高溫伏旱下秈粳型水稻不育系的開花習(xí)性

肖人鵬　唐永群　劉強明　姚雄　張現(xiàn)偉　張巫軍　段秀建　李經(jīng)勇

摘要：[目的]研究高溫伏旱與秈粳型水稻不育系開花習(xí)性的關(guān)系，并鑒定高溫伏旱條件下具有良好開花習(xí)性的秈粳型水稻不育系，為新選系的應(yīng)用和地方種質(zhì)的進一步改良提供理論依據(jù)。[方法]以5個偏粳型和5個偏秈型的秈粳型水稻不育系材料為研究對象，通過大田分期播種，使各參試材料開花期遭遇自然高溫伏旱，通過調(diào)查單穗開花花時動態(tài)、單穗和單株開花歷期及柱頭外露率等指標(biāo)對參試材料進行綜合評價。[結(jié)果]參試材料間開花習(xí)性差異明顯；在高溫伏旱條件下，材料類型是導(dǎo)致開花習(xí)性差異的主要因子；其中6466A、6474A、805A和650A等4個不育系具有開花高峰期較早、單穗和單株開花歷期較長、柱頭外露率較高、柱頭生活力高等優(yōu)點。6466A開花高峰期集中在10：31-12：00，較G46A提前1.5h；6474A的柱頭外露率較高，達78.16%；650A的單株開花歷期最長，達17.2d；805A的柱頭生活力較高，且可保持時間較長。[結(jié)論]不育系6466A、6474A、805A和650A在高溫伏旱條件下表現(xiàn)出較好的開花習(xí)性，可作為高溫伏旱下育種的選育親本，或在種質(zhì)資源改良中加以利用。

關(guān)鍵詞：水稻；秈粳型不育系；高溫伏旱；開花習(xí)性

中圖分類號：S511.01 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）11-1954-07

0引言

[研究意義]隨著全球氣溫變暖，近年來高溫?zé)岷Τ试黾于厔荩ㄙR晉云等，2011）。抽穗揚花與灌漿結(jié)實是水稻的兩個高溫敏感期，這兩個時期遭遇高溫伏旱會引起花粉活力降低，導(dǎo)致水稻嚴(yán)重減產(chǎn)并降低稻米品質(zhì)（Matsui and Omasa，2002；Coast eta1.，2015）。加強耐熱性強的作物品種篩選，是抵御高溫災(zāi)害的最有效措施（段驊和楊建昌，2012）。水稻秈粳亞種問雜交在提高產(chǎn)量、改善稻米品質(zhì)和提高水稻抗逆性等方面具有較強優(yōu)勢（宋昕蔚等，2016），但粳型不育系與秈型不育系在開花習(xí)性等方面的差異導(dǎo)致秈粳雜交稻發(fā)展緩慢。因此，探明高溫伏旱與水稻不育系開花習(xí)性的關(guān)系并培育新的具有優(yōu)良開花習(xí)性的秈粳型水稻不育系，對促進秈粳雜交稻發(fā)展及水稻抗逆研究具有重要意義。[前人研究進展]前人對耐熱型高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻的選育及溫度氣候?qū)λ鹃_花習(xí)性影響的研究較少。戴紅燕等（2006）對涼山州高原粳稻在自然環(huán)境中的開花習(xí)性進行研究，結(jié)果表明，其開花時間主要集中在12：00-16：00，水稻開花與穎殼內(nèi)濕度、田間溫度和生態(tài)區(qū)關(guān)系密切。陶龍興等（2008）采用人工設(shè)計極值高溫（40℃）對國稻6號的開花結(jié)實習(xí)性進行研究，發(fā)現(xiàn)高溫可導(dǎo)致花時分散、初花量增加及花時向后延長。張桂蓮等（2012）利用人工氣候箱在水稻抽穗開花期對2個耐熱性不同的早稻品種進行不同高溫處理，研究高溫脅迫對水稻開花習(xí)性和結(jié)實率的影響，結(jié)果表明，隨著脅迫溫度的升高，早稻日開花數(shù)減少，開穎角度減小，花粉粒直徑增大。徐小健等（2014）利用人工氣候室對在水稻抽穗期進行高溫脅迫，發(fā)現(xiàn)水稻在高溫脅迫下開花歷期縮短、峰值降低、花藥開裂受阻、花粉活力下降，柱頭活力降低。周建霞等（2014）采用人工氣候箱在水稻抽穗開花期進行38℃高溫脅迫處理，研究高溫下穎花開放特性對受精率的影響，結(jié)果表明，高溫下水稻花時提前，且高溫處理時間延長使水稻受精率下降。徐富賢等（2015）以50個雜交中稻組合為材料，通過大田分期播種與智能人工氣候室控溫，研究雜交組合開花期的耐高溫特性與庫源性狀及開花習(xí)性的關(guān)系，指出耐高溫能力的差異來自花時，可將水稻開花習(xí)性和庫源比作為鑒定避高溫傷害能力的重要指標(biāo)。[本研究切入點]前人關(guān)于高溫對水稻開花習(xí)性的研究多為模擬高溫干旱條件，在自然環(huán)境下的研究較少，尤其對自然高溫伏旱條件下秈粳型水稻不育系與開花習(xí)性的關(guān)系未見系統(tǒng)評價。[擬解決的關(guān)鍵問題]近年來，渝優(yōu)水稻團隊利用陳溫福院士課題組育成的系列北方常規(guī)粳稻作親本，育成了一系列偏粳型與偏秈型的秈粳型水稻不育系材料。本研究通過觀察比較適宜高溫伏旱條件的10個秈粳型水稻不育系材料的開花習(xí)性，旨在探討高溫伏旱與秈粳型水稻不育系開花習(xí)性的關(guān)系，為耐熱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)秈粳雜交水稻品種的選育提供材料。

