周飛捷，劉愛民，肖層林*，劉玉龍，鄧曉娟

(1湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙，410128；2 湖南隆平種業(yè)有限公司，長沙，410125)

兩系法雜交水稻育成的關(guān)鍵在于水稻光溫敏核不育材料的發(fā)現(xiàn)和光溫敏核不育系的育成[1～4]。由于溫敏核不育系的育性受溫度變化的影響會發(fā)生波動，使得制種和繁殖都存在一定的風險[5～7]，為了保證光溫敏核不育系在制種和繁殖中的安全性，在選育光溫敏核不育系時，對不育起點溫度的選擇由原來的 24.0℃降為 23.5℃以下[8]。光溫敏核不育系普遍存在育性轉(zhuǎn)換起點溫度隨著世代的增加發(fā)生遺傳漂移現(xiàn)象，為此，袁隆平提出了光溫敏核不育系核心種子生產(chǎn)程序和方法[9～11]，對光溫敏核不育系保純繁殖提供了技術(shù)支撐，同時為兩系雜交水稻制種純度提供了保障。

Y58S是湖南雜交水稻研究中心選育的秈型光溫敏核不育系，經(jīng)湖南省多點生態(tài)試驗及冷水處理池處理和人工氣候室鑒定，育性轉(zhuǎn)換起點溫度為22.5～23.0℃，在一定溫度范圍內(nèi)有微弱的光敏互補作用。Y58S具有育性轉(zhuǎn)換起點溫度低、配合力強、抗逆性好、綜合性狀優(yōu)良等特點，2005年通過湖南省品種審定委員會審定[12]。由于近年來在利用Y58S制種的群體中出現(xiàn)了農(nóng)藝性狀、育性轉(zhuǎn)換起點溫度均有變化的個體，加大了田間除雜的難度，為此，筆者以Y58S核心種子繁殖1至3代種子和未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序而多代繁殖的種子為材料，研究Y58S群體育性的變化規(guī)律，旨在為Y58S的防雜保純和保證所用種源的純度提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

Y58S經(jīng)冷水處理方法生產(chǎn)的核心種子繁殖的第1、2、3代種子和未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子(對照)。

1.2 方 法

試驗于2010年在湖南農(nóng)業(yè)大學科研基地進行。供試種子均于4月16日播種，5月15日移栽，每個材料移栽1 000個單株，株行距17 cm×20 cm，中等肥力水平管理。每個材料定30株(3點，每點10株)，每3 d記載1次主莖葉齡，在倒三葉至劍葉伸出期間，剝檢幼穗分化進度。

1.2.1 育性波動溫度處理

當幼穗分化至第Ⅳ期，每個材料隨機取300株移入盆中，每盆4株。幼穗分化至第Ⅴ期初，移入冷水處理池，用恒溫23.0℃的冷水處理6 d，灌水深度以淹沒植株生長點2 cm為準。冷水處理結(jié)束后，標記劍葉與倒二葉葉枕平的穗子。于開花期連續(xù)3 d對標記穗進行花粉鏡檢，保留標記穗，考查自交結(jié)實率。

1.2.2 繁殖溫度處理

將 1.2.1處理單株上未標記的穗子刈割再生，再生苗幼穗分化至第Ⅳ期末時，移入冷水處理池，用恒溫21.5℃冷水處理12 d，灌水深度以淹沒植株生長點2 cm為準。冷水處理結(jié)束后，標記劍葉與倒二葉葉枕平的穗子。于開花期連續(xù)3 d對標記穗進行花粉鏡檢，再考查自交結(jié)實率。

1.2.3 田間單株花粉鏡檢

在田間的700個單株中，于開花期隨機選擇300株，連續(xù)3 d進行花粉鏡檢。

2 結(jié)果與分析

2.1 各世代群體不育期的花粉鏡檢結(jié)果

據(jù)調(diào)查，2010年7月1–11日，田間日平均溫度 25.7～32.0℃，平均溫度為29.4℃(表1)，說明此時段溫度已高于供試材料育性轉(zhuǎn)換起點溫度。于開花期對 Y58S各世代的種子種植的群體進行花粉鏡檢，結(jié)果表明：由核心種子繁殖的第1、2、3代種子和對照種子種植的群體，無花粉株率分別為55.33%，52.33%，48.33%，43.67%，第1、2代差異不顯著，與第3代差異顯著，與對照的差異極顯著。

表1 2010年7月1～11日田間溫度(℃)

