云南立体气候条件下软米光温敏核不育系云粳202S的育性研究

张 云，涂 建，陈忆昆，肖素勤，辜琼瑶，李华慧，黄 平，张敦宇，殷富有，程在全，刘晓利，奎丽梅*

( 1.云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，云南 昆明 650205；2.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205)

【研究意义】云南的软米具有独特的食用品质即米饭软而不烂、富有弹性和冷不回生等特点，在国际市场上倍受青睐。泰国利用云南的软米老品种改良稻米品质，育成很受欢迎的泰国软香米[1]。但云南软米老品种具有植株高大、着粒稀和产量不高等缺点，不能满足人们对稻米日益增长的需求。为此，利用交稻产量的优势，才用引进省外的光温敏核不育系与云南地方软米资源进行杂交改良成功选育出具有软米背景的光温敏核不育系云粳202S，并于2004年通过专家组技术鉴定，这是云南省育成的第一个高原粳型优质软米核不育系，为改良云南软米老品种奠定了坚实的基础，开创了云南软米两系杂交粳稻育种的新局面[2]。【前人研究进展】通过前期研究发现，云粳202S具有明显的光温反应特性，光温反应类型为强-短-中(感光类型、短日高温生育期类型、感温类型)类别[3]，不育基因来源于农垦58S，育性转换起点温度约23.5 ℃，临界光长约13.75 h，生理不育低温为17 ℃，主茎叶片16～17叶，由其所配制的品种云光107，具有米饭蓬松爽口、软而不烂，富有弹性，冷不回生等特点，是典型的软米品种[4]。【本研究切入点】水稻光温敏核不育系的花粉育性的表达主要受隐性核不育基因与光照、温度等环境因子共同调控，在长日照高温条件下表现为雄性不育，可用于不育系培育两系杂交品种(系)；在特定的短日照低温条件下又表现为雄性可育进行自交繁殖；且长日对低温、短日对高温有补偿效应即在长日照条件下，遇到低于起点温度的低温时仍表现雄性不育现象或在短日照条件下遇到高于临界温度的高温时也可表现雄性可育[5]，这种在一定光温条件下可产生不育向可育的转换情况，实际上也是育性随着环境条件变化发生波动的一种不稳定现象。光温敏核不育系的育性转换是两系杂交稻的基础，研究育性转换规律对水稻光温敏核不育系的应用具有常重要的理论指导作用。由于，水稻光温敏核不育系在自交繁种和杂交制种过程中存在风险性高、产量不平稳和种子质量差等问题，对两系法杂交稻生产的持续健康发展有严重影响[6]。因此，对软米光温敏核不育系云粳202S育性转化规律研究，对于促进软米两系杂交稻的发展具有重要的意义。【拟解决的关键问题】利用云南独特的立体生态气候条件，拟从影响水稻光温敏核不育系育性转化的主要生态因子光周期和温度入手，在3个不同生态区域选取6个不同海拔点即水富(300和700 m)、玉溪(1430、1530和1630 m)、和弥勒(1660 m)，对光温敏核不育系云粳202S采用多点分期播种的试验方法，以套袋的自交不育率和结实率为考核指标，以期摸索出云粳202S在不同海拔和播种期条件下育性转化规律，期望筛选出适宜繁种和制种的最佳条件，并为其它粳型软米光温敏核不育系的生产应用提供重要的理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点在云南省昭通市水富县的楼坝镇2个海拔点(300和700 m)、玉溪市峨山县小街镇3个海拔点(1430、1530和1630 m)和红河州弥勒县弥阳镇1个海拔点(1660 m)，其自然光温条件见(表1)，通过温湿度记录仪记录6-8月全天温度变化(间隔1 h)的平均值，各试验点水稻田土壤肥力均等。

表1 各个试验点6-8月平均温度

1.2 材料

云粳202S由云南省农业科学院粮食作物研究所两系杂交稻课题提供经过严格提纯的原原种，育性转换的起点温度约23.5 ℃。

1.3 试验设计和数据收集

试验设计：①研究低海拔的制种条件，即分别在云南省水富县楼坝镇300和700 m条件下进行，根据当地气候条件播种期设有8期，分别在3月26日、4月2日、12日、22日、5月2日、12日、22日和6月1日进行，为保证试验秧苗的大小一致性，每期均在300 m海拔条件下播种，秧龄30 d时选取大小一致、植株健壮的秧苗作为供试材料移栽；②研究中海拔高产繁种条件，即分别在玉溪市峨山县小街镇1430、1530和1630 m的3个海拔点与红河州弥勒县弥阳镇1660 m的海拔点进行，根据当地气候条件播种期设有4期，分别在4月4日、14日、24日和5月4日播种，为保证试验秧苗的大小一致性，每期均在1530 m海拔条件下播种，秧龄30 d时选取大小一致、植株健壮的秧苗作为供试材料移栽。播种前，将供试材料云粳202S室温催芽24 h。试验采用完全随机设计，每小区面积约5 m × 6 m，单本插植，株行距为14 cm×25 cm。每处理重复3次，氮、磷、钾肥的使用配比是1∶0.5∶0.5，氮肥施用量为375 kg·hm-2，其中基肥占50 %，秧苗移栽后7 d施分蘖肥(占30 %)，穗肥(倒2叶)(占20 %)。磷肥作基肥一次性施用；钾肥分基肥和拔节肥2次施用，各施50 %。其他的田间水肥管理措施均按常规方式进行。为避免花粉串粉，在光温敏核不育系的幼穗即将破肚时进行套袋处理。

