姜潔鋒楊歐江冰唐文東

(1.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315101；2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434000;3.中化農(nóng)業(yè)MAP糧經(jīng)事業(yè)部，北京 100031)

倒伏是影響水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的重要因素之一。水稻發(fā)生倒伏的原因，隨著水稻逐漸成熟其重心向上部轉(zhuǎn)移，使得莖稈基部承受的壓力增大；水稻莖稈的生長(zhǎng)發(fā)育減弱加之貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致其基部莖稈的組成成分及結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致支持其上部重量的能力減弱。研究表明，水稻的莖稈性狀與抗倒伏性密切相關(guān)，包括各節(jié)間長(zhǎng)度、莖粗、莖壁厚度、機(jī)械組織、充實(shí)程度、葉鞘包莖度及生物產(chǎn)量等方面[1-3]。

水稻抗倒伏研究表明，抗倒伏性與基部第2節(jié)間有著密切關(guān)系。基部節(jié)間壁厚越厚、節(jié)間充實(shí)度越高、節(jié)間越粗、抗折力就越大，倒伏指數(shù)隨之就越小，植株的抗倒伏能力就越強(qiáng)；水稻抗倒伏品種的基本特征一般是莖稈強(qiáng)度大、基部第2節(jié)間莖間短而韌、根系發(fā)達(dá)等；莖稈節(jié)間直徑或莖粗、稈壁厚度等與倒伏指數(shù)呈正相關(guān)[4,5]。在水稻育種中，篩選抗倒伏資源，利用材料自身的抗倒性培育抗倒伏品種是最為經(jīng)濟(jì)有效的措施[6]。本研究利用實(shí)心稈突變體st1與易倒伏材料R86雜交，在F2分離群體中對(duì)后代的莖稈性狀、農(nóng)藝性狀等進(jìn)行鑒定，篩選出對(duì)育種有利用價(jià)值的抗倒伏新種質(zhì)資源。

1 材料方法

1.1 供試材料

R86為本實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建的水稻抗病、優(yōu)質(zhì)、配合力高的恢復(fù)系，配制的多個(gè)雜交稻組合通過(guò)省級(jí)和國(guó)家品種審定委員會(huì)審定，該恢復(fù)系莖稈較細(xì)，易倒伏。突變體st1是通過(guò)60Coγ射線(xiàn)輻射處理秈稻9311種子，在后代群體中獲得1個(gè)可以穩(wěn)定遺傳的實(shí)心稈突變體。兩系不育系科09S由安徽瑞和種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 雜交創(chuàng)建新材料

本試驗(yàn)以R86為母本，st1為父本，經(jīng)過(guò)1次雜交、1次自交得到F2分離群體，種植20000株，對(duì)分離群體的單株進(jìn)行農(nóng)藝性狀和莖稈性狀考查。第1次選擇中淘汰了結(jié)實(shí)率在55%以下的植株，選擇結(jié)實(shí)率在75%以上的莖稈明顯充實(shí)的單株進(jìn)行自交，結(jié)實(shí)率在55%～75%的單株與R86進(jìn)行一次回交，最終選擇結(jié)實(shí)率在75%以上的單株連續(xù)自交6代，穩(wěn)定后決選了4個(gè)新株系。暫命名為R86-1、R86-2、R86-3和R86-4。

1.2.2 田間種植及主要農(nóng)藝性狀調(diào)查

R86、st1和4個(gè)新株系于2020年5月1日在荊州種植，所有材料單本種植，種植5行，每行12株，3次重復(fù)，株行距20cm×20cm。從抽穗期開(kāi)始觀察莖稈充實(shí)情況，成熟期測(cè)定株高、單株有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等主要農(nóng)藝性狀。

1.2.3 莖稈形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

水稻抽穗15d，每個(gè)材料隨機(jī)各選取15株，分別測(cè)量重心高度、基部第1、2、3節(jié)的節(jié)間長(zhǎng)、節(jié)粗及節(jié)厚。

重心高度，將新鮮植株放在食指尖，調(diào)整支點(diǎn)位置使植株保持平衡，水稻基部至支點(diǎn)的距離為重心高度。節(jié)粗，利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺選取節(jié)間上中下3點(diǎn)測(cè)量莖稈短軸、長(zhǎng)軸所求平均值；節(jié)厚，將莖稈中部縱切后，利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺均勻選取3點(diǎn)測(cè)量求得的平均值。

1.2.4 植株鮮干重和莖稈密度的測(cè)定

抽穗15d，每個(gè)材料各選取10株，迅速稱(chēng)量鮮重后在105℃下殺青30min，再轉(zhuǎn)為65℃烘干至恒重。稱(chēng)得剝?nèi)ト~鞘前后的莖稈的鮮重和干重(烘干至恒重)，計(jì)算得到莖稈密度(以鮮重和干重為指標(biāo))：

