湖北省两系杂交稻制种的安全期分析

2017-08-08肖玮钰刘志雄

湖北农业科学 2017年13期

关键词：制种

肖玮钰++刘志雄

摘要：选取湖北省公安县、石首市和黄陂区3个主要制种基地为研究对象，利用1960-2015年逐日气温、降水气象资料，计算在不同临界温度指标下育性转换安全期保证率，确定保证率最高的育性转换时期；通过计算水稻扬花授粉期易遭受的高温热害、低温冷害和连阴雨灾害的综合危害指数确定水稻综合危害指数最低的扬花授粉期；综合考虑两个关键时期的安全时段确定水稻制种最佳育性转换安全期和扬花授粉安全期。结果表明，公安县临界温度为23.0、23.5和24.0 ℃的育性转换安全期最佳时段均在7月24至8月12日；石首市临界温度为23.0 ℃时，7月25日是杂交稻进入育性转换期最佳时间，临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃时的杂交稻最佳育性转换期应安排在7月24日至8月12日期间；黄陂区临界温度为23.0 ℃时，7月25日或27日进入育性转换期均可，临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃时，杂交稻最佳育性转换期为7月27日至8月15日。

关键词：两系杂交稻；制种；安全期

中图分类号：S511；S162.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）13-2414-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.13.004

Analysis on the Safe Period of Seed Production of Two-line Hybrid Rice

XIAO Wei-yu， LIU Zhi-xiong

（Wuhan Regional Climate Center， Wuhan 430074，China）

Abstract： This paper selected three major seed production base in Hubei， including Gongan county， Shishou city and Huangpi district for the study. The safety period of fertility conversion in different critical temperature indicators was calculated and the highest reliability of fertility conversion period was determined based on daily air temperature and precipitation weather data from 1960 to 2015. The pollination period with the lowest comprehensive hazard index was determined by calculating comprehensive hazard index of those rice pollination period are vulnerable to the heat damage， low temperature disaster and continuous raining disaster. Considering two key periods of safety period of time， the rice seed fertility conversion safety period and the best pollination safety period were determined. The results showed that the best fertility conversion safety period was all from July 24th to August 12th in Gongan at the critical temperature of 23.0 ℃， 23.5 ℃ and 24.0 ℃. In Shishou， the best time for hybrid rice into the fertility transition was on July 25th at the critical temperature of 23.0 ℃， and should be arranged from July 24th to August 12 when the critical temperature was 23.5 ℃ and 24.0 ℃. In Huangpi district， the best time for hybrid rice into fertility transition was on July 25 or 27 at critical temperature of 23.0 ℃， and was from July 27 to August 15 at the critical temperature of 23.5 ℃ and 24.0 ℃.

Key words： two-line hybrid rice； seed production； safe period

兩系杂交水稻是中国继三系杂交水稻试验成功后的又一突破性成果。两系法杂种优势利用因不受恢保关系的限制，配组自由，更容易选配出高产优质的强优势组合[1，2]。但由于两系不育系是一种光温敏型不育系，其受光温条件的控制，易受到低温、连阴雨、高温热害等气象灾害的影响，造成制种产量下降，还会导致种子纯度、净度不达标，发芽率降低等质量问题[3]。目前，中国学者针对水稻制种安全期的分析进行了一些研究，但相对较少。李兆芹等[4]利用气温观测资料和NCEP/NCAR再分析资料，对泰国稻区代表地的育性气候适应性和不同保证率下安全制种和繁殖的最早、最晚播种期进行了分析。刑开瑜等[5]通过分析江苏省11个站点≤24 ℃的低温风险概率和≥30 ℃的高温风险概率确定两优培九制种的育性转换安全期和最佳播种期。周世怀等[6]利用广东及海南27个气象台站气象资料统计分析了育性转换安全期和抽穗开花安全期指标，并在不同保证率下对制种安全期进行了气候分析。

