2个小麦AL型细胞质雄性不育系的异交特性分析.pdf

麦类作物学报2 0 2 3，43（10）：12 6 7 12 7 2Journal of Triticeae Crops网络出版时间：2 0 2 3-0 9-15网络出版地址：https：/lin k.c n k i.n e t/u r lid/6 1.1359.s.2 0 2 30 9 14.12 52.0 0 62个小麦AL 型细胞质雄性不育系的异交特性分析doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2023.10.06崔凤娟，聂迎彬，徐红军，孔德真，穆培源，田笑明（新疆农垦科学院作物研究所/谷物品质与遗传改良兵团重点实验室，新疆石河子8 32 0 0 0)摘要：提高不育系的异交结实率是杂交小麦制种产量取得突破的重要途径。为明确小麦AL型雄性不育系的异交结实特性，连续3年测定了2 个小麦AL型不育系36 A和32 35A的柱头活力、柱头外露率、颖间距和自然异交结实率。结果表明，36 A和32 35A的平均自然异交结实率分别为113.0 2%和44.6 5%，柱头活力分别为10 4.96%和7 6.7%，差异均达到显著水平；二者的柱头外露率和颖间距无显著差异。相关分析表明，授粉天数与柱头活力呈显著负相关，柱头活力随授粉天数的延长而降低；柱头活力与柱头外露率和颖间距、柱头外露率与颖间距间均呈显著正相关。随授粉进程推移，柱头活力、柱头外露率和颖间距均呈先增后减趋势，36 A的3个指标均高于32 35A，综合表现为异交结实率高。花后第411天套袋饱和授粉异交结实率最高，授粉后第6 12 天，柱头外露率和颖间距均达到最大。因此，小麦AL型不育系的恢复系扬花始期比不育系推迟2 3d，小花陆续开放、柱头活力也较强，并持续开颖，可保持较高结实率，为最佳授粉时间。关键词：小麦AL型不育系；异交结实率；柱头活力；柱头外露率；颖间距中图分类号：S512.1;S330Outcrossing Characteristics of the Two Wheat AL-TypeCUI Fengjuan,NIE Yingbin,XU Hongjun,KONG Dezhen,MU Peiyuan,TIAN Xiaoming(Institute of Crop Research,Xinjiang Academy of Agri-Reclamation Sciences/Key Lab of Xinjiang Production and ConstructionCorps for Cereal Quality Research and Genetic Improvement,Shihezi,Xinjiang 832000,China)Abstract:Increasing the outcrossing rate of sterile line in hybrid wheat is an important way to increasehybrid seed yield.In order to determine the seed setting of outcross characteristics of wheat AL-typemale sterile line,two AL-type sterile lines were selected in this study,and the stigma vigour,stigmaexsertion rate,glume spacing and natural outcrossing rate of the sterile lines were measured for threeconsecutive years.The results showed that the average natural outcrossing rate of 36A and 3235Awere 113.02%and 44.65%,and the stigma vigour was 104.96%and 76.7%,respectively.No sig-nificant differences was found in stigma exsertion rate and angle of glume opening.Correlation analy-sis showed that there was a significantly negative correlation between the stigma vigour and the num-ber of days after anthesis,which indicated that the stigma vigour decreased with the number of daysafter anthesis.The stigma vigour