双亲主要性状在低纬高原两系杂交稻高纯高产制种技术中的研究

涂 建,奎丽梅*,黄 平,陈忆昆,董阳均,刘晓利,李华慧,卢义宣,杨 久,张 云,辜琼瑶**,郑相国

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南金瑞种业有限公司，云南 昆明 650217；3.水富县种子管理站，云南 水富 657800；4. 水富县植保站，云南 水富 657800)

双亲主要性状在低纬高原两系杂交稻高纯高产制种技术中的研究

涂 建1,2,奎丽梅1,2*,黄 平1,2,陈忆昆1,董阳均3,刘晓利1,2,李华慧1,2,卢义宣1,2,杨 久1,2,张 云1,辜琼瑶1,2**,郑相国4

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南金瑞种业有限公司，云南 昆明 650217；3.水富县种子管理站，云南 水富 657800；4. 水富县植保站，云南 水富 657800)

以两系杂交籼稻云两优144的亲本为研究对象，在云南水富不同海拔条件下分期播种，明确母本2301S的育性转换规律和父母本的主要性状和生育进程。通过分析双亲在不同海拔条件下的播始历期、主茎叶片数、自交不实率(结实率)等主要性状和生育进程差异，建立了云两优144双亲主要性状回归方程，为云两优144在当地不同海拔条件下梯田制种提供技术指导，同时也为两系杂交稻在低纬高原区域高纯高产制种提供技术参考。

两系杂交稻；制种；育性转换

两系法杂交水稻是中国在水稻杂种优势利用的独特首创，其研究与利用远远走在世界前列，是继矮化育种、三系法育种之后的又一次重大育种技术变革[1-4]。近年来，两系杂交稻发展势头强劲，随着种植面积的逐年扩大，两系法杂交稻在稻米品质提升、产量提高、抗性增强的优势日益凸显。但涉及到两系杂交稻种子生产的安全问题，多年来一直是种子企业考虑的首要因素，也是制约两系法杂交稻成果转化的瓶颈。究其原因，两系杂交稻母本易受环境光温的变化影响引起育性波动自交结实，种子纯度较三系法种子难控制[2,5-6,8]。首先表现在基地的选择较三系严格，两系法制种基地光温条件必须保证两用核不育系的育性表现完全败育；其次是生产上使用的一些不育系临界起点温度较高，或者两用核不育系随着世代的增加而产生的“育性漂变”现象，增加了制种风险。此外，在特殊年份因极端气候因素引起两用核不育系的自交结实使种子纯度不达标[5-6]。因此有必要进一步研究两用核不育系的特征特性，掌握其在不同的生态条件下的育性转换及特性变化规律，对两系杂交稻制种基地和时段的选择至关重要。文章利用两系杂交稻云两优144双亲主要性状在不同生态条件下的表现规律，确定在云南低纬高原梯田制种的适宜区域与最佳时段，为两系法杂交稻制种基地和时段的选择以及安全高效制种技术的建立提供科学依据，充分合理利用低纬高原梯田的气候资源，避免盲目制种造成重大损失。

1 材料与方法

1.1 试验材料

两系杂交稻组合云两优144父母本。母本两用核不育系2301S是安徽省农业科学院选育[7]，父本云R144是云南省农科院粮作所自育的优质强恢复系。

1.2 试验地点

云南省水富县向家坝镇的3个试验点，分别为海拔300 m的上坝、海拔500 m的香泉和海拔700 m的永安。水富地处四川盆地的西南缘与云贵高原过渡的阶梯山区梯形田块地带，随着梯形田的层叠上升海拔逐渐升高，属于低纬高原生态区域，具有典型的低海拔中山深丘亚热带季风气候地区，水稻抽穗扬花至收获期日均温27 ℃左右，日均最高温32 ℃左右，日均最低温24 ℃左右，降雨量350 mm左右，空气相对湿度80 %～90 %，各项指标均宜于杂交稻制种。

1.3 试验方法

2009-2014年期间分别在3个不同海拔试验点下对试验材料进行分期播种、移栽。播种从3月25日始至6月3日止共设8个播期，每10 d为1期。秧龄30 d，每试验点每期每材料单粒种移栽50株，栽插规格为16.7 cm×20 cm。始穗后对母本每2 d套袋1次，套袋分布于群体主穗与分蘖穗中，每试验点每个材料每期不少于50个袋，成熟收取套袋穗室内考种考察穗颖花数、穗长和自交不实率。同时父本随机取样进行室内考种，考察穗颖花数、穗长和结实率。对考种结果作同一试点下不同播期间的横向分析，相同播期下作不同试点间的纵向分析。

表1 云两优144双亲主要农艺性状

表2 2301S在不同生态条件分期播种自交不实率方差分析

注：** 相关显著水平0.01。

Notes：** meant significance at the 0.01 level.

