不同海拔下籼型与粳型核不育系的育性转换规律

不同海拔下籼型与粳型核不育系的育性转换规律

在两个杂交水稻育种过程中，特别是在光温敏核的育种过程中，为了确保种子的纯度，应正确选择适应性强的生态条件。否则，很难区分异质异交后代的混合后代。此外,不育系随时代的增加而发生的育性漂移现象也严重影响杂交种种子纯度及自身的利用价值。因此,摸清不育系在制种地区的育性表达情况,掌握不育系在生产过程中的核心繁种问题,关系着两系杂交稻制种种子纯度。目前,两系杂交稻在生产上的经济效益和社会效益日趋明显,为加快育种进程,选育具有特色有低温敏、优质、软米核不育系成为育种的发展趋势。近年来,一批优质、高抗的光温敏核不育系相继出现,加快了两系杂交稻育种步伐,进一步推进了种子产业化进程。掌握光温敏核不育系的育性转换表达规律,了解其自身特性关系着制种的成败。本研究对8个籼粳型核不育系在不同生态条件下的育性转换进行比较分析,旨在为配合生产制种和不育系选育提供科学依据。1材料和方法1.1冀型核不生物量籼型核不育系:蜀光612S、蜀光357S、泸光2号、2301S;粳型核不育系;N5088S、N7001S、N95076S、N94S,均为外引材料。1.2地形及气象指标在云南省水富县楼坝镇,该试点为金沙江与长江的结合地带,属低海拔中山深丘亚热带季风气候地区,气温高、降水多、湿度大、气温日较差小,地形及气象指标均适宜于杂交水稻制种。1.3花粉败育情况调查在自然光温条件下,将试验材料自1999～2002年在3个海拔试点的上坝社(300m)、香泉社(500m)、永安办事处(700m),分7期播种,播期跨幅从3月25日至5月24日止,每隔10d播1期,每期栽插100苗,单株植,其栽插规格及管理水平与大面积制种相同,抽穗后逐日进行套袋并结合抽穗速度观察记载,后期考查其自交结实率。2001年进行花粉镜检,隔日1次,调查花粉败育状况。数据统计凡参加3年以上的材料按其算术平均值进行处理。试验结果用SPSSV4.0统计分析软件进行分析,其中分别对品种、播期、海拔以及年度进行方差分析,并分析它们之间的相关关系。2结果与分析2.1各主要影响因素在因子间的差异8个核不育系在4年的套袋自交不育率如表1。表1表明,各不育系育性转换随海拔和播期的不同表现出一定的规律性。同一海拔下,随着播期的推迟,不育率均有不同程度降低;同一播期下,随着海拔的升高,不育率明显降低。经方差分析(表2)表明,4年的套袋不育率除年度间及年度与其余因子间无显著差异外,其不育率在品种、海拔、播期及其互作之间均达极显著差异,即不同材料育性转换除受品种自身特性主导外,不同的环境因子均左右着育性的变化。经相关分析(表3)表明,各不育系在不同因子作用下,不育率差异表现不同,在年度间均表现出极显著相关,蜀光612S、蜀光357S和N94S与播期不相关,与海拔极显著相关,说明不育率在海拔间变幅较大;而N5088S与海拔不相关,与播期极显著相关,海拔对不育率的影响较大,泸光2号、2301S、N7001S、N95076S不育率与不同因子均达极显著相关,不育率变幅平稳。2.2海各海条件下不同材料间育性转换的前提在纬度相同的情况下,同一海拔,光照时数相同;随着海拔的升高,光照会延长,温度降低(递减率为0.5～0.6℃/100m),生育期随海拔的升高而延长,由于品种对光温反应有其自身特性[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14],本试验在不同的光照和温度条件下,致使其不育率表现也不相同。表1中8个核不育系在3个海拔条件下对生态差异所表现出的平均不育率在91.13%～99.87%之间,在同一海拔条件下不同材料间育性转换时间、不育期的长短也不一致。其中籼型不育系的海拔适应范围比粳型不育系要广,泸光2号和2301S在3个海拔点间无明显育性转换,育性稳定,不育率最低分别高达99.34%和99.4%。