was significantly positively correlated with stigma exsertion rate andglume spacing.In the process of pollination,stigma vigor,stigma exsertion rate and glumes spacingall increased first and then decreased.The three outcrossing characters of 36A was higher than thoseof 3235A,and the outcrossing seed rate of 36A was better.By regression analysis,the bagging satu-ration and outcrossing rate of pollination was the highest from the 4th to llth day after anthesis,and收稿日期：2 0 2 2-12-12基金项目：南疆重点产业创新发展支撑计划项目（2 0 2 1DB010）；新疆兵团科普发展专项（2 0 2 1CD004）；科技特派员创新创业项目(2022CB025)第一作者E-mail：c u i f j 2 0 10 s i n a，c o m（崔风娟）；（迎彬，与第一作者同等贡献）通讯作者：田笑明（E-mail:）；徐红军（E-mail：x u h j 2 8 8 16 3.c o m）文献标识码：ACytoplasmic Male Sterile Lines修回日期：2 0 2 3-0 1-31文章编号：10 0 9-10 41(2 0 2 3)10-12 6 7-0 61268the stigma exsertion rate and glume spacing were the highest from the 6th to 12th day after anthesis.Therefore,the outcrossing rate can be maintained from the restorer line delayed the flowering periodby 2 to 3 days of AL type male sterile line of wheat,which was the best pollination period.Keywords:Wheat AL-type sterile line;Outcross rate;Stigma vigour;Stigma exsertion rate;Glume spacing提高小麦单产是解决粮食安全问题的措施之本。试验材料均由新疆农垦科学院作物研究所选一,杂种优势利用是提高小麦单产的有效途径。育提供。异交结实率是影响杂交小麦制种产量的重要因1.2试验设计素2 ,选育和利用高异交结实率不育系是提高杂在新疆农垦科学院作物所试验站连续3年交小麦制种产量最有效途径之一31。小麦是严格（2 0 19 一2 0 2 1年）进行不育系自然异交结实率测自花授粉作物，天然异交率仅为1%3%。依据定。为保证所有不育系能够实现饱和授粉，试验父母本开花习性，确定适宜的播期和行比，实现花安排在冬麦常规育种圃中，不同熟期的育种材料期最佳相遇是提高杂交小麦制种产量的关键。可提供大量花粉，以充分反映参试不育系的自然根据杂交水稻和麦类作物异交结实研究结异交结实能力。果，发现影响不育系异交结实率的性状包括母本供试不育系和其同型保持系按1：1行比顺序柱头活力、柱头外露率和开颖角度等；母本柱头活种植，行长1.5m，行距0.2 5m，每行15粒。恢力与持续时间与异交结实密切相关，受环境影响复系0 9AR20-2种植于其选育圃内，每行2 5粒。较大4-5。研究表明，柱头外露的材料接收花粉的1.3调查性状与方法机率可以提高2 5%L6；颖壳张开角度主要受基因柱头活力和授粉天数：不育系穗下颈刚抽出型控制7-8 ,直接影响制种产量 。小麦AL型雄时，选旗叶鞘发育一致的麦穗456 0 穗，剪去颖性不育系不育胞质来自普通小麦品种辉县红，颖芒，套袋、挂牌（2 0 19年45穗，2 0 2 0 2 0 2 1年6 0壳有一定开张角度，柱头部分外露，柱头生活力强穗），以同型保持系麦穗中部小花扬花为开花日，且持续时间较长10，比同核异质的Q型不育系自用同型保持系为父本给套袋穗1对1人工授粉，然异交结实率高11。本课题组经过多年努力，回重复3穗，第2 天重复授粉。按此方法逐日人工交转育AL型不育系种质资源8 5份，在筛选强优饱和授粉至第152 0 天（2 0 19 年15d，2 0 2 0 和势组合的同时，连续3年（2 0 14一2 0 16 年）对2 02021年2 0 d）。