水稻是中国的主要粮食作物，而湖北省是中国水稻生产的大省之一，水稻种子产业是促進水稻生产发展的基础和关键[7]，但对于水稻制种关键时期气象条件分析和安全期的确定的相关研究却鲜见报道。本研究选取湖北省公安县、石首市和黄陂区3个主要制种基地为研究对象，对两系水稻制种的育性转换敏感期和扬花授粉期的气象条件进行分析，计算在不同临界温度指标下育性转换安全期保证率，确定保证率最高的育性转换时期。通过计算水稻扬花授粉期易遭受的高温热害、低温冷害和连阴雨灾害的综合危害指数，确定水稻最佳扬花授粉期。综合考虑两个关键时期的安全时段确定水稻制种最佳育性转换安全期和扬花授粉安全期。

1 资料来源与方法

1.1 资料来源

本研究所用气象资料为湖北省气象局提供的公安县、黄陂区、石首市气象站1960-2015年逐日平均气温和降水量数据。

1.2 数据分析方法

1.2.1 育性安全期的统计方法按不育临界起点温度指标≤23.0 ℃、≤23.5 ℃、≤24.0 ℃这3个等级分别计算公安县、黄陂区、石首市育性安全期的超过临界温度值的保证率。计算公式[8]：

Pk=（1-Nk/N）×100% （1）

式中，Pk为≥k ℃的保证率（k 为临界温度）；N为资料的总年数；Nk为在N年中某日出现小于k ℃的年数。

1.2.2 扬花安全期的诊断评估方法以不育系的盛花期历时12 d作为一个时段步长进行逐日滑动统计分析，计算每个时段内水稻扬花授粉期的天气综合危害指数。计算公式[9]：

Hp=■■■Hijp （2）

式中，H为危害指数值；p为时段，p=1，2…，N，N为最大时段数，N=NN-12（单个时段长度）+1，NN为当地进行杂交制种时扬花授粉可能出现的最长天数，本研究取103 d（6月1日至9月11日）；Hp为第p个时段内天气综合危害指数值；i为年份，i=1，2，…，L；L为该站气候资料的总年数；j为第j种气象灾害，j=1，2，…，M；M为气象灾害种类的总数，此处M=5；Hijp为第p个时段内第i年第j种气象灾害出现的强度。

Hijp的计算办法是：当第p个时段内第i年第j种气象灾害指标出现的持续时间不足3 d时，该灾害没有发生，灾害强度值Hijp=0；当持续时间刚好为3 d时，灾害发生，记Hijp=1；当持续时间超过3 d时，每超过1 d则强度值加上1，Hijp的最大值=12（单个时段长度）-3（指标值长度3 d）+1=10；如该时段内灾害多次发生，则先分别用上述办法统计各自的强度值，然后累加求得Hijp值。

2 两系杂交稻制种气象条件分析

在两系水稻制种过程中，可能会受到气温、降水、日照等气象要素的影响，从气候角度看，两系杂交稻制种存在两种风险，一是低温转育制种失败风险，二是扬花授粉期遇到高温热害、连阴雨等天气降低制种产量[10]。因此，两系杂交稻在制种时从气象角度主要考虑两个关键生育期，一是不育系育性转换安全期，二是亲本的扬花授粉安全期。

2.1 不育系的育性转换安全期气象条件分析

试验研究与制种实践表明，低温冷害是导致两系制种光温敏核不育系育性转换的主要灾害[11]，育性转换敏感期在幼穗分化3期末至6期末，即抽穗前10～20 d的时段内。要求不育系育性转换敏感期内无连续3 d以上日平均气温小于或等于24 ℃，或无连续3 d以上最低气温小于20 ℃，若期间出现了温光要素值低于育性转换临界指标的天气条件，不育系的雄性就会部分恢复或全部恢复回育，出现所谓“打摆子”现象，造成杂交稻种子纯度下降，严重时导致杂交稻制种完全失败[12，13]。

