肖本泽，王资霖

（华中农业大学植物科学技术学院，武汉 430070）

0 引言

随着城市化进程的快速发展，传统的精耕细作式水稻生产模式将不复存在，水稻生产面临着劳动力短缺和生产力降低的问题。因此，直播、抛秧、机插等轻简化栽培模式已成为水稻生产中的主流[1-2]。但随着这些轻简型栽培模式的不断扩大，草害的问题也越来越严重。据统计，由于稻田杂草的侵害，水稻产量损失可达40%以上[3]。面对这一水稻生产上的棘手问题，通过培育抗除草剂水稻是解决这一问题的理想途径[4-5]。刘文强等[4]对转基因早稻香125S/Bar68-1的在直播、抛秧、机插3种栽培方式中喷施低毒、低残留除草剂Basta（活性成分为草铵膦）的效果进行了研究，发现通过喷施除草剂能彻底地控制各种杂草，进而保证了早稻香125S/Bar68-1较高的产量水平。另一方面，利用抗除草剂恢复系也可较好地解决杂交水稻制种中杂种纯度问题，降低杂交种成本[6-7]。黄大年等[6]通过基因枪法将Bar基因转入京引119、春江03、秀水11中，然后将这些转稳定株系与两系不育系培矮64S、三系不育系珍汕97A配制杂交种，通过苗期喷施0.25%除草剂Basta，在一周内秧田中稗草等主要杂草枯萎死亡，为杂交稻正常生长创造了没有杂草竞争的空间，同时保证100%高纯度杂交稻移种大田。肖国樱等[8]对转Bar基因抗除草剂两系法杂交早稻香125S/Bar68-1和香125S/Bar68-2在苗期喷施0.3%Basta，可以有效地将杂交稻纯度提升至99.98%，保证了杂交稻各项经济性状稳定、生长整齐。

这些年来，研究人员在培育抗除草剂、综合农艺性状优良的水稻育种材料方面也取得了较好的进展。段发平等[9]通过杂交将Bar基因转移到恢复系测64、明恢63和特青中培育出抗除草剂同型恢复系，这些同型恢复系的大部分生理性状和主要农艺性状与原恢复系接近；将同型恢复系与不育系杂交，选配出多个抗除草剂两系杂交组合，抗除草剂组合能保持或略高于原组合的产量水平。王才林等[10]利用回交转育将Bar基因导入恢复系“E32”中，获得了对除草剂Basta具有稳定抗性的水稻新品系“E32HR”和杂交种“培矮64S/E32HR”，它们的绝大部分农艺性状均与原始的恢复系“E32”、杂交组合“培矮64S/E32”无明显差异。以往研究中，对抗除草剂恢复系或杂交种的农艺性状评价主要集中在与原始非转基因恢复系或杂交种的比较，而通过大田比产筛选出优势强于区试对照（其是品种审定的参照，一般是当地的主推品种；目前长江中下游水稻试验以丰两优四号作为对照品种）的抗除草剂新材料的报道较少。本研究对本课题组选育的3份综合农艺性状优良的抗除草剂株系与生产上广泛应用的5份不育系进行测配，通过对其重要农艺性状配合力进行分析，为培育抗除草剂强优势杂交水稻提供重要依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验以籼稻转化系明恢63-EPSP[11-12]为供体将抗除草剂基因EPSPS基因[13]导入恢复系华84中，经多代系谱选育得到了3份对除草剂草甘膦抗性完全、遗传稳定、农艺性状优良的株系（华84EP-1、华84EP-2和华84EP-3），然后将上述抗除草剂株系及原始恢复系华84与生产上广泛应用的5份不育系（红香2A、Y58S、广占63-4S、华1015S、天源6S）按照不完全双列杂交在海南春季进行测配，获得了20份杂交组合；另外选用国家区试对照品种丰两优四号作为本试验的对照品种。以上亲本材料及对照的来源和系谱见表1。

表1 供试亲本材料和对照品种的系谱来源

1.2 试验设计

1.2.1 田间试验 试验在华中农业大学水稻实验基地进行，供试材料（包括20份杂交组合、4份恢复系材料、1份对照丰两优四号）5月上旬播种，秧龄达30天进行移栽（对于抗除草剂恢复系及其杂交组合，选择喷施农达后存活下来的健壮植株进行移栽；对于常规恢复系华84及其所配的杂交组合、以及对照丰两优四号选取未喷除草剂的植株进行移栽）。田间试验参照国家水稻区域试验方案按随机区组排列，2次重复，每小区种植5行，每行10株，单苗种植，株行距16.7 cm×26.7 cm，按一般生产大田进行管理。

