抗咪草煙水稻資源的篩選

范方軍 王芳權(quán) 李文奇 王軍 朱金燕 許楊 仲維功 楊杰

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，南京210014；*通訊作者∶yangjie168＠aliyun．com）

目前，通過種子化學(xué)誘變、組織培養(yǎng)、花粉誘變等手段創(chuàng)造變異，通過大量篩選獲得抗除草劑突變新材料，開展抗除草劑育種已在國內(nèi)外取得重要進(jìn)展。通過誘變培育的抗除草劑作物涉及玉米、大豆、菜豆、煙草等20余種，抗除草劑類型有咪唑啉酮類、磺酰脲類、環(huán)己烯酮類、有機(jī)磷類、均三氮苯類和激素類等6大類,其中，抗咪唑啉酮類除草劑的Clear field系列作物已在生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用[1-2]。

美國科學(xué)家利用水稻品種AS3510經(jīng)過誘變之后,對M2代加以除草劑咪唑乙煙酸的選擇壓，成功獲得可以將抗性遺傳給后代的品系93AS3510，經(jīng)過不斷篩選，從中開發(fā)了2個品種CL141和CL121,并于2001年在美國商品化。此外，以水稻品種Cypress為親本，開發(fā)出的新品種CL161和XL8也于2003年在美國上市[3]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村勞動力嚴(yán)重缺乏，土地發(fā)展規(guī)模經(jīng)營已成必然，水稻直播等輕簡生產(chǎn)方式已成為農(nóng)民的首選，但伴隨而來的田間雜草、雜草稻等問題也成為生產(chǎn)難題。開展水稻抗除草劑育種可以解決這些生產(chǎn)難題，降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效益。本研究利用7 403份種質(zhì)資源篩選到1份抗咪草煙除草劑的水稻材料，為開展水稻抗除草劑育種奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

7 403 份水稻品種資源材料。其中，秈稻品種855份∶三系不育系45份，兩系不育系68份，恢復(fù)系247份，常規(guī)秈稻品種495份；粳稻品種923份∶三系不育系21份，恢復(fù)系125份，常規(guī)粳稻品種777份（江蘇385份、山東58份、河南12份、浙江42份、上海25份、安徽45份、黑龍江68份、天津25份、遼寧8份、吉林12份、云南45份、貴州52份）；太湖流域粳稻資源1 680份；水稻地方品種3 252份；雜草稻208份∶近年來江蘇各地收集的141份、江蘇（穭稻）4份、安徽（塘稻）28份、黑龍江35份；野生稻66份∶海南45份、廣西13份、江西8份；國外水稻資源419份∶越南3份、泰國18份、緬甸5份、印度18份、韓國10份、日本125份、國際水稻研究所220份、馬來西亞5份、美國15份。

1.2 抗咪草煙除草劑水稻的鑒定方法

所用除草劑為南京祥宇農(nóng)藥有限公司生產(chǎn)的咪草煙（水劑，也稱咪唑乙煙酸），有效成分含量16%，在水稻2葉1心時，排盡田水，咪草煙（水劑）溶液稀釋300倍進(jìn)行噴灑，每m2噴灑70～80 mL，噴灑24 h后進(jìn)行復(fù)水，14 d后進(jìn)行抗性調(diào)查，葉片全部枯萎或死亡為感，水稻植株恢復(fù)生長、活力旺盛為抗。

1.3 咪草煙除草劑殘留對后茬作物的影響

在連續(xù)使用咪草煙除草劑的田塊種植水稻和小麥，調(diào)查稻麥生長發(fā)育情況，明確除草劑殘留對后茬作物的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗性表現(xiàn)

在噴灑除草劑后，水稻生長緩慢，葉色加深（圖1A）。1周后感除草劑材料開始出現(xiàn)凋萎和死亡，先從心葉枯死，老葉也逐漸枯死，15 d以后基本全部枯死，而抗除草劑材料開始恢復(fù)并迅速生長（圖1B）。

圖1 除草劑處理后抗感材料田間表現(xiàn)

