5個水稻光溫敏核不育系柱頭特性與異交結實率的關系

舒志芬，陳 勇，劉 釗，袁 露，熊 朝，張海清

(湖南農業大學農學院，長沙 410128)

5個水稻光溫敏核不育系柱頭特性與異交結實率的關系

舒志芬，陳 勇，劉 釗，袁 露，熊 朝，張海清*

(湖南農業大學農學院，長沙 410128)

為探究水稻不育系的柱頭特性與異交結實率的關系，以創5S、耘9S、培矮64S、P88S、Y58S等5個水稻光溫敏核不育系為材料，對柱頭外露率、柱頭大小、柱頭活力等進行了比較研究，同時以R608為父本，測定了其柱頭活力和異交結實率。研究表明，5個水稻不育系在柱頭外露率、柱頭大小、柱頭活力等方面均存在一定的差異。P88S的柱頭特性總體較好，柱頭外露率達到95.94%，柱頭活力較強，活力系數為2.71，田間異交結實率達84.02%。培矮64S的柱頭長度和柱頭寬度最小，分別是2.41 mm和1.10 mm，其柱頭外露率93.04%，柱頭活力最弱，其異交結實率僅65.47%。耘9S、Y58S、創5S的柱頭特性處于中等水平，耘9S的異交結實率比其他兩個不育系高。相關分析表明，柱頭外露率、柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積與異交結實率顯著相關，相關系數分別為0.897*、0.934*、0.934*、0.939*、0.937*；柱頭活力系數與異交結實率之間相關不顯著。依據不育系的柱頭特性，采取合理的輔助授粉方式，有利于節省生產成本，提高雜交水稻制種產量。

水稻；光溫敏核不育系；柱頭特性；異交結實率

水稻不育系的異交特性是影響不育系繁殖與雜交水稻制種產量及種子生產成本的重要因素之一[1]。因此，不育系優良的異交特性成為雜交水稻制種的關鍵[2～4]。水稻不育系異交特性主要包括穗部特點(包頸長度、包頸粒率)、柱頭特性(柱頭形態、柱頭生活力、柱頭外露率)、開花習性(花時、張穎角度、張穎歷時)等性狀，其中最主要的是柱頭特性[5，6]。朱英國[7]研究發現，父母本花期相遇，在父本花粉供應充足的前提下，光溫敏核不育系間的異交結實率仍存在一定的差異。前人為了合理地利用水稻不育系，先后對光溫敏不育系的開花習性與異交結實的關系進行了廣泛而深入的研究[8，9]。柱頭是不育系接受外來花粉完成受精結實的花器，其柱頭外露情況以及柱頭活力的大小影響著不育系的異交結實情況。有研究表明，柱頭外露不育系的總異交結實約占其穎花開花當日以后接受花粉異交結實的兩倍；柱頭未外露的穎花的異交結實率接近外露穎花的1/3～1/4[10]。林建榮等[8]研究發現，不育系柱頭外露率的高低也直接影響著其異交結實率的高低。柱頭的長度和寬度對柱頭外露率有在一定的影響[11，12]。不育系開花后第2天，仍有65%以上外露的柱頭保持著受粉能力[13]。而外露柱頭保持接受花粉的能力越高，接受外來花粉受精結實的可能性就越大，異交結實率就越高[14]。

目前隨著雜交水稻種子生產成本越來越高，選用高異交結實率的不育系以及根據不育系的異交特性采用合理的輔助措施提高異交結實率已成為雜交水稻種子生產的重要研究內容。本文通過對5個實用型水稻光溫敏核不育系的柱頭特性及其與異交結實率的關系進行研究，旨在為雜交水稻種子生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試水稻光溫敏核不育系為創5S、耘9S、培矮64S、P88S、Y58S；恢復系材料為R608。創5S和耘9S由湖南農業大學水稻研究所提供；培矮64S、P88S、Y58S和R608由袁隆平種業股份有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗于2014年4～10月在湖南武岡隆平種業有限公司制種基地進行。每個不育系和恢復系均分3期播種，每期不育系與3期父本配合移栽。不育系5～6葉移栽，株行距17 cm×17 cm，每小區8行，每行45穴，每穴移栽2～3株。父本6～7葉移栽，株行距20 cm×25 cm。在不育系見穗期按300 g/hm2用量噴施“920”。

1.3 測試項目與方法

1.3.1 柱頭大小、面積、體積測定

每個品種選取正在開花的穎花10朵，用鑷子將穎花取下，放入 FAA固定液中保存備用。采用體視顯微鏡直接測定柱頭的長度、寬度，計算柱頭面積及體積。計算公式[10]如下：

柱頭面積=柱頭長(A)×柱頭寬(E)