1材料與方法

1.1試驗材料

以配組品種較多、應(yīng)用面積較廣的Ⅱ-32A、G46A和重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院再生稻研究中心渝優(yōu)水稻團隊創(chuàng)建的5份偏粳型及3份偏秈型不育系為試驗材料，2015年重慶正季對各試驗材料進行秈粳型鑒定及抽穗期情況調(diào)查（表1）。

1.2試驗方法

于2016年正季在重慶市永川區(qū)雙竹鎮(zhèn)重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院渝西作物試驗站（東經(jīng)105°54′38″，北緯29°14′54″）進行試驗，試驗地海拔280m。參試不育系材料自3月23日開始，每7d播種1期，共播種5期（播種日期分別為3月23日、3月30日、4月6日、4月13日和4月20日）。抽穗期參照張桂蓮等（2012）、肖人鵬等（2014）的方法調(diào)查測定單穗開花花時動態(tài)，單株、單穗開花歷期，單穗日開花動態(tài)（各時間段開花數(shù)占日開花總數(shù)的百分比），穎花開穎角度、穎間距和開穎至閉穎時間，柱頭生活力，包頸長度、包頸率和柱頭外露率等指標(biāo)。整個生育期的實時氣溫（T）和相對濕度（RH）等氣象信息由重慶市永川區(qū)氣象站設(shè)在本試驗站田間的氣象監(jiān)測儀監(jiān)測獲得。

1.3測定項目及方法

（1）單穗開花花時動態(tài)。進入盛花期時，每個材料隨機抽取同期開花的10個單株，每株選取1個已抽出1/3左右的單穗，剪掉已開的穎花并掛牌，次日（6月29日）調(diào)查9：00-16：30的穎花張開數(shù)。按9：01-9：30、9：31-10：00、10：01-10：30、10：31-11：00、11：01-11：30、11：31-12：00、12：01-12：30、12：31-13：00、13：01-13：30、13：31-14：00、14：01-14：30、14：31-15：00、15：01～15：30、15：31-16：00和16：01-16：30共15個時段，采用剪穎計數(shù)法，分別調(diào)查張開的穎花數(shù)，取10穗平均值并計算逐時平均開花百分率。

