水稻早代跟蹤葉綠素b含量創制耐寡照不育系初探

朱子超 何永歆 歐陽杰 蔣剛 王楚桃 李賢勇

摘 ? 要 ? 四川盆地是我國水稻生產重度寡照區，寡照不僅影響水稻產量，還使米質變差。捕光色素——葉綠素b對水稻耐寡照有重要作用，提高葉綠素b含量，能夠提高寡照下水稻的生物產量和經濟產量，降低堊白粒率。試驗將高葉綠素b材料58B與一個性狀互補的廣東常規稻雜交，利用自然寡照條件下早代跟蹤葉綠素b含量方法輔以必要的堊白、配合力、農藝性狀篩選技術篩選出了4個不育系株系，經測交組合的產量、堊白等配合力檢測，定型了一個綜合性狀較好的不育系5A。該不育系目前已經通過重慶市農作物品種審定委員會技術鑒定，說明利用該方法創制耐寡照不育系是可行的。相關性分析發現葉綠素b含量與經濟產量呈正相關，與堊白粒率呈負相關。

關鍵詞 ? 水稻;育種;葉綠素b;產量;堊白;耐寡照不育系

中圖分類號：S511 ? ?文獻標志碼：A ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.019

光對植物生長十分重要，它是植物生長的能量來源，還作為信號因子調節植物的生長發育[1]。植物對寡照有“躲避”和“忍耐”兩種應激保護機制。植物通過“躲避”提高光合效率的具體表現有：葉面積增大（葉片變薄），葉綠素、氮和蛋白質含量升高[2-5]，株高增加，節間伸長[6]，分蘗（枝）減少，莖葉生長速度加快，這些反應稱為“避蔭綜合癥”[7-8]。“忍耐”機制則通過降低光消耗和呼吸速率以減少植物體能量消耗。

不同生育階段的寡照對水稻有不同程度的影響。分蘗期和幼穗分化期弱光導致有效穗[9]、每穗粒數及結實率減少，最終產量降低;灌漿期弱光使水稻葉片凈同化率降低[10]，結實率和千粒重下降，產量降低[11-12];抽穗后寡照還使稻米碾磨品質、外觀品質、營養品質和食味品質均有所下降[13]，堊白粒率和堊白度顯著增加[14-15]。

四川盆地是我國光照重度匱乏區，年日照時數和年總輻射量分別較同緯度東部地區少30%～40%和20%～30%，且年輻射總量的50%～70%屬于散射輻射[16]。水稻是該區域的主要糧食作物，選育適合該地區的水稻品種對保障糧食安全和提升人民生活水平具有重要意義。

葉綠素b是PSⅡ捕光色素蛋白復合體的重要成分。研究發現，提高葉綠素b含量，能夠提高寡照下水稻的生物產量和經濟產量，降低堊白粒率[17]。在此思路啟發下，我們將高葉綠素b材料和骨干親本雜交，在葉綠素b含量早代跟蹤及配套篩選方法輔助下，進行了耐寡照不育系水稻的創制工作。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

耐寡照不育系親本采用廣東常規稻材料（田間編號為20001，以下簡稱為20001）和58B。20001是廣東優質常規稻，該品種稻瘟病抗性較強，據重慶市農業科學院水稻所2011—2013年在南川稻瘟病鑒定基地的鑒定結果，該品種綜合抗性指數分別為2.1、3.0、2.9;但其葉綠素b含量較低，為0.20 mg·g-1。58B是重慶市農業科學院水稻所自育的三系秈稻保持系，該保持系耐寡照[17]、一般配合力好，品質和稻瘟病抗性還有待進一步提高，其葉綠素b含量為1.05 mg·g-1。