1.4 数据统计分析

每小区随机选择3个取样点，每样点选取20个主穗进行结实率考察，排除边际效应禁止边行取样。所有试验数据利用DPS V9.01软件[7]进行相关统计分析，数据分析法是经Duncan’s 新复极差法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同海拔和播种日期条件对软米光温敏核不育系云粳202S稳定不育期的影响

在水富县楼坝镇海拔300和700 m 的自然光温条件下，研究软米光温敏核不育系云粳202S育性转换规律。表1的气象资料和表2中的自交不育率表明，海拔和播日时期对软米光温敏核不育系云粳202S自交不育率的影响均达到5 %的显著水平。在300 m的海拔条件下，从3月26日到5月2日播种时云粳202S的育性差异不显著，后3期之间即5月12日到6月1日播种的云粳202S育性差异也不显著，在300 m的海拔点云粳202S的自交不育率随着播种日期的延后先增高后降低，4月22日播种的最高，为100 %。表明云粳202S的播种期安排4月2日至5月2日以前即抽穗扬花期安排在7月中旬至8月下旬属安全稳定不育期(30 d左右)；在700 m的海拔条件下，从3月26日到5月2日播种的云粳202S的育性差异不显著，5月12日到6月1日播种的云粳202S育性差异达5 %显著水平，云粳202S的自交不育率随着播种日期的延后育性逐渐降低，且各播种期的自交不育率均没有达到两系稻杂交制种的要求。通过对同一播种日期条件下不同海拔间的比较分析，8个播种日期云粳202S的自交不育率均随海拔的升高而降低，通过方差分析可知自交不育率的差异达到5 %的显著水平。

表2 水富点不同海拔条件和播种日期的云粳202S的自交不育率

双因素方差分析显示，海拔高度和播期日期对软米光温敏核不育系云粳202S花粉育性的P值分别为 0.0001 和 0.0001，海拔高度和播期日期的互作对云粳202S花粉育性的P值也为0.0001，说明海拔和播日时期对软米光温敏核不育系云粳202S花粉育性均有极显著的影响(P<0.01,表3)。

表3 低海拔条件和播种日期对云粳202S育性双因素方差分析

2.2 在中海拔条件下软米光温敏核不育系云粳202S高产繁种的条件

在中海拔条件下，软米光温敏核不育系云粳202S高产繁种的条件，从试验结果(表4)显示，海拔相同播种日期不同云粳202S的结实率差异很明显，在玉溪2个试验点海拔1430和1530 m的条件下，云粳202S的结实率随着播种日期的推迟而逐渐升高，以5月4日播种的最高，分别为61.32 %和70.96 %，2个海拔点各播种期间的结实率差异显著均为5 %水平；海拔1630 m玉溪点和海拔1660 m的弥勒点，云粳202S的结实率随着播种日期的推迟表现出先升高后降低，均以4月14日播种的最高，分别为71.89 %和70.06 %，2个海拔点各播种期间的结实率差异显著均为5 %水平。

表4 中海拔条件和播种日期对云粳202S育性影响的方差分析

从表4中可见，播种日期相同海拔不同的云粳202S的结实率差异很明显，4月4日播种的，云粳202S的结实率随着海拔的升高表现逐渐增高，以海拔1660 m的结实率最高，为65.66 %，各海拔间的结实率差异显著均为5 %水平；4月14日、4月24日和5月4日播种的，云粳202S的结实率随着海拔的升高表现先增高后降低，其中4月14日和4月24日播种的以海拔1630 m的结实率最高，分别为71.89 %和66.12 %，5月4日播种的以海拔1530 m的结实率最高，为70.96 %。3个播种日期各海拔间的结实率差异显著均为5 %水平。

表5方差分析显示，海拔高度和播期日期对软米光温敏核不育系云粳202S结实率的P值分别为 0.0001 和 0.0001， 二者互作对软米光温敏核不育系云粳202S结实率的P值也为0.0001，说明对软米光温敏核不育系云粳202S的结实率均有极显著的影响(P<0.01)。

