K型不育系RS53A育性恢復(fù)研究及雜種優(yōu)勢分析

張 偉，張 婷，袁 凱，史曉芳，楊 斌，張建誠，逯臘虎

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所，山西臨汾 041000； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西運(yùn)城 044000)

小麥?zhǔn)俏覈闹骷Z作物之一，其產(chǎn)量的穩(wěn)定增長對于保障我國的糧食安全具有重要意義。在當(dāng)前常規(guī)小麥單產(chǎn)停滯不前的情況下[1-2]，培育和推廣雜交小麥?zhǔn)谴蠓忍岣咝←湲a(chǎn)量的必然選擇[3-5]。在眾多小麥不育系中，K型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系具有農(nóng)藝性狀優(yōu)良、種子飽滿、易保持、易恢復(fù)的特點(diǎn)[6]，被認(rèn)為是一種應(yīng)用于雜交小麥研究的理想不育類型[7]。1994年張改生等[8]首次利用普通小麥栽培品種培育出穩(wěn)定的粘類非1B/1R型不育系，從不育系自身克服了1B/1R型產(chǎn)生單倍體的缺點(diǎn)。此后，國內(nèi)許多研究者開始利用當(dāng)?shù)赝茝V品種和苗頭品系對K型不育系進(jìn)行篩選研究。曾俊莉等[9]利用9個(gè)恢復(fù)系研究K型不育系的易恢系恢復(fù)性，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)力較強(qiáng)的恢復(fù)系其平均恢復(fù)度可超過70%，僅個(gè)別組合的結(jié)實(shí)率超過80%；詹克慧等[10]利用35個(gè)恢復(fù)系進(jìn)行K型不育系的易恢性研究，發(fā)現(xiàn)在兩年的試驗(yàn)中，只有少數(shù)恢復(fù)系的國內(nèi)法恢復(fù)度達(dá)80%以上，說明K型不育系的恢復(fù)源雖廣，但恢復(fù)度高的恢復(fù)系較少[11-12]。因此，選育優(yōu)良恢復(fù)系是小麥K型不育系利用的一項(xiàng)重要研究工作。

RS53A是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育的K型不育系，綜合性狀優(yōu)良，有良好的應(yīng)用前景。本研究利用72個(gè)黃淮麥區(qū)的優(yōu)良小麥品種(系)，對K型不育系RS53A進(jìn)行育性恢復(fù)測定，篩選恢復(fù)源，同時(shí)對部分農(nóng)藝性狀優(yōu)良的組合進(jìn)行雜種優(yōu)勢分析，以期為篩選K型不育系RS53A的恢復(fù)系及選配強(qiáng)優(yōu)勢組合提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小麥K型雄性不育系RS53A由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所劉宏偉老師提供，測交所用的72個(gè)父本材料為課題組收集保存的種質(zhì)資源，對照品種是黃淮冬麥區(qū)主栽品種濟(jì)麥22。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在山西省農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所試驗(yàn)地進(jìn)行，于2017年10月播種K型不育系和72個(gè)常規(guī)小麥品種(系)，2018年5月以不育系為母本，測交系為父本配制雜交組合，每個(gè)雜交組合配制10穗，2019年6月收獲F1代種子。同年10月將所有組合的F1代種子和對照同時(shí)種植，單行區(qū)，行長2 m，行距25 cm，株距5 cm。栽培管理措施同常規(guī)大田。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

于2019年5月小麥抽穗前，每行隨機(jī)套袋10穗，成熟收獲后調(diào)查小穗數(shù)、基部結(jié)實(shí)粒數(shù)和總結(jié)實(shí)粒數(shù)，計(jì)算結(jié)實(shí)率。

自交結(jié)實(shí)率(國內(nèi)法)=基部結(jié)實(shí)粒數(shù)/(小穗數(shù)×2)×100%[13]

自交結(jié)實(shí)率(國際法)=總結(jié)實(shí)粒數(shù)/(小穗 數(shù)×2)×100%[14]

恢復(fù)度以F1代自交結(jié)實(shí)率(國內(nèi)法)表示，并根據(jù)恢復(fù)度的大小將其分為5個(gè)等級：全不育，恢復(fù)度為0；高不育，恢復(fù)度0～20%；半不育，恢復(fù)度20%～50%；高可育，恢復(fù)度50%～80%；全可育，恢復(fù)度在80%以上[15]。

