肖人鹏　唐永群　刘强明　姚雄　张现伟　张巫军　段秀建　李经勇

摘要：[目的]研究高温伏旱与籼粳型水稻不育系开花习性的关系，并鉴定高温伏旱条件下具有良好开花习性的籼粳型水稻不育系，为新选系的应用和地方种质的进一步改良提供理论依据。[方法]以5个偏粳型和5个偏籼型的籼粳型水稻不育系材料为研究对象，通过大田分期播种，使各参试材料开花期遭遇自然高温伏旱，通过调查单穗开花花时动态、单穗和单株开花历期及柱头外露率等指标对参试材料进行综合评价。[结果]参试材料间开花习性差异明显；在高温伏旱条件下，材料类型是导致开花习性差异的主要因子；其中6466A、6474A、805A和650A等4个不育系具有开花高峰期较早、单穗和单株开花历期较长、柱头外露率较高、柱头生活力高等优点。6466A开花高峰期集中在10：31-12：00，较G46A提前1.5h；6474A的柱头外露率较高，达78.16%；650A的单株开花历期最长，达17.2d；805A的柱头生活力较高，且可保持时间较长。[结论]不育系6466A、6474A、805A和650A在高温伏旱条件下表现出较好的开花习性，可作为高温伏旱下育种的选育亲本，或在种质资源改良中加以利用。

关键词：水稻；籼粳型不育系；高温伏旱；开花习性

中图分类号：S511.01 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）11-1954-07

0引言

[研究意义]随着全球气温变暖，近年来高温热害呈增加趋势（贺晋云等，2011）。抽穗扬花与灌浆结实是水稻的两个高温敏感期，这两个时期遭遇高温伏旱会引起花粉活力降低，导致水稻严重减产并降低稻米品质（Matsui and Omasa，2002；Coast eta1.，2015）。加强耐热性强的作物品种筛选，是抵御高温灾害的最有效措施（段骅和杨建昌，2012）。水稻籼粳亚种问杂交在提高产量、改善稻米品质和提高水稻抗逆性等方面具有较强优势（宋昕蔚等，2016），但粳型不育系与籼型不育系在开花习性等方面的差异导致籼粳杂交稻发展缓慢。因此，探明高温伏旱与水稻不育系开花习性的关系并培育新的具有优良开花习性的籼粳型水稻不育系，对促进籼粳杂交稻发展及水稻抗逆研究具有重要意义。[前人研究进展]前人对耐热型高产优质水稻的选育及温度气候对水稻开花习性影响的研究较少。戴红燕等（2006）对凉山州高原粳稻在自然环境中的开花习性进行研究，结果表明，其开花时间主要集中在12：00-16：00，水稻开花与颖壳内湿度、田间温度和生态区关系密切。陶龙兴等（2008）采用人工设计极值高温（40℃）对国稻6号的开花结实习性进行研究，发现高温可导致花时分散、初花量增加及花时向后延长。张桂莲等（2012）利用人工气候箱在水稻抽穗开花期对2个耐热性不同的早稻品种进行不同高温处理，研究高温胁迫对水稻开花习性和结实率的影响，结果表明，随着胁迫温度的升高，早稻日开花数减少，开颖角度减小，花粉粒直径增大。徐小健等（2014）利用人工气候室对在水稻抽穗期进行高温胁迫，发现水稻在高温胁迫下开花历期缩短、峰值降低、花药开裂受阻、花粉活力下降，柱头活力降低。周建霞等（2014）采用人工气候箱在水稻抽穗开花期进行38℃高温胁迫处理，研究高温下颖花开放特性对受精率的影响，结果表明，高温下水稻花时提前，且高温处理时间延长使水稻受精率下降。徐富贤等（2015）以50个杂交中稻组合为材料，通过大田分期播种与智能人工气候室控温，研究杂交组合开花期的耐高温特性与库源性状及开花习性的关系，指出耐高溫能力的差异来自花时，可将水稻开花习性和库源比作为鉴定避高温伤害能力的重要指标。[本研究切入点]前人关于高温对水稻开花习性的研究多为模拟高温干旱条件，在自然环境下的研究较少，尤其对自然高温伏旱条件下籼粳型水稻不育系与开花习性的关系未见系统评价。[拟解决的关键问题]近年来，渝优水稻团队利用陈温福院士课题组育成的系列北方常规粳稻作亲本，育成了一系列偏粳型与偏籼型的籼粳型水稻不育系材料。本研究通过观察比较适宜高温伏旱条件的10个籼粳型水稻不育系材料的开花习性，旨在探讨高温伏旱与籼粳型水稻不育系开花习性的关系，为耐热优质高产籼粳杂交水稻品种的选育提供材料。

