5个水稻光温敏核不育系柱头特性与异交结实率的关系

舒志芬，陈 勇，刘 钊，袁 露，熊 朝，张海清

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

5个水稻光温敏核不育系柱头特性与异交结实率的关系

舒志芬，陈 勇，刘 钊，袁 露，熊 朝，张海清*

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

为探究水稻不育系的柱头特性与异交结实率的关系，以创5S、耘9S、培矮64S、P88S、Y58S等5个水稻光温敏核不育系为材料，对柱头外露率、柱头大小、柱头活力等进行了比较研究，同时以R608为父本，测定了其柱头活力和异交结实率。研究表明，5个水稻不育系在柱头外露率、柱头大小、柱头活力等方面均存在一定的差异。P88S的柱头特性总体较好，柱头外露率达到95.94%，柱头活力较强，活力系数为2.71，田间异交结实率达84.02%。培矮64S的柱头长度和柱头宽度最小，分别是2.41 mm和1.10 mm，其柱头外露率93.04%，柱头活力最弱，其异交结实率仅65.47%。耘9S、Y58S、创5S的柱头特性处于中等水平，耘9S的异交结实率比其他两个不育系高。相关分析表明，柱头外露率、柱头长度、柱头宽度、柱头面积、柱头体积与异交结实率显著相关，相关系数分别为0.897*、0.934*、0.934*、0.939*、0.937*；柱头活力系数与异交结实率之间相关不显著。依据不育系的柱头特性，采取合理的辅助授粉方式，有利于节省生产成本，提高杂交水稻制种产量。

水稻；光温敏核不育系；柱头特性；异交结实率

水稻不育系的异交特性是影响不育系繁殖与杂交水稻制种产量及种子生产成本的重要因素之一[1]。因此，不育系优良的异交特性成为杂交水稻制种的关键[2～4]。水稻不育系异交特性主要包括穗部特点(包颈长度、包颈粒率)、柱头特性(柱头形态、柱头生活力、柱头外露率)、开花习性(花时、张颖角度、张颖历时)等性状，其中最主要的是柱头特性[5，6]。朱英国[7]研究发现，父母本花期相遇，在父本花粉供应充足的前提下，光温敏核不育系间的异交结实率仍存在一定的差异。前人为了合理地利用水稻不育系，先后对光温敏不育系的开花习性与异交结实的关系进行了广泛而深入的研究[8，9]。柱头是不育系接受外来花粉完成受精结实的花器，其柱头外露情况以及柱头活力的大小影响着不育系的异交结实情况。有研究表明，柱头外露不育系的总异交结实约占其颖花开花当日以后接受花粉异交结实的两倍；柱头未外露的颖花的异交结实率接近外露颖花的1/3～1/4[10]。林建荣等[8]研究发现，不育系柱头外露率的高低也直接影响着其异交结实率的高低。柱头的长度和宽度对柱头外露率有在一定的影响[11，12]。不育系开花后第2天，仍有65%以上外露的柱头保持着受粉能力[13]。而外露柱头保持接受花粉的能力越高，接受外来花粉受精结实的可能性就越大，异交结实率就越高[14]。

目前随着杂交水稻种子生产成本越来越高，选用高异交结实率的不育系以及根据不育系的异交特性采用合理的辅助措施提高异交结实率已成为杂交水稻种子生产的重要研究内容。本文通过对5个实用型水稻光温敏核不育系的柱头特性及其与异交结实率的关系进行研究，旨在为杂交水稻种子生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试水稻光温敏核不育系为创5S、耘9S、培矮64S、P88S、Y58S；恢复系材料为R608。创5S和耘9S由湖南农业大学水稻研究所提供；培矮64S、P88S、Y58S和R608由袁隆平种业股份有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2014年4～10月在湖南武冈隆平种业有限公司制种基地进行。每个不育系和恢复系均分3期播种，每期不育系与3期父本配合移栽。不育系5～6叶移栽，株行距17 cm×17 cm，每小区8行，每行45穴，每穴移栽2～3株。父本6～7叶移栽，株行距20 cm×25 cm。在不育系见穗期按300 g/hm2用量喷施“920”。

1.3 测试项目与方法

1.3.1 柱头大小、面积、体积测定

每个品种选取正在开花的颖花10朵，用镊子将颖花取下，放入 FAA固定液中保存备用。采用体视显微镜直接测定柱头的长度、宽度，计算柱头面积及体积。计算公式[10]如下：

柱头面积=柱头长(A)×柱头宽(E)