于小麥?zhǔn)斋@后，選擇育性恢復(fù)好且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的組合及對照，室內(nèi)取10株代表性單株，調(diào)查株高、穗長、單株穗數(shù)、單株粒重、單株粒數(shù)、單穗粒重、單穗粒數(shù)和千粒重8個(gè)性狀。

雜種優(yōu)勢=(F1-CK)/CK×100%[16]

其中，F(xiàn)1為測交組合性狀平均值，CK為對照濟(jì)麥22的性狀平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果使用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 K型不育系恢復(fù)性測定結(jié)果

由表1可知，72個(gè)測交組合中，高可育和全可育的組合占比分別為47.22%和6.94%，共計(jì)54.16%，說明K型不育系能被黃淮麥區(qū)大多數(shù)品種恢復(fù)育性，但能達(dá)到全可育水平的品種并不多。高不育和全不育的組合占比分別為12.50%和22.22%，半不育僅占11.11%，超過三分之一的組合保持了K型不育系的不育特性，并且全不育的保持系占比較高，說明K型不育系的不育性容易保持。

表1 K型不育系測交組合的恢復(fù)度分級及比例

由表2可知，KRS53A/濟(jì)麥06039、KRS53A /神麥1號(hào)、KRS53A /SN05-5849、KRS53A /良星99和KRS53A /汶農(nóng)19這5個(gè)組合的國內(nèi)法和國際法自交結(jié)實(shí)率均高于80%，說明這5個(gè)組合均表現(xiàn)全可育，是K型不育系優(yōu)良的恢復(fù)材料，可作為恢復(fù)源進(jìn)一步研究利用。KRS53A /衡4568等16個(gè)組合的國內(nèi)法和國際法自交結(jié)實(shí)率均為0，說明其恢復(fù)度為0，表現(xiàn)全不育，可以穩(wěn)定地保持K型不育系的不育性，利用這些保持系，對K型不育系進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育，可以對K型不育系進(jìn)行有效地改良。KRS53A/泰山D44304等34個(gè)組合表現(xiàn)為高可育，占比最高，為47.22%，這些組合的國內(nèi)法自交結(jié)實(shí)率介于51.00%～79.81%，除KRS53A /鑫麥296 和KRS53A /BTYCI-1-1外，其國際法自交結(jié)實(shí)率均在100%以上，最高達(dá)到166.35%，這34個(gè)組合可以通過測交系恢復(fù)基因的累加使雜交種全可育，是潛在的恢復(fù)系資源。

表2 各測交組合的自交結(jié)實(shí)率

2.2 F1超標(biāo)優(yōu)勢分析

以濟(jì)麥22為對照，對24個(gè)恢復(fù)度高且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的F1組合進(jìn)行超標(biāo)優(yōu)勢分析。結(jié)果(表3)發(fā)現(xiàn)，在超標(biāo)優(yōu)勢的平均表現(xiàn)中，株高、單株穗數(shù)和單株粒重表現(xiàn)負(fù)向優(yōu)勢，穗長、單株粒數(shù)、單穗粒重、單穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)正向優(yōu)勢。其中，單穗粒數(shù)的平均超標(biāo)優(yōu)勢最高，為9.23%；其次為穗長和千粒重，分別為5.80%和5.24%。這3個(gè)性狀的超標(biāo)優(yōu)勢對產(chǎn)量的超標(biāo)優(yōu)勢貢獻(xiàn)最大。各性狀超標(biāo)優(yōu)勢的變異幅度也不相同。其中，單株粒數(shù)超標(biāo)優(yōu)勢的變異幅度最大，為-35.19%～75.30%；其次為單株粒重和單株穗數(shù)，變化范圍分別為-39.81%～46.68%和-36.84%～ 43.16%；株高和千粒重超標(biāo)優(yōu)勢的變化范圍最小，分別為-15.43%～0.95%和-3.16%～ 13.68%。