莖稈密度=莖稈的鮮重和干重/莖高(根部與穗頸節(jié)之間的距離)

1.2.5 基2節(jié)間抗折力和倒伏指數(shù)測(cè)定

節(jié)間抗折力測(cè)定方法是水稻抽穗15d，截取水稻主莖基部第2節(jié)間(莖稈未失水)置于自制測(cè)定器上，節(jié)間中點(diǎn)與測(cè)定器中點(diǎn)對(duì)應(yīng)(兩端支點(diǎn)與中點(diǎn)間距均為5cm，在節(jié)間中點(diǎn)處掛一盤(pán)子)，緩慢加砝碼至莖稈剛好斷裂時(shí)砝碼及盤(pán)子的質(zhì)量和即為該節(jié)間的抗折力。

彎曲力矩=節(jié)間基部至穗頂長(zhǎng)度(cm)×該節(jié)間基部至穗頂鮮重(g)

倒伏指數(shù)=彎曲力矩(cm·g-1)/抗折力(g)×100

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel錄入和處理數(shù)據(jù)，利用DPS軟件比較樣本平均數(shù)的差異顯著性。

2 結(jié)果分析

2.1 不同材料的莖稈形態(tài)指標(biāo)

抽穗15d，對(duì)所有材料莖稈性狀進(jìn)行測(cè)定，見(jiàn)表1。研究表明，突變體st1重心高度45.93cm，顯著小于R86，基1節(jié)間長(zhǎng)和基3節(jié)間長(zhǎng)顯著低于R86，基2節(jié)間厚、基3節(jié)間厚和穗莖厚均顯著高于R86。3個(gè)新株系R86-1、R86-2和R86-3的重心高度顯著低于R86，變化幅度為46.63～48.58cm，株系R86-4重心高度與R86無(wú)顯著差異。4個(gè)新株系的基1節(jié)間長(zhǎng)和基3節(jié)間長(zhǎng)顯著縮短，基2節(jié)間和穗莖節(jié)長(zhǎng)與R86無(wú)顯著差異。新株系R86-2與R86基1節(jié)間厚度顯著增加。4個(gè)新株系基2節(jié)間厚、基3節(jié)間厚和穗莖厚顯著高于R86，變化幅度分別為1.15～1.43mm、0.85～1.15mm和0.56～0.70mm，株系R86-2表現(xiàn)最為顯著，基2節(jié)間厚、基3節(jié)間厚和穗莖厚分別達(dá)到1.43mm、1.15mm和0.70mm。

表1 不同材料的莖稈形態(tài)指標(biāo)(荊州，2020)

2.2 不同材料的莖稈密度測(cè)定

抽穗15d，測(cè)定不同材料的莖稈和裸莖鮮重、干重，計(jì)算莖稈密度，見(jiàn)表2。由表2可知，突變體st1含葉鞘莖稈和裸莖的鮮密度及莖稈密度極顯著大于R86。4個(gè)新株系的莖稈密度均與R86有不同程度的增加，表明新株系在莖稈充實(shí)度方面表現(xiàn)突出。

2.3 基2節(jié)間抗折力和倒伏指數(shù)測(cè)定

水稻基2節(jié)間的性狀與抗倒伏關(guān)系密切。在抽穗15d，測(cè)定基2節(jié)間的抗折力，見(jiàn)表3。由表3可知，突變體st1基2節(jié)間的抗折力顯著大于R86，倒伏指數(shù)極顯著低于對(duì)照，表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗倒能力?；康?節(jié)間的莖粗顯著高于R86，裸莖粗與R86無(wú)顯著差異。4個(gè)新株系中，基部第2節(jié)間的莖粗顯著高于R86，4個(gè)新株系的基2節(jié)抗折力顯著大于R86，倒伏指數(shù)顯著低于R86，表明通過(guò)鑒定選擇，育成的4個(gè)新株系在抗倒伏性狀上均優(yōu)于R86。

2.4 不同材料的主要農(nóng)藝性狀

成熟期的主要農(nóng)藝性狀見(jiàn)表4，突變體st1生育期、株高均顯著小于R86，結(jié)實(shí)率顯著降低，但千粒重極顯著增加。4個(gè)新株系生育期顯著早于R86，株高顯著降低，單株有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)與R86表現(xiàn)一致。株系R86-1和R86-3結(jié)實(shí)率顯著低于R86，4個(gè)新株系千粒重與R86無(wú)顯著差異。農(nóng)藝性狀研究結(jié)果表明，構(gòu)建的4個(gè)新株系在抗倒伏性能提升的同時(shí)，農(nóng)藝性狀沒(méi)有下降，尤其是R86-2株系綜合性狀優(yōu)良，可以作為育種材料進(jìn)行應(yīng)用。

表4 成熟期不同材料的主要農(nóng)藝性狀(荊州，2020)

