一个反向水稻两用核不育系育性对温度与光周期的反应

2010-11-26徐孟亮梁满中陈良碧

湖南师范大学自然科学学报 2010年4期

徐孟亮, 张俊, 龚曼, 梁满中, 陈良碧

(湖南师范大学生命科学学院，中国长沙 410081)

自20世纪60年代初，袁隆平开创水稻杂种优势利用研究以来，我国杂交水稻的研究与应用一直居国际领先地位[1-3]．1970年，李必湖与冯克珊在海南发现核质互作型雄性不育系“野败”，1973年在国际上首次育成能应用于生产的籼型三系杂交水稻，1976年，三系杂交水稻开始在我国大面积推广．但是，三系法的育种程序和生产环节比较复杂，以致选育新组合的周期长、效率低，推广的环节多、速度慢，限制三系法杂交稻种植面积的扩大和单产的提高[1]．1981年，石明松报道晚粳自然两用系的发现[4]，后被命名为湖北光周期敏感核不育水稻[5]，又称农垦58S．与核质互作型的三系不育系相比，两用核不育系有许多优点，如制种程序简单，生产成本低；不受恢保关系制约，配组自由，恢复谱广，易于配出强优势组合；不育性由1～2对主效基因控制，遗传行为简单，易于转育与稳定；细胞质无负效应且可避免细胞质单一化的潜在威胁等[1，6]．对W3111S、N5047S、7001S等粳型两用核不育系和W6154S、安农S-1、衡农S-1、培矮64S、810S、准S、株1S等籼型两用核不育系材料的育性转换规律研究表明[1,3,7]：水稻两用核不育系可分为2个基本类型，即除了象农垦58S一样以光周期控制为主的光敏型(后来的研究表明，光敏型育性也受温度影响)外，还有以温度控制为主或完全受温度控制的温敏型，即高温不育、低温可育型．后来，我国又选育出育性转换方向与农垦58S、安农S-1、衡农S-1等两用核不育系相反的新型两用核不育系，即短日不育、长日可育或低温不育、高温可育的类型[8-13]，称为反向水稻两用核不育系，而以前发现和选育的光、温敏核不育系相应地称为正向水稻两用核不育系．

无论是哪种类型的水稻两用核不育系，它们与核质互作型的三系不育系相比，虽然具有上述众多优点，但都有一个共同的弱点，即它们的育性易受环境温度影响而不稳定，影响制种与繁殖．但不同的两用核不育系育性受环境温度影响的程度不同，差异很大．生产上，只有那些在一定温光条件下育性相对稳定的两用核不育系才具有实用价值．因此，新选育的水稻两用核不育系必须对其进行育性鉴定，才能知道它是否具有实用价值，育性鉴定包括温光反应类型的鉴定及育性转换的临界温度鉴定[14]．本研究旨在对湖南衡阳市农业科学研究所选育的一个早籼型反向水稻两用核不育系go3S的温光反应类型以及育性转换的临界温度进行鉴定，旨在为其应用提供参考依据．

1 实验部分

1.1 材料

水稻两用核不育系go3S(早籼型)由湖南省衡阳市农业科学研究所提供．种子分两批于2005年5月14日与5月29日播种．适时移栽于盆中，每盆栽10株，栽30盆，共300株，分成6组，每组5盆共50株，待材料发育至育性转换光敏感期或温敏感期时，进行光周期与温度处理．

1.2 方法

1.2.1 自然条件下的育性表现观测从go3S见穗开始，逐日观察其花药是否散粉、散粉程度并抽样镜检花粉可染率与考查自交结实率，直至抽穗结束．

1.2.2 光周期处理方式当go3S发育至二次枝梗及颖花原基分化期时(Ⅲ期)，进行长、短日处理，直至花粉母细胞减数分裂期结束(Ⅵ期)，处理15 d．长日处理利用长沙7月上、中旬的自然长日条件(日照长度14 h左右)，短日处理采用遮光方法进行，每日日照12 h，日照时段为7:00～19:00．温度设置高温与低温两档，高温为2005年长沙7月上、中旬的自然高温(平均日均温为30.5 ℃)，低温为人工控温(恒定23.5 ℃)．处理完毕，观测其育性表现．

1.2.3 人工控温处理方式当go3S发育至花粉母细胞形成期时(V期)，进行26.0 ℃与28.0 ℃恒温处理(幼穗长度为2 cm左右)．将材料移入课题组设计并制造的控温水池(专利号为ZL 01 2 57528.3)中，水深约20 cm，按徐孟亮等[15-17]的方法连续处理7 d，直至花粉母细胞减数分裂期(Ⅵ期)结束．处理完毕，移回夏季自然条件下抽穗，目测群体花药是否散粉、散粉程度并抽样镜检花粉育性与考查自交结实率．

