1. 引言
水稻是世界上最主要的粮食作物之一，在全球，中国是最大的水稻生产消费国。从中国的中长期看，我国的种植面积是持续缺少的，且农村劳动力的转移就业和农业劳动力素质结构性的下降，以及城市化进程的加速，我国人口的不断增长和人民生活水平的提高将直接导致对于粮食需求的不断增加 [1] ，全方面提高水稻产量，选育优质和高产量的水稻品质是确保粮食供应的重要保障。
水稻两系不育系15HS1是湖南农业大学朱旭东副教授用Y58S与引进的常规粳稻品种杂交，经4年8代选育的一个新两系不育系，该两系不育系具有育性转化温度低，自然繁殖产量高等特点。为研究15HS1的特征特性，本研究将对其农艺性状、育性转换温度、以及异交特性进行研究，为该两系不育系在生产上的应用提供理论指导。
2. 材料与方法
2.1. 试验材料
两系不育系15HS1和恢复系R899由湖南农业大学农学院朱旭东副教授提供，对照龙S由湖南农业大学农学院刘建丰教授提供，Y58S由湖南隆平种业有限公司提供。
2.2. 试验设计
试验于2017年12月~2018年4月在海南省三亚市海棠区海腾湾镇湖南农业大学海南南繁基地，2~4月平均气温为23℃，最高温度为30.5℃，长日照条件；2018年5月~10月在湖南省长沙县长安村朱旭东课题组科研基地进行，7~9月平均气温为26℃，最高气温为39.5℃，长日照条件。两个不育系材料均分为12期播种，每5天播1期，15HS1和龙S于2017年11月30日在海南播种第1期，15HS1和Y58S在长沙于5月26日播种第一期。5~6叶时移栽，每期种植100株，单本种植，种植密度为16.7 cm × 20 cm，采取常规的田间管理。
2.3. 试验方法
2.3.1. 农艺性状
记载各供材料的播种期和始穗期，计算播始历期。材料进行移栽后，选定5株水稻，用红色的记号笔记载叶龄以及分蘖数，每3 d调查1次。齐穗期时，选取该材料具有代表性的5株，利用测量工具，测量剑叶；剑叶夹角、以及倒二叶和倒三叶的长、宽和株高。
2.3.2. 育性转换温度
实验材料主茎在进入幼穗分化的第5~6期前，将植株从大田移植合适的盆钵中，每个试验材料为8盆，每盆放入2~3个单株，移入人控低温冷水池中处理6 d [2] 。试验设22.5℃、23℃、23.5℃和24℃四个温度值，每蔸取3穗，每穗取上、中、下3个小穗的花粉进行镜检，观察花粉染色情况。
2.3.3. 异交特性
群体抽穗动态：对已见穗5%的50株群体按225 g/hm2的剂量喷施赤霉素，选代表性的10株，记载其抽穗数，一直到所有的稻穗全部抽出，再进行见穗齐穗历期的计算。花时动态观察：不育系始花后，选取已见穗的5个穗子，从早上7:00至傍晚18:30，用红色的防水签字笔标记，每隔30 min记载一次颖花的增开数和即时的张开数；再用电子游标卡尺测量张颖角度，取平均值并记录其张颖历时，连续观察记载5天。柱头性状表现：群体开花后，选代表性3株记载从始花至终花期的每日开花量，并观察其柱头外露的情况，最后计算其柱头外露率；在开花的当天，取10朵当天开花的颖花用电子游标卡尺，测量其柱头的长和直径，重复3次，取其平均值。按下列公式计算柱头面积和体积 [3] 。
① 柱头面积 = 柱头长(A) × 柱头宽(E)。
② 柱头体积 = πA(E/2)2。
柱头活力的测定：盛花期时，取已开始抽穗开花的15HS1和Y58S，所取蔸数必须保证能套16个杂交袋，剪去已开花的和当天不会开花的，套好袋，每2~3穗套1袋，并封口，共8组，每两袋为一组，从当日起以R899为父本，对其进行人工授粉并封袋，连续8 d，对照Y58S以同等方式来操作。15HS1和对照Y58S的结实率在15天后授粉后进行观察并记录，即表示为柱头活力，计算出其柱头活力，开花后的第2~4天和开花第一天的柱头活力系数之比。
计算公式：柱头活力系数 = V1/(V2+V3+V4) [4]
其中V1表示开花当天柱头活力，V2、V3和V4分别表示开花第2、3和4 d柱头活力。
异交结实率测定：将与父本R899花期相遇良好的15HS1和Y58S放入父本中，进行杂交，始穗后喷施适量的赤霉素，从始花到终花期间，每天上午10:00~11:00进行人工授粉，在停止授粉后待成熟时进行考察结实情况，计算其异交结实率。
3. 结果分析
3.1. 农艺性状
3.1.1. 主茎叶数及分蘖数
在长沙地区，15HS1的播始历期比对照Y58S的播始历期短5 d；与主茎叶片与对照无明显差异，15HS1与对照Y58S的主茎叶数和分蘖能力相当，而15HS1播始历期较Y58S短(见表1)。
