两系温光敏杂交水稻制种技术研究

陈 波 范 兵 杨 丹

摘要介绍了两系温光敏杂交水稻制种技术规范和要求,通过广泛实践经验的积累对两系制种的环境因素要求和安全期、制种基地的选择和季节的安排、高产优质制种群体苗穗结构的建立等内容进行了归纳和总结,以为两系制种获得更高的产量和纯度提供合理有效的依据。

关键词温光敏;杂交水稻;制种技术

中图分类号S511文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)22-0059-02

自从1973年石明松在晚粳农垦58发现光温敏核不育株以来,两系杂交水稻在育种和生产上取得了重大突破并被广泛种植推广,其中有着优异表现的两系超级杂交稻两优培九和扬两优6号在产量、品质和抗性上相对三系杂交水稻来说有着不可比拟的优势和前景,米质上很容易达到并超过国标三级,在产量上也很容易配出超亲优势组合,所以目前国家以及省市地级州各个科研单位院所都倾尽全力希望在光温敏核不育系的育种研究上有所突破。目前,已育出一些优秀的光温敏核不育系,如培矮64S、广占63-4S、Y58S、P88S、03S、新安S等,这一批优秀的两系不育系配出了许多在生产上大面积应用和推广的两系组合,为国家粮食增产和农民增收做出了重大的贡献。但是两系杂交水稻受到光照、温度等环境因素的影响,在制种的安全性上有很大风险,因此,为了保证两系杂交水稻种子的产量和纯度,两系杂交水稻制种技术建立了不同于三系杂交水稻的要求和规范,现将其介绍如下。

1两系杂交水稻制种的环境因素要求和安全期

1.1光温敏核不育系育性表达对环境因素的要求

严格来说,目前生产上应用的两系不育系还没有完全光敏性的核不育系,温敏性的不育系主要有培矮64S、广占63S、Y58S等。雄性不育性的生态环境因素主要是温度,育性转换起点温度在23.5～24.0℃之间,气温在23.5℃以下转向可育,24.0℃以上为不育,23.5～24.0℃育性产生波动。在一定地区范围内,光照长度的变化易于掌握,而温度的变化较难掌握,因此,温敏型不育系在制种过程中,生态条件的选择更加严格。

1.2育性敏感安全期

在制种过程中,当光温敏不育系的生长发育进入育性转换敏感时段,此时期的外界光温条件能够保证不育基因完全表达,不育性表现彻底,这个时期称为育性敏感安全期。就某个不育系在某个地区而言,其育性敏感安全期,依不育系的生育期和该地区气候条件而定,不同的生育期和气候因素育性敏感度不同。

温敏为主的核不育系在某一地区的育性敏感安全期的长短主要决定于本身的育性转换起点温度的高低,育性转换起点温度越低,育性敏感安全期越长。培矮64S、广占63S的育性转换起点温度为23.5～24.0℃,育性敏感安全期较长。对某一地区的气候条件而言,日平均气温稳定在24℃以上,日最低气温稳定在20℃以上的时期越长,温敏型不育系在该地区的育性敏感安全期也就越长。

1.3抽穗扬花授粉安全期

杂交水稻的制种,从生物学角度来讲,改变了水稻的授粉方式。在制种过程中除了用栽培技术措施改良父母本的异交态势外,更重要的是要有适宜于抽穗开花期的气候条件。该安全期的气候条件,要求3方面符合要求;一是从母本见穗期起至授粉结束,以晴天为主,父母本开花时段无连续3d以上整天降雨;二是整个抽穗授粉期温、湿度适宜,无连续3d以上日平均气温高于30℃、低于24℃的高温天气,维持在26～27℃之间;三是田间穗层相对湿度80%~90%,不出现连续3d以上高于95%,低于75%的潮湿天气,每天开花时段无干热风。

2制种基地的选择和季节的安排

两系温光敏杂交水稻制种,母本不育性的表达需要特定的温光条件,要做好制种基地的选择和季节的安排,既要考虑不育系育性敏感期的安全,又要考虑抽穗扬花授粉期的安全,其中以育性敏感安全期为前提条件,即要从育性敏感期选择抽穗扬花授粉安全期来确定制种策略。

在制种基地的选择上,必须考虑两个安全期的可靠性。两系制种若在单季稻区进行,宜选择海拔350~450m、地势开阔、光照充足的稻区。制种基地选择好以后,对制种田块也有要求,山荫田、冷浸用和冷水灌溉的田块,都不适宜两系杂交水稻的制种。

不育系育性敏感期的安全,保证了制种成功。但是,杂交水稻制种既要高纯度,又要高产量。从纯度与产量的关系上分析,在亲本纯度一定时,制种产量越高,杂交种子纯度越高。要使制种高产,在父母本苗穗结构合理、花期相遇的前提下,抽穗扬花授粉期气候条件的安全是保障。考虑到育性敏感安全期和抽穗扬花授粉安全期的有机结合,在安排上就要合理利用气候条件和亲本的特性,一个不育系在某个地区表现育性敏感安全的历期,完全不育历期,并不一定都是两系杂交水稻的制种适宜时期。相反,一个地区最适宜的抽穗扬花授粉期,也不一定能被两系杂交水稻制种所利用,只有在不育历期内选择能够使抽穗扬花授粉期安全系数大的某一段不育历期用于制种。

3高产优质制种群体苗穗结构的建立

3.1高产优质制种群体苗穗结构目标

杂交水稻制种是水稻的异交栽培,在父母本花期花时相遇和气候条件适宜的前提下,制种产量的高低决定于单位面积内母本的颖花量和父本的花粉量以及花粉的密度。在制种的栽培管理过程中,使父母本生长发育协调,群体苗穗结构合理,是制种高产优质的基础。