同型保持系新冬36 号和32 35开份回交10 代以上的稳定不育系进行了自然异交花结束后，采用同期播种的晚熟恢复系0 9 AR20-2结实率的研究，异交结实率平均为41.13%,其中为父本继续授粉。从开花当日至异交结实率为2016年自然异交结实率在35%以下的不育系占0，以每日套袋异交结实率代表当日柱头活力。开17.3%，异交结实率在7 0%以上的不育系占34.始授粉的第一天至最后一天为授粉天数。8%12。本研究对其中2 个异交结实率差异显著自然异交结实率：抽穗后，参试不育系选取整的不育系的相关异交性状进行分析，旨在明确不齐一致的10 个单株主茎穗挂牌，接受相间种植的育系花器发育特性和影响异交结实率的主要性同型保持系和育种圃内不同熟期育种材料提供的状，为提高小麦异交结实率和高产高效制种提供大量花粉实现饱和授粉；对挂牌单株上1个健壮参考依据。分穗套袋自交，用于鉴定不育系育性的稳定性。成熟期，收获挂牌单株上的自然授粉主茎穗和套1材料与方法袋自交穗，室内考种，计算结实率。1.1材料柱头外露率和颖间距：自授粉之日起，选取参试验材料为回交10 代以上且不育系育性稳试不育系整齐一致的10 穗，3次重复，每天上午定的小麦AL型细胞质雄性不育系36 A（高异交12点和下午17 点观测柱头外露率，直至无柱头结实率）和32 35A（低异交结实率）及其同型保持外露发生。同时用直尺测定中部小穗两侧基部小系各1份。2 个不育系的轮回亲本分别为新冬36花（3排12 朵小花）的内外颖颖尖之间的距离。号和32 35，二者抽穗期相同，遗传背景不同。用参试不育系的不育度、异交结实率、柱头外露率计同型保持系和晚熟恢复系0 9AR20-2作为供粉父算公式如下：麦类作物学报第43卷第10 期不育度=（1一不育系套袋结实总数/每穗小穗数2)X100%;自然异交结实率=每穗结实粒数/（每穗小穗数2)10 0%(国际法);柱头外露率=每穗柱头外露数/（每穗小穗数2)X100%。1.4统计分析采用SPSS和EXCEL统计软件对试验数据进行统计和相关分析。2结果与分析2.1AL型不育系异交性状分析本试验条件下，3年中，2 个不育系的不育度Table 1 ANOVA of the four outcrossing traits in the two AL-lines供试材料柱头活力LineStigma vigour/%36A104.9613.53a3235A76.7016.95b崔风娟等：2 个小麦AL型细胞质雄性不育系的异交特性分析表14个异交性状的方差分析柱头外露率Stigma exsertion rate/%8.923.02a7.793.93a：12 6 9 均为10 0%，即自交结实率均为0，表明2 个不育系育性稳定。由表1可知，36 A和32 35A的3年平均柱头活力、自然异交结实率分别为10 4.96%和7 6.7 0、113.0 2%和44.6 5%，二者间差异均达到显著水平36 A与32 35A间的柱头外露率和颖间距差异不显著。2.2不育系性状的相关性分析从表2 可知，授粉天数与柱头活力呈显著负相关，即柱头活力随授粉天数的延长而降低；授粉天数与柱头外露率和颖间距呈正相关，但相关性不显著；柱头活力与柱头外露率和颖间距、柱头外露率与颖间距均呈显著正相关，即不育系颖间距越大，柱头外露率越高，柱头活力（异交结实率)越高。颖间距Glume spacing/cm0.900.87a0.530.38a自然异交结实率Natural outcrossing rate/%113.0237.41a44.6512.90b表2 4个异交性状的相关分析Table 2 Correlation coefficients of the four outcrossing traits in the two AL-lines授粉天数Pollination days授粉天数1Pollination days柱头活力Stigma vigour柱头外露率Stigmaexsertion rate颖间距Glume spacing*P0.05；*:P 0.0 1.2.3授粉天数对不育系异交性状的影响随授粉天数推移，柱头活力、柱头外露率和颖间距均呈先增后减趋势（图1），对其进行回归分析，所建方程的R值均大于0.7 6，即相关均显著（P 10%的出现时间分别为第612 天和第7 12 天（图1b）；颖间距 1mm的持续天数分别为7 d(第6 12 天)和1d(第8 天）（图1c）。授粉后第15天，柱头活力降到2 0%以下，柱头外露率和颖间距均接近于0，内外颖渐趋闭合，不育系柱头基本丧失了自然异交结实能力。36A的3个异交指标平均高于32 35A。柱头外露率Stigma exsertion rate0.2000.305*1颖间距Glume spacing0.1570.356*0.578*11270a性状Trait柱头活力Stigma vigour柱头外露率Stigma exsertion rate颖间距Glume spacing3讨论小麦属自花授粉作物，花器结构和开花习性均对异交结实不利。