新型化学杀雄剂与表面活化剂组合筛选及其诱导小麦雄性不育的效果

张建朝 赵杨 牛娜 宋瑜龙 马守才 高翔 张改生 王军卫 董剑

摘要：【目的】筛选出生产成本较低且杀雄彻底、不影响小麦正常生长的化学杀雄剂，为杂交小麦的生产提供参考依据。【方法】以西纯820、周麦27、周麦28、徐州10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908等小麦品种（系）为试验材料，选用6种成本在100元/ha以下的化学杀雄剂（CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6）及10种表面活化剂（Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康宁1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸钠），通过化学杀雄剂筛选试验、基因型验证试验及表面活化剂筛选试验，筛选出新型化学杀雄剂与表面活化剂的最佳组合。【结果】300.0 g/ha的化学杀雄剂CH1可诱导小麦品系西纯820产生完全雄性不育，旗叶表现正常，但抽穗推迟。当小麦生长期处于Feekes标准8.5时，叶面喷施300.0 g/ha化学杀雄剂CH1（含0.1%表面活化剂OP-10）能使周麦27、周麦28、徐麦10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908等小麦品种（系）的相对自交结实率明显下降，其中以周麦27、泛麦8号、中麦895和项麦9908的杀雄效果较优，对应的相对自交结实率分别降至15.8%、0.4%、2.3%和1.2%，表现出较好的杀雄广谱性。在10种表面活化剂中，二甲基硅油对小麦植株的生长无明显抑制作用，与化学杀雄剂CH1配伍使用能获得较高的杀雄效果，小麦相对自交结实率仅为1.2%。【结论】300.0 g/ha化学杀雄剂CH1配伍0.1%二甲基硅油可诱导小麦产生接近完全的雄性不育效果，且无明显药害反应，可作为杂交小麦制种候选方案进一步研究与利用。

关键词： 小麦;化学杀雄剂;表面活化剂;基因型;雄性不育

0 引言

【研究意义】杂种优势是生物界普遍存在且复杂的现象，利用杂种优势可大幅度提高农作物的经济效益和社会效益，已在玉米、大豆、水稻、辣椒、西红柿和油菜等多种作物的生产实践中获得成功（林建丽等，2009;王丹丹等，2016）。小麦是我国重要的粮食作物之一，其杂种优势的利用能为我国的粮食安全做出巨大贡献（赵昌平，2010;檀竹平和高雪萍，2018）。通过化学杀雄剂诱导小麦雄性不育配制杂交是当前获得小麦杂种优势的一种重要方法（郑爱泉，2014），我国于20世纪80年代开始引进化学杀雄剂并开展相关研制及应用推广工作，先后选育出津化1号、西杂1号及川麦59等杂交小麦品种，其中西杂1号于2000年通过陕西省农作物品种审定委员会审定，其累计示范面积达0.11万ha（肖文静，2014;阮仁武等，2016）。目前，能应用于生产的专用型小麦化学杀雄剂主要有4种：SC2053（商品名津奥林）（Streiff et al.，1997）、BAU9403（程西永等，2006）、GENESIS（商品名金麦斯）（刘宏伟等，2004）和SQ-1（Song et al.，2015），但其生产工序复杂、生产成本较高。因此，寻找并开发新的低成本化学杀雄剂，成为杂交小麦研究的重点内容之一。【前人研究进展】马来酰肼（Maleic hydrazide，MH）是世界上第一个被报道的植物化学杀雄剂（Moore，1950;Naylor，1950），随后大量的化学杀雄剂被合成及筛选，包括乙烯利（Rowell and Miller，1971）、WL84811（黄铁城等，1988）、SC2053（Streiff et al.，1997）、GENESIS（刘宏伟等，2004）、BAU9403（程西永等，2006）、Oxanilates和Oxamates（Senthil et al.，2009）、SQ-1（Song et al.，2015）等，均被证明具有很好的杀雄效果。但除了GENESIS和SQ-1外，其他化学杀雄剂均存在一定缺点，如严格的使用剂量和使用时期、杀雄效果受品种基因型影响及易引起穗子畸形和种子干瘪等。GENESIS是美国Monsanto公司研发的一种小麦化学杂交剂，其诱导小麦雄性不育彻底，且对小麦生长发育無不良影响（刘宏伟等，1998，2004），但由于公司发展方向的调整在2000年后已停止生产。SQ-1是西北农林科技大学张改生教授带领其团队筛选出的新型小麦化学杀雄剂，其与不同基因型小麦品种间无明显互作关系，具有杀雄广谱性，在适宜浓度下可获得近100%的杀雄效果，且对小麦植株无药害作用，对株高、穗长和开花期等指标影响小（刘宏伟等，2003;柳娜等，2014，2017），是当前应用于杂交小麦研究的最佳化学杀雄剂。理想的小麦化学杀雄剂不仅要具备杀雄彻底、无药害反应及不影响小麦正常生长的特点，还应具有低生产成本的优点。李会敏等（2014）采用大豆除草剂（豆草除）诱导旗叶露尖期小麦雄性不育，结果表明能诱导96.79%～99.06%的雄性不育，但对小麦株高和穗部性状有明显影响。宋瑜龙等（2014）利用小麦品种西农1376检验15种化学药剂的杀雄效果，结果表明T6（除草剂Roundup的活性成分）的效果最佳，其杀雄效果可达93.33%。【本研究切入点】现有的研究仅针对化学杀雄剂诱导小麦雄性不育的效果，而有关化学杀雄剂与表面活化剂配伍诱导小麦雄性不育的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以西纯820、周麦27、周麦28、徐州10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908等小麦品种（系）为试验材料，对6种成本在100元/ha以下的化学杀雄剂（CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6）及10种表面活化剂进行小麦雄性不育诱导对比试验，分析其基因型杀雄效果、杀雄广谱性及药害程度，筛选出生产成本较低且杀雄彻底、不影响小麦正常生长的化学杀雄剂，为杂交小麦的生产提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试小麦品种（系）为西纯820、周麦27、周麦28、徐州10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908，化学杀雄剂为CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6和SQ-1（对照），二者均由西北农林科技大学作物杂种优势研究与利用课题组保存提供。表面活化剂OP-10、Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康宁1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸钠均购自杨凌天成化学试剂公司。