不育系測交組合父本用輻恢838、Q恢28、Q恢52。這3個恢復系的米質、產量和稻瘟病抗性配合力均為輻恢838

1.2 寡照處理及田間管理

整個試驗于2013—2019年在重慶市農業科學院巴南試驗基地進行。根據重慶近30年氣象數據，5—6月為光照不足期。為將水稻整個分蘗期和幼穗分化期置于寡照階段，將材料安排于3月25號左右播種，4月30號前后移栽，株行距為16.67 cm×26.66 cm，每行10穴，單本種植。F2世代栽30行，F3及以上保持系、雜交組合栽5行，不育系栽1行。其他管理措施同一般大田。

1.3 葉綠素b含量測定

葉綠素b含量測定參照Lichtenthaler[18]的方法進行。在F2～F4世代，材料經寡照處理始穗后，稱取0.05 g劍葉中部葉片，剪碎裝入總體積25 mL的丙酮∶無水乙醇（1∶1，v/v）離心管中，暗處理48 h，至葉片完全失綠變白。利用分光光度計測定葉綠素b含量。在F5及以上世代，始穗后測量保持系回交單株劍葉的葉綠素b含量。

1.4 米質跟蹤篩選

保持系材料從F2代開始，系選單株黃熟后收取100粒左右種子，室內陰干后用萬深SC-E大米外觀品質檢測儀進行稻米外觀品質檢測，淘汰堊白粒率>30%的株系。測交組合稻米外觀品質也采用上述方法判定。

1.5 產量調查

測交組合黃熟后，割取第3行第3～7位單株共5株有效穗，裝入網袋并編號，37 ℃下烘48 h，烘干后測量實粒重。

1.6 數據分析

采用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 F2代葉綠素b含量分布

20001和58B經雜交又自交1代后，F2代單株葉綠素b含量開始分離。對自然寡照處理下的300個F2代單株葉綠素b含量測試，發現單株之間差異較大。葉綠素b含量變幅從0.05～0.98 mg·g-1，多數集中在0.85～0.9 mg·g-1附近（見圖1）。從葉綠素b頻率分布看，該葉綠素b性狀可能受1對基因控制，其中高對低是顯性。

2.2 測交組合葉綠素b含量

在寡照下，經過對F2～F5世代的葉綠素b含量逐代跟蹤選擇，結合株葉型、生育期、經濟產量的表現，得到4個備選株系，分別命名為2A、3A、4A、5A，其葉綠素b含量分別為0.72、0.81、0.90、0.93 mg·g-1。CK為Ⅱ-32A，葉綠素b含量為0.64 mg·g-1。

將包含對照不育系的5個不育株系與輻恢838、Q恢28和Q恢52兩兩測交，發現不育系因素對測交組合的葉綠素b含量影響極顯著（P=0.69×10-6<0.01）。隨不育系葉綠素b含量升高，測交F1代的葉綠素b含量也逐步升高（見表1、表2），其中5A/Q恢52組合的葉綠素b含量最高，達到0.98 mg·g-1。5個不育系葉綠素b含量配合力順序為：5A>4A>3A>2A>Ⅱ-32A。

2.3 測交組合產量

將包含對照Ⅱ-32A的5個不育系與3個測交恢復系兩兩雜交配制的測交組合單本種植在重慶市農業科學院水稻所巴南試驗基地，經自然寡照處理生長成熟后，割取第3行中間5株并統計其經濟產量，結果見表3。除2A所配組合外，3A、4A、5A測配組合的經濟產量均超過Ⅱ-32A與相應測交父本配組的組合產量。方差分析發現，不育系因素對測交組合經濟產量的影響達到極顯著水平（P=0.66×10-6<0.01）。

2A與3個恢復系配制的測交組合與Ⅱ-32A所配組合相比，平均單株經濟產量低0.743 3 g，但沒有達到顯著水平（P=0.08>0.05）;其他3個不育株系所配組合與Ⅱ-32A相比，均超過對照達到極顯著水平（見表4）。5A所配組合產量最高，均高于Ⅱ-32A、2A、3A、4A所配組合。從表4來看，5個不育系的產量一般配合力大小順序為：5A>4A>3A>Ⅱ-32A>2A。

