6个水稻三系不育系异交特性研究

张 雪张 城王彦荣陈亚军李春凯田书军

(辽宁省水稻研究所，辽宁 沈阳 110101)

杂交粳稻不育系异交结实率低、杂交粳稻制种产量低、杂交种成本高一直是限制北方杂交粳稻推广应用的重要因素之一。要想突破这一瓶颈，就要定向地对不育系异交结实特性进行改良。不育系异交结实特性的优劣，关系到不育系繁殖及其组合制种产量的高低，关系到该不育系是否具有利用价值。陈惠清认为水稻三系不育系的异交结实特性包括抽穗特性、开花习性和柱头特性3个方面[1]。许旭明认为高异交率是不育系育种的一个重要目标[2]。在选育和应用三系不育系资源时，要充分了解其异交特性，正确评价其利用价值[3～4]。本研究以辽宁省水稻研究所选育的6个骨干三系不育系为试材，对其异交特性进行调查和比较，旨在为进一步定向改良不育系，提高制繁种产量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验试材为近10年来辽宁省水稻研究所选育的6个具有代表性的不育系材料粳65A、辽180A、粳139A、辽31A、辽17A、辽15A，试验于2020年在位于辽宁省沈阳市苏家屯区的辽宁省水稻研究所试验基地进行。

1.2 试验设计

6份试验材料同期播种移栽，单本种植，每个小区2 m行长种4行，行株距为30 cm×13.3 cm。田间水肥管理同大田管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 天然异交结实率

在成熟期，分别从个小区中随机选取20个单株的主穗，计算每穗的成粒数占总粒数的百分比。天然异交结实率(%)=单穗成粒数÷单穗总粒数×100%。

1.3.2 单日逐时开花率

在盛花期，分别从各小区中选始穗1～ 2 d的10个主穗，定株定穗进行观察。从上午7：00开始，每隔30 min观察1次开花动态，至下午13：30，记录每时段开花数量。某时花率(%)=某时段累计开花数量÷当天开花总量×100%。

1.3.3 柱头外露率

每个品种选择将要开花的20个单穗作标记定为观察对象，于每天下午开花结束后观察， 记下当天开花的柱头单双边外露的颖花数。记载后剪去开过的颖花，全穗开完后统计该穗的柱头外露率及全穗的总颖花数。柱头外露率(%)=柱头外露的颖花数÷总颖花数×100%。

1.3.4 开颖时间

开花期，每个品种标记10朵颖壳有裂缝的即将开放的颖花作为观察对象，每隔5 min观察1次，从颖壳裂缝至颖壳闭合为止，计为开颖时间。

1.3.5 开颖角度

随机选取10个即将在当天开放的颖花作为观察对象，当颖壳张至最大角度时，用镊子取下，用双面胶将颖花固定在平整的白纸上，用大头针固定颖花开角的3点，用量角器量出的数值即为该颖花的开颖角度。

1.4 数据处理

采用Excel软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不育系的天然异交率差异

本研究调查了6个粳稻不育系的天然异交率，结果显示粳65A天然异交率最高，达到59.6%，极显著高于其他不育系；其次为辽180A，天然异交率为44.6%；再次为粳139A和辽31A，天然异交率分别为37.1%和32.3%；最后为辽17A和辽15A，天然异交率分别为24.3%和23.2%，极显著低于其他不育系(表1)。

表 1 不育系天然异交率

2.2 亲本花时动态及其对异交结实特性的影响

林建荣、王胜军等研究表明早花时对不育系异交结实具有重要影响，常用午前开花率表征不育系的花时早晚[5～6]。本研究以30 min为间隔调查了不同时间的累计开花率，相关分析显示11：00开花率与天然异交率呈显著正相关，所以采用11：00开花率表征不育系花时早晚(表2)。

2.3 开花习性对天然异交率的影响

由表3可见，粳65A花时最早，11：00前开花数量占当日开花数量72.6%，与粳139A、辽31A、辽17A、辽15A相比差异达到极显著水平。辽180A花时较早，11：00花率达到49.1%，与粳139A、辽15A相比差异达到显著水平。粳65A柱头外露率最高，达到65.1%，极显著高于其它不育系。辽180A柱头外露率为14.9%，显著高于辽31A等4个不育系。辽180A开颖时间最长，其次辽17A和粳65A，辽15A、粳139A和辽31A开颖时间较短。粳139A和辽15A的开颖角度较小，低于其他不育系。

相关分析(表4)显示，不育系天然异交率与11：00花率和柱头外露率呈显著正相关，提早花时、提高柱头外露率有利于增加不育系的异交结实率，粳65A的高异交结实率是早花时和高柱头外露率共同作用的效果。相关分析显示，不育系柱头外露率与11：00花率呈显著正相关，表明在不育系选育过程中早花时与高柱头外露率可以同时改良。

表 2 开花率与异交结实率的相关系数

水稻开颖时间较长，但花粉活性时间较短，母本先开颖等待父本散粉更有利于不育系接受恢复系花粉，从而提高异交结实率。杂交稻亲本日开花动态可以看出，典型恢复系亲本C315开花高峰期在11：30左右，典型晚花时不育系粳139A开花高峰期在12：00，粳139A大量开花时恢复系开颖数量已经减少，花粉数量减少，不利于不育系异交结实；典型早花时不育系粳65A的开花高峰期在11：00左右，因颖花开颖时间较长，11：00恢复系大量散粉时有大量不育系颖花开放，有利于不育系异交结实。所以采用11：00开花率表征不育系花时早晚比午前花率更加准确(图1a)。

从保持系与不育系的开花动态差异可以看出，保持系转育为不育系后，无论是早花时品种还是晚花时品种，不育系的花时均迟于保持系，开花高峰期延迟30～60 min，表明不育细胞质对早花时性状具有不良影响。为保证不育系花时早于恢复系30～60 min，应选育早花时保持系，早花时保持系的开花高峰在10：00～10：30较为适宜(图1b)。

表 3 不育系开花习性差异

表 4 开花性状与天然异交率的相关性

3 结论与讨论

本研究对6个骨干三系不育系单日开花动态和天然异交率的相关分析显示，11：00开花率与天然异交率呈显著正相关，因此11：00开花率是评价不育系异交特性的重要指标。保持系转育为不育系后，不育系的开花高峰期延迟30～60 min，应选育开花高峰在10：00～10：30的早花时保持系较为适宜。开花习性相关分析结果表明，不育系天然异交率与11：00花率和柱头外露率都呈显著正相关，不育系柱头外露率与11：00花率呈显著正相关。因此，在改良三系不育系时，应注重同时提高柱头外露率、提早花时，可有效增加不育系的异交结实率。

本试验中粳65A和辽180A具有花时早，柱头外露率高，开颖时间长的特点，因此其天然异交率高。在组配杂交粳稻组合时，可利用其有利开花习性，提高制种产量。结合试验结果，有针对性地改良粳139A等4个不育系的不利开花习性，从而提高其异交结实率，提升利用价值，丰富三系不育系资源。