2 结果与分析

2.1 不同生态条件分期播种对云两优144双亲主要性状的处理效应

不同海拔条件下亲本分期播种，其主要农艺性状如表1。亲本2301S和云R144相同播期时随海拔上升，播始历期增加，相同海拔时随播期推迟，播始历期减少。分蘖率随海拔的上升和播期的推迟而降低；海拔由300 m上升至700 m，亲本穗长变短、颖花数减少、母本2301S自交不实率和父本云R144结实率降低。在不同海拔不同播期中，主茎叶片数变幅不大。

2.2 两用核不育系2301S的育性表达及生态适应性

2.2.1 两用核不育系2301S在不同海拔条件下分期播种的育性表达规律 表1显示，2301S在海拔上升时，平均自交不实率呈下降趋势，当播期推迟时，平均自交不实率呈先升后降态势。经方差分析所示(表2)，海拔对自交不实率的影响呈极显著差异，播期对自交不实率的影响差异不显著，说明2301S自交不实率受海拔的影响较大，而受播期的影响较小。经处理间的多重比较(表3、表4)显示，在5 %水平上，自交不实率在海拔300、500 m分别与海拔700 m达显著差异；在1 %水平上，自交不实率海拔300 m与海拔700 m差异达极显著，海拔500 m分别与海拔300、700 m显示相关但不显著。在播期上，除3月25日播期与5月14日达5 %显著差异外，其余播期间均呈相关不显著，在1 %水平均无极显著差异。

表3 2301S在不同海拔下自交不实率差异性分析

Table 3 The difference analysis of 2301S fertility rate under different altitudes

变量Variables均值Mean显著水平Significantlevel5%1%300m99.95aA500m99.84aAB700m99.64bB

2.2.2 两用核不育系2301S育性稳定性分析 以300 m海拔为0，每上升100 m为1个单位，经回归分析，海拔与自交不实率的回归方程为Y= 99.97-0.08X1(r=-0.59**)；以3月25日播期为0，每推迟10 d为1个播期，播期与自交不实率的回归方程为Y= 99.73+0.002X1(r=0.26)；可知，2301S自交不实率与海拔间呈负相关显著性关系，与播期呈正相关不显著关系。即从海拔300～700 m，海拔每上升100 m，自交不实率下降0.08个百分点，为直观起见，绘制2301S在不同海拔分播期的自交不实率柱形图(图1)所示，2301S自交不实率在海拔700 m波动较大，在3个海拔中变幅为±0.22 %，在海拔300、500 m 2个试点，自交不实率变幅极差为0.37，在海拔700 m点自交不实率变幅极差为0.79，高海拔试点的自交不实率波动幅度明显大于低海拔试点。

表4 2301S在不同播期间自交不实率差异性分析

Table 4 The difference analysis of 2301S fertility rate at different sowing times

变量Variables均值Mean显著水平Significantlevel5%1%5/1499.99aA4/1499.92abA4/2499.88abA5/2499.86abA6/399.78abA5/499.71abA4/499.69abA3/2599.62bA

图1 2301S在不同海拔与播期下的平均不育率Fig.1 Sterile rate of 2301S under different altitude and sowing phase

2.2.3 两用核不育系2301S安全适宜制种地点、播期的选择 生产制种过程中，海拔300 m 4月4日后的播期2301S自交不实率均在99.9 %以上较为稳定。海拔500 m从4月14日后的播期2301S自交不实率均在99.82 %以上，而在海拔700 m 2301S自交不实率出现了3个自交不实率极低点，分别为4月14日、5月4日和6月3日，波动较大。5月24日后的播期杂交种子成熟期在9月后，该时期为当地典型的梅雨天气，连日的阴雨天气易诱发种子穗萌导致质量难以保证，因而2301S在当地的生产制种，海拔应该控制在500 m以下，播期上应该选择4月14日至5月24日前。