1.2.2 除草剂抗性鉴定 待供试材料秧龄15天时对抗除草剂株系华84EP-1、华84EP-2和华84EP-3及其杂交组合开始进行除草剂农达（孟山都公司，有效成分为草甘膦异丙胺盐，母液浓度为41%，稀释150倍使用）喷施，一星期后调查秧苗存活率，作为除草剂抗性的评价指标。

1.3 数据处理

供试材料各农艺性状的配合力分析参照相关文献的固定模型方法进行[14]，其中结实率百分数资料均经过平方根反正弦转换[15]。实验数据的分析采用SPSS软件进行。

2 结果与分析

2.1 供试材料除草剂抗性表型

苗期除草剂抗性鉴定表明，恢复系华84EP-1、华84EP-2和华84EP-3的秧苗存活率均在96%以上，表明这3个衍生恢复系对除草剂农达抗性接近完全；由这3个恢复系与5份不育系（红香2A、Y58S、广占63-4S、华1015S、天源6S）配制的15份杂交组合的秧苗存活率介于44.9%～52.6%之间（表2），表明这些杂交组合的纯度较差。这与当时杂交种的制种环境有很大关系：这些杂交组合是在海南的3—4月进行，温度较低，此时两系不育系（尤其是温敏不育系）表现为部分可育，从而降低了杂交种纯度。因此，利用抗除草剂恢复系培育两系杂交种，通过苗期喷施除草剂可以大大地提高两系杂交种子的纯度，进而提高杂交水稻产量[6-8]。本试验中的常规恢复系华84及其杂交组合、对照丰两优四号的秧苗在喷施农达后全部死亡，显然，这些不携带抗除草剂基因EPSPS的材料对除草剂农达均无抗性。

表2 抗除草剂恢复系及其杂交组合对农达抗性表型

2.2 供试材料主要农艺性状的方差和相关性分析

为了评估抗除草剂恢复系华84EP-1、华84EP-2和华84EP-3的育种潜力，通过不完全双列杂交对这3个恢复系及原始华84与生产上广泛应用的5份不育系（红香2A、Y58S、广占63-4S、华1015S、天源6S）配组得到的20个杂交组合，按随机区组设计田间试验并对供试材料的10个主要农艺性状（单株产量、结实率、千粒重、生育期、株高、有效穗数、着力密度、穗总粒数、穗实粒数、穗长）进行了考察。方差分析结果表明：除生育期区组间方差达到极显著差异外，其余9个性状在区组间均未达到显著差异（表3）。杂交组合间方差在单株产量、有效穗数、穗实粒数中的差异不显著，在其他7个农艺性状中均达显著或极显著差异水平。

对杂交组合中存在显著差异的7个农艺性状（结实率、千粒重、生育期、株高、着力密度、穗总粒数、穗长）的变异效应按照父本一般配合力效应、母本一般配合力效应以及双亲特殊配合力效应进行分解。其中父本一般配合力效应在结实率、生育期、株高、着力密度、穗总粒数等5个性状上达到了显著或极显著差异，母本不育系在结实率、千粒重、生育期、株高、着力密度、穗总粒数、穗长等7个性状上的一般配合力效应存在显著或极显著差异，双亲特殊配合力效应则仅在生育期性状上达到了显著或极显著差异（表3）。因此，杂交组合间结实率、株高、着力密度、穗总粒数变异主要来源于双亲的一般配合力效应，杂交组合间千粒重、穗长变异主要来源于母本一般配合力效应，而杂交组合间生育期变异则同时来源于双亲的一般配合力和特殊配合力效应（表3）。

表3 供试材料10个重要农艺性状的方差分析

通过对杂交组合所考察的10个农艺性状进行相关性分析（表4），结果表明单株产量与结实率、有效穗数、穗实粒数之间，结实率与千粒重、穗实粒数之间，生育期与株高、穗实粒数、穗长之间，株高与穗实粒数、穗长之间，着粒密度与穗总粒数、穗实粒数之间，穗总粒数与穗实粒数之间均存在显著正相关性；而结实率与着力密度、穗总粒数之间，千粒重与有效穗数、着力密度、穗总粒数之间，着力密度与穗长之间均存在显著负相关性。因此，培育具有高产潜力的水稻品种可以通过提高结实率增加每穗实粒数、促进分蘖有效结实等途径进行改良，但通过延长生育期或增加株高达到增加生物学产量似乎对水稻籽粒产量贡献并不大。