但胞质雄性不育类型的小麦具有花期颖壳开张时间长、柱头外露等特点，为实现异交结实奠定了基础。父母本的花器特性、协调状态和栽培管理等是影响异交结实的主要因素，是杂种小麦制种不容忽视的环节5。研究表明，不育系柱头外露对提高杂交水稻制种产量具决定性作用，柱头外露率和颖间距是影响其异交性状的重要因素。本研究中，2 个小麦AL型雄性不育系的柱头活力差异极显著，推测柱头活力受基因型控制，这与前人研究结果水稻异交结实率与柱头外露率、开颖大小呈显著正相关，与柱头活力相关不显著 不一致4-5。可能因为小麦的柱头外露率和颖间距相对于水稻较麦类作物学报*3235A36A1607b140120100-8060-40200+012345678910111213141516授粉天数Pollinationdays/dC1.61.41.210.8-0.60.40.2-o*,i012345678910111213141516授粉天数Pollinationdays/d图1授粉天数与柱头活力(a)、柱头外露率(b)和颖间距(c)的关系Fig.1Relationship between pollination days with the other three traits表3授粉天数与柱头活力、柱头外露率和颖间距的抛物线方程Table3IParabolic equation between pollination days and the other three traits供试材料Line36A3235A36A3235A36A3235A第43卷198642X-1*0+012345678910111213141516授粉天数Pollinationdays/d1抛物线方程Regression equationy=2.471#2+39.410 x-6.073y=1.705元2+2 2.450+38.0 7 0y=-0.348a2+5.849x-9.097y=0.294z2+5.288.-10.190y=0.020元2+0.340-0.12 6=0.015.z2+0.303x-0.585小，本试验中小麦不育系的柱头外露率在10%以下，颖间距不足1mm（表1）。36 A异交结实率较高表明该不育系具有优良的异交能力，而环境对异交结实率影响也不容忽略。在本研究中，32 35A的异交结实率较低，建议通过化学调控（如喷施NAA和GA:）等方式改善其异交能力13，从而提高其制种产量。经过多年田间调查和总结，发现花后10 d左右的柱头活力可以作为小麦AL型细胞质雄性不育系异交结实率的评价指标。如在柱头活力峰值时期，将待测不育系的柱头用联苯胺过氧化氢法141或MTT（噻唑蓝）法15 1等进行染色、观察，可以快速确定其柱头活力的强弱。在强优势组合父本选配时，可根据母本不育系柱头活力做出判断，避免出现失误或做大量无用工作。有研究认为，小麦柱头活力在开花当天16 或花后48 d最强17，本研究结果与后者基本一决定系数R20.9480.9320.8050.7650.8310.800第10 期致（花后411d)。原因除供试材料不同外，可能与确定套袋授粉起始日期有关，有些学者以柱头羽状散开为准，有些从盛花期开始授粉，本研究从同型保持系扬花首日开始对不育系套袋穗进行饱和授粉。一般小麦始花后2 4d进人盛花期，因此，矫正至同一判断标准进行授粉，与前人研究结果基本一致。结合柱头外露率和颖间距在花后6 12 d达到最大值的特点，AL型不育系的恢复系扬花始期比不育系推迟2 3d，这个时期小花陆续开放，柱头活力也较强，并持续开颖，可保持较高结实率，为最佳授粉时间。在小麦杂交制种中，因父母本抽穗时间不适宜而产生花期不遇和异交结实率低等问题时常出现，母本开花迟而分散，父本早而集中，很难实现父母本同时开花，常为母早父晚18 。测定柱头活力可准确把握不育系的有效授粉时间段，即使花期不遇或有恶劣天气，仍可通过适时适量喷施GA：使抽穗期提前19，调节父本花期，增强恢复系散粉能力，或喷施JA延迟闭颖后外露柱头的活力，在有效授粉时间内完成授粉。此外，在柱头活力较高时期内辅助授粉，可增加授粉次数以促进结实。因此，了解不育系的柱头活力对杂交制种具有重要意义。挖掘优良不育系的异交结实潜能，配合播期调整、播量控制、行比设置等其他高产制种措施，对杂交小麦制种产量提高有较高的应用价值2 0-2 1。4结论36A与32 35A不育系间异交结实率的差异主要与柱头活力有关；柱头活力与柱头外露率和颖间距、柱头外露率与颖间距均呈显著正相关；在授粉过程中，柱头活力、柱头外露率和颖间距呈先增后减的抛物线轨迹，36 A的3个性状平均高于3235A，综合表现为异交结实率高。参考文献：1张爱民，黄铁城.小麦杂种优势利用途径与研究进展J.