柱头体积=πA(E/2)2

1.3.2 柱头外露情况调查

在不育系进入始穗期，对各不育系喷施“920”，随机选取30个已经全部开花的稻穗，调查柱头单边外露率、双边外露率、柱头总外露率。具体测定指标与计算公式如下：

单边柱头外露率=单边柱头外露的颖花数/所有颖花数×100%

双边柱头外露率=双边柱头外露的颖花数/所有颖花数×100%

柱头总外露率=柱头外露的颖花数/所有颖花数×100%

1.3.3 柱头生活力测定

每个不育系选取即将进入盛花期的10个单株，对当天自然开放的颖花做标记，然后当天下午去除其他未标记颖花并进行套袋处理，共21袋，每袋2～3单穗。

从第1天起以恢复系R608对不育系进行授粉，每个不育系处理3袋，连续授粉7 d。授粉后继续套袋，20 d后调查各不育系的结实率，并计算出每个不育系每天结实率的平均值，以此来反应各不育系的柱头生活力，并计算柱头生活力系数，计算公式[8]如下：

柱头生活力系数=柱头外露颖花开花后第 2～4天外露柱头结实率/开花当天外露柱头结实率

1.3.4 不育系异交结实率调查

选择父母本花期相遇良好的小区进行小面积制种，始穗期喷施“920”后，在父本始花期至终花期，每日进行2次人工辅助授粉，成熟期考查异交结实率。

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 柱头大小及形态特征

供试不育系的柱头长度、柱头宽度、柱头面积和体积列于表1。P88S和耘9S的柱头长度最长，分别为2.85 mm和2.84 mm，其次是Y58S和创5S，培矮64S的柱头最短，为2.41 mm，且P88S、耘9S，Y58S、创5S和培矮64S之间存在显著性差异。

柱头宽度、柱头面积和柱头体积大小也呈现同一趋势，即P88S、耘9S>Y58S、创5S>培矮64S。

表1 5个不育系的柱头特性

2.2 柱头外露率

将各不育系的柱头外露情况按双边外露率、单边外露率和总外露率3类进行统计(表2)。表2表明:不育系的柱头总外露率都达到了90%以上，且双边外露率都超过了50%。耘9S的柱头总外露率最高为97.58%，其它不育系柱头外露率从高至低依次为Y58S、P88S、培矮6S、创5S，分别为97.05%、95.94%、93.04%、92.87%。5个不育系柱头双边外露率均高于单边外露率。耘9S的柱头双边外露率最高，达73.49%。不育系的单边外露率从大到小依次为P88S、创5S、Y58S、耘9S、培矮64S。5个不育系柱头总外露率差异不显著性。

表2 5个不育系柱头外露率

2.3 柱头活力表现

5个供试不育系逐日授粉的异交结实情况如表3。供试不育系均以开花当天的异交结实率最高，以后逐日下降，第5天后下降较为明显，但至第7天柱头仍保持着一定的活力。从柱头活力系数来看，供试不育系中，以P88S和创5S的柱头活力最强，活力系数分别为2.71和2.33，说明它们的柱头维持高活力的时间较长，柱头生活力下降较慢，如P88S在开花后第7天的异交结实率仍达到25.89%。柱头活力中等的为耘9S和Y58S，活力系数分别为1.68和1.61；柱头活力最低的为培矮64S，虽然开花第1天结实率较高，但从开花后第2天起柱头生活力下降较快，柱头活力系数仅为1.13，说明其柱头生活力保持时间较短。

表3 5个不育系柱头活力表现

2.4 不育系异交结实率与柱头特性的相关性

培矮64S、P88S、耘9S、Y58S、创5S等5个不育系与父本R608进行配组制种，在花期相遇良好和充分授粉的情况下，5个不育系异交结实率均在60%以上，不同不育系之间存在一定的差异。异交结实率最高的是耘9S和P88S，分别为85.34%、84.02%；异交结实率最低的是培矮64S，仅为65.47%(表4)。

表4 5个不育系异交结实率

对供试5个不育系柱头总外露率、柱头长度、柱头宽度、柱头面积、柱头体积、柱头活力6个性状与异交结实率进行相关分析表明，异交结实率与柱头的相关特性之间存在一定的相关性。异交结实率与柱头总外露率、柱头长度、柱头宽度、柱头面积、柱头体积均呈显著正相关，相关系数分别为0.897*、0.934*、0.934*、0.939*、0.937*，而异交结实率与柱头的活力系数之间相关不显著(表5)。说明在杂交水稻制种中，不育系的异交结实率是多个性状综合作用的结果。

此外，不育系的柱头长度、宽度、面积以及体积之间存在极显著正相关，相关系数都在0.9以上。

表5 不育系柱头特性与异交结实率的相关系数

3 小结与讨论

供试5个不育系的柱头特性都较理想，但是仍然存在一定的差异。供试5个不育系中，P88S的柱头特性总体较好，培矮64S较差，耘9S、Y58S、创5S的柱头特性处于中等水平。