（2）單株、單穗開花歷期調(diào)查。進入始穗期時，每個材料隨機抽取同期開花的10個單株，每株選取主穗掛牌，次日（6月29日）起觀察各穗從第一朵穎花開放至終花的天數(shù)，10個主穗的平均值即為單穗開花歷期；進入始穗期時，每個材料隨機抽取同期開花的10個單株掛牌，次日（6月29日）起調(diào)查10個單株的開花持續(xù)天數(shù)，即從見穗期第一朵穎花開花開始至終花期，取其平均值即為單株開花歷期。

（3）單穗日開花動態(tài)調(diào)查。進入始穗期時，每個材料隨機抽取同期開花的10個單株，每株選取1個單穗掛牌，次日（7月1日）起每天下午開花結(jié)束后根據(jù)穎花內(nèi)花藥的有無或排列狀況（整齊或散亂），記錄各穗當(dāng)天開花數(shù)目，并剪去已開穎花，直至單穗開花結(jié)束，統(tǒng)計逐日開花百分率。

（4）穎花開穎角度、穎間距和開穎至閉穎的時間調(diào)查。進入盛花期（7月1日）時，每個材料隨機抽取10朵即將開放的穎花，用墨水在穎殼上標(biāo)記。在盡量不改變其自然生長態(tài)勢的條件下，從10：30開始，每隔15min觀察1次，記錄每朵穎花從開到閉的時間，并在穎花張開后，每隔15min測量1次開穎角度和穎尖間距，至開穎角從大變小為止，以開穎角最大的1次代表該穎花的開穎角度和穎間距，取其平均值。

（5）柱頭生活力研究。進入盛花期（7月1日）時，每個材料隨機抽取同期開花的7個單株，每株選取2個已抽出1/3左右的單穗，剪去已經(jīng)開花和下部幼嫩的穎花，留下當(dāng)天開花的200個穎花，剪穎并套袋防止外來花粉異交，自當(dāng)天起，每天上午對各不育系充分大量飽和授粉，連續(xù)授粉7d，25d后調(diào)查不同時間授粉稻穗的異交結(jié)實率，用異交結(jié)實率的變化衡量柱頭活力。

（6）包頸長度、包頸率和柱頭外露率。進入終花期（7月14日）時，每個材料隨機取10個稻穗，先將稻穗上的穎花分成伸出劍葉葉鞘外和包在葉鞘內(nèi)的兩部分，測定包頸長度，并計算半包頸率和全包頸率，以包在葉鞘內(nèi)的穎花數(shù)除以穎花總數(shù)，計算包頸粒率，再將葉鞘外的穎花分成柱頭雙露、柱頭單露和柱頭不露3部分，分別計算柱頭雙露率、柱頭單露率和柱頭總外露率。

柱頭雙露率（%）=葉鞘外柱頭雙露穎花數(shù)/葉鞘外柱頭穎花總數(shù)×100

柱頭單露率（%）=葉鞘外柱頭單露穎花數(shù)/葉鞘外柱頭穎花總數(shù)×100

柱頭總外露率（%）=（葉鞘外柱頭雙露穎花數(shù)+葉鞘外柱頭單露穎花數(shù)）/葉鞘外柱頭穎花總數(shù)×100

1.4統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)Excel 2010進行整理及制圖，利用SPSS 20.0進行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1參試材料單穗開花花時動態(tài)分析

各材料單穗日開花花時動態(tài)及其與溫度、相對濕度的動態(tài)關(guān)系如圖1所示。各試驗材料均有一個較明顯的開花高峰期，主要集中在10：31-14：00。其中Ⅱ-32A的開花高峰期集中在11：31-12：30；與Ⅱ-32A相比，6466A和6477A的開花高峰期明顯提前，主要集中在10：31-11：30；6463A和805A的開花高峰期與Ⅱ-32A基本一致；6463A和G46A的開花高峰期則延遲，集中在12：01-14：00（圖1-A）。對比偏粳型與偏秈型不育系開花花時動態(tài)，發(fā)現(xiàn)不育系開花花時動態(tài)與秈粳類型相關(guān)性不明顯，偏粳型不育系有開花高峰期較早的材料，如6466A；偏秈型不育系中也有開花高峰期較晚的材料，如650A。通過對溫度和相對濕度的動態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，溫度隨時間增加而升高，而相對濕度隨著時間增加而降低（圖1-B）；各試驗材料開花花時動態(tài)與溫度和相對濕度的相關(guān)性不明顯；其中6466A和6477A的開花高峰期避開了高溫時間段。