2.4 測交組合的米質

堊白粒率是水稻寡照區米質提升的重要限制因素，也是該區域稻米品質提升的難點[19-21]。因此，本試驗選取了堊白粒率這一檢測指標來衡量測配組合的米質。經檢測，2A～5A所配組合的堊白粒率與Ⅱ-32A同一父本組合相比均大幅下降（見表5），降幅為8.02%～79.38%。方差分析發現，本試驗中不育系因素對測交組合的堊白粒率影響達到顯著水平（P=0.03<0.05）。

多重比較發現（見表6），2A～5A所配組合的平均堊白粒率比Ⅱ-32A的顯著降低，降幅為19.44%～28.40%，除2A為顯著水平外（P=0.03<0.05），其他均達到極顯著水平。這說明新選育的不育株系較傳統不育系米質有重要提升。2A、3A、4A和5A所配組合的平均堊白粒率依次降低，但是它們的差異沒有達到顯著水平。包含Ⅱ-32A在內的5個不育株系堊白粒率配合力為：Ⅱ-32A>2A>4A>3A>2A。

2.5 葉綠素b含量與經濟產量、米質相關性

經雙因素相關性檢測，組合葉綠素b含量與經濟產量呈正相關，pearson相關系數為0.952，達極顯著水平（P=0.48×10-9<0.01）;組合葉綠素b含量與堊白粒率呈負相關，pearson相關系數為-0.722，極顯著（P=0.002 4<0.01）。

3 討論

水稻在寡照脅迫下，不僅產量會降低[11-12]，米質也會變差[13-14]。四川盆地是我國水稻生產寡照區，在該地區開展水稻耐寡照不育系創制工作有十分重要的意義。

葉綠素b是PSⅡ捕光色素蛋白復合體的重要成分。研究發現葉綠素b含量升高的突變體在寡照下的生物產量、經濟產量和米質均有提升[17]。我們將該高葉綠素b突變體與性狀互補的一個廣東常規稻材料雜交，構建了F2代分離群體。分別測量300個F2代分離群體的單株，發現葉綠素b含量分布呈偏態分布，受1對基因控制，高葉綠素b含量對低含量是顯性。這個顯性性狀對雜交水稻品種選育有重要意義，因為只要雜交品種的其中1個雙親含有該高葉綠素b基因，則雜交品種就會表現出高葉綠素b表型，品種也比較耐寡照。后面的測交組合方差分析葉綠素含量結果也證實了這一點，不育系的葉綠素b含量對測交組合的影響顯著。

從F2～F5代，我們在自然寡照條件下，對每一個入選單株的葉綠素b含量進行跟蹤，淘汰含量低的株系。同時，輔以堊白粒率、農藝性狀的篩選。最終，篩選出了4個不育株系（2A、3A、4A、5A），其葉綠素b含量分別為0.72、0.81、0.90、0.93 mg·g-1。從測交組合的產量、堊白等檢測結果來看，這4個不育株系以5A的綜合表現最好，其所配的3個測交組合米質都達到國家二級以上標準，產量也顯著高于Ⅱ-32A所配組合。目前，該不育株系通過了重慶市農作物品種審定委員會鑒定。這證明通過水稻早代跟蹤葉綠素b含量創制耐寡照不育系是可行的。

盡管葉綠素b含量適當升高對水稻耐寡照有重要意義，但也不是越高越好。研究發現，葉綠素b含量過高的水稻植株在高光強下，葉片過量吸收光，從而阻礙活性氧產生導致光抑制，使得水稻群體發生光合“午休”現象[22-24]。本試驗中通過測交組合的葉綠素b含量與產量、堊白的相關性分析發現：葉綠素b含量與產量呈極顯著正相關，pearson系數為0.952;與堊白粒率呈極顯著負相關，相關系數為-0.722。我們在育種實踐中要將親本的葉綠素b含量控制在適宜水平，在求得雜交組合產量和米質最優的同時，避免使水稻群體在強光下產生“午休”現象。

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（責任編輯：易 ?婧）