各世代及對照種子種植的群體，典敗花粉株率均在41.33%～45.00%，差異不顯著。由第1、2代種子種植的群體，圓敗花粉株率顯著低于第3代和對照種子種植的群體，第1代與第2代差異不顯著，第3代與對照種子種植的群體差異不顯著。第1代種子種植的群體中，染敗和正?；ǚ壑曷示鶠?0。第 2、3代種子種植的群體中，染敗花粉株率分別為1.00%，2.33%，差異不顯著，但與對照種子種植的群體的染敗花粉株率(4.00%)差異顯著。由核心種子繁殖的第 1、2代種子種植的群體中，正常花粉株率均為0，第3代種子種植的群體中正?；ǚ壑曷?.00%。由此可見，以冷水處理方法生產(chǎn)的核心種子連續(xù)繁殖2代用于制種，其不育的安全性高；第3代種子用于制種有一定風險；未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子(對照)，育性敏感期在日平均溫度25.7～32.0 ℃，平均溫度為29.4 ℃天氣條件下，有2.67%的單株產(chǎn)生正?；ǚ?表2)，不能用于制種。

表2 Y58S不同世代群體在不育期的花粉鏡檢結(jié)果

在花粉鏡檢中，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子種植的300個單株中，有1株的可育花粉率達96%，在田間表現(xiàn)株高、株葉形態(tài)、穗粒形狀、顏色等性狀均與其他完全不育單株一致，只是在抽穗時存在程度較輕的卡頸現(xiàn)象，筆者認為這種植株為Y58S的“同形可育株”。

2.2 各世代群體育性波動期的花粉鏡檢結(jié)果

在育性敏感期，連續(xù)6 d對供試材料采用平均溫度23.0℃的冷水處理，抽穗開花期對各世代種子種植的群體花粉進行鏡檢，結(jié)果列于表3。處理后，各世代種子種植的群體主要表現(xiàn)為無花粉株率大幅度降低，且表現(xiàn)隨種子繁殖世代增加，無花粉株率極顯著降低。第1、2、3代及對照種子種植的群體，典敗花粉株率分別為62.67%，60.33%，58.33%，57.00%，群體間差異不顯著。圓敗花粉株率也隨種子繁殖世代增加而極顯著提高。各世代種子及對照種子種植的群體內(nèi)均產(chǎn)生了染敗花粉單株，世代間差異達顯著或極顯著水平。由核心種子繁殖的第1、2代種子種植的群體中產(chǎn)生正?；ǚ壑曷史謩e為0、0.67%，第 3代及對照種子種植的群體中產(chǎn)生正常染色花粉的株率分別為1.33%，3.0%。由此證明，Y58S育性敏感期以23.0℃冷水處理6 d，育性波動較小，一方面說明，用Y58S制種，在其育性敏感期，即使出現(xiàn)連續(xù)6 d溫度23.0℃的天氣狀況，由核心種子繁殖的第 1、2代種子也不會發(fā)生不育性波動而導致制種的失敗。但另一方面也提示，隨著核心種子繁殖世代的增加，群體育性波動程度將逐漸增加。

表3 Y58S不同世代群體在育性波動期的花粉鏡檢結(jié)果

2.3 各世代群體繁殖期花粉鏡檢結(jié)果及結(jié)實率

對用23.0 ℃冷水處理6 d的植株，在再生苗育性敏感期以21.5 ℃恒溫冷水連續(xù)處理12 d，使其可育。在抽穗開花期對各世代種子種植群體的再生苗穗進行花粉鏡檢，并考查自交結(jié)實率，花粉鏡檢結(jié)果列于表4。育性敏感期在經(jīng)過連續(xù)12 d恒溫21.5℃冷水處理后，Y58S各世代種子的群體均轉(zhuǎn)向了可育。第1代種子的群體內(nèi)正?；ǚ勐蕿?0%～60%的株率為31.00%，第2、3代及對照種子群體內(nèi)正?；ǚ勐蕿?60%～70%的株率分別為 30.67%，31.00%，34.00%。第1、2、3代及對照種子的群體內(nèi)正?；ǚ勐蕿?80%以上的株率分別 3.00%，5.33%，8.33%，11.33%，表現(xiàn)為隨核心種子繁殖世代增加而極顯著提高。第1、2、3代及對照種子群體內(nèi)正?；ǚ勐试?30%以下的株率分別為 6.0%，5.0%，4.0%，3.0%，表現(xiàn)為隨核心種子繁殖世代增加而極顯著降低。由此看出，Y58S各世代種子種植的群體，經(jīng)繁殖溫度(21.5℃)處理12 d后，染色花粉率80%以上和30%以下的株率均較低。不同世代種子種植的群體，鏡檢表現(xiàn)正常花粉率從低至高的株率分布均類似正態(tài)分布，且正態(tài)分布曲線的形狀基本一致，只是各曲線的峰值稍有不同，似是1條正態(tài)分布曲線沿橫軸平移的結(jié)果。說明Y58S不育的本質(zhì)在于主效基因，而其育性轉(zhuǎn)換起點溫度的漂變則是微效基因作用的結(jié)果。在Y58S的連續(xù)多代自交過程中，主效基因沒有變化，而微效基因得以不斷累積與重組，導致Y58S的育性轉(zhuǎn)換起點溫度逐代漂高，由核心種子繁殖的不同世代種子種植的群體，株間表現(xiàn)明顯差異。因此，在溫敏核不育系繁殖時去除群體中染色花粉率高和低的極端單株，保留染色花粉率相對一致的單株，有利于保持溫敏核不育系育性轉(zhuǎn)換起點溫度的相對一致性。

