eui基因?qū)λ竟鉁孛艉瞬挥抵饕r(nóng)藝性狀的影響

馬洪麗 謝其男 張書標(biāo)

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(chǎn)的第四遺傳因子，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于雜交稻的生產(chǎn)。研究不同eui基因?qū)λ竟鉁孛艉瞬挥抵饕r(nóng)藝性狀的影響。結(jié)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(yīng)顯著地好于不育期，且eui1基因遺傳解除包穗的效應(yīng)強于eui2基因。eui基因的效應(yīng)并未影響到光溫敏核不育系的育性和花粉不育的類型。

關(guān)鍵詞 水稻；光溫敏核不育系；eui基因；農(nóng)藝性狀

中圖分類號 S511 文獻標(biāo)識碼 A

在現(xiàn)有的雜交稻生產(chǎn)中，無論是三系雜交稻的核質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)產(chǎn)量。赤霉素的施用不但要求較高的噴施技術(shù)，準(zhǔn)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(chǎn)的成本，加劇了環(huán)境污染，且造成種子質(zhì)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(fā)現(xiàn)了一個最上節(jié)間伸長的長穗頸高稈突變體，其主要特征是最上節(jié)節(jié)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(zhì)中發(fā)現(xiàn)這一基因突變體，并設(shè)想把該基因?qū)腚s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(chǎn)可以達到不用或少用赤霉素的目的[2-5]。基于前人的研究結(jié)果，福建農(nóng)林大學(xué)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(shù)，發(fā)現(xiàn)新的eui2基因，建立的e-雜交稻育種技術(shù)，將eui基因成功的應(yīng)用于生產(chǎn)，至今已有e優(yōu)27、eII優(yōu)315、eII優(yōu)316、e福豐優(yōu)11和福兩優(yōu)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(chǎn)上的推廣應(yīng)用，深入研究評價eui基因的作用具有較為重要的現(xiàn)實意義。eui基因?qū)毎|(zhì)雄性不育系特性影響的研究已較為系統(tǒng)，而有關(guān)eui基因?qū)鉁孛艉瞬挥涤绊懙难芯窟€較少。為了明確eui基因?qū)λ竟鉁孛艉瞬挥档倪z傳效應(yīng)，本研究探討了不同eui基因?qū)Σ煌鉁孛艉瞬挥档闹饕r(nóng)藝性狀的影響，以此為eui基因于光溫敏核不育系的育種應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

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(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每個小區(qū)30株，移栽密度20 cm×20 cm，單本栽。按豐產(chǎn)田要求進行田間管理，及時防治病、蟲、鼠、鳥害。可育期，2009年冬在海南三亞重復(fù)不育期的試驗。

1.2.2 調(diào)查記載方法 齊穗后每小區(qū)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(jié)間長、穗粒數(shù)等農(nóng)藝性狀。

1.2.3 花粉育性的觀察 抽穗期從各小區(qū)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(dāng)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(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不育系在不育期的農(nóng)藝性狀

9個光溫敏核不育系不育期的主要農(nóng)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(jié)間長和原不育系有顯著的差異，而穗長及其他節(jié)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?qū)鉁孛艉瞬挥抵旮叩挠绊懀阉胁挥蛋此琫ui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(yīng)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(jié)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(jié)長、倒三節(jié)長、倒四節(jié)長、倒五節(jié)長和原不育系差異均不顯著。結(jié)果說明，不育期eui基因主要使光溫敏核不育系倒一節(jié)顯著增長，而對其他各節(jié)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(yīng)表現(xiàn)在對株高、穗頸伸出度、劍葉長、倒一節(jié)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(jié)間的顯著伸長，且eui1的效應(yīng)強于eui2的效應(yīng)。

2.2 不育系在可育期的農(nóng)藝性狀

由表2可以看出，可育期，eui基因?qū)鉁孛艉瞬挥档闹旮摺⑺腩i伸出度、劍葉長、倒一節(jié)、倒二節(jié)和倒三節(jié)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(xiàn)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?qū)λ腩i伸出度的效應(yīng)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(xiàn)出同樣的結(jié)果。結(jié)果表明，可育期eui基因?qū)獬鉁孛艉瞬挥档男Ч且粯拥模琫ui1和eui2基因均可完全解除不育系的包穗，但eui1基因的效應(yīng)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(jié)和倒二節(jié)顯著伸長，對于倒三節(jié)的效應(yīng)依不同的不育系而表現(xiàn)差異。含有eui1基因的不育系比與含有eui2基因的在倒一節(jié)和倒二節(jié)增長幅度大，且呈顯著性差異。而對于eui基因?qū)Φ谷?jié)間的影響，除了培矮64S，eui1基因?qū)Φ谷?jié)的增長幅度上有顯著性的差異，而eui2基因?qū)Φ谷?jié)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?qū)Φ顾墓?jié)和倒五節(jié)長的影響不顯著。

以上分析結(jié)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(jié)的顯著增長，還因為倒二節(jié)的顯著增長，倒三節(jié)對株高的貢獻依不同的不育系而不同。倒一節(jié)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(yīng)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(xiàn)出100%的不育。鏡檢的結(jié)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(jié)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(yīng)。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(yīng)的廣占63 eui2S、培矮64 eui2S、Se21eui2S。結(jié)果表明，eui1基因?qū)鉁孛艉瞬挥抵旮叩男?yīng)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。可育期，eui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(jié)間的伸長具有很強的負效應(yīng)。eui基因解除培矮64S、廣占63S和Se21S包穗的效應(yīng)不同，說明eui基因解除光溫敏核不育系的效應(yīng)依不同的遺傳背景而表現(xiàn)差異。吳爽等[9]的研究結(jié)果也表明，當(dāng)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(dāng)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?qū)毎|(zhì)雄性不育系的影響認為，eui基因?qū)徑獯蠖鄶?shù)細胞質(zhì)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?qū)Χ鄶?shù)不育系倒一節(jié)間長、穎花長與株高有顯著增效，eui1基因的效應(yīng)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(zhuǎn)換特性和花粉不育類型。結(jié)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(jié)果相似[9-10，12]。李毓等[10]的研究結(jié)果表明，eui基因?qū)毎|(zhì)雄性不育系的不育度基本無影響。

eui1基因?qū)χ旮叩男?yīng)及解除兩系不育系的遺傳包穗效果要優(yōu)于eui2基因，這可能跟eui1、eui2基因表達的差異有關(guān)。研究結(jié)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(dǎo)致水稻最上節(jié)間和倒二節(jié)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(dǎo)致最上節(jié)間劇烈伸長，但eui2基因在穗中無特異表達，所以對最上節(jié)間伸長的影響遜于eui1基因[13]。似乎可以認為，eui基因?qū)λ旧飳W(xué)特性的影響主要緣于GA1，含量增加，eui1、eui2基因?qū)A1表達量、表達時期及表達部位的不同是它們效應(yīng)差異的主要原因[13]。

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責(zé)任編輯：沈德發(fā)