的效應不同，說明eui基因解除光溫敏核不育系的效應依不同的遺傳背景而表現差異。吳爽等[9]的研究結果也表明，當處于部分可育期抽穗，長穗頸光溫敏核不育系X07eS的株高、穗頸伸出度較X07S顯著增加，且能達到完全解除包穗。當處于完全不育期抽穗，X07eS的株高、穗頸伸出度較X07S不顯著增加，不能達到完全解除包穗。李毓等[10]研究了eui基因對細胞質雄性不育系的影響認為，eui基因對緩解大多數細胞質雄性不育系包穗有明顯作用，對部分不育系可以基本解除包穗。eui基因對多數不育系倒一節間長、穎花長與株高有顯著增效，eui1基因的效應強于eui2基因。王忠安等[11]的研究認為，eui基因具有遺傳解除三系不育系的功效，依不同遺傳背景有差異。

含有eui基因的長穗頸秈型光溫敏核不育系廣占63 eui1S、廣占63 eui2S、培矮64 eui1S、培矮64 eui2S、Se21eui1S和Se21eui2S分別保留了原不育系廣占63S、培矮64S和Se21S的育性轉換特性和花粉不育類型。結果表明eui基因的長穗頸表達并沒有改變原有光溫敏核不育系的育性表達，這與前人的研究結果相似[9-10，12]。李毓等[10]的研究結果表明，eui基因對細胞質雄性不育系的不育度基本無影響。

eui1基因對株高的效應及解除兩系不育系的遺傳包穗效果要優于eui2基因，這可能跟eui1、eui2基因表達的差異有關。研究結果表明，在抽穗始期，eui1促使水稻穗和劍葉里的GA1，含量劇烈增加，導致水稻最上節間和倒二節間的劇烈伸長；eui2基因在抽穗始期同樣會促使水稻劍葉GA1含量劇增，導致最上節間劇烈伸長，但eui2基因在穗中無特異表達，所以對最上節間伸長的影響遜于eui1基因[13]。似乎可以認為，eui基因對水稻生物學特性的影響主要緣于GA1，含量增加，eui1、eui2基因對GA1表達量、表達時期及表達部位的不同是它們效應差異的主要原因[13]。

參考文獻

[1] Rutger J N， Carnahan H L. Afourth element to facilitate hybriedcereal production-a recessive tall in rice[J]. Crop Science， 1981， （21）： 373-376.

[2] 吳世弼， 張琦華. 水稻誘變獲得隱性高桿基因[J].福建農業學報， 1988， 3（1）： 41-45.

[3] 廖昌禮， 倪克魚， 劉遠坤， 等.高桿隱性水稻Grlc的遺傳與利用研究[J]. 西南農業學報， 1988， 1（1）： 43-46.

[4] 孫立華， 王月芳， 蔣 寧， 等. 具廣親和性的水稻隱性高桿細胞突變體[J]. 遺傳學報， 1994， 21（1）： 67-73.

[5]李和標， 孫立華， 鄒江石， 等. 水稻隱性高桿廣親和種質02428h的鑒定與研究[J]. 江蘇農業學報， 1992， 8（3）： 48-50.

[6]楊仁崔， 張書標， 黃榮華， 等.高稈隱性雜交稻（e-雜交稻）的育種技術[J]. 中國農業科學， 2002， 35（3）： 233-237.

[7] Yang R C， Yang S L， Huang R H， et al. A new gene for elongated uppermost internode[J]. RGN， 1999， 16： 142-145.

[8] 楊蜀嵐， 楊仁崔， 曲雪萍， 等. 水稻長穗頸高稈隱性基因eui2的遺傳及其微衛星分析[J]. 植物學報， 2001， 43（1）： 67-71.

[9] 吳 爽， 張書標， 李成荃， 等. 水稻長穗頸光溫敏不育系X07es的選育及其生物學特性[J]. 核農學報， 2005（4）： 255-259.

[10] 李 毓， 楊仁崔， 章清杞， 等. 水稻eui基因對不育系若干農藝性狀的影響[J]. 核農學報， 2004， 18（5）： 344-348.

[11] 王忠安， 章清杞， 楊仁崔. 應用水稻eui基因改良不育系異交性狀[J]. 福建農林大學學報（自然科學報）， 2002， 31（2）： 142-145.

[12] 張書標， 楊仁崔， 黃榮華， 等. 水稻長穗頸光敏核不育系培矮64es（1）的選育[J]. 核農學報[J]， 2001， 15（4）： 193-198.

[13] 季 蘭， 楊淑琴， 馬洪麗， 等. 長穗頸（eui）水稻上部節間伸長與植物激素的關系[J]. 應用與環境生物學報， 2005， 11（6）： 660-664.

責任編輯：沈德發