新型化學殺雄劑與表面活化劑組合篩選及其誘導小麥雄性不育的效果

張建朝 趙楊 牛娜 宋瑜龍 馬守才 高翔 張改生 王軍衛 董劍

摘要：【目的】篩選出生產成本較低且殺雄徹底、不影響小麥正常生長的化學殺雄劑，為雜交小麥的生產提供參考依據。【方法】以西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908等小麥品種（系）為試驗材料，選用6種成本在100元/ha以下的化學殺雄劑（CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6）及10種表面活化劑（Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉），通過化學殺雄劑篩選試驗、基因型驗證試驗及表面活化劑篩選試驗，篩選出新型化學殺雄劑與表面活化劑的最佳組合。【結果】300.0 g/ha的化學殺雄劑CH1可誘導小麥品系西純820產生完全雄性不育，旗葉表現正常，但抽穗推遲。當小麥生長期處于Feekes標準8.5時，葉面噴施300.0 g/ha化學殺雄劑CH1（含0.1%表面活化劑OP-10）能使周麥27、周麥28、徐麥10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908等小麥品種（系）的相對自交結實率明顯下降，其中以周麥27、泛麥8號、中麥895和項麥9908的殺雄效果較優，對應的相對自交結實率分別降至15.8%、0.4%、2.3%和1.2%，表現出較好的殺雄廣譜性。在10種表面活化劑中，二甲基硅油對小麥植株的生長無明顯抑制作用，與化學殺雄劑CH1配伍使用能獲得較高的殺雄效果，小麥相對自交結實率僅為1.2%。【結論】300.0 g/ha化學殺雄劑CH1配伍0.1%二甲基硅油可誘導小麥產生接近完全的雄性不育效果，且無明顯藥害反應，可作為雜交小麥制種候選方案進一步研究與利用。

關鍵詞： 小麥;化學殺雄劑;表面活化劑;基因型;雄性不育

0 引言

【研究意義】雜種優勢是生物界普遍存在且復雜的現象，利用雜種優勢可大幅度提高農作物的經濟效益和社會效益，已在玉米、大豆、水稻、辣椒、西紅柿和油菜等多種作物的生產實踐中獲得成功（林建麗等，2009;王丹丹等，2016）。小麥是我國重要的糧食作物之一，其雜種優勢的利用能為我國的糧食安全做出巨大貢獻（趙昌平，2010;檀竹平和高雪萍，2018）。通過化學殺雄劑誘導小麥雄性不育配制雜交是當前獲得小麥雜種優勢的一種重要方法（鄭愛泉，2014），我國于20世紀80年代開始引進化學殺雄劑并開展相關研制及應用推廣工作，先后選育出津化1號、西雜1號及川麥59等雜交小麥品種，其中西雜1號于2000年通過陜西省農作物品種審定委員會審定，其累計示范面積達0.11萬ha（肖文靜，2014;阮仁武等，2016）。目前，能應用于生產的專用型小麥化學殺雄劑主要有4種：SC2053（商品名津奧林）（Streiff et al.，1997）、BAU9403（程西永等，2006）、GENESIS（商品名金麥斯）（劉宏偉等，2004）和SQ-1（Song et al.，2015），但其生產工序復雜、生產成本較高。因此，尋找并開發新的低成本化學殺雄劑，成為雜交小麥研究的重點內容之一。【前人研究進展】馬來酰肼（Maleic hydrazide，MH）是世界上第一個被報道的植物化學殺雄劑（Moore，1950;Naylor，1950），隨后大量的化學殺雄劑被合成及篩選，包括乙烯利（Rowell and Miller，1971）、WL84811（黃鐵城等，1988）、SC2053（Streiff et al.，1997）、GENESIS（劉宏偉等，2004）、BAU9403（程西永等，2006）、Oxanilates和Oxamates（Senthil et al.，2009）、SQ-1（Song et al.，2015）等，均被證明具有很好的殺雄效果。但除了GENESIS和SQ-1外，其他化學殺雄劑均存在一定缺點，如嚴格的使用劑量和使用時期、殺雄效果受品種基因型影響及易引起穗子畸形和種子干癟等。GENESIS是美國Monsanto公司研發的一種小麥化學雜交劑，其誘導小麥雄性不育徹底，且對小麥生長發育無不良影響（劉宏偉等，1998，2004），但由于公司發展方向的調整在2000年后已停止生產。SQ-1是西北農林科技大學張改生教授帶領其團隊篩選出的新型小麥化學殺雄劑，其與不同基因型小麥品種間無明顯互作關系，具有殺雄廣譜性，在適宜濃度下可獲得近100%的殺雄效果，且對小麥植株無藥害作用，對株高、穗長和開花期等指標影響小（劉宏偉等，2003;柳娜等，2014，2017），是當前應用于雜交小麥研究的最佳化學殺雄劑。理想的小麥化學殺雄劑不僅要具備殺雄徹底、無藥害反應及不影響小麥正常生長的特點，還應具有低生產成本的優點。李會敏等（2014）采用大豆除草劑（豆草除）誘導旗葉露尖期小麥雄性不育，結果表明能誘導96.79%～99.06%的雄性不育，但對小麥株高和穗部性狀有明顯影響。宋瑜龍等（2014）利用小麥品種西農1376檢驗15種化學藥劑的殺雄效果，結果表明T6（除草劑Roundup的活性成分）的效果最佳，其殺雄效果可達93.33%。【本研究切入點】現有的研究僅針對化學殺雄劑誘導小麥雄性不育的效果，而有關化學殺雄劑與表面活化劑配伍誘導小麥雄性不育的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908等小麥品種（系）為試驗材料，對6種成本在100元/ha以下的化學殺雄劑（CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6）及10種表面活化劑進行小麥雄性不育誘導對比試驗，分析其基因型殺雄效果、殺雄廣譜性及藥害程度，篩選出生產成本較低且殺雄徹底、不影響小麥正常生長的化學殺雄劑，為雜交小麥的生產提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試小麥品種（系）為西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908，化學殺雄劑為CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6和SQ-1（對照），二者均由西北農林科技大學作物雜種優勢研究與利用課題組保存提供。表面活化劑OP-10、Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉均購自楊凌天成化學試劑公司。