2.2 鑒定結(jié)果

2011-2013 年對7 403份材料進(jìn)行篩選，2013年獲得抗除草劑材料1份，在海南種植發(fā)現(xiàn)有分離，株高有差異，成熟期株高相差10 cm左右。選取株高有差異的株系重復(fù)鑒定，獲得2份穩(wěn)定抗除草劑咪草煙株系。該材料來源于天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的中熟中粳新品種金粳818（2015年通過國家審定）。目前對該材料抗性相關(guān)的遺傳分析工作正在開展。

2.3 除草劑殘留對后茬作物的影響

2015年對使用除草劑鑒定的田塊移栽秧齡5葉1心的水稻品種南粳45，移栽3～4周后死亡，南粳45不能正常生長，表明使用除草劑咪草煙的田塊在當(dāng)季不能種植常規(guī)水稻品種。

2016年11 月中旬，在連續(xù)咪草煙篩選5年的田塊種植小麥品種寧麥13，以未使用除草劑的田塊為對照，種植面積為 14 m2，用種量為 0.5 kg。2017年 4月調(diào)查2個田塊小麥的生長差異，每個田塊調(diào)查1 m2，3次重復(fù)。測量結(jié)果表明，噴灑除草劑田塊的小麥株高平均為87.2 cm、每m2有效穗數(shù)548個，未噴灑除草劑田塊的小麥株高平均為87.5 cm、每m2有效穗數(shù)553個。t測驗分析結(jié)果表明，噴藥和未噴藥田塊株高差異不顯著（p=0.518，＞0.05），每 m2有效穗數(shù)差異也不顯著（p=0.294，＞0.05）。

以上結(jié)果表明，在使用咪草煙除草劑的當(dāng)季，殘留除草劑對普通水稻的生長仍有強的致死效應(yīng)，但經(jīng)過5個多月的降解之后，對后茬小麥生長發(fā)育無明顯影響。

3 小結(jié)與討論

經(jīng)過篩選，發(fā)現(xiàn)金粳818具有抗咪草煙的特性。金粳818系由天津市水稻研究所利用津稻9618和津稻1007雜交經(jīng)多年系譜法選育而成。天津南部也是大豆產(chǎn)區(qū)，水稻與大豆輪作。咪唑啉酮類除草劑是大豆田常用除草劑，在油菜與大豆輪作的田間發(fā)現(xiàn)了抗咪唑啉酮類除草劑的油菜[2]，因此，在水稻與大豆輪作的環(huán)境中出現(xiàn)抗咪唑啉酮類除草劑的自然突變體成為可能。筆者推測金粳818的抗性應(yīng)該是在有殘留除草劑的大豆田中產(chǎn)生的自然突變體。綜合油菜和水稻出現(xiàn)自然突變體的情況，為篩選自然突變體提供了思路。

天然野生資源和品種資源在進(jìn)化過程中會產(chǎn)生一些變異，這些基因變異是新基因挖掘的寶貴資源。針對本研究發(fā)現(xiàn)的抗除草劑新資源∶首先，進(jìn)一步明確其咪草煙抗性的穩(wěn)定性；其次,利用傳統(tǒng)的育種手段,將具有抗性的秈稻和粳稻品種進(jìn)行雜交，配制遺傳分離群體，明確其遺傳特性，克隆抗除草劑基因，再通過雜交、回交，結(jié)合分子標(biāo)記輔助育種等手段，結(jié)合抗性篩選,獲得具有抗除草劑的新材料，培育抗除草劑新品種；最后,建立適合我國國情的抗除草劑水稻生產(chǎn)技術(shù)體系,使其成為可以推廣的栽培品種。本研究發(fā)現(xiàn)，咪草煙當(dāng)季殘留對水稻生產(chǎn)影響比較大，而多年使用咪草煙進(jìn)行抗性鑒定的試驗田對后茬小麥生產(chǎn)幾乎沒有影響。因此，在江蘇稻麥輪作區(qū)進(jìn)行抗咪草煙水稻生產(chǎn)種植應(yīng)該是可行的。