2.3 双亲主要性状分析

2.3.1 双亲主要性状与海拔、播期的相关分析 表5显示，海拔对双亲播始历期、主茎叶片、分蘖力无显著相关，对2301S的自交不实率、颖花数及穗长性状呈极显著负相关，对云R144的结实率呈显著负相关；播期对双亲颖花数、穗长性状无显著相关，对播始历期、分蘖力呈极显著负相关，对主茎叶片呈显著负相关；播期对2301S自交不实率的影响呈无显著相关，但对云R144结实率的影响呈极显著负相关。海拔对双亲性状的极显著差异相关程度为2301S颖花数(︱-0.825︱)>云R144颖花数(︱-0.706︱)；2301S穗长(︱-0.826︱)>云R144穗长(︱-0.587︱)；播期对双亲性状的极显著差异相关程度在播始历期上变化不大，主茎叶片上显著差异相关程度变化也不大，播期对分蘖的极显著差异相关程度为2301S(︱-0.602︱)<云R144(︱-0.830︱)。表明海拔对颖花数、穗长、母本自交不实率、父本结实率的影响较大，播期对播始历期、主茎叶片、分蘖率及父本结实率的影响较大。

2.3.2 海拔、播期变化与双亲主要性状的回归分析 以海拔300 m为0，每上升100 m为1个单位，以3月25日为0，每推迟10 d为1个播期。如表6所示，在相同海拔条件下，亲本播期与播始历期达极显著负相关，当播期每推迟10 d，2301S和云R144播始历期相应缩短4.3和4.4 d。同一播期下，海拔与播始历期呈极显著正相关，海拔每上升100 m，播始历期相应增加1.75和1.63 d；海拔与播期的变化对主茎叶片影响不大，主茎叶片在海拔与播期间无显著性差异；分蘖数分别与海拔、播期呈负相关达极显著差异，同一海拔下，随着播期的推迟2301S和云R144分蘖数减少；2301S自交不实率与播期无显著性差异，r(y,x2)=0.32，与海拔呈显著负相关，海拔每上升100 m，自交不实率下降0.08个百分点，随着海拔的升高和播期的推迟云R144结实率降低，结实率的变化与海拔和播期呈极显著相关；2301S颖花数与海拔、播期间的回归关系达极显著性差异，海拔升高颖花数减少，颖花数与播期的变化差异不显著，云R144颖花数与海拔与播期的变化呈极显著相关，随着海拔的升高和播期的推迟，颖花数在减少，海拔对颖花数的影响达极显著相关，r(y,x1)=-0.71**，而播期的变化对颖花数的影响差异不显著，r(y,x2)=-0.13；2301S和云R144的穗长与海拔呈显著性负相关，相关系数分别为r(y,x1)=-0.83**、r(y,x1)=-0.59**；与播期无显著性差异，相关系数分别为r(y,x2)=0.13、r(y,x2)=-0.13。随海拔升高，双亲穗长变短，随播期推迟，2301S穗长微增，云R144穗长微减。表5～6显示，在作亲本生育进程预测时，播始历期分别受海拔因素和播期因素的影响，主茎叶片数不受海拔影响，受播期的影响也甚微，因此，在实际制种生产中，以主茎叶片数为主，结合播始历期预测亲本生育进程是准确可行的。

表5 主要性状与海拔、播期的相关系数

注：** 相关显著水平0.01;* 相关显著水平0.05。

Notes:** meant significance at the 0.01 level; * meant significance at the 0.05 level.

表6 云两优144双亲特征特性相关性分析

3 讨 论

3.1 适宜基地的选择与适时播种是保证两系杂交稻制种成功的先决条件

基地对两系杂交稻制种的影响主要表现在基地气候因素上，而影响气候因素的空间要素较复杂，诸如不同生态区域(经纬度)、海拔差异、山体与水体等。温度变化主要来自于海拔差异，海拔升高温度降低。水富丘陵山区较多，地形小气候十分明显，水稻田块在不同海拔高度均有分布，日均温高海拔地区较低海拔低，随着海拔的升高，两系杂交稻制种风险明显加大。因此判断局部区域能否适宜两系法杂交稻制种，首先要看该地点的光温条件是否能够满足两用核不育系的不育表达条件，大于临界起点温度的时期能否在30 d以上[8-10,12-13]。本试验3个海拔点平面直线距离不超过10 km，在同一纬度下无日长差异，自然生态环境的差异主要是海拔高度差异引起的温差效应，随着海拔的升高，当温度低于两用核不育系育性转换临界起点温度时，两用核不育系将从不育转为可育。因此，选择制种基地，当两用核不育系的临界光长得到满足，则首先要满足两用核不育系在育性敏感期的外界温度不能低于其本身临界起点温度，适宜两系制种的海拔高度就有一定的限制。本试验2301S从空间看，当海拔高于500 m时，其育性波动较大，制种生产存在一定的潜在风险；从时间段看，随着播期的推迟，自交不实率呈现先升后降趋势，选择试验中末尾时段播种对制种存在潜在风险，从时空上综合来看，“云两优144”在当地制种，海拔应控制在500 m以下，选择4月14日至5月24日播种，保证7月中旬后至8月上旬抽穗，这样的制种时空选择较为理想。