在300m海拔下,蜀光612S在4月24日前播种不育率最高只有98.34%,在4月24日以后播种,不育率变幅为99.24%～99.57%;蜀光357S在整个播期内,不育率均高于99%,在500m海拔下,蜀光612S,蜀光357S在5月14日后播种不育率均低于99%,在700m海拔点,只有蜀光357S在4月14日播种不育率为99.28%,其余均低于99%。在粳型不育系中,随海拔的升高和播期的推迟其不育率均在降低,除N7001S、N95076S、N94S在300m海拔点平均不育率高于99%,其余均低于99%;在500m海拔下,当播期推迟到4月下旬后,不育率出现波动,自交结实率增高,由不育转向可育;在700m海拔下,在整个播期跨幅内,4个粳型不育系变幅在83.15%～98.52%之间,随着播期的推迟明显发生育性转换。从图1、图2可知,各不育系在不同因子作用下平均不育率不同,随海拔的升高平均不育率在递减,当海拔高于500m时,除2301S和泸光2号变化较小外,其余在整个播期间均有育性变化,而随着播期的推迟,各不育系平均不育率表现不同,除泸光2号和2301S外,其余不育系均对海拔条件的反应较敏感。2.3在最低温度方面,各机应机转育的能力及对温度的影响据张自国等人的光温作用模式报道,在诱导育性转换过程中,光温相互有着补偿和修饰作用。本试验结果表明,同一纬度下的不育系育性转换随光照和温度的不同而有差异,在300m海拔,2001年7～8月平均光照时数为13.45h,日均温26.95℃,相应2002年分别为13.52h和26.55℃。2年中各不育系育性平稳,波动幅度在0.5%之内,年际间育性转换与光温作用模式是一致的。通过几年的调查,光照和温度对育性的影响表现明显,由于核不育系对光温反应的敏感程度不一,从表4可看出,温度在8月10日前均高于27℃,8月10日以后,温度降幅较大,日较差大,而光照时数在8月5日前均高于13.5h,在抽穗时段上,蜀光357S越过8月15日后以及4个粳型不育系越过8月10日后所抽穗的,均存在不同程度转育,自交结实率增高,不育率均低于99%。据有关研究,核不育系育性转换敏感期为抽穗前6～15d,即幼穗分化3～6期。本试验育性转换的敏感期应为抽穗前1～2个时段(5d为1个时段)。因此影响蜀光357S育性敏感时期应为8月6日至15日,此时段温度递减幅度大,近2℃,光照变幅为0.05h。相对应,4个粳型不育系育性变化敏感期应为8月1日至10日,此时段温度变幅平稳,只有0.8℃,光照变幅为0.07h,说明育性均对温度敏感,尤其以4个粳型较为敏感,而光照影响不够明显,因此在光照不低于13.5h情况下,温度对育性起着主导作用,而泸光2号和2301S在此试验条件下对光温均不敏感,整个抽穗时段不育率均高于99%。在敏感期内,光温作用模式下的最低温度即为育性转换的下限临界温度。查阅当地4年的气象资料可知,8月10日前最高温为39℃,最低温为23.4℃,8月10日后,2001年8月11～15日最高温为27.6℃,最低温为21℃;2002年在连续出现几天21～23℃低温,越过8月15日,温度在21～25℃之间。结合以上诱导各不育系育性转换的敏感时期,可初步判断8个核不育系育性转换的临界温度为粳型大于籼型,泸光2号和2301S的临界温度约为22℃,蜀光357S不低于23℃,粳型不育系在2002年观察中,7月27日后育性明显转向可育,因此,粳型不育系其临界温度不低于24℃。2.4播期生长规律本试验8个不育系育性稳定性有其自身特性,临界温度不同致使各不育系育性稳定性不一样。临界温度高,安全不育期相应就短,育性稳定性就差,即8个核不育系育性稳定性为籼型大于粳性。