相关性分析表明，异交结实率与柱头总外露率的相关系数较大(r=0.897*)，为显著正相关。吴爽等[11]研究表明，柱头外露率与异交结实率呈显著正相关，本试验的结果与之一致，进一步证实了在杂交水稻制种过程中不育系的柱头外露率对提高异交结实率的重要作用。异交结实率与柱头长度、柱头宽度、柱头面积、柱头体积均呈显著正相关，相关系数分别为0.934*、0.934*、0.939*、0.937*，但是与柱头活力系数之间无显著相关性。

田大成[15]早期研究就发现，不育系的柱头活力系数越高，相应的异交结实率越高。韩赞平等[16]研究发现，珍汕97A的柱头活力是供试7个不育系中最高的，但异交结实率却不高。可见对于柱头活力系数与异交结实率之间的研究，不同的研究者之间存在一定的差异。本试验中，P88S的柱头活力系数最高，在第7天仍保持着相当的活力，但是异交结实率最高的却是耘9S。

不育系的异交结实情况除受到自身的遗传因素引起的异交特性的影响之外，还受到父母本花期相遇情况、父本花粉密度、开花天气状况等诸多因素的影响。所以要挖掘各个不育系的异交结实潜能，必须结合优良的栽培条件，使不育系植株体内的营养状况不断改善，提高其异交特性。

对于柱头活力系数大的不育系(如P88S)，在杂交水稻制种生产过程中，可以适当地延长辅助授粉的时间，从而提高异交结实率；对于柱头活力系数较低的不育系(如培矮64S)，可适当适时地进行辅助授粉，同时可以采取一定的措施提高其柱头活力系数。

目前，杂交水稻制种中普遍通过选育高柱头性状的品种进行配组以提高异交结实率，对如何提高现有组合柱头特性的研究较少，所以应加强提高柱头特性方面的研究，为杂交水稻制种提供技术指导。

[1] 张佳佳，代西梅，刘贺梅，等.粳型不育系新稻 97200A的开花习性研究[J].郑州大学学报，2012，44(4)：105-108.

[2] 施伏芝.几个籼型不育系和恢复系的配合力分析[J].杂交水稻，2003，18(5):13-15.

[3] 闵绍楷.水稻育种学[M].北京:中国农业科技出版社，1996.

[4] 杨春华，李仕贵. 籼型三系杂交水稻不育系主要农艺性状配合力及遗传力分析[J].西南农业学报，2005，18(3):234-240.

[5] 贺晓鹏，杨书化，田亚雯，等.5个新育成粳型光温敏核不育系开花及异交性能的研究[J].中国农学通报，2004，20(4):104-107.

[6] 陈雄辉，万邦惠，陆燕鹏，等.光温敏核不育水稻异交结实潜力的研究[J].华南农业大学学报，2001，22(1):1-4.

[7] 朱英国.水稻雄性不育生物学[M].武汉:武汉大学出版社，2000.40-43.

[8] 林建荣，吴明国，宋昕蔚.三系粳稻不育系开花习性与异交结实率的关系[J].杂交水稻，2006，21(5)：69-72.

[9] 黄少军，吴献强，梁庆平.水稻新育成不育系开花习性观察[J].种子，2012，31(3)：104-107.

[10] 田大成，黄三奎，段永国，等.水稻不育系花时和受粉时间与异交结实率的关系[J].杂交水稻，2004(3):50，54.

[11]吴 爽，李成荃，王守海，等.几种优良品种花器性状的遗传及相关分析[J].安徽农业科学，2003，31(2): 171-172.

[12]喻 婷，张 玲，胡中立，等.水稻籼粳交DH群体花器性状的遗传分析[J].武汉植物学研究，2003，21(6): 459-463.

[13]袁隆平，陈洪新.杂交水稻育种栽培学[M].长沙:湖南科学技术出版社，1998.15-17.

[14]武小金，袁降平.水稻异交习性的变异、遗传及其改良[J].湖南农业科学，1996(1): 12-14.

[15]田大成.水稻异交栽培学[M].成都:四川科学技术出版社，1991.

[16]韩赞平，汪旭东，王 彬，等.7个籼型水稻细胞质雄性不育系异交特性的研究[J].种子，2004，23(2)：17-20.

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，山西临汾人，硕士研究生，Email：selfreliance110@126.com。*通信作者：张海清，博士，教授，主要从事杂交水稻生产种子与加工研究与教学，Email：hunanhongli@aliyun.com。

国家科技支撑计划项目(2014BAD06B07)。

S511.01

A

1001-5280(2015)04-0343-05

10.3969/j.issn.1001-5280.2015.04.03