水稻光溫敏核不育系280S和望S的育性轉換特性研究

孟祥龍，常劍淵，張海清，肖層林

(湖南農業大學農學院，長沙410128)

兩系法雜交稻的育種實踐表明，光溫敏核不育系是兩系法雜交稻發展的基礎和關鍵[1]。與三系法雜交水稻比較，兩系法的優越性在于能自由配組，不受恢保關系制約，選配強優組合幾率大[2～4]，因而在雜交稻育種上易于擴大育種親本的遺傳復雜程度和雙親的遺傳距離，利于選育雜種優勢更強的組合。

為對新選育的水稻光溫敏核不育系280S和望S在湖南長沙地區進行審定前的鑒定，本課題組將試驗材料分期播種(確保其在整個水稻生產季節得到充分表現)，并對其生育期特性、主莖葉片數、育性轉換的光溫敏特性、株葉穗等性狀、自交繁殖特性、田間抗性及其性狀的遺傳穩定性等進行鑒定，利用當地的氣象資料分析供試材料的性狀表現及其變化規律，客觀評價其實用性，為其在生產上應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

不育系280S由湘西自治州農科所提供，望S由湖南希望種業公司提供，陸18S(對照)由亞華種業科學院提供。

1.2 試驗設計

從2010年4月7日至7月30日，逢10、20、30日播種，共12個播期。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進行田間管理。

1.3 農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%)，計算播始歷期天數。

主莖葉片數:每播期移栽時定10株，每3 d或4 d記載1次葉齡，獲得每播期主莖總葉片數。

株高:每播期在田間量3個單株的株高，求出每播期和12個播期的平均值。

每穗穎花數:每播期選取1個單株，數計每個有效穗的穎花數，求出每播期平均每穗穎花數和12個播期平均每穗穎花數。

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

1.4 育性轉換光溫條件的確定

(1)花粉育性鏡檢

鏡檢時期:從第一播期始花之日起至10月上旬為鏡檢時期。在鏡檢時期內，若某一天發現染色花粉，從該天起至不出現染色花粉之日后兩天止(育性波動期)，堅持天天鏡檢;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，在隨機選取的3～5株(雜株除外)有效穗上，分別取當天能開花的穎花3朵(穎花內花藥伸長至穎花長度的1/2以上)，分株鏡檢，計數各類型花粉的數量(每片數3個視野)，并計算百分率。

花粉分類標準:

無花粉型——花藥內無任何類型花粉，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?，染色淺或染色部分小于2/3。

正常花粉——圓形，大小正常，全部染色或染色部分大于2/3。

(2)自交結實率

從鏡檢時發現有染色或染敗花粉的材料中隨機取5個單株，帶泥搬至安全隔離條件下，或用隔離袋(長40 cm，寬30 cm，白色羊皮紙袋)套罩整株，齊穗后20 d考查自交結實率。

(3)育性轉換起點溫度

從當地氣象觀測點的資料中找出供試材料從第一播期的育性敏感期至9月出現日均溫相對較低(24℃以下)的時段，對照鏡檢和自交結實率考查結果，分析育性轉換起點溫度范圍。

1.5 冷水處理池鑒定及育性考查

試驗于2010年在湖南農業大學水稻研究所進行。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進行田間管理。幼穗分化第Ⅲ～Ⅳ期，選擇典型單株20株轉為盆栽，每盆4株。每個鑒定材料備5盆(每盆栽6株)用于自然條件對照，其中1盆用于幼穗發育進度觀察。按中等苗情進行肥水管理。在自然長日高溫季節，在主穗發育的第Ⅳ期開始分別在 22.0℃、22.5℃、23.0℃、23.5℃ 下處理 6 d，每天光照時間≥14 h，光照強度為自然光照。

處理結束后，將處理材料移到自然條件下，對葉枕距為1～3 cm的幼穗進行掛牌標記，在標記穗開花時，每天上午取當天將開花的穎花鏡檢花粉育性，連續觀察5 d。對出現染色花粉的材料進行套袋，成熟時考查結實率。

2 結果與分析

2.1 育性表現

2010年6月至9月的低溫時段氣象資料如表1所示。

表1 2010年6月至9月低溫時段的溫度

長沙點6月1日至11日連續日均溫低于23.0℃后，花粉鏡檢結果(表2)并對照氣象資料分析表明，不育系280S在7月14日始穗，花粉鏡檢未出現不育性波動。在8月26至27日2 d(日均溫低于22.1℃)后該材料發生輕微的不育性波動，染色花粉率為1.02%～1.49%，但自交結實率為零。在利用該不育系制種時，育性敏感期若遇上連續2 d日均溫22.1℃天氣，雖表現有染色花粉，但無自交結實現象，制種不會產生純度風險。280S分別以22.5℃、23.5℃冷水處理6 d，染色花粉率和自交結實率均為零。由此可見，280S育性轉換起點溫度＜22.5℃，表明該不育系育性轉換起點溫度低，且忍受低溫持續時間較長，進一步證明該不育系具有安全可用性。