1材料与方法

1.1试验材料

以配组品种较多、应用面积较广的Ⅱ-32A、G46A和重庆市农业科学院再生稻研究中心渝优水稻团队创建的5份偏粳型及3份偏籼型不育系为试验材料，2015年重庆正季对各试验材料进行籼粳型鉴定及抽穗期情况调查（表1）。

1.2试验方法

于2016年正季在重庆市永川区双竹镇重庆市农业科学院渝西作物试验站（东经105°54′38″，北纬29°14′54″）进行试验，试验地海拔280m。参试不育系材料自3月23日开始，每7d播种1期，共播种5期（播种日期分别为3月23日、3月30日、4月6日、4月13日和4月20日）。抽穗期参照张桂莲等（2012）、肖人鹏等（2014）的方法调查测定单穗开花花时动态，单株、单穗开花历期，单穗日开花动态（各时间段开花数占日开花总数的百分比），颖花开颖角度、颖间距和开颖至闭颖时间，柱头生活力，包颈长度、包颈率和柱头外露率等指标。整个生育期的实时气温（T）和相对湿度（RH）等气象信息由重庆市永川区气象站设在本试验站田间的气象监测仪监测获得。

1.3测定项目及方法

（1）单穗开花花时动态。进入盛花期时，每个材料随机抽取同期开花的10个单株，每株选取1个已抽出1/3左右的单穗，剪掉已开的颖花并挂牌，次日（6月29日）调查9：00-16：30的颖花张开数。按9：01-9：30、9：31-10：00、10：01-10：30、10：31-11：00、11：01-11：30、11：31-12：00、12：01-12：30、12：31-13：00、13：01-13：30、13：31-14：00、14：01-14：30、14：31-15：00、15：01～15：30、15：31-16：00和16：01-16：30共15个时段，采用剪颖计数法，分别调查张开的颖花数，取10穗平均值并计算逐时平均开花百分率。

（2）单株、单穗开花历期调查。进入始穗期时，每个材料随机抽取同期开花的10个单株，每株选取主穗挂牌，次日（6月29日）起观察各穗从第一朵颖花开放至终花的天数，10个主穗的平均值即为单穗开花历期；进入始穗期时，每个材料随机抽取同期开花的10个单株挂牌，次日（6月29日）起调查10个单株的开花持续天数，即从见穗期第一朵颖花开花开始至终花期，取其平均值即为单株开花历期。

（3）单穗日开花动态调查。进入始穗期时，每个材料随机抽取同期开花的10个单株，每株选取1个单穗挂牌，次日（7月1日）起每天下午开花结束后根据颖花内花药的有无或排列状况（整齐或散乱），记录各穗当天开花数目，并剪去已开颖花，直至单穗开花结束，统计逐日开花百分率。

（4）颖花开颖角度、颖间距和开颖至闭颖的时间调查。进入盛花期（7月1日）时，每个材料随机抽取10朵即将开放的颖花，用墨水在颖壳上标记。在尽量不改变其自然生长态势的条件下，从10：30开始，每隔15min观察1次，记录每朵颖花从开到闭的时间，并在颖花张开后，每隔15min测量1次开颖角度和颖尖间距，至开颖角从大变小为止，以开颖角最大的1次代表该颖花的开颖角度和颖间距，取其平均值。

（5）柱头生活力研究。进入盛花期（7月1日）时，每个材料随机抽取同期开花的7个单株，每株选取2个已抽出1/3左右的单穗，剪去已经开花和下部幼嫩的颖花，留下当天开花的200个颖花，剪颖并套袋防止外来花粉异交，自当天起，每天上午对各不育系充分大量饱和授粉，连续授粉7d，25d后调查不同时间授粉稻穗的异交结实率，用异交结实率的变化衡量柱头活力。

