云南立體氣候條件下軟米光溫敏核不育系云粳202S的育性研究

張 云，涂 建，陳憶昆，肖素勤，辜瓊瑤，李華慧，黃 平，張敦宇，殷富有，程在全，劉曉利，奎麗梅*

( 1.云南省農業科學院生物技術與種質資源研究所，云南 昆明 650205；2.云南省農業科學院糧食作物研究所，云南 昆明 650205)

【研究意義】云南的軟米具有獨特的食用品質即米飯軟而不爛、富有彈性和冷不回生等特點，在國際市場上倍受青睞。泰國利用云南的軟米老品種改良稻米品質，育成很受歡迎的泰國軟香米[1]。但云南軟米老品種具有植株高大、著粒稀和產量不高等缺點，不能滿足人們對稻米日益增長的需求。為此，利用交稻產量的優勢，才用引進省外的光溫敏核不育系與云南地方軟米資源進行雜交改良成功選育出具有軟米背景的光溫敏核不育系云粳202S，并于2004年通過專家組技術鑒定，這是云南省育成的第一個高原粳型優質軟米核不育系，為改良云南軟米老品種奠定了堅實的基礎，開創了云南軟米兩系雜交粳稻育種的新局面[2]。【前人研究進展】通過前期研究發現，云粳202S具有明顯的光溫反應特性，光溫反應類型為強-短-中(感光類型、短日高溫生育期類型、感溫類型)類別[3]，不育基因來源于農墾58S，育性轉換起點溫度約23.5 ℃，臨界光長約13.75 h，生理不育低溫為17 ℃，主莖葉片16～17葉，由其所配制的品種云光107，具有米飯蓬松爽口、軟而不爛，富有彈性，冷不回生等特點，是典型的軟米品種[4]?！颈狙芯壳腥朦c】水稻光溫敏核不育系的花粉育性的表達主要受隱性核不育基因與光照、溫度等環境因子共同調控，在長日照高溫條件下表現為雄性不育，可用于不育系培育兩系雜交品種(系)；在特定的短日照低溫條件下又表現為雄性可育進行自交繁殖；且長日對低溫、短日對高溫有補償效應即在長日照條件下，遇到低于起點溫度的低溫時仍表現雄性不育現象或在短日照條件下遇到高于臨界溫度的高溫時也可表現雄性可育[5]，這種在一定光溫條件下可產生不育向可育的轉換情況，實際上也是育性隨著環境條件變化發生波動的一種不穩定現象。光溫敏核不育系的育性轉換是兩系雜交稻的基礎，研究育性轉換規律對水稻光溫敏核不育系的應用具有常重要的理論指導作用。由于，水稻光溫敏核不育系在自交繁種和雜交制種過程中存在風險性高、產量不平穩和種子質量差等問題，對兩系法雜交稻生產的持續健康發展有嚴重影響[6]。因此，對軟米光溫敏核不育系云粳202S育性轉化規律研究，對于促進軟米兩系雜交稻的發展具有重要的意義?！緮M解決的關鍵問題】利用云南獨特的立體生態氣候條件，擬從影響水稻光溫敏核不育系育性轉化的主要生態因子光周期和溫度入手，在3個不同生態區域選取6個不同海拔點即水富(300和700 m)、玉溪(1430、1530和1630 m)、和彌勒(1660 m)，對光溫敏核不育系云粳202S采用多點分期播種的試驗方法，以套袋的自交不育率和結實率為考核指標，以期摸索出云粳202S在不同海拔和播種期條件下育性轉化規律，期望篩選出適宜繁種和制種的最佳條件，并為其它粳型軟米光溫敏核不育系的生產應用提供重要的理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點在云南省昭通市水富縣的樓壩鎮2個海拔點(300和700 m)、玉溪市峨山縣小街鎮3個海拔點(1430、1530和1630 m)和紅河州彌勒縣彌陽鎮1個海拔點(1660 m)，其自然光溫條件見(表1)，通過溫濕度記錄儀記錄6-8月全天溫度變化(間隔1 h)的平均值，各試驗點水稻田土壤肥力均等。

