6個水稻三系不育系異交特性研究

張 雪張 城王彥榮陳亞軍李春凱田書軍

(遼寧省水稻研究所，遼寧 沈陽 110101)

雜交粳稻不育系異交結實率低、雜交粳稻制種產量低、雜交種成本高一直是限制北方雜交粳稻推廣應用的重要因素之一。要想突破這一瓶頸，就要定向地對不育系異交結實特性進行改良。不育系異交結實特性的優劣，關系到不育系繁殖及其組合制種產量的高低，關系到該不育系是否具有利用價值。陳惠清認為水稻三系不育系的異交結實特性包括抽穗特性、開花習性和柱頭特性3個方面[1]。許旭明認為高異交率是不育系育種的一個重要目標[2]。在選育和應用三系不育系資源時，要充分了解其異交特性，正確評價其利用價值[3～4]。本研究以遼寧省水稻研究所選育的6個骨干三系不育系為試材，對其異交特性進行調查和比較，旨在為進一步定向改良不育系，提高制繁種產量提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗試材為近10年來遼寧省水稻研究所選育的6個具有代表性的不育系材料粳65A、遼180A、粳139A、遼31A、遼17A、遼15A，試驗于2020年在位于遼寧省沈陽市蘇家屯區的遼寧省水稻研究所試驗基地進行。

1.2 試驗設計

6份試驗材料同期播種移栽，單本種植，每個小區2 m行長種4行，行株距為30 cm×13.3 cm。田間水肥管理同大田管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 天然異交結實率

在成熟期，分別從個小區中隨機選取20個單株的主穗，計算每穗的成粒數占總粒數的百分比。天然異交結實率(%)=單穗成粒數÷單穗總粒數×100%。

1.3.2 單日逐時開花率

在盛花期，分別從各小區中選始穗1～ 2 d的10個主穗，定株定穗進行觀察。從上午7：00開始，每隔30 min觀察1次開花動態，至下午13：30，記錄每時段開花數量。某時花率(%)=某時段累計開花數量÷當天開花總量×100%。

1.3.3 柱頭外露率

每個品種選擇將要開花的20個單穗作標記定為觀察對象，于每天下午開花結束后觀察， 記下當天開花的柱頭單雙邊外露的穎花數。記載后剪去開過的穎花，全穗開完后統計該穗的柱頭外露率及全穗的總穎花數。柱頭外露率(%)=柱頭外露的穎花數÷總穎花數×100%。

1.3.4 開穎時間

開花期，每個品種標記10朵穎殼有裂縫的即將開放的穎花作為觀察對象，每隔5 min觀察1次，從穎殼裂縫至穎殼閉合為止，計為開穎時間。

1.3.5 開穎角度

隨機選取10個即將在當天開放的穎花作為觀察對象，當穎殼張至最大角度時，用鑷子取下，用雙面膠將穎花固定在平整的白紙上，用大頭針固定穎花開角的3點，用量角器量出的數值即為該穎花的開穎角度。

1.4 數據處理

采用Excel軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不育系的天然異交率差異

本研究調查了6個粳稻不育系的天然異交率，結果顯示粳65A天然異交率最高，達到59.6%，極顯著高于其他不育系；其次為遼180A，天然異交率為44.6%；再次為粳139A和遼31A，天然異交率分別為37.1%和32.3%；最后為遼17A和遼15A，天然異交率分別為24.3%和23.2%，極顯著低于其他不育系(表1)。

表 1 不育系天然異交率

2.2 親本花時動態及其對異交結實特性的影響

林建榮、王勝軍等研究表明早花時對不育系異交結實具有重要影響，常用午前開花率表征不育系的花時早晚[5～6]。本研究以30 min為間隔調查了不同時間的累計開花率，相關分析顯示11：00開花率與天然異交率呈顯著正相關，所以采用11：00開花率表征不育系花時早晚(表2)。

2.3 開花習性對天然異交率的影響

由表3可見，粳65A花時最早，11：00前開花數量占當日開花數量72.6%，與粳139A、遼31A、遼17A、遼15A相比差異達到極顯著水平。遼180A花時較早，11：00花率達到49.1%，與粳139A、遼15A相比差異達到顯著水平。粳65A柱頭外露率最高，達到65.1%，極顯著高于其它不育系。遼180A柱頭外露率為14.9%，顯著高于遼31A等4個不育系。遼180A開穎時間最長，其次遼17A和粳65A，遼15A、粳139A和遼31A開穎時間較短。粳139A和遼15A的開穎角度較小，低于其他不育系。

相關分析(表4)顯示，不育系天然異交率與11：00花率和柱頭外露率呈顯著正相關，提早花時、提高柱頭外露率有利于增加不育系的異交結實率，粳65A的高異交結實率是早花時和高柱頭外露率共同作用的效果。相關分析顯示，不育系柱頭外露率與11：00花率呈顯著正相關，表明在不育系選育過程中早花時與高柱頭外露率可以同時改良。

表 2 開花率與異交結實率的相關系數

水稻開穎時間較長，但花粉活性時間較短，母本先開穎等待父本散粉更有利于不育系接受恢復系花粉，從而提高異交結實率。雜交稻親本日開花動態可以看出，典型恢復系親本C315開花高峰期在11：30左右，典型晚花時不育系粳139A開花高峰期在12：00，粳139A大量開花時恢復系開穎數量已經減少，花粉數量減少，不利于不育系異交結實；典型早花時不育系粳65A的開花高峰期在11：00左右，因穎花開穎時間較長，11：00恢復系大量散粉時有大量不育系穎花開放，有利于不育系異交結實。所以采用11：00開花率表征不育系花時早晚比午前花率更加準確(圖1a)。

從保持系與不育系的開花動態差異可以看出，保持系轉育為不育系后，無論是早花時品種還是晚花時品種，不育系的花時均遲于保持系，開花高峰期延遲30～60 min，表明不育細胞質對早花時性狀具有不良影響。為保證不育系花時早于恢復系30～60 min，應選育早花時保持系，早花時保持系的開花高峰在10：00～10：30較為適宜(圖1b)。

表 3 不育系開花習性差異

表 4 開花性狀與天然異交率的相關性

3 結論與討論

本研究對6個骨干三系不育系單日開花動態和天然異交率的相關分析顯示，11：00開花率與天然異交率呈顯著正相關，因此11：00開花率是評價不育系異交特性的重要指標。保持系轉育為不育系后，不育系的開花高峰期延遲30～60 min，應選育開花高峰在10：00～10：30的早花時保持系較為適宜。開花習性相關分析結果表明，不育系天然異交率與11：00花率和柱頭外露率都呈顯著正相關，不育系柱頭外露率與11：00花率呈顯著正相關。因此，在改良三系不育系時，應注重同時提高柱頭外露率、提早花時，可有效增加不育系的異交結實率。

本試驗中粳65A和遼180A具有花時早，柱頭外露率高，開穎時間長的特點，因此其天然異交率高。在組配雜交粳稻組合時，可利用其有利開花習性，提高制種產量。結合試驗結果，有針對性地改良粳139A等4個不育系的不利開花習性，從而提高其異交結實率，提升利用價值，豐富三系不育系資源。