從超標(biāo)優(yōu)勢來看，各性狀均出現(xiàn)了一些表現(xiàn)比較突出的組合，其中穗長表現(xiàn)突出的組合為KRS53A/周麥31(18.17%)和KRS53A/未來0818(15.31%)，單株穗數(shù)表現(xiàn)突出的組合為KRS53A/濟(jì)麥06039(43.16%)，單株粒數(shù)表現(xiàn)突出的組合為KRS53A/濟(jì)麥06039(75.30%)、KRS53A/未來0818(51.22%)和KRS53A/濟(jì)麥06-7251(35.84%)，單穗粒重表現(xiàn)突出的組合為KRS53A/衡4399(24.38%)和KRS53A/未來0818(21.71%)，單穗粒數(shù)表現(xiàn)突出的組合為KRS53A/未來0818(31.71%)和KRS53A/衡4399(30.56%)，千粒重表現(xiàn)突出的組合為KRS53A/周麥20(13.68%)、KRS53A/濟(jì)06-7251(12.83%)和KRS53A/邯農(nóng)2312 (11.20%)。株高的平均超標(biāo)優(yōu)勢為負(fù)向優(yōu)勢，各組合的超標(biāo)優(yōu)勢也多為負(fù)向優(yōu)勢，僅組合KRS53A/良星99(0.95%)為正向優(yōu)勢，這可能與K型不育系株高較低有關(guān)。單株粒重的平均超標(biāo)也為負(fù)向優(yōu)勢，但單株粒重超標(biāo)優(yōu)勢的變化范圍較大，最大值為 46.68%，最小值為-39.81%，雖然單株粒重的超標(biāo)優(yōu)勢中有較多的負(fù)向優(yōu)勢，但也出現(xiàn)了表現(xiàn)突出的組合，分別為KRS53A/濟(jì)麥06039(46.68%)、KRS53A/未來0818(42.57%)和KRS53A/濟(jì)06-7251(38.50%)，其中，未來0818和濟(jì)06-7251對K型不育系恢復(fù)度國內(nèi)法為64.60%和106.19%，國際法為79.52%和109.52%，表現(xiàn)高可育(表2)，具有通過累加恢復(fù)基因增加產(chǎn)量的潛力。

2.3 F1組合各農(nóng)藝性狀超標(biāo)優(yōu)勢的相關(guān)性分析

從表4可以看出，各性狀超標(biāo)優(yōu)勢間的相關(guān)性除千粒重與單株穗數(shù)和單株粒數(shù)為微弱的負(fù)相關(guān)外，其他性狀間均為正相關(guān)。單株粒重與穗長、單株穗數(shù)、單株粒數(shù)、單穗粒重和單穗粒數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)，與株高和千粒重的相關(guān)性不顯著。單株粒數(shù)與單株穗數(shù)、單穗粒重和單穗粒數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)，與其他性狀的相關(guān)性不顯著。千粒重與單穗粒重呈顯著正相關(guān)，與其他性狀的相關(guān)性均不顯著。其中單株粒重與單株粒數(shù)的相關(guān)性最大(r=0.974**)，其次為單株粒數(shù)與單株穗數(shù)(0.919**)、單穗粒數(shù)與單穗粒重 (r=0.907**)、單株粒重與單株穗數(shù)(r= 0.905**)。單株粒重的超標(biāo)優(yōu)勢與其他產(chǎn)量性狀的超標(biāo)優(yōu)勢均具有顯著或極顯著的相關(guān)性，從表3可以看出，單株粒重超標(biāo)優(yōu)勢最突出的組合為KRS53A/濟(jì)麥06039(46.68%)，其單株穗數(shù)和單株粒數(shù)超標(biāo)優(yōu)勢的表現(xiàn)也比較突出，分別達(dá)到了 43.16%和75.30%；組合KRS53A/未來0818單株粒重的超標(biāo)優(yōu)勢為42.57%，其穗長、單株粒數(shù)、單穗粒重和單穗粒數(shù)的超標(biāo)優(yōu)勢也比較突出，分別為 15.31%、51.22%、21.71%和 31.71%；組合KRS53A/濟(jì)06-7251單株粒重的超標(biāo)優(yōu)勢為 38.50%，其單株粒數(shù)和千粒重的超標(biāo)優(yōu)勢分別 35.84%和12.83%。這3個(gè)組合(KRS53A/濟(jì)麥06039、KRS53A/未來0818和KRS53A/濟(jì)06-7251)具有不同程度的增產(chǎn)潛力，可以進(jìn)行下一步小區(qū)品比試驗(yàn)鑒定。