表5 中海拔条件和播种日期对云粳202S育性影响的两因素方差分析

3 讨 论

3.1 云南具有繁殖水稻光温敏核不育系的有利气候条件

云南地理位置非常特殊，处于青藏高原延伸的低纬高原地带，境内山峦起伏，地理气候非常复杂，拥有中国稻作所有的气候类型[8-10]，地势特点是西北高东南低，海拔高低相差6600 m，不同地区的温度也相差较大，即使在同一县城区域的不同乡村庄，气候温度也不会相同，素有“一山有四季，十里不同天”的气候特点。根据云南的气候特点以及光温敏核不育系对环境因子光照和温度反应的特性，可发现云南具有繁殖水稻光温敏核不育系种子的有利气候条件。唐文邦等[6]2011年利用计算机决策系统筛选出不育起点温度为22 ℃的水稻两用核不育系C815S最佳繁殖基地为云南省保山市。根据软米水稻光温敏核不育系云粳202S育性转换的起点温度、敏感期以及其扬花期对光照温度条件研究了最佳繁种和制种条件，①低海拔区域的制种条件，云南水富县楼坝镇海拔300和700 m的安全稳定的不育期研究表明，在300 m海拔点云粳202S的播种期安排4月2日至5月2日期间播种，属安全稳定不育期，此条件下可以考虑配制杂交种子。5月2日以后播种就会发生育性波动，核不育系开始自交结实。在海拔700 m的条件下随着播期的延后育性会发生波动，研究结果显海拔700 m的区域不适合制种；②在中海拔玉溪市峨山县小街镇1430、1530和1630 m的3个海拔点与红河州弥勒县弥阳镇1660 m的海拔点高产繁种的最佳海拔条件和播种日期，研究结果显示云粳202S结实率的提高可以通过合理的选择海拔高度和播种日期即在相对低的海拔条件下繁种时可适当的推迟播种，而在相对高的海拔条件下可适当的提前播种。

3.2 海拔和播种日期对云粳202S育性的影响

海拔和播种日期的改变是导致环境温度差异和光照长度改变的重要因素[11]。张云[12]对水稻杂合体F1的雄配子经过海拔差异的选择后的基因型所产生的分离群体的农艺性状进行分析比较，发现不同海拔产生的分群体的结实率的影响达到显著或及极显著的水平。唐文邦等[13]在云南省保山市的3个海拔条件(1340、1560和1650 m)对C815S繁殖基地的探索，发现在4月10日播种时在1560 m的海拔条件下的结实率最高。结合软米光温敏核不育系云粳202S育性转换的起点温度、敏感期以及其扬花期对光照温度条件的要求研究最佳繁殖条件，结果显示，根据云粳202S结实率的变化规律在云南的中海拔区域进行该核不育系繁种时，可通过调节海拔条件和播种日期选择最佳繁殖条件，即在相对低的海拔下可适当的推迟播种，而在相对高的海拔条件可适当的提前播种。通过对云粳202S的育性在相同海拔不同播种日期间比较分析，发现云粳202S的结实率在同一海拔条件下不同播种期间差异均达到了显著性水平，说明其对光周期变化比较敏感性，这与前期研究结果云粳202S属于感光性比较强的光温互作类型的核不育系相一致[3]。

3.3 水稻光温敏核不育系繁制种应用中存在的主要问题

水稻光温敏核不育系属于典型的生态遗传类型，其育性受光照、温度等环境条件影响，可产生不育向可育的转换。在某一地区，气温的变化在农业生产上利用时很难准确掌握，不像光周期有严格的规律。从光温敏核不育系水稻研究与应用的发展历程中，可以看出目前在水稻育种和应用中存在着种质创新不够、实用型核不育系缺乏、制种风险较大等问题[14]。目前水稻专家为了制种的安全所选育的水稻光温敏核不育系的不育起点温度都相对较低(23 ℃左右)，这种低的育性转换起点温度的光温敏核不育系因受生理临界低温的制约，其育性敏感期的可育温度范围很窄(19～23 ℃)，要想在自然条件下就地繁殖种子就很困难。两系稻杂种优势利用过程中，如何高产、优质、高效的繁殖光温敏核不育系种子是急需解决的关键问题。鉴于以往利用考虑到以往冷水串灌繁殖和海南冬季繁殖水稻光温敏核不育系的方式出现的局限性[6]，云南高海拔立体气候条件下的繁殖方式优势就非常的突出，从影响水稻光温敏核不育系育性转化的主要生态因子光周期(播期)和温度(海拔)入手，结合水稻光温敏核不育系育性的转换起点温度、敏感期以及其扬花期对光照温度的要求进行制种和繁殖基地的筛选。通过对软米光温敏核不育系云粳202S育性转换规律的研究，可以摸索出该核不育系在云南制种和繁殖的最佳播种期和海拔条件，希望能为国内其他水稻光温敏核不育系在云南进行制种和繁殖时提供参考依据，降低水稻种业开发经营因气候带来的负面风险。

4 结 论

从云粳202S育性转换的规律可知，在低海拔条件下稳定不育期可以生产杂交种子，在中海拔条件下对该核不育系进行繁种可调节海拔和播种日期选择最佳繁殖条件，在相对低的海拔下可适当推迟播种，而在相对高的海拔条件下可适当提前播种。