2.2參試材料單穗、單株開花歷期分析

如表2所示，Ⅱ-32A的單穗與單株開花歷期分別為6.2和14.1 d，其余不育系的單穗與單株開花歷期均長于Ⅱ-32A；其中，805A的單穗開花歷期最長，為9.2 d；6463A的單穗開花歷期與Ⅱ-32A相當(dāng)；650A的單株開花歷期最長，為17.2d。方差分析結(jié)果表明，不育系單穗開花歷期在材料問和秈粳亞種問差異極顯著（P<0.01，下同），單株開花歷期在秈粳亞種問差異顯著（P<0.05，下同），但其在各材料間差異不顯著（P>0.05，下同）。表明偏粳型不育系可培育出單穗、單株開花歷期較長的材料。

2.3參試材料單穗日開花動態(tài)分析

從圖2-A可看出，參試材料的每日開花量存在差異，其高峰期主要集中在開花第3d前后。Ⅱ-32A開花高峰期在第3d，G46A在開花后的第2d進入開花高峰期，6474A和6477A的開花高峰期在第4d，6474A表現(xiàn)出開花高峰期不明顯、花期較分散的特點。對比偏粳型與偏秈型不育系，發(fā)現(xiàn)單穗每日開花動態(tài)與秈粳類型相關(guān)性不明顯。從圖2-B中分析日平均溫度、最高溫度（T_max）和最低溫度（T_min）可知，7月1-13日，日平均溫度為28.7℃，最高溫度在第8d，達38.0℃，平均相對濕度為74.6%，各試驗材料單穗每日開花動態(tài)與日平均溫度、最高溫度、最低溫度和相對濕度的相關(guān)性不明顯。

2.4參試材料穎花開穎角度、穎間距和開穎時長分析

從表3可看出，與Ⅱ-32A相比，6463A和802A的開穎角度、穎間距較大，易于制種，但6463A的開穎時長較短。6465A的穎間距最短，為3.32mm；各試驗組的開穎時間均低于Ⅱ-32A，802A和805A的開穎時間較G46A長。方差分析結(jié)果表明，開穎角度在秈粳亞種間差異顯著，在材料間差異不顯著；穎間距和開穎時長在亞種問差異極顯著。

2.5參試材料的穗粒性狀及包頸長度、包頸率和柱頭外露率分析

從表4可看出，805A的穗長極顯著長于Ⅱ-32A；6465A的著粒密度最大，為14.23粒/cm；6477A具有較小的半包頸長度和半包頸率；6474A具有較高的柱頭外露率，達78.16%，同時具有較低的包頸粒率，有利于接受外來花粉；6477A的柱頭外露率相對較低，但包頸粒率也較低，因此可補償柱頭外露率較低的不足。805A的穗下節(jié)長顯著高于其他不育系。方差分析結(jié)果表明，總穗長、著粒密度、半包頸長度、半包頸率、全包頸長度、全包頸率、雙外露率、單外露率和柱頭外露率在亞種問差異極顯著，穗下節(jié)長在亞種問差異不顯著。