表1 各個試驗點6-8月平均溫度

1.2 材料

云粳202S由云南省農業科學院糧食作物研究所兩系雜交稻課題提供經過嚴格提純的原原種，育性轉換的起點溫度約23.5 ℃。

1.3 試驗設計和數據收集

試驗設計：①研究低海拔的制種條件，即分別在云南省水富縣樓壩鎮300和700 m條件下進行，根據當地氣候條件播種期設有8期，分別在3月26日、4月2日、12日、22日、5月2日、12日、22日和6月1日進行，為保證試驗秧苗的大小一致性，每期均在300 m海拔條件下播種，秧齡30 d時選取大小一致、植株健壯的秧苗作為供試材料移栽；②研究中海拔高產繁種條件，即分別在玉溪市峨山縣小街鎮1430、1530和1630 m的3個海拔點與紅河州彌勒縣彌陽鎮1660 m的海拔點進行，根據當地氣候條件播種期設有4期，分別在4月4日、14日、24日和5月4日播種，為保證試驗秧苗的大小一致性，每期均在1530 m海拔條件下播種，秧齡30 d時選取大小一致、植株健壯的秧苗作為供試材料移栽。播種前，將供試材料云粳202S室溫催芽24 h。試驗采用完全隨機設計，每小區面積約5 m × 6 m，單本插植，株行距為14 cm×25 cm。每處理重復3次，氮、磷、鉀肥的使用配比是1∶0.5∶0.5，氮肥施用量為375 kg·hm-2，其中基肥占50 %，秧苗移栽后7 d施分蘗肥(占30 %)，穗肥(倒2葉)(占20 %)。磷肥作基肥一次性施用；鉀肥分基肥和拔節肥2次施用，各施50 %。其他的田間水肥管理措施均按常規方式進行。為避免花粉串粉，在光溫敏核不育系的幼穗即將破肚時進行套袋處理。

1.4 數據統計分析

每小區隨機選擇3個取樣點，每樣點選取20個主穗進行結實率考察，排除邊際效應禁止邊行取樣。所有試驗數據利用DPS V9.01軟件[7]進行相關統計分析，數據分析法是經Duncan’s 新復極差法多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同海拔和播種日期條件對軟米光溫敏核不育系云粳202S穩定不育期的影響

在水富縣樓壩鎮海拔300和700 m 的自然光溫條件下，研究軟米光溫敏核不育系云粳202S育性轉換規律。表1的氣象資料和表2中的自交不育率表明，海拔和播日時期對軟米光溫敏核不育系云粳202S自交不育率的影響均達到5 %的顯著水平。在300 m的海拔條件下，從3月26日到5月2日播種時云粳202S的育性差異不顯著，后3期之間即5月12日到6月1日播種的云粳202S育性差異也不顯著，在300 m的海拔點云粳202S的自交不育率隨著播種日期的延后先增高后降低，4月22日播種的最高，為100 %。表明云粳202S的播種期安排4月2日至5月2日以前即抽穗揚花期安排在7月中旬至8月下旬屬安全穩定不育期(30 d左右)；在700 m的海拔條件下，從3月26日到5月2日播種的云粳202S的育性差異不顯著，5月12日到6月1日播種的云粳202S育性差異達5 %顯著水平，云粳202S的自交不育率隨著播種日期的延后育性逐漸降低，且各播種期的自交不育率均沒有達到兩系稻雜交制種的要求。通過對同一播種日期條件下不同海拔間的比較分析，8個播種日期云粳202S的自交不育率均隨海拔的升高而降低，通過方差分析可知自交不育率的差異達到5 %的顯著水平。

