侯起嶺，楊衛(wèi)兵，高建剛，梁玉龍，張風(fēng)廷，趙昌平，秦志列

（北京市農(nóng)林科學(xué)院雜交小麥研究所，北京 100097）

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物之一，在糧食安全戰(zhàn)略中具有舉足輕重的地位［1］。作物雜種優(yōu)勢利用為提高產(chǎn)量的有效途徑之一。經(jīng)過幾十年的研究，我國已經(jīng)在小麥不育系種質(zhì)創(chuàng)新、強(qiáng)優(yōu)勢組合篩選、制種技術(shù)等方面取得較大進(jìn)展［2］。近些年 來，我 國 新 選 育 出K78S［3］、MTS-1［4］、BNS366［5］等綜合性狀優(yōu)良的小麥光溫敏雄性不育系，并圍繞這些新育成的不育系開展了遺傳、生理、應(yīng)用技術(shù)等研究［6-9］，推動(dòng)了二系法小麥雜種優(yōu)勢利用的進(jìn)程。

異交結(jié)實(shí)是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)制種技術(shù)研究的核心內(nèi)容。異交結(jié)實(shí)的多少不僅與不育系開穎率、柱頭外露率存在顯著正相關(guān)［10，11］，而且還受到不育系花時(shí)和授粉時(shí)間［12］、親本種植方式［8，13］等因素的影響，即異交結(jié)實(shí)受遺傳和環(huán)境多種因素的共同影響。在影響異交結(jié)實(shí)的諸多因素中，開穎和柱頭外露是決定異交結(jié)實(shí)能否實(shí)現(xiàn)的基本條件，其它因素則通過影響開穎和柱頭外露性狀的表達(dá)，或通過影響開穎和柱頭外露小花對花粉的利用效率而對異交結(jié)實(shí)產(chǎn)生作用。有研究表明，開穎和柱頭外露小花數(shù)的多少取決于不育系花器結(jié)構(gòu)［14］和環(huán)境因子［15］。在不育系開花過程中開穎和柱頭外露小花數(shù)量呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，因此異交結(jié)實(shí)也必然隨著開穎和柱頭外露小花數(shù)的變化而變化。前人已就制種適宜區(qū)域［16］、開花習(xí)性［17］、父母本行比［8，18］等因素對小麥光溫敏雄性不育系異交結(jié)實(shí)的影響做過研究，但對不同穗位和花位異交結(jié)實(shí)特征的研究極少。為此，本試驗(yàn)分析4個(gè)小麥光溫敏核雄性不育系在不同授粉處理下異交結(jié)實(shí)穗位和花位的空間分布及差異，以期為建立適宜的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)制種技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用材料為小麥光溫敏核雄性不育系BS206、BS212、BS366、BS1453，恢復(fù)系13GF7675，由北京市農(nóng)林科學(xué)院雜交小麥研究所選育。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間種植 試驗(yàn)于2018—2019年在河南鄧州國家雜交小麥產(chǎn)業(yè)化基地進(jìn)行。小區(qū)面積7.5 m×2.0 m=15.0 m2，行距0.22 m，父母本行比2∶7，不設(shè)重復(fù)。2018年10月15日父母本同期播種，基本苗分別為75萬/hm2和270萬/hm2。于親本開花前在小區(qū)四周搭建隔離帳，并在試驗(yàn)處理期間每日8∶00—12∶00和14∶00—18∶00，利用竹竿各進(jìn)行人工輔助授粉3次。其它田間管理同常規(guī)大田。

1.2.2 田間選穗 于不育系始花期，在其第2行長勢均勻地塊內(nèi)選取穗大小一致、剛進(jìn)始花期的麥穗（約100穗）掛牌標(biāo)記，其中20個(gè)麥穗用于自交結(jié)實(shí)調(diào)查，其余麥穗用于異交結(jié)實(shí)調(diào)查。