2.2 亲本扬花授粉安全期气象条件分析

扬花授粉期是水稻结实最为敏感的阶段，此阶段要求不出现以下3种天气：①高温。连续3 d及以上日平均气温≥30 ℃或者日最高气温≥35 ℃的天气，就会产生高温热害；②低温。连续3 d及以上日平均气温≤24 ℃或日最低气温≤20 ℃天气，就会产生低温冷害；③连阴雨。出现连续3 d以上日降水量≥0.1 mm的降水过程或者连续5 d以上阴雨（允许其中1 d阴天无雨，即当日日照小于2 h）。若制种期间遇到以上3种不利天气将导致杂交水稻制种减产，严重时可能会造成绝收。

3 杂交稻制种气候安全期分析

3.1 育性转换安全期分析

杂交稻制种田的不育系育性敏感期一般为10～15 d，一般是在抽穗前10～20 d这一段时间内，在22 d以上时较好，17 d为下限，否则难以满足制种纯度安全的正常需要[14，15]。本研究在进行气象资料分析时育性安全期长度定为20 d，可以基本满足生产安全要求。对各级不育起点温度以下的出现频率，生产上以30年一遇以下为宜，也即制种低温危害率为3.4%，以历史未遇为最佳[16]，也就是育性转换期不育临界起点的保证率在96.6%以上为宜。本研究将育性安全期的不育临界起点温度指标分为连续3 d日平均气温≤23.0 ℃、≤23.5 ℃、≤24.0 ℃ 3个等级，统计步长为20 d，对公安县、黄陂区、石首市6-8月逐年逐日平均气温资料进行滑动统计，分别按公式（1）统计其超过某临界温度的保证率。

从不同临界温度指标下公安县水稻制种育性安全期保证率时间变化情况来看，≥24.0 ℃保证率最低，≥23.5 ℃保证率其次，≥23.0 ℃保证率最高（图1）。6-8月随着时间变化，3种临界指标下保证率均呈现先上升后下降的趋势，其中≥24.0 ℃保证率在7月24日或者7月28日开始进入育性转换敏感期最高，为96.4%，也就是7月24日至8月12日或者7月27日至8月15日期间发生低温转育的概率最低；同样≥23.5 ℃保证率和≥23.0 ℃保证率也从7月24日进入育性转换敏感期时达到最高，均为98.2%，≥23.5 ℃保证率在7月20-23日、25日、27日进入育性转换敏感期保证率次高，为96.4%，≥23.0 ℃保证率在7月2-28日期间除6、9、10日外，其余各日均在96%以上，平均为96.4%。在临界指标为23.0 ℃时，水稻育性转换安全期时间最长。

从图2可以看出，石首市≥24.0 ℃保证率和

≥23.5 ℃保证率均在7月24日进入水稻育性转换敏感期时达到最高，均为98.2%，也就是发生概率最低为0.018，约50年一遇。≥24.0 ℃保证率在7月20-23日、25日进入育性转换敏感期次高，为96.4%。而≥23.0 ℃保证率从7月11-25日均为100.0%，即1960-2015年56年间在7月11日至8月13日日平均气温从未出现过低于23.0 ℃的情况。

由图3可知，黄陂区≥24.0 ℃保证率在7月11-24日期间进入水稻育性转换敏感期最高，均为98.2%，在7月7-9日和25日进入育性转换敏感期保证率次高，为96.4%；同样在7月11-24日期间内进入水稻育性转换敏感期，≥23.5 ℃保证率也最高，均为100.0%，即历史未遇，在7月4-10日和7月25-31日期间进入育性转换敏感期保证率也都在96.4%以上；而≥23.0 ℃保证率在7月4日至8月3日期间进入育性转换敏感期均在96.4%以上，其中育性转换敏感期从7月11-26日期间开始保证率最高为100.0%，日平均气温低于23.0 ℃的情况历史未遇。