从表1中可以看出,蜀光357S在500m海拔以下8月中旬前抽穗(5月中旬前播种)为安全不育期;2301S在8个不育系中育性最稳定,几乎不受海拔条件的限制,在整个播期跨幅内,只有在700m海拔下4月下旬后播种不育率才低于99.5%,最低为99.01%,泸光2号受生态条件的影响也较小,在整个播期内育性较为稳定,不育率均在99%以上,在粳型不育系中,N5088S、N7001S、N95076S在500m海拔以下4月24日前播种,8月10日前抽穗应为安全不育期,不育率较高,而N94S在500m海拔以下4月中旬前播种,8月10日前抽穗为安全不育期。从育性稳定性来看,籼型不育系的生态适应性比粳性不育系强,尤其以2301S、泸光2号最为稳定,就其原因,2301S、泸光2号不育临界温度较低,其余不育系临界温度偏高,致使各不育系在试点下的安全不育期不一。根据当地气象资料,海拔每上升100m温度递减0.596℃,因此各不育系的育性稳定性在播期(抽穗期)与海拔的变化(实质是温度的变化)是相一致的,即在安全不育期内抽穗,海拔升高,生育期变长,播期相应提前。从表4可看出,育性转换存在一个过度期,一般为5～7d,这一变化过程是量变到质变的转化,在不育期内一般认为群体不育是彻底的、稳定的,而越过不育期,其自交结实率的不稳定性体现在地域之间、单株及抽穗时限的不同上。2.5抽穗安全带期安排在生产上,为了保证种子纯度,不育系抽穗扬花期应安排在安全不育期内,本试验8个核不育系对生态差异的表现不一,从育性转换规律可知,选择2301S、泸光2号在本地生产制种安全不育期长,在300～700m海拔间,8月底前抽穗均为安全不育期,蜀光612S近年育性波动较大,不利生产制种,其余不育系在500m海拔以下制种最为安全,其中蜀光357S安排在7月中旬至8月中旬期间抽穗较为安全可靠,而粳型不育系,根据生育特性,抽穗扬花期应安排在7月中旬至8月上旬间。在实际生产中,2001年大面积制种云光15号9(蜀光357S×云恢808)4.67hm2,种子纯度达99.9%,其余不育系的测配种纯度均达99.5%以上。3黑染花粉率率高,密度大,自交结构差自从石明松发现农垦58S核不育系以来。现生产所用不育系其不育基因基本上来源于农垦58S,只不过是核不育基因在不同遗传背景下表达条件出现明显差异,从而决定着各不育系的利用价值及其适应地区,在生物学上下限临界温度范围内,光敏与温敏是相统一的并具有动态性,本研究的8个核不育系,不育临界温度直接影响着不育系的育性波动,不育临界温度高,很难保证生产制种纯度,其中蜀光612S在近几年的育性转换观察中不育率逐年下降,在对群体进行调查时,有散粉株、变异株的出现并逐年增多。2000年对1000株群体进行调查,可育株及变异株占6.8%;2001年为7.6%,其中单株最高结实率为76.8%,引起这一现象的原因可能为环境因子及自身遗传分离所致,使不育临界温度升高,不利生产所用。2001年对各不育系进行花粉镜检,结果发现,在整个安全期内,除2301S为无花粉型外,其余中前期无黑染花粉,花粉败育是彻底的,后期有黑染花粉的出现并逐渐增多,花粉败育率在76.38%～100%之间,套袋不育率高达99%以上。黑染花粉率与套袋自交结实率无相关性,而套袋自交与自然结实率相一致,有时黑染花粉率很高,自交结实率仍为0,这与王志等人的报道是相一致;在可育期内均出现60%以上的黑染花粉率,黑染花粉率达多少时能自交结实有待进一步研究。同时可以看出,花粉镜检能清楚地看到各不育系育性转换时期,而套袋自交考察不育率在生产上对整个群体内应该是最为有效的手段之一。在生产制种过程中,对不育系除了解其自身特征、特性外,制种地区的生态条件是关系着种子纯度的首要因素。在决定核不育系适宜范围的主要指标中,临界光长和光温互补作用的强弱是一个综合概念。在不育系的安全不育期内,其中临界温度决定着品种对生态的适应性。因此,生产上应摸清不育系对生态条件的适应性,找准不育系的临界温度,结合气象要素,把抽穗扬花期安排在安全不育期内,即以抽穗时的花粉为黑染花粉出现之前最为安全可靠。从实际的角度出发