（6）包颈长度、包颈率和柱头外露率。进入终花期（7月14日）时，每个材料随机取10个稻穗，先将稻穗上的颖花分成伸出剑叶叶鞘外和包在叶鞘内的两部分，测定包颈长度，并计算半包颈率和全包颈率，以包在叶鞘内的颖花数除以颖花总数，计算包颈粒率，再将叶鞘外的颖花分成柱头双露、柱头单露和柱头不露3部分，分别计算柱头双露率、柱头单露率和柱头总外露率。

柱头双露率（%）=叶鞘外柱头双露颖花数/叶鞘外柱头颖花总数×100

柱头单露率（%）=叶鞘外柱头单露颖花数/叶鞘外柱头颖花总数×100

柱头总外露率（%）=（叶鞘外柱头双露颖花数+叶鞘外柱头单露颖花数）/叶鞘外柱头颖花总数×100

1.4统计分析

试验数据Excel 2010进行整理及制图，利用SPSS 20.0进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1参试材料单穗开花花时动态分析

各材料单穗日开花花时动态及其与温度、相对湿度的动态关系如图1所示。各试验材料均有一个较明显的开花高峰期，主要集中在10：31-14：00。其中Ⅱ-32A的开花高峰期集中在11：31-12：30；与Ⅱ-32A相比，6466A和6477A的开花高峰期明显提前，主要集中在10：31-11：30；6463A和805A的开花高峰期与Ⅱ-32A基本一致；6463A和G46A的开花高峰期则延迟，集中在12：01-14：00（图1-A）。对比偏粳型与偏籼型不育系开花花时动态，发现不育系开花花时动态与籼粳类型相关性不明显，偏粳型不育系有开花高峰期较早的材料，如6466A；偏籼型不育系中也有开花高峰期较晚的材料，如650A。通过对温度和相对湿度的动态分析发现，温度随时间增加而升高，而相对湿度随着时间增加而降低（图1-B）；各试验材料开花花时动态与温度和相对湿度的相关性不明显；其中6466A和6477A的開花高峰期避开了高温时间段。

2.2参试材料单穗、单株开花历期分析

如表2所示，Ⅱ-32A的单穗与单株开花历期分别为6.2和14.1 d，其余不育系的单穗与单株开花历期均长于Ⅱ-32A；其中，805A的单穗开花历期最长，为9.2 d；6463A的单穗开花历期与Ⅱ-32A相当；650A的单株开花历期最长，为17.2d。方差分析结果表明，不育系单穗开花历期在材料问和籼粳亚种问差异极显著（P<0.01，下同），单株开花历期在籼粳亚种问差异显著（P<0.05，下同），但其在各材料间差异不显著（P>0.05，下同）。表明偏粳型不育系可培育出单穗、单株开花历期较长的材料。

2.3参试材料单穗日开花动态分析

从图2-A可看出，参试材料的每日开花量存在差异，其高峰期主要集中在开花第3d前后。Ⅱ-32A开花高峰期在第3d，G46A在开花后的第2d进入开花高峰期，6474A和6477A的开花高峰期在第4d，6474A表现出开花高峰期不明显、花期较分散的特点。对比偏粳型与偏籼型不育系，发现单穗每日开花动态与籼粳类型相关性不明显。从图2-B中分析日平均温度、最高温度（T_max）和最低温度（T_min）可知，7月1-13日，日平均温度为28.7℃，最高温度在第8d，达38.0℃，平均相对湿度为74.6%，各试验材料单穗每日开花动态与日平均温度、最高温度、最低温度和相对湿度的相关性不明显。

2.4参试材料颖花开颖角度、颖间距和开颖时长分析

从表3可看出，与Ⅱ-32A相比，6463A和802A的开颖角度、颖间距较大，易于制种，但6463A的开颖时长较短。6465A的颖间距最短，为3.32mm；各试验组的开颖时间均低于Ⅱ-32A，802A和805A的开颖时间较G46A长。方差分析结果表明，开颖角度在籼粳亚种间差异显著，在材料间差异不显著；颖间距和开颖时长在亚种问差异极显著。