作物杂志，1997，（5）：2 0ZHANG A M,HUANG T C.Utilization and research pro-gress of wheat heterosis LJJ.Crops,1997,(5):20.2JMURAI K.Fiseed production efficiency by using photoperiod-sensitive cytoplasmic males terility and performance of Fi hy-brid lines in wheat JJ.Breed Science,1998,48(1):40.3李宏生，李绍祥，赵红，等.开颖和柱头外露对小麦温光敏雄性核不育系异交结实的影响J.麦类作物学报，2 0 15，35(12):1672.崔凤娟等：2 个小麦AL型细胞质雄性不育系的异交特性分析iceaeCrops,2015,35(12):1672.4蔡良俊，徐敬洪，沈超，等.抗病优质杂交水稻三系不育系蓉18A不育系柱头活力初探J.种子，2 0 15，34（11）：8 4.CAI L J,XU J H,SHEN C,et al.Preliminary study on sterilelines stigma vitality of disease-resistant and high-quality three-line hybrid rice sterile lines Rong 18AJ.Seed,2015,34(11):84.5刘淑英，秦志列，张风廷，等.雄性不育小麦异交结实研究进展J.中国农学通报，2 0 0 6,2 2（8)：2 0 1.LIU S Y,QIN Z L,ZHANG F T,et al.Advances in studies onout-crossing seedy in male-sterile wheat J.Chinese Agricul-tural Science Bulletin,2006,22(8):201.6田大成.水稻异交栽培学M.成都：四川科学技术出版社，1991:19.TIAN D C.The outcrossing cultivation of rice MJ.Chengdu:Sichuan Science and Technology Publishing House,1991:19.7黄祖六，祝丽，许如根，等.大麦开颖性状的遗传分析II.大麦开颖性状的杂种优势及配合力J.麦类作物学报，2 0 0 7，2 7(1):33.HUANG Z L,ZHU L,XU R G,et al.Genetic analysis ofglume-opening characteristics in barley(H.uulgareL.)II.Heterosis and combining ability of glume-opening characteris-tics in barley JJ.Journal of Triticeae Crops,2007,27(1):33.8兰国防，李洪涛，林参，等.大麦开颖DH系开颖角度的差异性与稳定性分析J.核农学报，2 0 14，2 8（5）：930.LAN G F,LI H T,LIN S,et al.Difference and stability analy-sis of glume-opening angle in doubled haploid population ofbarley(Hordeumoulgare L.)J.Journal of Nuclear Agri-cultural Sciences,2014,28(5):930.9兰国防，李洪涛，林参，等.大麦开颖角度的配合力及其稳定性分析J.麦类作物学报，2 0 14，34（1）：49.LAN G F,LI H T,LIN S,et al.Analysis of combing abilityand genetic stability of glume-opening angle in barley J.Journal ofTriticeae Crops,2014,34(1):49.10王士杰，茹振钢.AL型小麦三系的选育及其利用价值J.河南农业科学，1991，（2）：3.WANG S J,RU Z G.Breeding and utilization value of ALtype three-line hybrid wheat JJ.Henan Agricultural Sci-ences,1991,(2):3.11田笑明，吴玉珍，穆培源，等.小麦Q型，AL型雄性不育系异交结实力的比较研究J.新疆农垦科技，19 9 8（1）：31.TIAN X M,WU Y Z,MU P Y,et al.Comparative study onoutcrossing ability of Q type and AL type male sterile lines inwheat JJ.Science and Technology of Agricultural Recla-mationin Xinjian,1998,(1):31.12迎彬，孔德真，崔凤娟，等.