1.2.3 試驗(yàn)處理 10個(gè)標(biāo)記麥穗經(jīng)剪穎處理后人工進(jìn)行飽和授粉（C1），以測定最大異交結(jié)實(shí)粒數(shù)；25個(gè)麥穗在恢復(fù)系散粉期間全程授粉（C2），以測定田間異交結(jié)實(shí)粒數(shù)；另25個(gè)麥穗在恢復(fù)系始花第4天18∶00以后套自交袋終止異交（C3），以測定異交結(jié)實(shí)粒數(shù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)調(diào)查 不育系花后20天調(diào)查處理麥穗的自交結(jié)實(shí)和異交結(jié)實(shí)粒數(shù)。異交結(jié)實(shí)調(diào)查要求先從下至上對小穗進(jìn)行編號，并參照馬冬云等［19］的方法劃分上、中、下部穗位，然后按不同穗位以及不同花位分別統(tǒng)計(jì)異交結(jié)實(shí)粒數(shù)，并計(jì)算平均每穗異交結(jié)實(shí)粒數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下供試不育系的異交結(jié)實(shí)

不同處理下供試不育系每穗異交結(jié)實(shí)的小穗位和粒數(shù)列于表1。4個(gè)不育系中BS366平均每穗自交結(jié)實(shí)0.05粒，其它不育系自交結(jié)實(shí)均為0，表現(xiàn)出高度不育或完全不育。

表1 不同處理下供試不育系的每穗異交結(jié)實(shí)和自交結(jié)實(shí)

C1、C2和C3處理各不育系的每穗異交結(jié)實(shí)分別為40.0～42.9、7.8～30.2粒和3.7～24.2粒，平均每穗異交結(jié)實(shí)分別為41.6、22.3粒和13.9粒，說明C1處理各不育系每穗異交結(jié)實(shí)粒數(shù)接近于常規(guī)小麥，而C2和C3處理各不育系每穗異交結(jié)實(shí)比C1均有不同程度的降低，其中C2和C3處理每穗異交結(jié)實(shí)均以BS1453降幅較大，BS366和BS206降幅較小。C3處理下BS206、BS212每穗異交結(jié)實(shí)占C2處理的比例分別為80.9%、81.3%，BS366、BS1453每穗異交結(jié)實(shí)的占比較低，分別為33.8%和47.4%，表明BS206和BS212授粉4天獲得的異交結(jié)實(shí)對田間異交結(jié)實(shí)的貢獻(xiàn)較大，而BS366和BS1453授粉4天后仍有較高的異交結(jié)實(shí)能力。

C1處理下，供試不育系異交結(jié)實(shí)平均小穗位在第1.5～19.3小穗之間，平均有效異交結(jié)實(shí)小穗數(shù)17.8個(gè)。C2和C3處理不育系的異交結(jié)實(shí)平均小穗位分別在第2.0～17.8小穗和3.0～16.4小穗之間，平均有效異交結(jié)實(shí)小穗數(shù)分別為15.8、13.4個(gè)，比C1處理減少2.0個(gè)和4.4個(gè)。此外，異交結(jié)實(shí)最高小穗位下移幅度大于最低小穗位上移幅度，可見，不同處理對異交結(jié)實(shí)最高小穗位的影響大于最低小穗位。

2.2 不同處理下供試不育系的穗位異交結(jié)實(shí)

2.2.1 相同處理下不同穗位間異交結(jié)實(shí)差異 由圖1可知，C1處理下供試不育系上部、中部、下部每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)分別為8.5～11.3、16.6～19.4、12.0～15.1粒，平均每穗異交結(jié)實(shí)9.6、18.6、13.4粒，中部異交結(jié)實(shí)顯著高于上部和下部（BS212除外），表現(xiàn)出中部異交結(jié)實(shí)優(yōu)勢。C2和C3處理下各不育系中部每穗異交結(jié)實(shí)分別為3.0～14.0、1.6～10.8粒，平均每穗異交結(jié)實(shí)10.2粒和6.8粒，同樣以中部異交結(jié)實(shí)較多。C1、C2和C3處理中部平均每穗異交結(jié)實(shí)比上部分別多9.0、4.8粒和3.8粒，比下部分別多5.2、3.0粒和2.7粒，表明上部和中部每穗異交結(jié)實(shí)差異大于中部和下部每穗異交結(jié)實(shí)差異，不同處理中部每穗異交結(jié)實(shí)優(yōu)勢以C1處理最大、C3處理最小。

圖1 不同處理下供試不育系各穗位的異交結(jié)實(shí)數(shù)