对比公安县、石首市、黄陂区水稻制种育性转换时段（表1）可以看出，公安县、石首市、黄陂区≥23.0 ℃的保证率最高时段分别在7月24日至8月12日、7月11日至8月13日和7月11日至8月14日，其中石首市和黄陂区保证率在100.0%，时长分别为34和35 d。公安县和石首市≥23.5 ℃的育性最佳安全时段都在7月24日至8月12日，保证率均为98.0%，黄陂区则在7月11日至8月12日这段期间最佳，历史上没有出现日均温低于23.5 ℃的情况，3个地方中黄陂区最佳时段时长最长为35 d。同样≥24.0 ℃育性最佳安全时段公安县和石首市也在7月24日至8月12日期间，安全时段时长均为20 d，公安县保证率略低，为96.4%，石首市为98.0%，低于24.0 ℃的发生频率分别为25年一遇和50年一遇，而黄陂区是在7月11日至8月12日期间最佳，时长为33 d，低于24.0 ℃的发生频率为50年一遇。

3.2 扬花授粉期安全期分析

从图4可以看出，公安县、石首市、黄陂区的高温热害危害指數均在7月中旬中期达到最高，也就是在此期间最易遭受高温热害，其中黄陂区从7月3日至8月25日高温危害指数明显高于公安县和石首市，从地理位置上来看，这可能是由于黄陂区位于鄂东，7-8月处于副热带高压脊线控制之下，高温热害发生天数较多，公安县和石首市位于江汉平原西南部，高温强度低于东部县市。三地均在6月上旬和8月下旬高温热害危害指数较低。

由图5可知，公安县、石首市和黄陂区三地低温冷害危害指数变化趋势大致相同，在6月1日至8月15日期间较低，8月中旬后期之后低温冷害危害指数显著上升，公安县、石首市和黄陂区最大低温冷害危害指数分别为4.79、4.43和4.20。

从图6可以看出，三地均是在7月中旬后期至7月20日连阴雨危害指数较低，6月上旬末三地遭受连阴雨危害的程度最大。

利用公式（2）分别计算1960-2015年公安县、石首市、黄陂区杂交稻扬花授粉期遭受的气象灾害，即高温热害、低温冷害和连阴雨灾害的综合危害指数，认为各地杂交稻扬花授粉期综合危害指数在2.0以下为最佳，结果如图7所示。从图7可以看出，三地危害指数大致变化趋势为随着时间变化先增大后减小再增大的趋势，并且都在8月下旬以后增大趋势最为显著，在8月30日达到最大，也就是若在8月下旬水稻开始进入扬花授粉期遭受气象灾害的危害最大，这是由于进入9月气温较8月有所降低，水稻遭受低温冷害可能性加大，同时还可能遭受连阴雨危害。黄陂区危害指数第二个高峰出现在7月13日左右，在这一天进入花期，此后12 d内受到高温和连阴雨危害的可能较大，公安县和石首市危害指数第二个高峰分别出现在6月30日和7月3日左右。8月8日（公安县）、8月14日（石首市）、8月16日（黄陂区）进入花期，水稻在扬花授粉期遭受气象灾害综合危害指数最小，即公安县、石首市和黄陂区扬花授粉期比较安全时段分别在8月8-19日、8月14-25日和8月16-27日。

4 主要制种地制种安全期分析

综合考虑育性转换敏感期不同临界温度指标保证率和扬花授粉期气象灾害综合危害指数的分析，公安县、石首市、黄陂区的两系水稻制种安全期安排如下。

1）公安县。临界温度为23.0、23.5和24.0 ℃的育性转换安全期保证率最高时段均在7月24日至8月12日期间，若按照育性转换期优先原则则扬花授粉期顺延为8月13-24日，此期间危害指数为1.5较低，若按照扬花授粉期优先原则，进入最佳扬花期的8月8日往前推20 d，即为7月20日进入育性转换期，23.0、23.5和24.0 ℃临界温度指标下保证率分别为96.2%、96.2%、94.6%，3种临界温度指标下育性转换期保证率均未达到96.6%。因此，选择第一种方案育性转换安全期最佳时段为7月24日至8月12日，最佳扬花授粉期为8月13-24日。