表4 农艺性状间相关性分析

2.3 恢复系一般配合力效应分析

杂交组合的表现是由双亲的一般配合力效应和双亲间的特殊配合力效应共同决定，首先对4份父本恢复系（华84、华84EP-1、华84EP-2、华84EP-3）主要农艺性状的一般配合力效应进行了分析（表5）。其中抗除草剂衍生恢复系华84EP-1在单株产量、生育期、穗实粒数、穗长性状上具有最高的一般配合力效应，表明恢复系华84EP-1在培育高产、长穗型、抗除草剂杂交组合上具有较好的应用前景，但同时应防范生育期过长引起的不利影响。抗除草剂衍生恢复系华84EP-2在结实率、千粒重、有效穗数性状上具有最高的一般配合力效应，在生育期、株高上具有最低的一般配合力效应；这表明恢复系华84EP-2在配制高结实、大粒密穗、早熟、矮秆的抗除草剂杂交组合上具有潜在的应用前景。抗除草剂衍生恢复系华84EP-3主要在着力密度、穗总粒数性状上具有最高的一般配合力效应，表明其在配制重穗型的抗除草剂杂交组合上具有潜在的应用前景。相比与原始恢复系华84，3份抗除草剂衍生恢复系（华84EP-1、华84EP-2、华84EP-3）除了在除草剂抗性上进行了彻底改良，同时在这些重要农艺性状上的一般配合力效应也进行了不同程度的改良。

表5 父本的一般配合力效应

2.4 不育系一般配合力效应分析

与前面母本类似，本试验中供试的5个不育系（红香2A、Y58S、广占63-4S、华1015S、天源6S）主要农艺性状的一般配合力效应分析见表6。不育系红香2A在单株产量、穗实粒数这2个性状上的一般配合力是供试不育系中最高的，生育期的一般配合力最小；这说明不育系红香2A在组配高产、早熟杂交组合方面上具有优势。不育系Y58S在生育期、株高中的一般配合力均较小，表明其是一个配制早熟、矮秆杂交组合的理想亲本。不育系广占63-4S在结实率、千粒重、株高、穗长上的一般配合力是供试不育系中最高的，表明广占63-4S是一个配制高结实率、大粒长穗型杂交组合的优良亲本；但同时应警惕高秆可能引起的倒伏。在供试不育系中，华1015S具有最高的生育期、有效穗数一般配合力，较高的单株产量、结实率、千粒重、株高一般配合力；这表明不育系华1015S在组配出强分蘖、高产、高结实率、大粒型的杂交组合上具有优势；但同时应防范生育期过长和高秆引起的倒伏。不育系天源6S在着力密度、穗总粒数上具有最高的一般配合力效应，在株高上具有最低的一般配合力效应；这表明不育系天源6S在配制矮秆、重穗型杂交组合方面具有优势。通过配合力分析表明，这些不育系亲本在不同的农艺性状上各有可取之处。在育种实践中，应根据育种目标合适地选择不同亲本。

表6 母本的一般配合力效应

2.5 双亲特殊配合力效应分析

杂交组合的表现除了与双亲的一般配合力效应有关，还与两者间的特殊配合力效应紧密相连。通过对双亲配组组合的特殊配合力效应进行全面分析（表7），单株产量上双亲特殊配合力效应变幅在-9.00～12.48 g之间，其中最高的3个组合分别是天源6S/华84EP-1(12.48 g)、红香 2A/华 84EP-3(10.86 g)、Y58S/华84EP-2(7.15 g)；结实率特殊配合力效应最高的3个组合分别为 Y58S/华 84EP-2(4.37%)、华 1015S/华 84EP-3(4.13%)、红香 2A/华 84EP-3(3.86%)；千粒重特殊配合力效应最高的3个组合分别为红香2A/华84EP-2(0.79g)、广占 63-4S/华84EP-1(0.78g)、华1015S/华84EP-3(0.46g)。生育期作为育种中的重要目标，在不影响产量及品质的情况下短生育期的杂交组合在生产上更受欢迎；从表7可知生育期特殊配合力负效应值最大的3个组合分 别为华1015S/华84EP-1（-8.28天）、天源6S/华84EP-2（-6.88天）、天源6S/华84EP-3（-5.28天）。株高与水稻抗倒伏、产量密切相关，供试的20个杂交组合株高特殊配合力效应-10.33～6.55 cm之间，为了同时兼顾到抗倒伏与产量育种时应选取合适的株高至关重要。有效穗数上双亲特殊配合力效应变幅在-2.03～1.77个之间，其中特殊配合力效应最高的3个组合分别是红香2A/华 84EP-3、天源 6S/华 84EP-2、Y58S/华 84EP-3。着力密度上双亲特殊配合力效应变幅在-18.53～9.81粒/10 cm之间，其中特殊配合力效应最高的3个组合分别是：天源6S/华84EP-3、广占63-4S/华84EP-2、天源6S/华84。穗总粒数上双亲特殊配合力效应变幅在-39.85～28.90粒之间，其中特殊配合力效应最高的3个组合分别是：天源6S/华84EP-3、Y58S/华84EP-2、天源6S/华84EP-1。穗实粒数上双亲特殊配合力效应变幅在-28.43～33.28粒之间，其中特殊配合力效应最高的3个组合分别是：Y58S/华84EP-2、天源6S/华84EP-1、广占63-4S/华84EP-3。穗长性状上双亲特殊配合力效应变幅在-1.08～1.49 cm之间，其中特殊配合力效应最高的 3 个 组 合 分 别 是 ：Y58S/华 84EP-2、华 1015S/华84EP-3、天源6S/华84。