1. 2 化學殺雄劑篩選試驗

化學殺雄劑篩選試驗于2015—2016年在西北農林科技大學試驗農場進行。以小麥品系西純820為試驗材料，CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6等6種化學殺雄劑設5種劑量濃度（表1），以5000.0 g/ha的SQ-1為對照。各處理小區面積1.0 m2，行距25 cm，株距3 cm，肥水管理與大田生產一致。當西純820的生長期處于Feekes標準8.5時（雌雄蕊分化期，指標性狀是倒二葉抽出旗葉一半），參照Song等（2015）的方法葉面噴施化學殺雄劑（含0.1%表面活化劑OP-10）1次。抽穗后每處理套袋10穗自交，檢驗其殺雄效果。

1. 3 基因型驗證試驗

基因型驗證試驗于2016—2017年在西北農林科技大學試驗農場進行。以周麥27、周麥28、徐麥10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908為試驗材料，各處理小區面積5.0 m2，行距25 cm，株距3 cm，6行區。當小麥生長期處于Feekes標準8.5時，葉面噴施CH1（含0.1%表面活化劑OP-10）1次，噴施劑量300 g/ha;以噴施清水為對照。抽穗后每處理套袋10穗自交，檢驗其殺雄效果。

1. 4 表面活化劑篩選試驗

表面活化劑篩選試驗于2016—2017年在西北農林科技大學試驗農場進行。以周麥27為試驗材料，將300 g/ha的CH1分別與0.1%的Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉等表面活化劑進行配伍試驗。各處理小區面積1.0 m2，行距25 cm，株距3 cm。當周麥27的生長期處于Feekes標準8.5時，葉面噴施CH1（含0.1%表面活化劑）1次，以噴施清水為對照。抽穗后每處理套袋10穗自交，檢驗其殺雄效果。

1. 5 測定項目及方法

調查各小麥品種（系）的抽穗期、開花期、株高、穗長及其相對自交結實率，并觀察噴施殺雄劑后產生的葉片壞死情況。相對自交結實率（%）=處理套袋穗平均結實粒數/未處理套袋穗對照平均結實粒數×100。

2 結果與分析

2. 1 6種化學殺雄劑誘導小麥雄性不育效果比較

從表1可看出，化學殺雄劑CH3和CH4的5種劑量下，小麥植株全部死亡，藥害反應嚴重。化學殺雄劑CH2僅62.0 g/ha劑量下有小麥存活，且該劑量下的相對自交結實率為80.2%，其他4個劑量濃度下的小麥全部死亡。化學殺雄劑CH5和CH6均存在相對自交結實率為0，且植株表現部分抽穗或不抽穗及旗葉壞死（呈明顯藥害）的現象;無明顯藥害反應的植株其相對自交結實率則在70.0%以上。在化學殺雄劑CH1處理中，小麥旗葉均表現正常，除在75.0 g/ha劑量下其相對自交結實率為61.7%外，在其他劑量下的相對自交結實率均為0，但植株表現抽穗推遲、穗畸形和不抽穗;與對照相比，穗長差異不明顯，但株高明顯下降。說明CH1是一種可進一步研究的化學殺雄劑。