1. 2 化學杀雄剂筛选试验

化学杀雄剂筛选试验于2015—2016年在西北农林科技大学试验农场进行。以小麦品系西纯820为试验材料，CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6等6种化学杀雄剂设5种剂量浓度（表1），以5000.0 g/ha的SQ-1为对照。各处理小区面积1.0 m2，行距25 cm，株距3 cm，肥水管理与大田生产一致。当西纯820的生长期处于Feekes标准8.5时（雌雄蕊分化期，指标性状是倒二叶抽出旗叶一半），参照Song等（2015）的方法叶面喷施化学杀雄剂（含0.1%表面活化剂OP-10）1次。抽穗后每处理套袋10穗自交，检验其杀雄效果。

1. 3 基因型验证试验

基因型验证试验于2016—2017年在西北农林科技大学试验农场进行。以周麦27、周麦28、徐麦10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908为试验材料，各处理小区面积5.0 m2，行距25 cm，株距3 cm，6行区。当小麦生长期处于Feekes标准8.5时，叶面喷施CH1（含0.1%表面活化剂OP-10）1次，喷施剂量300 g/ha;以喷施清水为对照。抽穗后每处理套袋10穗自交，检验其杀雄效果。

1. 4 表面活化剂筛选试验

表面活化剂筛选试验于2016—2017年在西北农林科技大学试验农场进行。以周麦27为试验材料，将300 g/ha的CH1分别与0.1%的Silwet-40、二甲基硅油、Silwet-77、道康宁1520、瓦克SRE-CN、中油美D108、聚二甲基硅氧烷、Tween-20、Triton-100和月桂醇醚硫酸钠等表面活化剂进行配伍试验。各处理小区面积1.0 m2，行距25 cm，株距3 cm。当周麦27的生长期处于Feekes标准8.5时，叶面喷施CH1（含0.1%表面活化剂）1次，以喷施清水为对照。抽穗后每处理套袋10穗自交，检验其杀雄效果。

1. 5 测定项目及方法

调查各小麦品种（系）的抽穗期、开花期、株高、穗长及其相对自交结实率，并观察喷施杀雄剂后产生的叶片坏死情况。相对自交结实率（%）=处理套袋穗平均结实粒数/未处理套袋穗对照平均结实粒数×100。

2 结果与分析

2. 1 6种化学杀雄剂诱导小麦雄性不育效果比较

从表1可看出，化学杀雄剂CH3和CH4的5种剂量下，小麦植株全部死亡，药害反应严重。化学杀雄剂CH2仅62.0 g/ha剂量下有小麦存活，且该剂量下的相对自交结实率为80.2%，其他4个剂量浓度下的小麦全部死亡。化学杀雄剂CH5和CH6均存在相对自交结实率为0，且植株表现部分抽穗或不抽穗及旗叶坏死（呈明显药害）的现象;无明显药害反应的植株其相对自交结实率则在70.0%以上。在化学杀雄剂CH1处理中，小麦旗叶均表现正常，除在75.0 g/ha剂量下其相对自交结实率为61.7%外，在其他剂量下的相对自交结实率均为0，但植株表现抽穗推迟、穗畸形和不抽穗;与对照相比，穗长差异不明显，但株高明显下降。说明CH1是一种可进一步研究的化学杀雄剂。