柱頭體積=πA(E/2)2

1.3.2 柱頭外露情況調查

在不育系進入始穗期，對各不育系噴施“920”，隨機選取30個已經全部開花的稻穗，調查柱頭單邊外露率、雙邊外露率、柱頭總外露率。具體測定指標與計算公式如下：

單邊柱頭外露率=單邊柱頭外露的穎花數/所有穎花數×100%

雙邊柱頭外露率=雙邊柱頭外露的穎花數/所有穎花數×100%

柱頭總外露率=柱頭外露的穎花數/所有穎花數×100%

1.3.3 柱頭生活力測定

每個不育系選取即將進入盛花期的10個單株，對當天自然開放的穎花做標記，然后當天下午去除其他未標記穎花并進行套袋處理，共21袋，每袋2～3單穗。

從第1天起以恢復系R608對不育系進行授粉，每個不育系處理3袋，連續授粉7 d。授粉后繼續套袋，20 d后調查各不育系的結實率，并計算出每個不育系每天結實率的平均值，以此來反應各不育系的柱頭生活力，并計算柱頭生活力系數，計算公式[8]如下：

柱頭生活力系數=柱頭外露穎花開花后第 2～4天外露柱頭結實率/開花當天外露柱頭結實率

1.3.4 不育系異交結實率調查

選擇父母本花期相遇良好的小區進行小面積制種，始穗期噴施“920”后，在父本始花期至終花期，每日進行2次人工輔助授粉，成熟期考查異交結實率。

1.4 數據處理

采用Excel 2007和SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 柱頭大小及形態特征

供試不育系的柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積和體積列于表1。P88S和耘9S的柱頭長度最長，分別為2.85 mm和2.84 mm，其次是Y58S和創5S，培矮64S的柱頭最短，為2.41 mm，且P88S、耘9S，Y58S、創5S和培矮64S之間存在顯著性差異。

柱頭寬度、柱頭面積和柱頭體積大小也呈現同一趨勢，即P88S、耘9S>Y58S、創5S>培矮64S。

表1 5個不育系的柱頭特性

2.2 柱頭外露率

將各不育系的柱頭外露情況按雙邊外露率、單邊外露率和總外露率3類進行統計(表2)。表2表明:不育系的柱頭總外露率都達到了90%以上，且雙邊外露率都超過了50%。耘9S的柱頭總外露率最高為97.58%，其它不育系柱頭外露率從高至低依次為Y58S、P88S、培矮6S、創5S，分別為97.05%、95.94%、93.04%、92.87%。5個不育系柱頭雙邊外露率均高于單邊外露率。耘9S的柱頭雙邊外露率最高，達73.49%。不育系的單邊外露率從大到小依次為P88S、創5S、Y58S、耘9S、培矮64S。5個不育系柱頭總外露率差異不顯著性。

表2 5個不育系柱頭外露率

2.3 柱頭活力表現

5個供試不育系逐日授粉的異交結實情況如表3。供試不育系均以開花當天的異交結實率最高，以后逐日下降，第5天后下降較為明顯，但至第7天柱頭仍保持著一定的活力。從柱頭活力系數來看，供試不育系中，以P88S和創5S的柱頭活力最強，活力系數分別為2.71和2.33，說明它們的柱頭維持高活力的時間較長，柱頭生活力下降較慢，如P88S在開花后第7天的異交結實率仍達到25.89%。柱頭活力中等的為耘9S和Y58S，活力系數分別為1.68和1.61；柱頭活力最低的為培矮64S，雖然開花第1天結實率較高，但從開花后第2天起柱頭生活力下降較快，柱頭活力系數僅為1.13，說明其柱頭生活力保持時間較短。

表3 5個不育系柱頭活力表現

2.4 不育系異交結實率與柱頭特性的相關性

培矮64S、P88S、耘9S、Y58S、創5S等5個不育系與父本R608進行配組制種，在花期相遇良好和充分授粉的情況下，5個不育系異交結實率均在60%以上，不同不育系之間存在一定的差異。異交結實率最高的是耘9S和P88S，分別為85.34%、84.02%；異交結實率最低的是培矮64S，僅為65.47%(表4)。

表4 5個不育系異交結實率

對供試5個不育系柱頭總外露率、柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積、柱頭活力6個性狀與異交結實率進行相關分析表明，異交結實率與柱頭的相關特性之間存在一定的相關性。異交結實率與柱頭總外露率、柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積均呈顯著正相關，相關系數分別為0.897*、0.934*、0.934*、0.939*、0.937*，而異交結實率與柱頭的活力系數之間相關不顯著(表5)。說明在雜交水稻制種中，不育系的異交結實率是多個性狀綜合作用的結果。