2.5 雜交組合的抗倒伏性鑒定和主要農(nóng)藝性狀

為了研究育成的新株系與R86在雜交組合配制方面有無(wú)差異，用不育系科09S與恢復(fù)系R86和R86-2配制雜交組合(不育系科09S與恢復(fù)系R86所配雜交稻組合“科兩優(yōu)0986”，于2020年通過(guò)國(guó)家品種審定委員會(huì)審定)。2個(gè)雜交組合在抗倒伏性、主要農(nóng)藝性狀和外觀品質(zhì)鑒定結(jié)果見(jiàn)表5、表6，新組合科06S×R86-2株高比對(duì)照組合科06S×R86矮5.03cm，生育期縮短3d，單株有效穗、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重與對(duì)照無(wú)顯著差異。新組合的基2節(jié)間粗度和厚度比對(duì)照組合均顯著增加，抗倒伏指數(shù)顯著低于對(duì)照組合，表現(xiàn)良好的抗倒伏性。表6的外觀品質(zhì)鑒定結(jié)果表明，新組合整精米率低于對(duì)照1.8%，堊白度高于對(duì)照組合0.9%，品質(zhì)符合國(guó)家三級(jí)米標(biāo)準(zhǔn)。育成新株系R86-2所配組合可以作為替代組合在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

表5 成熟期雜交組合的主要農(nóng)藝性狀和抗倒伏性(荊州，2020)

表6 雜交組合的外觀品質(zhì)性狀(荊州，2020)

3 討論

近年來(lái)，隨著水稻輕簡(jiǎn)化栽培的普及，水稻倒伏現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。水稻株型、莖稈結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分、根系生長(zhǎng)狀況等因素與水稻倒伏密切相關(guān)，培育抗倒伏品種是解決水稻倒伏最為經(jīng)濟(jì)有效的措施。在水稻倒伏問(wèn)題中，從遺傳學(xué)到分子生物學(xué)研究眾多?？茖W(xué)家通過(guò)發(fā)掘抗倒伏的QTL，篩選抗倒伏種質(zhì)資源，開(kāi)展水稻抗倒伏育種。水稻的抗倒伏育種經(jīng)歷矮化育種，通過(guò)選育矮稈品種提高水稻的抗倒伏性。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水稻的抗倒伏性與莖稈和根系的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分密切相關(guān)[6]，所以研究水稻莖稈的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分成為水稻抗倒伏研究的重點(diǎn)。

在抗倒伏材料的篩選過(guò)程中，利用自然條件下篩選具有抗倒伏性能的水稻材料有很大的困難，通過(guò)鑒定植株莖稈的相關(guān)性狀對(duì)于研究水稻倒伏具有重要意義[7]。本研究利用1個(gè)實(shí)心稈突變體st1作為親本材料，進(jìn)行抗倒伏株系的創(chuàng)建，st1是一個(gè)莖稈完全充實(shí)的突變體，株高降低，基部第5、6節(jié)間退化，基2節(jié)間長(zhǎng)度正常，厚度和粗度顯著高于野生型。但突變體結(jié)實(shí)率偏低。試驗(yàn)利用R86和st1構(gòu)建的F2分離群體，在20000株中進(jìn)行篩選，對(duì)每一個(gè)單株都進(jìn)行莖稈相關(guān)性狀測(cè)定和農(nóng)藝性狀分析，研究中發(fā)現(xiàn)，單株中莖稈充實(shí)度呈現(xiàn)不同級(jí)別，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)全部為實(shí)心稈的單株，由于突變體st1結(jié)實(shí)率低，篩選過(guò)程嚴(yán)格選擇抗倒伏性和優(yōu)良農(nóng)藝性狀的單株，保證新株系可以直接作為育種材料進(jìn)行利用。

國(guó)內(nèi)外研究普遍利用節(jié)間抗折力和倒伏指數(shù)評(píng)價(jià)水稻倒伏性能?；抗?jié)間的抗折力反映了莖稈的硬性和韌性，是表示莖稈強(qiáng)度的指標(biāo)；抗折力越大，莖稈抗倒伏的能力就越強(qiáng)。本研究發(fā)現(xiàn)抗倒伏性與植株的莖稈的基2節(jié)間粗、基2節(jié)間厚等顯著相關(guān)，這與其它研究相一致[8-10]。綜合來(lái)看，對(duì)于水稻抗倒伏育種而言，需要將播期、株型、莖稈結(jié)構(gòu)和莖稈化學(xué)成分等各個(gè)因素綜合考慮，使水稻抗倒伏達(dá)到最優(yōu)，且能保持水稻的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性。本研究也進(jìn)一步說(shuō)明，利用誘變篩選抗倒伏資源，通過(guò)傳統(tǒng)雜交技術(shù)創(chuàng)建抗倒伏材料是可行的。