表2 水富點不同海拔條件和播種日期的云粳202S的自交不育率

雙因素方差分析顯示，海拔高度和播期日期對軟米光溫敏核不育系云粳202S花粉育性的P值分別為 0.0001 和 0.0001，海拔高度和播期日期的互作對云粳202S花粉育性的P值也為0.0001，說明海拔和播日時期對軟米光溫敏核不育系云粳202S花粉育性均有極顯著的影響(P<0.01,表3)。

表3 低海拔條件和播種日期對云粳202S育性雙因素方差分析

2.2 在中海拔條件下軟米光溫敏核不育系云粳202S高產繁種的條件

在中海拔條件下，軟米光溫敏核不育系云粳202S高產繁種的條件，從試驗結果(表4)顯示，海拔相同播種日期不同云粳202S的結實率差異很明顯，在玉溪2個試驗點海拔1430和1530 m的條件下，云粳202S的結實率隨著播種日期的推遲而逐漸升高，以5月4日播種的最高，分別為61.32 %和70.96 %，2個海拔點各播種期間的結實率差異顯著均為5 %水平；海拔1630 m玉溪點和海拔1660 m的彌勒點，云粳202S的結實率隨著播種日期的推遲表現出先升高后降低，均以4月14日播種的最高，分別為71.89 %和70.06 %，2個海拔點各播種期間的結實率差異顯著均為5 %水平。

表4 中海拔條件和播種日期對云粳202S育性影響的方差分析

從表4中可見，播種日期相同海拔不同的云粳202S的結實率差異很明顯，4月4日播種的，云粳202S的結實率隨著海拔的升高表現逐漸增高，以海拔1660 m的結實率最高，為65.66 %，各海拔間的結實率差異顯著均為5 %水平；4月14日、4月24日和5月4日播種的，云粳202S的結實率隨著海拔的升高表現先增高后降低，其中4月14日和4月24日播種的以海拔1630 m的結實率最高，分別為71.89 %和66.12 %，5月4日播種的以海拔1530 m的結實率最高，為70.96 %。3個播種日期各海拔間的結實率差異顯著均為5 %水平。

表5方差分析顯示，海拔高度和播期日期對軟米光溫敏核不育系云粳202S結實率的P值分別為 0.0001 和 0.0001， 二者互作對軟米光溫敏核不育系云粳202S結實率的P值也為0.0001，說明對軟米光溫敏核不育系云粳202S的結實率均有極顯著的影響(P<0.01)。

表5 中海拔條件和播種日期對云粳202S育性影響的兩因素方差分析

3 討 論

3.1 云南具有繁殖水稻光溫敏核不育系的有利氣候條件

云南地理位置非常特殊，處于青藏高原延伸的低緯高原地帶，境內山巒起伏，地理氣候非常復雜，擁有中國稻作所有的氣候類型[8-10]，地勢特點是西北高東南低，海拔高低相差6600 m，不同地區的溫度也相差較大，即使在同一縣城區域的不同鄉村莊，氣候溫度也不會相同，素有“一山有四季，十里不同天”的氣候特點。根據云南的氣候特點以及光溫敏核不育系對環境因子光照和溫度反應的特性，可發現云南具有繁殖水稻光溫敏核不育系種子的有利氣候條件。唐文邦等[6]2011年利用計算機決策系統篩選出不育起點溫度為22 ℃的水稻兩用核不育系C815S最佳繁殖基地為云南省保山市。根據軟米水稻光溫敏核不育系云粳202S育性轉換的起點溫度、敏感期以及其揚花期對光照溫度條件研究了最佳繁種和制種條件，①低海拔區域的制種條件，云南水富縣樓壩鎮海拔300和700 m的安全穩定的不育期研究表明，在300 m海拔點云粳202S的播種期安排4月2日至5月2日期間播種，屬安全穩定不育期，此條件下可以考慮配制雜交種子。5月2日以后播種就會發生育性波動，核不育系開始自交結實。在海拔700 m的條件下隨著播期的延后育性會發生波動，研究結果顯海拔700 m的區域不適合制種；②在中海拔玉溪市峨山縣小街鎮1430、1530和1630 m的3個海拔點與紅河州彌勒縣彌陽鎮1660 m的海拔點高產繁種的最佳海拔條件和播種日期，研究結果顯示云粳202S結實率的提高可以通過合理的選擇海拔高度和播種日期即在相對低的海拔條件下繁種時可適當的推遲播種，而在相對高的海拔條件下可適當的提前播種。