表4 Y58S不同世代群體在可育期不同染色花粉率下的株數(shù)及比率

對Y58S各世代種子的群體以繁殖溫度處理12 d后的自交結(jié)實率表明，從第1代至第3代和對照種子種植的群體，自交結(jié)實率在80%以上的株率分別2.00%，3.33%，6.00%，9.00%，第1、2代之間差異不顯著，與第3代及對照之間的差異極顯著，自交結(jié)實率 60%～80%的株率分別為 34.00%，43.33%，48.33%，52.67%，差異顯著，表現(xiàn)為隨種子繁殖世代增加而提高；自交結(jié)實率在30%以下的株率分別7.33%，6.67%，6.00%，5.33%，第1、2代均與對照差異極顯著，自交結(jié)實率50%～60%的株率分別為 29.67%，25.67%，20.33%，16.67%，其差異極顯著，表現(xiàn)為隨種子繁殖世代增加而降低(表5)。第1代至第3代和對照種子種植的群體可育期的平均結(jié)實率分別為55.43%，59.01%，62.07%，64.01%，群體平均結(jié)實率也隨著種子繁殖世代的增加逐步提高(表6)。

表5 Y58S不同世代群體在可育期的結(jié)實率

從本試驗結(jié)果可以看出，由核心種子繁殖的第1、2代種子種植的群體，育性敏感期用繁殖溫度(21.5℃)的冷水處理后，自交結(jié)實率接近的單株數(shù)量較大，第3代和未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序繁殖的種子種植的群體，用繁殖溫度冷水處理后，群體內(nèi)單株間自交結(jié)實率的差異較大，自交結(jié)實率高的單株數(shù)量增多，顯示群體育性轉(zhuǎn)換起點溫度有所提高。因此，在溫敏核不育系繁殖時去除群體中自交結(jié)實率高和低的極端類型單株，保留自交結(jié)實率相對接近的單株，有利于保持溫敏核不育系育性轉(zhuǎn)換起點溫度的相對一致性。

表6 Y58S不同世代群體的正?；ǚ勐屎徒Y(jié)實率

3 討 論

a.關(guān)于光溫敏核不育系不育性的遺傳機制，廖伏明于1996年提出了光溫敏不育系育性遺傳由兩種不同類型基因控制的假說，即育性轉(zhuǎn)換特性是受 1對或2對隱性主基因控制的質(zhì)量性狀，而導致不育的起點溫度則是受微效多基因控制的數(shù)量性狀，從而提出導致光溫敏不育系不育的起點溫度是受微效多基因控制的數(shù)量性狀的觀點。認為不育起點溫度受微效多基因控制是光溫敏不育系不育性表達不穩(wěn)定的遺傳機制，而導致不育性表達不穩(wěn)定的內(nèi)在原因，是不育系在起點溫度上的遺傳基礎(chǔ)不純，即控制起點溫度的多基因仍有少數(shù)基因處于雜合狀態(tài)[13]。微效基因的突變和重組可能是造成臨界溫度的改變和“遺傳漂變”的主要原因。本研究結(jié)果表明，未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序連續(xù)多代繁殖的Y58S種子，育性敏感期無論是處于育性轉(zhuǎn)換起點溫度之上制種需要的高溫條件，還是處于育性波動溫度條件，或是處于低于育性轉(zhuǎn)換起點溫度以下繁殖需要低溫條件，群體內(nèi)單株間花粉類型或自交結(jié)實率均表現(xiàn)出較明顯差異，群體內(nèi)出現(xiàn)從無花粉型至正常染色花粉率較高的單株，甚至出現(xiàn)株高、株葉形態(tài)、穗粒形狀、顏色等性狀均與其它完全不育單株一致，而正常染色花粉率96%以上，抽穗不卡頸的“同形可育株”。經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序生產(chǎn)的核心種子，隨著繁殖世代的增加，其群體內(nèi)單株間育性表現(xiàn)逐代發(fā)生變化。Y58S未經(jīng)核心種子生產(chǎn)提純程序而多代繁殖的群體中出現(xiàn)的同形可育株，可能是控制育性性狀的主效基因發(fā)生了改變，或者主效基因的功能因某些原因受到了抑制，導致其高溫不育性狀的消失。