表7 杂交组合主要农艺性状的特殊配合力效应值

2.6 杂交组合的优势表现

在水稻品种审定和推广生产中，杂交组合的利用价值往往通过与生产上对照品种进行比较的超标优势得以体现。在供试的20个杂交组合中，绝大部分组合都较对照品种减产，比国家水稻区试对照品种丰两优四号增产的组合仅有5个（表8），其中增产幅度超过10%的杂交组合有3个：天源6S/华84EP-1(23.54%)、红香 2A/华 84EP-3(13.45%)、华 1015S/华 84EP-1(11.75%)。其中增产幅度最大的组合天源6S/华84EP-1，其父本华84EP-1的单株产量一般配合力、双亲的单株产量特殊配合力分别是所有供试恢复系、杂交组合中最高的（表5和表7），其母本天源6S的产量一般配合力也居于中等（表6）；产量居第二位的组合红香2A/华84EP-3，其母本红香2A的单株产量一般配合力是供试不育系中最高的（表6），且双亲特殊配合力效应也居于第二位（表7）；产量居第三位的组合华1015S/华84EP-1，其父本华84EP-1、母本华1015S的单株产量一般配合力分别是所有供试恢复系、不育系中的第1和第2位，且双亲特殊配合力效应也居于前列。显然，高产杂交组合都有一个共同点：单株产量性状上单亲或双亲的一般配合力效应、双亲的特殊配合力效应均居于前列，这样才有可能育成强优势的组合[14-15]。

表8 杂交组合的产量表现和超标优势

3 讨论与结论

自1996年批准商业化种植转基因作物以来，抗除草剂转基因作物抗除草剂转基因作物种植面积始终占据首位，在2014年达到最大（10260万hm2），近几年也维持在8000万hm2以上[16]。近年来，转复合性状（多种性状的结合）的转基因作物种植面积持续增长且增幅显著，可以预见未来几年复合性状转基因作物将超过单抗除草剂转基因作物成为全球种植面积最大的性状[16]。在中国，杂交水稻在农业生产中扮演了重要的角色，中国每年杂交水稻种植面积约在1470万hm2[17]，按每公顷22.5 kg用种量估算，每年中国杂交水稻种子约在30万t以上。这其中杂交水稻品种纯度是一个影响种子质量的重要因素，这直接关系到水稻的产量。杂交水稻制种中，影响品种纯度的一个关键因素是水稻光温敏核不育系和少数核质互作型雄性不育系的育性受温度影响，制种过程遇异常低温会导致其部分自交结实，从而使杂交种子中因混杂有不育系种子而失去种用价值[6-7]。

本研究中为了评估抗除草剂基因EPSPs在提高杂交水稻品种纯度中的应用潜力，选用抗除草剂恢复系（华84EP-1、华84EP-2、华84EP-3）与4份光温敏核不育系（Y58S、广占63-4S、华1015S、天源6S）和1份红莲细胞质不育系红香2A进行配组，这些杂交组合是在海南陵水的3—4月通过直接剪颖授粉进行配制，此时当地温度波动较大，导致配制的这些杂交组合纯度较低，纯度介于44.9%～52.6%之间（经苗期除草剂抗性鉴定，表2），通过田间喷施除草剂可以在苗期去除假杂种，极大地提高杂交种纯度，这可以通过移栽后小区的整齐度及结实情况得到验证（各小区内植株高矮、花期整齐一致、未出现不育植株，结实正常）。供试杂交组合中，初步筛选出3个杂交组合（天源6S/华84EP-1、红香2A/华84EP-3、华1015S/华84EP-1）的产量优势超过对照10%以上，为进一步客观评价这些组合的综合表现，后面还需多年多点对其品质、生育期、抗性等做出全面的评价，以期筛选出产量高、品质优、抗性强、生育期适宜的强优势杂交组合。