表2 280S花粉育性鏡檢結果

不育系望S長沙點6月1至11日連續日均溫低于23.0℃后，花粉鏡檢結果(表3)并對照氣象資料分析表明，該材料在7月1日始穗，花粉鏡檢未出現不育性波動。在8月26至27日2 d(日均溫低于22.1℃)后該材料發生輕微的不育性波動，染色花粉率為1.26% ～21.37%，自交結實率為7.03%。在利用該不育系制種時，育性敏感期若遇上連續2 d日均溫22.1℃天氣，制種風險大。對望S以23.5℃冷水處理6 d，染色花粉率和自交結實率均為零。由此可見，望S育性轉換起點溫度＜23.5℃，表明該不育系育性轉換起點溫度較低，且忍受23.5℃低溫持續時間較長，同樣進一步證明該不育系也具有安全可用性。

表3 望S花粉育性鏡檢結果

2.2 主要農藝性狀

2.2.1 生育期及主莖葉片數

不育系280S為中熟中稻類型。4月7日播種，7月14日始穗，播始歷期98 d，主莖總葉片數平均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，播始歷期分別為87、76、72和66 d，主莖總葉片數分別為13.6、13.0、12.6和13.0葉。全年12播期的播始歷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，播始歷期97 d，主莖總葉片數平均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，播始歷期分別為82、78、76和64 d，主莖總葉片數分別為14.0、14.2、13.2和13.7葉。全年12播期的播始歷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，由于植株的生長發育受氣候變化的影響，性狀表現不穩定。由表4可知，280S在12個播期中平均株高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24.6 cm(23.5～25.7 cm)，平均每穗總粒數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25.4 cm(23.7～27.7 cm)，平均每穗總粒數128.9粒(118.3～147.6粒)，黑粉病感染率為6.84%。根據不育系280S和望S的株、葉、穗、粒性狀表現，有利于培養母本高產苗穗結構，建立高產制種群體。

表4 2個不育系的株高和穗粒性狀表現

3 小結與討論

對新選育的280S、望S鑒定結果表明，兩個不育系的農藝性狀良好，群體性狀穩定，育性轉換起點均低于23.5℃，且能忍受6 d低溫。

兩系法雜交水稻能否推向生產，不僅取決于要有強優勢雜交稻組合，而且取決于要有純度高、價格便宜的雜交水稻種子，其關鍵就是光溫敏核不育系是否具有實用性。實用性問題主要表現在育性、配合力、異交性、抗性及米質等諸方面。其中育性的穩定性是光溫敏核不育系實用的首要條件。本試驗供試材料280S、望S均達到了湖南省水稻光溫敏不育系審定標準，可以向品種審定委員會推薦審定。

前人研究表明，光溫敏不育系個體間育性轉換起點溫度存在一定差異，在按常規品種繁育程序和方法選種留種后，群體中育性轉換溫度較高的個體因結實種子的數量逐代增加，在群體的比例逐代增大，使群體育性轉換起點溫度逐代升高。培矮64S在1991年技術鑒定時，育性轉換起點溫度23.3℃，按常規方法繁殖到1993年，育性轉換起點溫度已上升到24.2℃，1994年有些種子育性轉換起點溫度高達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溫度個體育性恢復，導致種子不純，不能用于生產[7，8]。湖南省種子管理站分析認為，1993，1996，1999年部分兩系雜交水稻種子嚴重不純的根本原因是兩系不育系不育起點溫度已漂高[9]。

曾漢來等[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段中生長發育，不同時段的光溫環境不同，不育系的生育特性、主莖葉片數、株葉穗粒數和田間抗性等性狀有著一定規律性的變化。本試驗將不育系材料280S和望S在自然條件下分12期播種對其主要農藝性狀進行觀察記載，發現不同播期對播始歷期的影響較大，播期與播始歷期負相關;不同播期的有效積溫存在差異，從而引起生育期的變化，導致主莖葉片數的不同，有效積溫與主莖葉片數呈負相關;隨著播期的往后推移，穗粒數越來越少，有效積溫與穗粒數呈負相關。經本次試驗表明，水稻光溫敏不育系新材料280S和望S由于受持續低溫的影響，發生了不同程度的育性波動，其中望S自交結實現象比較嚴重，這在雜交制種過程當中是不允許的，會導致利用價值降低。因此，不育系280S和望S的育性轉換起點溫度、繁殖的育性溫度及自交結實溫度有待進一步鑒定。

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