2. 2 基因型驗證試驗結果

化學殺雄劑篩選結果表明CH1能誘導小麥雄性不育，因此需進一步證實其殺雄廣譜性，即對基因型是否敏感。從表2可看出，在300.0 g/ha的化學殺雄劑CH1中添加0.1%表面活化劑OP-10能使周麥27、周麥28、徐麥10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908等小麥品種（系）的相對自交結實率明顯下降，其中以周麥27、泛麥8號、中麥895和項麥9908的殺雄效果較優，對應的相對自交結實率分別降至15.8%、0.4%、2.3%和1.2%。從小麥株高及其開花期來看，經化學殺雄劑CH1誘導殺雄后的植株與對照相比，雖然表現出株高下降和開花延遲的特點，但旗葉均未發生明顯藥害反應，穗長也無明顯變化。

2. 3 表面活化劑篩選試驗結果

以周麥27為試驗材料，在300.0 g/ha的化學殺雄劑CH1噴施劑量下，對10種表面活化劑進行篩選，結果（表3）顯示，所有表面活化劑對周麥27的旗葉均未產生明顯藥害反應。在300.0 g/ha的CH1噴施劑量下，Silwet-40、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉3種表面活化劑能促使周麥27獲得較低的相對自交結實率，分別為1.0%、15.8%和0，但周麥27的株高明顯降低，開花期推遲2～3 d，穗長縮短;表面活化劑道康寧1520、瓦克SRE-CN、中油美D108和聚二甲基硅氧烷雖然對周麥27的生長抑制作用較小（株高和抽穗開花正常），但相對自交結實率均在80.0%以上，未達殺雄效果;表面活化劑二甲基硅油對周麥27的生長無明顯影響，且能獲得較高的殺雄效果，其相對自交結實率僅為1.2%。因此，確定二甲基硅油可作為化學殺雄劑CH1的最適表面活化劑。

3 討論

化學殺雄是實現雜交小麥生產應用的重要途徑之一。理想的化學殺雄不僅要具備殺雄徹底、無藥害反應及不影響小麥正常生長的特點，還應滿足投入成本低的條件。從殺雄效果來看，SC2053、BAU9403、GENESIS和SQ-1均能滿足雜交小麥生產的要求，但從雜交小麥的推廣應用來看，這4種化學殺雄劑屬于專用型小麥化學殺雄劑，均需特殊的生產工藝，因而造成生產成本較高，進而限制其推廣應用。因此，篩選低成本的化學殺雄劑已成為當前雜交小麥研究的重點內容之一。宋瑜龍等（2014）利用小麥品種西農1376篩選15種化學藥劑的殺雄效果，結果表明T6（除草劑Roundup的活性成分）的殺雄效果最佳，殺雄效果達93.33%，但由于僅使用西農1376基因型而無法進一步證明其殺雄廣譜性。李會敏等（2014）也研究證明采用豆草除可誘導旗葉露尖期小麥雄性不育，殺雄效果可達96.79%～99.06%，田間觀察雖未發現小麥葉片萎蔫、干葉或壞死等藥害反應，但小麥株高降低12.43%～21.66%，穗長縮短8.93%～12.53%，小穗數減少2.78%～4.07%，且小麥抽穗期和開花期均延遲2 d。本研究以西純820、周麥27、周麥28、徐州10030、泛麥8號、中麥895和項麥9908等7份小麥品種（系）為試驗材料，通過化學殺雄劑篩選試驗、基因型驗證試驗及表面活化劑篩選試驗，結果表明，當小麥生長期處于Feekes標準8.5時葉面噴施300.0 g/ha新型化學殺雄劑CH1，并添加0.1%二甲基硅油作為表面活化劑，能獲得較高的殺雄效果，小麥相對自交結實率僅為1.2%，且對小麥正常生長無明顯副效應。

岳永德等（2000）研究表明，不同表面活化劑對農藥所起的促進效果各不相同。合適的表面活化劑不僅不會影響植株生長，還能促進化學殺雄劑的殺雄效果，從而降低化學殺雄劑的使用劑量。本研究結果表明，化學殺雄劑CH1與不同表面活化劑配伍使用對于小麥植株有不同的影響，表面活化劑Silwet-40、Triton-100和月桂醇醚硫酸鈉會抑制小麥生長，即便只噴施表面活化劑也表現出對小麥生長的抑制作用。表面活化劑二甲基硅油（0.1%）配伍化學殺雄劑CH1（300.0 g/ha）噴施小麥品種周麥27，可獲得較高的殺雄效果（相對自交結實率僅為1.2%），且對小麥植株的生長無明顯抑制作用，但由于殺雄效果并未徹底，因此仍需進一步擴大篩選范圍，找出適合與化學殺雄劑CH1配伍的最佳表面活性劑。

4 結論

300.0 g/ha化學殺雄劑CH1配伍0.1%二甲基硅油表面活化劑可誘導小麥產生接近完全的雄性不育效果，且無明顯藥害反應，可作為雜交小麥制種候選方案進一步研究與利用。

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（責任編輯 蘭宗寶）