表3 24個(gè)測交組合各農(nóng)藝性狀的超標(biāo)優(yōu)勢

表4 各農(nóng)藝性狀超標(biāo)優(yōu)勢的相關(guān)性分析

3 討 論

本研究利用黃淮麥區(qū)72個(gè)優(yōu)良小麥品種(系)對K型不育系進(jìn)行恢復(fù)度測定，結(jié)果表明，國內(nèi)法自交結(jié)實(shí)率高可育和全可育占比分別為47.22%和6.94%，說明K型不育系的恢復(fù)源較廣，但恢復(fù)度高的材料不多，這與前人的結(jié)果基本一致[11-12]。盧良峰等[17]認(rèn)為K型小麥不育系與其他不育系的恢復(fù)情況有區(qū)別，K型不育系雜種小穗兩側(cè)有個(gè)別小花不結(jié)實(shí)，但中部小花可結(jié)實(shí)，以致于用國內(nèi)法和國際法計(jì)算的恢復(fù)度差異較大，國內(nèi)法計(jì)算的恢復(fù)度普遍偏低。楊天章等[18]利用12個(gè)測交系對K型不育系進(jìn)行恢復(fù)性測定，按國內(nèi)法計(jì)算, 平均自交恢復(fù)度僅為72.0%，而按國際法計(jì)算，卻高達(dá)113.0%，每小穗粒數(shù)接近2.3，穗粒數(shù)高達(dá)44.8，本試驗(yàn)的結(jié)果很好地印證了這一說法。如組合KRS53A/衡4399、KRS53A/邯09-41344、KRS53A/山農(nóng)23和KRS53A/良星619均表現(xiàn)高可育，但其國際法自交結(jié)實(shí)率分別達(dá)到166.35%、156.44%、 146.26%和144.55%。因此，對于K型不育系，利用國際法來判定測交系的恢復(fù)度更能確切反映自交結(jié)實(shí)率的客觀情況。

在小麥的三種雜種優(yōu)勢中，超標(biāo)優(yōu)勢反映的是雜交種的推廣應(yīng)用價(jià)值[19]，相比其他兩種雜種優(yōu)勢，更具有生產(chǎn)實(shí)踐意義。本研究的結(jié)果表明，K型不育系雜交組合F1代單株粒重的超親優(yōu)勢主要受穗長、單株穗數(shù)、單株粒數(shù)、單穗粒重和單穗粒數(shù)的共同影響，在選育優(yōu)勢雜交組合的過程中要注意這些性狀的優(yōu)勢，特別是將單株粒數(shù)和單株穗數(shù)的選擇做為重點(diǎn)突破口，同時(shí)兼顧對穗長、單穗粒重和單穗粒數(shù)的選擇。相關(guān)性分析結(jié)果表明，單株粒重超標(biāo)優(yōu)勢表現(xiàn)突出的3個(gè)組合，對其貢獻(xiàn)較大的產(chǎn)量相關(guān)性狀均不相同，KRS53A/濟(jì)麥06039的超標(biāo)優(yōu)勢主要來自單株穗數(shù)和單株粒數(shù)，KRS53A/未來0818的超標(biāo)優(yōu)勢主要來自穗長、單株粒數(shù)、單穗粒重和單穗粒數(shù)，KRS53A/濟(jì)06-7251的超標(biāo)優(yōu)勢主要來自單株粒數(shù)和千粒重，因此，在選育工作中要根據(jù)育種親本進(jìn)行不同的選擇。另外，組合KRS53A/未來0818和KRS53A/濟(jì)06-7251的恢復(fù)度為高可育，并未達(dá)到全可育水平。何蓓如[20]認(rèn)為，小麥本身具有自我調(diào)節(jié)能力，雜交小麥的恢復(fù)度達(dá)到一定程度時(shí)，其產(chǎn)量的提高依賴農(nóng)藝性狀的改良。結(jié)合本研究結(jié)果，這2個(gè)組合可直接進(jìn)行小區(qū)品比試驗(yàn)，或者通過累加恢復(fù)基因來增加產(chǎn)量。