Table 1. Fertility period, leaf number and tiller number of 15HS1 and Y58S (CK)
表1. 15HS1与Y58S (CK)的生育期、叶片数及分蘖数
3.1.2. 株叶形态
水稻株型受叶片形态的影响，其上部三叶是水稻进行光合作用的重要的场所也是水稻高效叶 [5] [6] 。15HS1剑叶和倒二叶长度显著短于对照，剑叶和倒二叶宽度宽于对照Y58S，15HS1的剑叶夹角与对照Y58S差异不明显(见表2)。
水稻倒伏是影响株高的重要因素，为进一步提高单产应适当增加植株的高度，但实际上株高越高则重心越高，水稻倒伏的可能性就会增加 [7] [8] 。15HS1的株高比对照Y58S矮、倒二和倒三3节均比对照Y58S短，倒一节长比对照Y58S略长(表2)。15HS1株高较矮，倒二和倒三节间短，有利于抗倒伏。
Table 2. Morphological characteristics of 15HS1 and Y58S
表2. 15HS1与Y58S形态特征
3.2. 育性转换温度
两系不育系决定制种的安全性最重要的原因之一是不育系的起点温度 [9] ，不育系的起点温度越低，其制种风险就越小。15HS1和对照Y58S幼穗分化进行第5期时，在22.5℃、23℃、23.5℃、24℃ 4个冷水池中，15HS1和对照Y58S每个池各放5蔸，处理6 d，15HS1育性转换温度在23℃左右，Y58S的育性起点温度在23℃以下。
3.3. 异交特性
3.3.1. 群体抽穗与花期动态
本试验中，6月1日在长沙播种的15HS1，于8月19日始穗，15HS1在见穗后的前3 d抽穗率较低占总抽穗率的6.8%；8月22~23日是抽穗的高峰期，抽穗率达46%，群体见穗至完穗期为10 d。15HS1的全花期约为12 d，见穗后的3 d内其开花量较低只占总开花率的0.5%，在第6 d起进入了开花的高峰期，持续5 d，开花量占总开花量的74.7%，此后2 d为末花期，占总开花量的19.9% (见图1)；对照Y58S在见穗第1 d开花，见穗后前3 d开花量占总开花率54.26%，在第2 d起进入开花高峰期，持续4 d，占总开花量的85.71%，此后2 d为末花期，占总开花量的10.85% (见图1)。上述结果表明，15HS1在长沙的开花其较为集中，开花盛期与抽穗盛期相差3 d。在制种过程中，为获得更高的制种产量，可在父母本花期相遇良好的时间段提高异交结实率。
Figure 1. Flowering rate of 15HS1 and Y58S (CK) (%)
图1. 15HS1与Y58S (CK)的开花率(%)
15HS1在海南三亚于1月9日播种，于3月30日始穗穗，见穗后前3 d抽穗率较低仅为10.09%。4月2~5日为抽穗高峰期，抽穗率达59.24%，群体见穗至完穗期为7 d。15HS1全花期为10 d，见穗的4 d内开花量较低只占总开花率的12.2%，在第5 d起进入开花高峰期，持续3 d，开花量占总开花率的65.17%，此后3 d为末花期，占总开花量的22.23% (见图2)；对照龙S于4月2日见穗，见穗前3 d开花量较低只占总开花量的4.55%，在第4 d起进入开花高峰期，持续4 d，开花量达总开花量的59.98%，此后的2 d为开花末期，占总开花率的35.34% (见图2)上述结果表明15HS1在海南的开花期较为集中，其开花盛期和抽穗高峰期相差3 d。在制种过程中，为获得更高的制种产量，可在父母本花期相遇良好的时间段提高异交结实率。
Figure 2. Flowering rate of 15HS1 and LongS (CK) (%)
图2. 15HS1与龙S (CK)的开花率(%)
3.3.2. 花时动态
在长沙8月21~30日连续观察发现，该不育系的花时较早，从早上7:00开始已有开花，午前开花率较高从上午10:30~12:30为开花的高峰期，占一天总开花数的51.18%，午前开花率为53.78% (见表1)。8月中旬长沙地区的气温较高，花期基本集中在午前开放，至下午15:00之后开花数明显减少，在制种过程中，人工授粉作业宜在午前的10:30和11:30各进行一次，能够有效的提升母本授粉的几率，从而提高制种的产量。
经过连续观察发现，15HS1的颖花张颖历时在60~240 min之间，占总张颖颖花的52.01%，少量颖花张颖时间不足90 min，极个别的颖花张颖时间超过270 min，且47%的颖花不闭合。有研究发现，自然环境、生理原因等因素都会导致颖花开放后无法闭合 [10] 。