2）石首市。临界温度为23.0 ℃在7月11 -25日期间进入育性转换期保证率最高，为100.0%，按照育性转换安全期优先考虑原则，扬花授粉期往后顺延20 d，也就是7月31日至8月14日进入扬花授粉期，而刚好8月14日进入扬花授粉期综合危害指数最小为1.41。因此，临界温度为23.0 ℃时，最佳育性转换期应安排在7月25日至8月13日，扬花授粉期则是在8月14-25日。临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃均在7月24日至8月12日期间育性转换期保证率最高，扬花授粉期则顺延到8月13-24日，此期间危害指数为1.50，满足制种安全需要。若按扬花授粉期优先原则，8月14日为进入扬花期的最佳日子，往前推20 d，即7月26日进入育性转换敏感期，其保证率在94.6%，未达到96.6%最佳保证率要求。因此，临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃育性转换安全期在7月24日至8月12日期间最佳，扬花授粉期为8月13-24日最适宜。

3）黄陂区。临界温度为23.0 ℃同石首市一样也在7月11-25日期间进入育性转换期保证率最高，为100.0%，即向后顺延7月31日至8月14日进入扬花授粉期，此期间只有8月13日和14日综合危害指数在2.0以下，分别为1.94和1.75。按育性转换期优先原则，则应将育性转换期安排在7月25日至8月13日，而扬花授粉期则在8月14-25日。综合危害指数最小的扬花授粉期时段在8月16-27日，向前推20 d，即育性转换期应在7月27日进入，此期间保证率为98.2%，同样符合制种安全需要。按扬花授粉期优先原则，育性转换期应安排在7月27日至8月15日，扬花授粉期则应安排在8月16-27日。

而临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃均是7月11-24日进入育性转换期保证率最高时段，按育性转换期优先考虑原则，即扬花授粉期顺延为7月31日至8月12日，而此期间进入扬花授粉期综合危害指数均在2.0以上，不符合制种安全需要。按扬花授粉期优先考虑原则，扬花授粉期综合危害指数最低时段为8月16-27日，向前推20 d，则育性转换期是在7月27日進入，此时的保证率为98.2%，大于96.6%，能满足制种安全需要。因此，育性转换期最佳安全时段应为7月27日至8月15日，最佳扬花授粉期则在8月16-27日。

5 小结

公安县临界温度为23.0、23.5和24.0 ℃的育性转换期最佳安全时段应安排在7月24日至8月12日，最佳扬花授粉期为8月13-24日。

石首市临界温度为23.0 ℃时，最佳育性转换期应安排在7月25日至8月13日，最佳扬花授粉期则是在8月14-25日。临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃时，育性转换安全期在7月24日至8月12日期间最佳，扬花授粉期在8月13-24日期间最适宜。

黄陂区临界温度为23.0 ℃时，按育性转换期优先原则，则应将育性转换期安排在7月25日至8月13日，而扬花授粉期则在8月14-25日；按扬花授粉期优先原则，育性转换期应安排在7月27日至8月15日，扬花授粉期则应安排在8月16-27日。临界温度为23.5 ℃和24.0 ℃时，育性转换期最佳安全时段应为7月27日至8月15日，最佳扬花授粉期则在8月16-27日。

本研究针对公安县、石首市、黄陂区的两系杂交稻关键生育期进行了分析，为当地水稻制种提供了理论依据。但由于可能出现极端天气现象，突破历史记录的情况发生，这些天气出现的时间往往又是难以预测的。如果要减少制种的风险，确保制种的成功率，就必须从根本上解决问题，这样才能能培育出更多耐低温的品种。

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