3.2 充分利用双亲主要性状辅助两系杂交稻高纯高产制种

两系杂交稻高纯高产制种技术是一项集栽培、两用核不育系育性调控、双亲生理协调运筹的综合运用技术。父母本花期相遇与否与杂交水稻制种产量高低直接相关，能及时、准确地预测花期是制种生产最重要也是难度最大的一项工作。生产上预测花期的方法很多，有辅助播期对应叶龄法、回归方程法、叶龄余数法、叶龄指数法、幼穗剥查法、播始历期推算法、出叶间隔法等[13-16]。这些方法对同一环境条件下的花期预测十分必要，而对于像云南水富这种山区梯田而言，在不同海拔条件下由于生态差异，双亲随着环境的改变主要性状变异不尽一致，其生育进程不同步，对同一组合而言，单一的播差期在不同生态条件下不能保证花期相遇良好。通过不同生态条件下多播期试验，根据双亲主要农艺性状的变异规律，建立起双亲主要性状与海拔、播期间的回归方程，能有效地对同一组合在不同生态条件下制种的适宜区域选择、花期预测、亲本播差期确定、高产群体构建提供指导。如通过云两优144双亲回归方程表6可知，海拔每上升100 m，2301S自交不实率下降0.08个百分点，海拔上升到500 m时，自交不实率相应低于99.5 %，制种将存在很大风险，种子纯度难以保证；当播期固定时，海拔每上升100 m，2301S播始历期增加1.75 d，而云R144播始历期增加1.63 d，母本播始历期增加值大于父本，因此，当制种区域海拔上升时，父母本的差期应相应缩小。总之，在不同生态条件下进行两系杂交稻制种时，根据双亲主要性状的回归方程，首先应考虑适宜区域的选择，其次确定不同海拔点的播差期、花期以及高纯高效的群体结构。在组合的主要性状间，不管受何种因素的影响，其性状之间的相互制约，最终都能在质量和产量上达到一个平衡的合理结构。因此，建立双亲主要性状在不同生态条件下的回归方程这样一套科学预测花期的辅助机制，能为两系杂交稻制种提供第一手参考材料，有助于两系杂交稻在不同生态条件下高纯高产制种。

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(责任编辑 王家银)

Study on Main Traits of Parents of Two-line Rice Hybrid Variety ‘Yunliangyou144’ in Techniques of High Yield and High Purity Seed Production in Low Latitude Plateau

TU Jian1,2, KUI Li-mei1,2*, HUANG Ping1,2, CHEN Yi-kun1, DONG Yang-jun3, LIU Xiao-li1,2, LI Hua-hui1,2,LU Yi-xuan1,2, YANG Jiu1,2,ZHANG Yun1, GU Qiong-yao1,2**, ZHENG Xiang-guo4

(1. Food Crops Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Kunming 650205, China; 2.Yunnan Jinrui Seed Industry Co., Ltd，Yunnan Kunming 650217, China；3.Shuifu Seed Station, Yunnan Shuifu 657800, China；4.Shuifu Plant Protection Station,Yunnan Shuifu 657800,China)

Using the parants of two-line hybrid indica rice varieties ‘yunliangyou144’ as the research object, fertility transformation rule of female parents 2301S and the maintraits and reproductive process of parents were studied at different soving time in different ecological conditions in Shuifu county of Yunnan province. Through the analysis of the difference of parents main properties, such as duration from seeding to heading, main stem leaf number, fertility rate (setting) in different ecological conditions, the ‘yunliangyou144’ parents regression equation of the main characters was set up, which provided technical guidance of ‘yunliangyou144’ under different ecological conditions in the local terraces breeding and also provided technical reference of two-line hybrid rice in high purity and high yield breeding in low latitude plateau area.

Two-line hybrid rice; Hybrid seed production; Fertility alteration

1001-4829(2016)12-2774-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.002

2015-01-23

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-01-81);云南省院省校科技合作专项(2012IB007);云南省重点新产品开发计划(2013BB004)

涂 建(1974-), 男, 云南镇雄人,研究员，从事杂交水稻遗传育种研究工作,E-mail:yn.tujian.2008@163.com，*为共同第一作者，**为通讯作者，E-mail：qiongyaogu413@163.com。

S511

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