小麦AL型细胞质雄性不育系异交结实率的研究J.北方农业学报，2 0 18，46（3）：4.NIE Y B,KONG D Z,CUI F J,et al.Study on the outcross1271LI H S,LI S X,ZHAO H,et al.Effect of glume opening andstigma exsertion on outcrossing seed-setting of wheat thermo-photo-sensitive genic male sterile lines J.Journal of Trit-1272rate of wheat AL type cytoplasmic male sterile lines JJ.Journal of Northern Agriculture,2018,46(3):4.13奚亚军，马翎健，胡银岗，等.“92 0”对小麦不育系柱头生活力的影响.湖北农业科学，2 0 0 1（4）：42.XI Y J,MA L J,HU Y G,et al.Effect of 920 on the vigorof stigma of wheat male sterile lines JJ.Hubei AgriculturalSciences,2001(4):42.14JDAFNI A,MAUES M M.A rapid and simple procedure todetermine stigma receptivity J.Serual Plant Reproduc-tion,1998,11:179.15JRODRIGUEZ R T,DAFNI A.A new procedure to asses pol-len viability JJ.Serual Plant Reproduction,2000,12(4):244.16刘思衡，吴升鑫，钟洁，等.矮败小麦开花习性与异交结实率的研究J.福建稻麦科技，1995，13（3)：2.LIU S H,WU S X,ZHONG J,et al.Studies on flowering habitsand allogamous setting percentgae of Aaibi wheat JJ.FujianRice and Wheat Science and Technology,1995,13(3):2.17秦志列，张风廷，叶志杰，等.不同花粉密度条件下光温敏雄性不育小麦BS366异交结实分析J.华北农学报，2 0 0 7 2 2(4):133.QIN Z L,ZHANG F T,YE Z J,et al.Study on outcrossingrate in photo-thermo-sensitive male sterile wheat line BS366麦类作物学报under different pollen density J.Acta Agronomica Sinica,2007,22(4):133.18王晓敏，李波，徐小健，等.影响杂交水稻制种母本异交结实率的因素J.作物研究，2 0 15，2 9（3）：318.WANG X M,LI B,XU X J,et al.Factors affecting outcross-ing rate of female parent in hybrid rice seed production J.Crop Research,2015,29(3):318.19陈雄辉，万邦惠，彭海峰，等.水稻光温敏核不育系异交结实障碍的影响因素分析J.中国水稻科学，2 0 0 3（4）：334.CHEN X H,WAN B H,PENG H F,et al.Analysis of fac-tors on outcrossing seed-setting obstacles in photo-thermosensitive genic male sterile lines rice J.Chinese Jourual ofRice Science,2003(4):334.20欧行奇，李新华，欧阳娟，等.不同小麦品种柱头活力及花粉活性模拟研究JJ.中国农学通报，2 0 19,35（8）：3.OU X Q,LI X H,OUYANG J,et al.Modeling study on stig-ma vigor and pollen activity of wheat varieties J.ChineseAgricultural Science Bulletin,2019,35(8):3.21袁隆平，陈洪新.杂交水稻育种栽培学M.长沙：湖南科学技术出版社，1998：2 0 0.YUAN L P,CHEN H X.Hybrid rice breeding and cultiva-tion M.Changsha:Hunan Scientech Press,1998:200.第43卷