2.2.2 相同穗位不同處理間異交結(jié)實(shí)差異 C2處理下BS206下部每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)比C1處理減少5.8粒，略多于中部減少的5.5粒，其它不育系則均為中部每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)比C1處理減少幅度較大。此外，C2處理下BS1453各穗位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)比C1處理減少8.4～16.4粒，明顯高于其它不育系同穗位每穗異交結(jié)實(shí)變化幅度；BS212各穗位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)比C1處理減少5.8～6.6粒，各穗位每穗異交結(jié)實(shí)變化最為接近?？梢姡捎诠┰嚥挥翟贑1和C2處理間各穗位每穗異交結(jié)實(shí)變化不同，導(dǎo)致除BS206在兩種處理下表現(xiàn)出相同的穗位間差異顯著性外，其它不育系均表現(xiàn)出不同的差異顯著性：如C2處理下BS366上部與下部、BS1453中部與下部異交結(jié)實(shí)差異不顯著，C1處理下BS212中部與下部差異不顯著。C3處理下BS366各穗位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)比C2處理減少最多，BS206中部和下部每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)比C2處理減少幅度明顯大于上部，而BS212和BS1453則以下部每穗異交結(jié)實(shí)變化最大。這說明C3處理下4個(gè)不育系不同穗位每穗異交結(jié)實(shí)對田間異交結(jié)實(shí)的貢獻(xiàn)不同，如在授粉4天后，BS206各穗位仍可獲得較高的異交結(jié)實(shí)，BS366中部和下部的異交結(jié)實(shí)能力則高于上部。

2.3 不同處理下供試不育系的花位異交結(jié)實(shí)

2.3.1 相同處理不同花位間異交結(jié)實(shí)差異 由圖2可知，C1處理4個(gè)不育系第1至第4位小花平均每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)分別為14.4、14.8、10.4、2.0粒，說明第1位和第2位小花每穗異交結(jié)實(shí)最多，二者差異不顯著，但均顯著高于其它花位，第4位小花每穗異交結(jié)實(shí)最少。C2處理第1至第4位小花平均每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)分別為8.3、8.3、5.4、0.4粒，C3處理分別為5.2、5.0、3.5、0.1粒，表明C2和C3處理各花位每穗異交結(jié)實(shí)較C1均有所減少，仍表現(xiàn)出與C1相同的花位異交結(jié)實(shí)特征。

各處理下BS206和BS366第1位和第2位小花每穗異交結(jié)實(shí)較多，并顯著高于第3位小花，第4位小花每穗異交結(jié)實(shí)均不足1粒，二者均表現(xiàn)出以第1、第2位小花異交結(jié)實(shí)為主、第3位異交結(jié)實(shí)為輔的特征。BS212和BS1453在C1處理下第1到第3位小花表現(xiàn)出較高的異交結(jié)實(shí)，花位間差異多數(shù)不顯著；C2和C3處理下第3位小花異交結(jié)實(shí)甚至顯著高于第1位和第2位小花；各處理第1至第3位小花每穗異交結(jié)實(shí)均顯著高于第4位小花。這說明BS212和BS1453以第1至第3位小花異交結(jié)實(shí)為主。因此，供試不育系可以劃分為兩種花位異交結(jié)實(shí)類型。

2.3.2 相同花位不同處理間異交結(jié)實(shí)差異 由圖2可知，BS206、BS366第1至第3花位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)C1和C2處理間相差3.4～4.5、3.5～4.3粒，各花位處理間相差數(shù)相近；BS206、BS366第1和第2花位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)C2和C3處理間相差分別約為2.1、8.3粒，高于第3位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)處理間相差的1.4、3.2粒。BS212、BS1453第1、第2花位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)C1和C2處理間相差數(shù)分別為5.8、7.5粒和10.0、12.3粒，第3花位每穗異交結(jié)實(shí)數(shù)C1和C2處理間分別相差4.0、7.9粒。這表明BS212、BS1453第1、第2花位每穗異交結(jié)實(shí)處理間差異不僅明顯大于第3花位，而且還大于BS206、BS366的相應(yīng)花位處理間差異?？梢姡?和第2位小花異交結(jié)實(shí)的差異是處理間每穗異交結(jié)實(shí)差異的主要原因，第3位小花異交結(jié)實(shí)差異對C1和C2處理異交結(jié)實(shí)的差異也產(chǎn)生一定的影響。

圖2 不同處理下供試不育系各花位的異交結(jié)實(shí)數(shù)