2.6參試材料柱頭生活力分析

由圖3-A可看出，6463A、6466A和6477A的柱頭生活力在開花第3d最高，6465A和6474A的柱頭生活力在開花第2d最高，其余材料均表現(xiàn)為開花當(dāng)日柱頭生活力最高，最高可達39.9%～93.2%。6466A、6474A、650A和805A表現(xiàn)出較強的柱頭生活力，下降速度也較緩慢，顯著強于Ⅱ-32A；6463A的柱頭生活力與Ⅱ-32A相當(dāng)，但其下降緩慢，故在制種過程中可通過增加趕粉天數(shù)獲得高產(chǎn)。分析圖3-B可知，7月1-7日的平均溫度為27.6℃，最高溫度在第7d，達36.2℃，平均相對濕度為76.3%，各試驗材料柱頭生活力與日平均溫度、最高溫度、最低溫度和相對濕度的相關(guān)性不明顯。

3討論

影響水稻開花習(xí)性的因素主要有品種類型、環(huán)境氣候和栽培管理方式等，水稻不育系的柱頭外露率高，花時、花期相對集中，午前花率高，可增強異交授粉能力和提高制種結(jié)實率（林建榮等，2006），因此，選育適宜高溫伏旱氣候條件下具有花期相對集中、柱頭外露率高、活力強并有較長持續(xù)天數(shù)及開穎角度大且時間較長等開花習(xí)性的不育系可為耐熱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種選育提供優(yōu)質(zhì)材料（Li et a1.，2009）。本研究利用重慶的自然高溫伏旱氣候條件，對水稻秈粳型不育系材料的開花習(xí)性進行研究，發(fā)現(xiàn)各不育系的單穗開花歷期、單株開花歷期、開穎角度、穎間距、開穎時間和柱頭外露率等開花習(xí)性在秈粳亞種問的差異達顯著或極顯著水平，表明材料類型的差異是導(dǎo)致開花習(xí)性差異的主要因子。這與徐富賢等（2015）研究表明開花期的耐高溫特性因組合不同耐高溫能力差異顯著的結(jié)論一致。具有較大的開穎角度和較強的柱頭活力可提高水稻結(jié)實率，降低熱害指數(shù)（徐小健等，2014）。選用花時早且集中的雜交組合，可增強雜交水稻開花期的耐高溫能力（徐富賢等，2015）。本研究中各試驗材料在高溫伏旱下開花花時動態(tài)、柱頭生活力與溫度和相對濕度的相關(guān)性不明顯，開穎角度在材料間差異不顯著，在育種實際應(yīng)用中可選擇開花花時早而集中、柱頭生活力強和開穎角度較大的不育系材料提高制種產(chǎn)量，降低高溫的影響。陶龍興等（2008）研究表明，水稻對開花結(jié)實期高溫脅迫的生理生態(tài)適應(yīng)性表現(xiàn)出被動避熱，即花期縮短、花期集中、粒間頂端優(yōu)勢減弱、花時分散及開花峰期峰值下降。本研究中水稻不育系材料也表現(xiàn)出日開花高峰期與單穗每日開花穎花數(shù)高峰期避開日最高氣溫等被動避熱適應(yīng)性的特點。

培育集秈稻與粳稻優(yōu)良性狀于一體的亞種問雜交稻是一種切實可行提高水稻耐高溫能力的途徑（張洪程等，2013）。本研究利用一系列偏粳型與偏秈型的秈粳型水稻不育系材料進行研究發(fā)現(xiàn)，與秈型不育系Ⅱ-32A相比，偏粳型不育系6466A、6474A等具有開花高峰期較早、單穗開花歷期較長和柱頭外露率較高等優(yōu)點，可作為秈粳亞種問雜交稻粳型水稻不育系材料，但開穎時間較短，在以后的生產(chǎn)實際應(yīng)用中可通過增加趕粉天數(shù)等措施提高制種產(chǎn)量。

4結(jié)論

通過對秈粳型水稻不育系開花習(xí)性的研究結(jié)果表明，6466A、6474A、805A和650A等4個不育系的開花高峰期較早、單穗開花歷期和單株開花歷期較長、柱頭外露率較高且柱頭生活力高，具有較好的開花習(xí)性，可作為高溫伏旱下秈粳雜交育種的親本選育，或在種質(zhì)資源改良中加以利用。

（責(zé)任編輯王暉）