2.5参试材料的穗粒性状及包颈长度、包颈率和柱头外露率分析

从表4可看出，805A的穗长极显著长于Ⅱ-32A；6465A的着粒密度最大，为14.23粒/cm；6477A具有较小的半包颈长度和半包颈率；6474A具有较高的柱头外露率，达78.16%，同时具有较低的包颈粒率，有利于接受外来花粉；6477A的柱头外露率相对较低，但包颈粒率也较低，因此可补偿柱头外露率较低的不足。805A的穗下节长显著高于其他不育系。方差分析结果表明，总穗长、着粒密度、半包颈长度、半包颈率、全包颈长度、全包颈率、双外露率、单外露率和柱头外露率在亚种问差异极显著，穗下节长在亚种问差异不显著。

2.6参试材料柱头生活力分析

由图3-A可看出，6463A、6466A和6477A的柱头生活力在开花第3d最高，6465A和6474A的柱头生活力在开花第2d最高，其余材料均表现为开花当日柱头生活力最高，最高可达39.9%～93.2%。6466A、6474A、650A和805A表现出较强的柱头生活力，下降速度也较缓慢，显著强于Ⅱ-32A；6463A的柱头生活力与Ⅱ-32A相当，但其下降缓慢，故在制种过程中可通过增加赶粉天数获得高产。分析图3-B可知，7月1-7日的平均温度为27.6℃，最高温度在第7d，达36.2℃，平均相对湿度为76.3%，各试验材料柱头生活力与日平均温度、最高温度、最低温度和相对湿度的相关性不明显。

3讨论

影响水稻开花习性的因素主要有品种类型、环境气候和栽培管理方式等，水稻不育系的柱头外露率高，花时、花期相对集中，午前花率高，可增强异交授粉能力和提高制种结实率（林建荣等，2006），因此，选育适宜高温伏旱气候条件下具有花期相对集中、柱头外露率高、活力强并有较长持续天数及开颖角度大且时间较长等开花习性的不育系可为耐热优质高产水稻品种选育提供优质材料（Li et a1.，2009）。本研究利用重庆的自然高温伏旱气候条件，对水稻籼粳型不育系材料的开花习性进行研究，发现各不育系的单穗开花历期、单株开花历期、开颖角度、颖间距、开颖时间和柱头外露率等开花习性在籼粳亚种问的差异达显著或极显著水平，表明材料类型的差异是导致开花习性差异的主要因子。这与徐富贤等（2015）研究表明开花期的耐高温特性因组合不同耐高温能力差异显著的结论一致。具有较大的开颖角度和较强的柱头活力可提高水稻结实率，降低热害指数（徐小健等，2014）。选用花时早且集中的杂交组合，可增强杂交水稻开花期的耐高温能力（徐富贤等，2015）。本研究中各试验材料在高温伏旱下开花花时动态、柱头生活力与温度和相对湿度的相关性不明显，开颖角度在材料间差异不显著，在育种实际应用中可选择开花花时早而集中、柱头生活力强和开颖角度较大的不育系材料提高制种产量，降低高温的影响。陶龙兴等（2008）研究表明，水稻对开花结实期高温胁迫的生理生态适应性表现出被动避热，即花期缩短、花期集中、粒间顶端优势减弱、花时分散及开花峰期峰值下降。本研究中水稻不育系材料也表现出日开花高峰期与单穗每日开花颖花数高峰期避开日最高气温等被动避热适应性的特点。

培育集籼稻与粳稻优良性状于一体的亚种问杂交稻是一种切实可行提高水稻耐高温能力的途径（张洪程等，2013）。本研究利用一系列偏粳型与偏籼型的籼粳型水稻不育系材料进行研究发现，与籼型不育系Ⅱ-32A相比，偏粳型不育系6466A、6474A等具有开花高峰期较早、单穗开花历期较长和柱头外露率较高等优点，可作为籼粳亚种问杂交稻粳型水稻不育系材料，但开颖时间较短，在以后的生产实际应用中可通过增加赶粉天数等措施提高制种产量。

4结论

通过对籼粳型水稻不育系开花习性的研究结果表明，6466A、6474A、805A和650A等4个不育系的開花高峰期较早、单穗开花历期和单株开花历期较长、柱头外露率较高且柱头生活力高，具有较好的开花习性，可作为高温伏旱下籼粳杂交育种的亲本选育，或在种质资源改良中加以利用。

（责任编辑王晖）