3.2 海拔和播種日期對云粳202S育性的影響

海拔和播種日期的改變是導致環境溫度差異和光照長度改變的重要因素[11]。張云[12]對水稻雜合體F1的雄配子經過海拔差異的選擇后的基因型所產生的分離群體的農藝性狀進行分析比較，發現不同海拔產生的分群體的結實率的影響達到顯著或及極顯著的水平。唐文邦等[13]在云南省保山市的3個海拔條件(1340、1560和1650 m)對C815S繁殖基地的探索，發現在4月10日播種時在1560 m的海拔條件下的結實率最高。結合軟米光溫敏核不育系云粳202S育性轉換的起點溫度、敏感期以及其揚花期對光照溫度條件的要求研究最佳繁殖條件，結果顯示，根據云粳202S結實率的變化規律在云南的中海拔區域進行該核不育系繁種時，可通過調節海拔條件和播種日期選擇最佳繁殖條件，即在相對低的海拔下可適當的推遲播種，而在相對高的海拔條件可適當的提前播種。通過對云粳202S的育性在相同海拔不同播種日期間比較分析，發現云粳202S的結實率在同一海拔條件下不同播種期間差異均達到了顯著性水平，說明其對光周期變化比較敏感性，這與前期研究結果云粳202S屬于感光性比較強的光溫互作類型的核不育系相一致[3]。

3.3 水稻光溫敏核不育系繁制種應用中存在的主要問題

水稻光溫敏核不育系屬于典型的生態遺傳類型，其育性受光照、溫度等環境條件影響，可產生不育向可育的轉換。在某一地區，氣溫的變化在農業生產上利用時很難準確掌握，不像光周期有嚴格的規律。從光溫敏核不育系水稻研究與應用的發展歷程中，可以看出目前在水稻育種和應用中存在著種質創新不夠、實用型核不育系缺乏、制種風險較大等問題[14]。目前水稻專家為了制種的安全所選育的水稻光溫敏核不育系的不育起點溫度都相對較低(23 ℃左右)，這種低的育性轉換起點溫度的光溫敏核不育系因受生理臨界低溫的制約，其育性敏感期的可育溫度范圍很窄(19～23 ℃)，要想在自然條件下就地繁殖種子就很困難。兩系稻雜種優勢利用過程中，如何高產、優質、高效的繁殖光溫敏核不育系種子是急需解決的關鍵問題。鑒于以往利用考慮到以往冷水串灌繁殖和海南冬季繁殖水稻光溫敏核不育系的方式出現的局限性[6]，云南高海拔立體氣候條件下的繁殖方式優勢就非常的突出，從影響水稻光溫敏核不育系育性轉化的主要生態因子光周期(播期)和溫度(海拔)入手，結合水稻光溫敏核不育系育性的轉換起點溫度、敏感期以及其揚花期對光照溫度的要求進行制種和繁殖基地的篩選。通過對軟米光溫敏核不育系云粳202S育性轉換規律的研究，可以摸索出該核不育系在云南制種和繁殖的最佳播種期和海拔條件，希望能為國內其他水稻光溫敏核不育系在云南進行制種和繁殖時提供參考依據，降低水稻種業開發經營因氣候帶來的負面風險。

4 結 論

從云粳202S育性轉換的規律可知，在低海拔條件下穩定不育期可以生產雜交種子，在中海拔條件下對該核不育系進行繁種可調節海拔和播種日期選擇最佳繁殖條件，在相對低的海拔下可適當推遲播種，而在相對高的海拔條件下可適當提前播種。