1.2.4 育性考查按徐孟亮[18-19]的方法考查．每处理镜检与考种10～15株．

1.2.5 网室气温记录用DWJ1双金属温度自动记录仪(购于湖南省气象科学研究所)每天24 h连续记录．

2 结果与分析

2.1 go3S育性的温、光反应类型鉴定

2.1.1 自然条件下的育性表现 2005年，在长沙夏季的自然条件下，从go3S见穗开始(7月16日)，对其育性表现进行了逐日观察，直至8月11日．其育性转换的温度敏感期大约在7月初至7月底．据实地温度记录，7月平均日均温为30.3 ℃，平均日最高温为 34.3 ℃，平均日最低温为27.0 ℃；期间出现两次低温，一次是7月11～13日，3天的平均日均温为26.0 ℃，平均日最高温为28.5 ℃，平均日最低温为24.2 ℃；另一次是7月20～22日，3天的平均日均温为25.7 ℃，平均日最高温为27.3 ℃，平均日最低温为24.6 ℃．结果，go3S育性表现不稳，出现育性反复，即7月16～22日可育，7月23～25日不育，7月26～31日又可育，8月1～3日又不育，8月4～11日再次转为可育(表1)．此结果说明go3S育性表现对温度变化很敏感，其育性随温度波动而波动，且为高温可育、低温不育类型，与通常的温敏型水稻两用核不育系如安农S-1、培矮64S、株1S等育性转换方向相反，说明该两用核不育系为反向水稻两用核不育系．

表1 水稻两用核不育系go3S在自然条件下的育性表现(长沙，2005年)

注：“+”代表散粉，“-”代表不散粉．

2.1.2 不同光周期条件下的育性表现为了明确光周期对go3S育性是否具有影响，在其雄性育性转换的光敏感期，用4种光温组合即长日高温、短日高温、长日低温与短日低温对其进行了处理，并对其育性表现进行了观测．结果表明，在30.5 ℃高温条件下, go3S长、短日处理均表现可育，自交结实率略高于40%，花粉可染率为60%左右；而在23.5 ℃低温条件下，长、短日处理均表现为不育，自交结实率与花粉可染率均为0(表2)．育性表现在长、短日处理间无显著差异,但在高、低温处理间差异显著．据此可以判断，光周期对go3S育性没有影响，其育性完全受温度支配，且为高温可育、低温不育型．

从自然变温下的育性表现及不同光周期处理后的育性表现结果，可以确定go3S为反向温敏型水稻两用核不育系，其育性转换方向与通常的温敏型水稻两用核不育系相反．

表2 水稻两用核不育系go3S育性对不同光温组合的反应

注：光温处理时期为二次枝梗及颖花原基分化期至减数分裂期；处理期间高温为自然日均温30.5 ℃，低温为人工恒定水温23.5 ℃．

2.2 go3S育性转换的临界温度鉴定

根据自然气温条件下的育性表现(表1、表2)，初步估计其育性转换的临界日均温介于26.0～30.5 ℃之间．为了更准确地确定其育性转换的临界温度，在其育性转换温敏感期进行了7 d 26.0 ℃与28.0 ℃恒温水处理．结果表明，用26.0 ℃恒温水处理，表现不育，自交结实率与花粉可染率均为0；用28.0 ℃恒温水处理，也表现不育，自交结实率0，但个别单株出现微量可染花粉(表3)，说明其可育性已启动，其育性转换的临界温度界于28.0～30.5 ℃之间．

表3 水稻两用核不育系go3S育性对不同温度的反应

注：处理时期为花粉母细胞形成期与减数分裂期(V～Ⅵ期)，共7 d．

3 讨论

选育具有实用价值的水稻两用核不育系是组配优良两系杂交水稻组合的关键技术之一，判断一个水稻两用核不育系是否具有实用价值，首先要考虑的因素是其育性是否稳定，即在制种时，要求其不育性稳定，不育株率要求达100%，不育度要求大于99.5%；而在繁殖时，又要求其可育性稳定，要求自交结实率在30%以上[1]．根据对go3S育性的温光反应研究结果，该水稻两用核不育系为反向温敏型水稻两用核不育系，光周期对其育性没有影响，育性转换的临界温度介于28.0～30.5 ℃之间．依据其育性的温光反应特点，从育性稳定性方面考量，该反向温敏型水稻两用核不育系应具有一定的实用价值．在高纬度地区(如我国东北)、高海拔地区(如云贵高原)等地区以及低纬度地区(如海南三亚)的冬季或早春季节均可进行制种，而在中、低纬度、低海拔地区的盛夏季节(如长江流域的7月中下旬与8月上旬)可进行繁殖，在有温泉的地区，采用温水灌溉也应可进行繁殖．目前，生产上应用的水稻两用核不育系如培矮64S、株1S、88S等均为正向水稻两用核不育系，其制种与繁殖的时空条件均受到一定程度的限制．如能将反向水稻两用核不育系应用于生产的话，正好可起到互补的作用，可进一步拓宽水稻两用核不育系制种与繁殖的时空范围，从而有助于两系法杂交水稻的发展．因此，应加强反向水稻两用核不育系的开发与应用研究．

参考文献：

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[4] 石明松.晚粳自然两用系的选育与利用[J].湖北农业科学,1981,(7):1-3.

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[8] 李训贞, 陈良碧, 周庭波. 新型低温不育水稻(N-10S,N-13S )育性的初步鉴定[J]. 湖南师范大学自然科学学报,1991,14(4):376-382.

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