在海南三亚4月2日观察发现，15HS1的花时较早，从上午8:00开始已陆续开花，上午11:00至中午13:00为开花高峰期，占一天总开花数的65.17%，午前开花率为67.76% (见图3)。4月份海南地区气温较高，花期基本较为集中在午前开放，到下午15:00之后开花数量基本减少，因此在海南制种过程中，人工授粉作业宜在午前的11:00和12:00各进行一次，能有效提升其母本的授粉几率，从而提高制种的产量。
经过观察由图3发现，该不育系的颖花张颖历时在60~120 min之间，占总张颖颖花的89.76%，少数颖花张颖时间不足60 min，还有4.4%的颖花不闭合。
Figure 3. 15HS1 Flower time flowering rate in Changsha and Hainan (%)
图3. 15HS1长沙地区与海南地区的花时开花率(%)
3.3.3. 柱头性状表现
15HS1柱头外露率为91.75%，其中单边外露率36.44%，双边外露率55.49%。Y58S的柱头外露率为84.77%，其中单边外露率39.22%，双边外露率45.56% (见表3)。15HS1的柱头外露率高于Y58S。
15HS1柱头的长、宽、面积、体积分别为1.20 mm、0.47 mm、0.56 mm2、0.15 mm3。Y58S (CK)柱头的长、宽、面积、体积分别为1.24 mm、0.4 mm、0.49 mm2、0.10 mm3 (见表3)。15HS1分别比对照短0.04 mm、宽0.07 mm、0.07 mm2和0.05 mm2。15HS1的柱头略大于对照Y58S的柱头，接受父本花粉的几率比Y58S大，对异交结实有利。
Table 3. The stigma characteristics of 15HS1 and Y58S
表3. 15HS1和Y58S的柱头特征
3.3.4. 柱头活力的测定
15HS1开花当天的柱头活力最高，为44.67%。随着开花天数的增加，其柱头活力逐渐降低，开花前3 d的降低幅度不大，而在第3 d柱头活力仍达31.92%。第4 d柱头活力开始降低，为18.61%。在第6 d柱头活力大幅度下降，在第7 d仍然保持一些活力值，为1.35%。Y58S (CK)柱头活力最高为42.39%，与15HS1相同在第4 d开始活力值开始降低，为13.11%，第7 d柱头活力为1.03%。15HS1的柱头活力系数为2.1，Y58S的柱头活力系数为2.4 (见表4)说明15HS1的柱头活力下降的速度慢于对照Y58S。
Table 4. Comparison of stigma activity between 15HS1 and Y58S
表4. 15HS1和Y58S的柱头活力比较
3.3.5. 异交结实率测定
利用不育系与父本R899花期相遇良好的15HS1和Y58S杂交，测定异交结实率。15HS1的结实率为28.37%，Y58S的结实率为38.83%，与同一父本的异交结实率Y58S比15HS1高10.46% (见表5)。15HS1异交结实率低于对照，主要原因可能是抽穗期高温致使其开颖率较高，从而影响异交结实。
Table 5. The cross crossing ratio of 15HS1 and Y58S with unified parent
表5. 15HS1和Y58S与统一父本的异交结实率
4. 小结与讨论
本研究结果表明，15HS1的农艺性状与异交特性具有以下特点：其一，15HS1分蘖能力强，株型紧凑、植株较矮。其二，15HS1群体抽穗快、整齐，具有明显的抽穗高峰期；花时早，午前开花率达53.78%，盛花期在10:30~12:30，在制种的过程中，在正常的气温条件下，人工赶粉作业宜安排在10:30~11:30之间进行，能有效地提高母本的授粉几率，从而提高异交结实率。其三，15HS1与Y58S比较柱头大、柱头外露率高。15HS1柱头外露率为91.93%，其中双边外露率达55.49%，高柱头外露率可以提高在制种时柱头接受花粉的概率；同时，高的柱头活力也是高产制种的有利条件，研究表明，15HS1柱头具有活力系数大，活性维持长的特点，其开花当天的柱头活力为44.67%，活力系数为2.1，要低于对照Y58S，说明15HS1柱头活力下降的速度慢于对照Y58S。15HS1的异交结实率为28.37%，低于Y58S，其主要原因是因为抽穗期高温导致15HS1颖花不闭合，在长沙地区的裂颖率高达47%，这是该不育系一个致命的缺点，因此，该不育系还有待进一步改良，在保留其优点的基础上，降低其裂颖率。
NOTES
*通讯作者。