2. 2 基因型验证试验结果

化学杀雄剂筛选结果表明CH1能诱导小麦雄性不育，因此需进一步证实其杀雄广谱性，即对基因型是否敏感。从表2可看出，在300.0 g/ha的化学杀雄剂CH1中添加0.1%表面活化剂OP-10能使周麦27、周麦28、徐麦10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908等小麦品种（系）的相对自交结实率明显下降，其中以周麦27、泛麦8号、中麦895和项麦9908的杀雄效果较优，对应的相对自交结实率分别降至15.8%、0.4%、2.3%和1.2%。从小麦株高及其开花期来看，经化学杀雄剂CH1诱导杀雄后的植株与对照相比，虽然表现出株高下降和开花延迟的特点，但旗叶均未发生明显药害反应，穗长也无明显变化。

2. 3 表面活化剂筛选试验结果

以周麦27为试验材料，在300.0 g/ha的化学杀雄剂CH1喷施剂量下，对10种表面活化剂进行筛选，结果（表3）显示，所有表面活化剂对周麦27的旗叶均未产生明显药害反应。在300.0 g/ha的CH1喷施剂量下，Silwet-40、Triton-100和月桂醇醚硫酸钠3种表面活化剂能促使周麦27获得较低的相对自交结实率，分别为1.0%、15.8%和0，但周麦27的株高明显降低，开花期推迟2～3 d，穗长缩短;表面活化剂道康宁1520、瓦克SRE-CN、中油美D108和聚二甲基硅氧烷虽然对周麦27的生长抑制作用较小（株高和抽穗开花正常），但相对自交结实率均在80.0%以上，未达杀雄效果;表面活化剂二甲基硅油对周麦27的生长无明显影响，且能获得较高的杀雄效果，其相对自交结实率仅为1.2%。因此，确定二甲基硅油可作为化学杀雄剂CH1的最适表面活化剂。

3 讨论

化学杀雄是实现杂交小麦生产应用的重要途径之一。理想的化学杀雄不仅要具备杀雄彻底、无药害反应及不影响小麦正常生长的特点，还应满足投入成本低的条件。从杀雄效果来看，SC2053、BAU9403、GENESIS和SQ-1均能满足杂交小麦生产的要求，但从杂交小麦的推广应用来看，这4种化学杀雄剂属于专用型小麦化学杀雄剂，均需特殊的生产工艺，因而造成生产成本较高，进而限制其推广应用。因此，筛选低成本的化学杀雄剂已成为当前杂交小麦研究的重点内容之一。宋瑜龙等（2014）利用小麦品种西农1376筛选15种化学药剂的杀雄效果，结果表明T6（除草剂Roundup的活性成分）的杀雄效果最佳，杀雄效果达93.33%，但由于仅使用西农1376基因型而无法进一步证明其杀雄广谱性。李会敏等（2014）也研究证明采用豆草除可诱导旗叶露尖期小麦雄性不育，杀雄效果可达96.79%～99.06%，田间观察虽未发现小麦叶片萎蔫、干叶或坏死等药害反应，但小麦株高降低12.43%～21.66%，穗长缩短8.93%～12.53%，小穗数减少2.78%～4.07%，且小麦抽穗期和开花期均延迟2 d。本研究以西纯820、周麦27、周麦28、徐州10030、泛麦8号、中麦895和项麦9908等7份小麦品种（系）为试验材料，通过化学杀雄剂筛选试验、基因型验证试验及表面活化剂筛选试验，结果表明，当小麦生长期处于Feekes标准8.5时叶面喷施300.0 g/ha新型化学杀雄剂CH1，并添加0.1%二甲基硅油作为表面活化剂，能获得较高的杀雄效果，小麦相对自交结实率仅为1.2%，且对小麦正常生长无明显副效应。

岳永德等（2000）研究表明，不同表面活化劑对农药所起的促进效果各不相同。合适的表面活化剂不仅不会影响植株生长，还能促进化学杀雄剂的杀雄效果，从而降低化学杀雄剂的使用剂量。本研究结果表明，化学杀雄剂CH1与不同表面活化剂配伍使用对于小麦植株有不同的影响，表面活化剂Silwet-40、Triton-100和月桂醇醚硫酸钠会抑制小麦生长，即便只喷施表面活化剂也表现出对小麦生长的抑制作用。表面活化剂二甲基硅油（0.1%）配伍化学杀雄剂CH1（300.0 g/ha）喷施小麦品种周麦27，可获得较高的杀雄效果（相对自交结实率仅为1.2%），且对小麦植株的生长无明显抑制作用，但由于杀雄效果并未彻底，因此仍需进一步扩大筛选范围，找出适合与化学杀雄剂CH1配伍的最佳表面活性剂。

4 结论

300.0 g/ha化学杀雄剂CH1配伍0.1%二甲基硅油表面活化剂可诱导小麦产生接近完全的雄性不育效果，且无明显药害反应，可作为杂交小麦制种候选方案进一步研究与利用。

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（责任编辑 兰宗宝）