此外，不育系的柱頭長度、寬度、面積以及體積之間存在極顯著正相關，相關系數都在0.9以上。

表5 不育系柱頭特性與異交結實率的相關系數

3 小結與討論

供試5個不育系的柱頭特性都較理想，但是仍然存在一定的差異。供試5個不育系中，P88S的柱頭特性總體較好，培矮64S較差，耘9S、Y58S、創5S的柱頭特性處于中等水平。

相關性分析表明，異交結實率與柱頭總外露率的相關系數較大(r=0.897*)，為顯著正相關。吳爽等[11]研究表明，柱頭外露率與異交結實率呈顯著正相關，本試驗的結果與之一致，進一步證實了在雜交水稻制種過程中不育系的柱頭外露率對提高異交結實率的重要作用。異交結實率與柱頭長度、柱頭寬度、柱頭面積、柱頭體積均呈顯著正相關，相關系數分別為0.934*、0.934*、0.939*、0.937*，但是與柱頭活力系數之間無顯著相關性。

田大成[15]早期研究就發現，不育系的柱頭活力系數越高，相應的異交結實率越高。韓贊平等[16]研究發現，珍汕97A的柱頭活力是供試7個不育系中最高的，但異交結實率卻不高。可見對于柱頭活力系數與異交結實率之間的研究，不同的研究者之間存在一定的差異。本試驗中，P88S的柱頭活力系數最高，在第7天仍保持著相當的活力，但是異交結實率最高的卻是耘9S。

不育系的異交結實情況除受到自身的遺傳因素引起的異交特性的影響之外，還受到父母本花期相遇情況、父本花粉密度、開花天氣狀況等諸多因素的影響。所以要挖掘各個不育系的異交結實潛能，必須結合優良的栽培條件，使不育系植株體內的營養狀況不斷改善，提高其異交特性。

對于柱頭活力系數大的不育系(如P88S)，在雜交水稻制種生產過程中，可以適當地延長輔助授粉的時間，從而提高異交結實率；對于柱頭活力系數較低的不育系(如培矮64S)，可適當適時地進行輔助授粉，同時可以采取一定的措施提高其柱頭活力系數。

目前，雜交水稻制種中普遍通過選育高柱頭性狀的品種進行配組以提高異交結實率，對如何提高現有組合柱頭特性的研究較少，所以應加強提高柱頭特性方面的研究，為雜交水稻制種提供技術指導。

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Correlation Between Outcrossing Characteristics and Stigma Feature of 5 PTGMS Lines

SHU Zhi-fen，CHEN Yong，LIU Zhao，YUAN Lu，XIONG Chao，ZHANG Hai-qing*

(College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China)

To explore the correlation between outcrossing characteristics and stigma feature of 5 PTGMS lines， an experiment was carried out to test the stigma exsertion rate， stigma size， stigma vitality of 5 PTGMS lines， Chuang 5S，Yun 9S， Peiai 64S， P88S and Y58S respectively. The stigma vitality and seed outcrossing rate of R608 were measured as male parent. The results showed that: 1) there was certain difference in stigma exsertion rate， stigma size， stigma vitality among 5 PTGMS lines， 2) the stigma feature of P88S was the best among 5 PTGMS lines with its coefficient of stigma vitality reaching up to 2.71， stigma exsertion rate 95.94% outcrossing rate 84.02%.The stigma length and stigma width of Peiai 64s are the smallest， which are 2.411 mm and 1.10 mm respectively. Its stigma exsertion rate is 93.04%， being the lowest， and its outcrossing rate is only 65.47%.The stigma feature of Yun 9S， Y58S， Chuang 5S are at the middle level， but outcrossing rate of Yun 9S is higher than that of the other two. Correlation analysis showed that， the correlation coefficients of stigma exsertion rate， stigma length， stigma width， area and volume of stigma to outcrossing rate arer=0.897*，r=0.934*，r=0.934*，r=0.939*，r=0.937*.There were no significant coefficient correlation between Stigma vitality and outcrossing rate. Based on stigma characteristics of 5 PTGMS， we can take auxiliary pollination measure reasonably to save production costs， and to improve Hybrid rice seed production.

rice；PTGMS line；stigma feature；outcrossing rate

2015-05-07

舒志芬(1989-)，女，山西臨汾人，碩士研究生，Email：selfreliance110@126.com。*通信作者：張海清，博士，教授，主要從事雜交水稻生產種子與加工研究與教學，Email：hunanhongli@aliyun.com。

國家科技支撐計劃項目(2014BAD06B07)。

S511.01

A

1001-5280(2015)04-0343-05

10.3969/j.issn.1001-5280.2015.04.03