b.筆者認為，利用Y58S制種，除了考慮溫度因素外，還應考慮Y58S對光長的要求，綜合選擇合適的光周期地區(qū)作為制種基地，才能保證制種的安全。本研究結(jié)果表明，在育性敏感期日均溫為25.7～32.0℃條件下，Y58S由核心種子繁殖的第1、2代種子種植的群體中正?；ǚ壑曷示鶠?，第3代種子種植的群體中正?；ǚ壑曷?.00%，未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子種植的群體中正?；ǚ壑曷?.67%，且出現(xiàn)同形可育株。育性敏感期以23.0℃恒溫冷水處理6 d，由第1、2代種子種植的群體中產(chǎn)生正?；ǚ鄣闹曷史謩e為0，0.67%，第3代及未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序的種子種植的群體中產(chǎn)生正常染色花粉的株率分別為1.33%，3.0%。由此可見，Y58S由核心種子繁殖的第1、2代種子用于制種，其不育的安全性高，第3代種子用于制種有風險。對Y58S必須經(jīng)核心種子生產(chǎn)和繁殖程序進行提純繁殖[9～11]，未經(jīng)核心種子生產(chǎn)程序多代繁殖的種子不能用于制種。使用Y58S核心種子繁殖的第2代制種，必須保證第2代種子數(shù)量。采用人工氣候室處理方法生產(chǎn)核心種子，往往因氣候室條件限制，獲得核心單株數(shù)量偏少，核心種子數(shù)量少，繁殖2代難以滿足制種對Y58S種子的需求。劉愛民、肖層林等近年來發(fā)明了利用冷水處理生產(chǎn)核心種子的程序與方法，獲得核心單株數(shù)量多，生產(chǎn)的核心種子數(shù)量大，再經(jīng)2代繁殖，能夠滿足制種對Y58S種子量的需求[14]。

[1]廖伏明，楊益善，袁隆平．水稻高世代光溫敏不育系低溫下育性選擇效果研究[J]．雜交水稻，2003，18(4)：51-54．

[2]石明松．晚粳自然兩用系的選育及應用初報[J]．湖北農(nóng)業(yè)科學，1981，(7)：1-3．

[3]盧興桂．我國水稻光溫敏雄性不育系選育的回顧[J]．雜交水稻，1994，(3-4)：27-30．

[4]羅孝和，邱趾忠，李任華．導致不育臨界溫度低的兩用不育系培矮64S[J]．雜交水稻，1992，(1)：27-29．

[5]盧興桂，袁潛華，姚克敏，等．我國主要水稻光溫敏核不育系類型的氣候適應性[J]．中國水稻科學，2001，15(2)：81-87．

[6]廖伏明，袁隆平．光溫敏核不育水稻不育性表達不穩(wěn)定的遺傳機制與原因綜述[J]．雜交水稻，2003，18(2)：1-6．

[7]何 強，蔡義東，徐耀武，等．水稻光溫敏核不育系利用中存在的問題與對策[J]．雜交水稻，2004，19(1)：1-5．

[8]肖層林，涂娥英，劉 遜．我國水稻兩用核不育系研究進展[J]．種子，1995，(2)：37-39．

[9]袁隆平．水稻光、溫敏不育系的提純和核心種子繁殖生產(chǎn)[J]．雜交水稻，1994，(6)：1-3．

[10]鄧啟云，符習勤．光溫敏核不育水稻育性穩(wěn)定性研究Ⅲ．不育起點溫度漂移及其控制技術(shù)[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，1998，(1)：8-13．

[11]鄧啟云，袁隆平．光溫敏核不育水稻育性穩(wěn)定性及其鑒定技術(shù)(英文)[J]．中國水稻科學，1998，12(4)：200-206．

[12]鄧啟云．廣適性水稻光溫敏核不育系 Y58S的選育[J].雜交水稻，2005，20(2)：15-18．

[13]廖伏明，袁隆平．水稻光溫敏核不育系起點溫度遺傳純化的策略探討[J]．雜交水稻，1996，(6)：1-4．

[14]劉愛民，肖層林．“三層穗法”生產(chǎn)水稻溫敏不育系核心種子的方法[P]．中國：CN101524047，2010．