培矮64S系列组合的制种,产量3t/hm2以上群体苗穗结构为:母本有效穗375万穗/hm2左右,每穗颖花数100朵左右,总颖花数3.75亿朵/hm2。父本要求穗大穗多,有效穗120万穗/hm2左右,每穗颖花数100朵以上,总颖花数0.12亿朵/hm2以上。父母本颖花比1∶3。在长势长相上,母本群体以穗数为主,个体间生长发育平衡、稳健,群体整齐度高。父本要求分蘖多,生长量足,每穴有效穗30～35个,穗大粒多,花粉量大。

3.2建立高产优质制种群体苗穗结构的措施

例如培矮64S系列中、晚稻组合制种群体苗穗结构的建立,母本靠插不靠发,父本靠插又靠发。培矮64S分蘖力强,但分蘖成穗率低,一般在50%以下。必须坚持靠插不靠发的原则,保证基本苗在270万株/hm2以上。培矮64S系列组合制种,母本用种量37.5kg/hm2,1hm2制种的秧田面积0.3hm2,并强调稀匀播种,培养壮秧,每株秧苗带分蘖3个左右。6叶龄移栽,每穴栽3株。父母行比2∶16～18。母本移栽密度10.0cm×16.6cm或13.3cm×16.6cm,移栽40穴/hm2左右,每穴成活基本苗7棵左右。配组父本靠插靠发,用量为7.5kg/hm2左右,培育多蘖壮秧。移栽成大双行,行距33.3cm,株距16.6～18.0 cm,每穴栽双株,每穴成活基本苗10棵左右,基本苗达37.5万株/hm2以上。

要把握母本平衡稳健生长发育和父本快发、多发的原则。培矮64S在中等肥力水平条件下,穗型大小适中,叶片长度适宜,剑叶长度28cm左右。肥力水平偏高时,分蘖期长,分蘖多,成穗率低,抽穗不整齐,穗型差异较大,主穗和大分蘖穗上部叶片过长,剑叶往往超过30cm,形成不良异交态势。同时,土壤肥力水平中等的制种田,在施足基肥的基础上,追施宜早、量少,基肥与追肥的比例为8∶2。在保证基本苗成穗的前提下,每穴增加3个分蘖成穗,可以达到高产的穗数。

3.3制种亲本异交态势的改良

3.3.1920对异交态势的改良。920使用的剂量与方法因亲本而异。培矮64S的异交态势较差,主要表现在上部叶片,尤其是剑叶长,坚硬挺直,抽穗卡颈严重,颖花外露率低,穗子不易露出叶层,形成典型的叶下禾,对父本的花粉传授不利。研究表明,培矮64S苗架为中等长势长相时,920用量不少于600g/hm2。在抽穗前(幼穗分化第8期)喷施920,使倒一节间的幼嫩细胞伸长,拉长倒一节间而解除抽穗卡颈。不育的群体整齐度较高时,920分2次(连续2d)喷完,2次的用量比例为3∶5。群体整齐度欠佳时,920应分3次(连续3d)喷完,其用量比例为2∶3∶3。每次喷施水量为405kg/hm2左右。

3.3.2割叶对异交态势的改良。由于对父母本实行定向培养,920用量加大、喷施方法改进等制种技术的进步,使不育系异交态势得到改良,割叶在绝大多数制种基地已不再采用。但是,在制种田肥力水平过高、禾苗生长过旺时,割叶仍是调高穗粒外露的重要措施。有些不育系,例如培矮64S,上部叶片长,剑叶长30cm以上,而且坚韧挺拔,在高剂量喷施920的情况下仍表现为叶下禾,阻碍了父本花粉的传授。此时宜采用割叶措施,通过对培矮64S进行割叶试验,在喷920后的第2天割去剑叶的1/3～1/2,2年试验结果发现,割叶异交结实率分别较不割叶提高异交结实率16.08%和43.25%以上。

3.4防杂保纯

两系杂交稻制种的实践证明,利用光温敏核不育系制种,其主要风险是种子纯度问题。两系杂交稻种子的纯度是否达标过关,关系到两系法杂交优势的利用前景。如果两系法杂交种子纯度不能达标过关,两系法也就没有实际推广意义。

影响两系杂交水稻种子纯度的因素主要有:一是不育系育性转换起点温度的高低,两系温光敏核不育系的育性转换起点温度标准为23.5～24.0℃,制种风险大大减少,杂交种子纯度基本得到保证;二是不育系育性转换起点温度的整齐性,在制种实践中发现,两用核不育系群体中常出现少数可育株,自交结实率可达到50%以上,这种现象出现时由于不育系群体中存在育性转换起点温度高的个体,起点温度往往高于24℃,尽管在制种时,不育系育性敏感期未出现24℃以下低温,这些单株仍表现可育或部分可育;三是不育系后发高位分蘖穗和再生穗的自交结实现象,这些迟发高位分蘖穗、再生穗主要着生在头季稻秆上的倒二至倒四节上,其中以倒二节的最多,占60%以上;四是制种基地局部冷水导致不育系不育性波动,两系杂交水稻制种多以山区和丘陵区为基地,这些基地往往有山沟冷浸水、洼田冷浸水、水库底层水、井水等,温度一般低于24℃,易造成制种田局部的不育系不育性波动,而且不易发现,给两系杂交水稻种子纯度带来隐患。

一般来说,把握两系杂交水稻种子纯度的措施要坚持以下5个原则:一要坚持用亲本原种或良种作制种亲本,保持杂交亲本的优良性状纯度;二要选好制种基地,安排好制种季节;三要加强母本的定向栽培,提高制种产量水平,抑制迟发高位小分蘖穗发生;四要检测制种田的纯度;五要进行制种田的除杂。

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