2.4 不同小穗位、花位異交結(jié)實(shí)與每穗異交結(jié)實(shí)的相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果（表2）表明，小穗位上部、中部和下部異交結(jié)實(shí)均與每穗異交結(jié)實(shí)呈極顯著正相關(guān)。第1至第4花位與每穗異交結(jié)實(shí)亦呈極顯著正相關(guān)，其中第1和第2花位異交結(jié)實(shí)與每穗異交結(jié)實(shí)的相關(guān)性幾乎相等?？芍?，雖然各穗位和花位與每穗異交結(jié)實(shí)的相關(guān)系數(shù)均達(dá)極顯著水平，但中部異交結(jié)實(shí)、第1和第2花位異交結(jié)實(shí)與每穗異交結(jié)實(shí)的關(guān)系最為密切。

表2 不同小穗位、花位異交結(jié)實(shí)與每穗異交結(jié)實(shí)的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 提高不育系異交結(jié)實(shí)的潛力問題

在雜交小麥種子生產(chǎn)中，不育系異交結(jié)實(shí)的多少對制種產(chǎn)量和雜交種純度有重要影響。本研究結(jié)果表明，供試不育系在飽和授粉條件下可以獲得接近于常規(guī)小麥的最大異交結(jié)實(shí)，因此，可以將最大異交結(jié)實(shí)作為研究提高不育系異交結(jié)實(shí)的最終目標(biāo)。供試不育系在現(xiàn)有制種技術(shù)條件下，全程授粉實(shí)現(xiàn)的田間異交結(jié)實(shí)與最大異交結(jié)實(shí)間存在著不同程度的差異，這種差異反映了該不育系進(jìn)一步提高異交結(jié)實(shí)的潛力大小，如BS1453處理間差異最大、BS366差異最小，預(yù)示著BS1453異交結(jié)實(shí)進(jìn)一步提高的潛力大于BS366。

飽和授粉和全程授粉處理下各不育系大多表現(xiàn)出中部穗位和第1、第2花位異交結(jié)實(shí)優(yōu)勢，且與每穗異交結(jié)實(shí)的相關(guān)性最密切，此結(jié)果與前人研究一致［20，21］。異交結(jié)實(shí)較多的中部穗位和第1、第2花位，在飽和授粉和全程授粉處理間異交結(jié)實(shí)變化普遍大于其它穗位和花位，其原因可能是全程授粉處理下恢復(fù)系花粉密度的降低［22］以及小花開穎和柱頭外露性狀表達(dá)的差異［10］。此外，下部穗位和第3花位小花的異交結(jié)實(shí)亦存在較大的處理間差異，因此，進(jìn)一步提高異交結(jié)實(shí)除應(yīng)重點(diǎn)研究中部穗位和第1、第2花位小花外，也不能忽視對下部穗位和第3花位小花的研究。

3.2 現(xiàn)有制種技術(shù)應(yīng)用效率問題

本研究中，各不育系授粉4天獲得的異交結(jié)實(shí)為全程授粉實(shí)現(xiàn)田間異交結(jié)實(shí)的一部分。BS206和BS366全程授粉條件下異交結(jié)實(shí)較高，BS1453較少，表明BS206和BS366利用現(xiàn)有制種技術(shù)的效率較高，BS1453較低。BS206和BS366授粉4天獲得的異交結(jié)實(shí)占全程授粉異交結(jié)實(shí)的80.9%、33.8%，因此BS206制種中應(yīng)做好授粉4天內(nèi)的制種技術(shù)落實(shí)，而BS366制種則應(yīng)更加關(guān)注授粉4天后的制種技術(shù)應(yīng)用效果，這與以往研究結(jié)果相近［23］。BS212授粉4天的異交結(jié)實(shí)占到全程授粉異交結(jié)實(shí)的81.3%，所以BS212也應(yīng)重點(diǎn)做好授粉4天內(nèi)的制種技術(shù)措施。BS1453全程授粉異交結(jié)實(shí)僅為每穗7.8粒，建議應(yīng)對現(xiàn)有制種技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

綜上所述，4個(gè)供試不育系仍存在較大的異交結(jié)實(shí)提高潛力，今后在以提高異交結(jié)實(shí)為目標(biāo)的相關(guān)研究中，應(yīng)依據(jù)不育系各自異交結(jié)實(shí)特征重點(diǎn)研究對異交結(jié)實(shí)有較大影響的穗位和花位的小花。