自動(dòng)控溫冷水池設(shè)計(jì)及其在水稻低溫敏核不育系選育上的應(yīng)用

湯國(guó)華，余應(yīng)弘，謝紅軍，曾 翔，張建華，吳善德

（1.湖南省水稻研究所，國(guó)家水稻改良中心長(zhǎng)沙分中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.賀家山原種場(chǎng)，湖南 常德 415900；4.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

我國(guó)近20年兩系雜交水稻繁制種的實(shí)踐表明：只有不育系生理不育起點(diǎn)溫度低（17℃左右）和制種季節(jié)不育系育性轉(zhuǎn)換敏感期不育起點(diǎn)溫度仍然低（不高于23℃）、且短期低溫育性不易恢復(fù)，才能有效降低繁制種的育性風(fēng)險(xiǎn)。然而由于不育系低世代的選擇壓力不夠，育成的不育系往往起點(diǎn)溫度高，繁制種風(fēng)險(xiǎn)大。為增加水稻低不育起點(diǎn)溫度光溫敏不育系的選擇壓力，提高選育效率，加快選育進(jìn)程，2008年，筆者研究組設(shè)計(jì)建造了2個(gè)共40 m2的自動(dòng)控溫冷水池。2010年，又完善設(shè)計(jì)、建造了3個(gè)共90 m2的自動(dòng)控溫冷水池。3 a的使用效果表明，自動(dòng)控溫冷水池在水稻實(shí)用低溫敏不育系選育中應(yīng)用廣泛。

1 自動(dòng)控溫冷水池的設(shè)計(jì)與工作原理

為提高水稻光溫敏不育系的選育效率，2008年，以19℃以下的地下水為水源，設(shè)計(jì)、建造了2個(gè)共40 m2的自動(dòng)控溫冷水池。3 a的使用結(jié)果表明，自動(dòng)控溫冷水池具有以下特點(diǎn)：（1）控溫效果好。水溫變化在±0.2℃之間。（2）能耗低。每天耗電約0.5度/m2，遠(yuǎn)低于人工氣候室（每天 15～20度/m2）和人工制冷水池。（3）建造成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、處理量大。凡有低溫地下水或自然低溫冷水的地方均可建池。（4）篩選核心單株的可靠性好。以湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所用自動(dòng)控溫冷水池加壓選育的33S為例，2010年省生態(tài)鑒定表現(xiàn)不育起點(diǎn)溫度低且對(duì)短期低溫鈍感。33S分期播種鏡檢和套袋自交結(jié)果如下：4月7日開(kāi)始播種，7月10日始穗，7月9日至7月21日鏡檢，100%為典?。?月25日至9月7日鏡檢，為無(wú)花粉型；8月26、27日連續(xù)2天日平均氣溫21.1 ℃，9月11日至9月16日育性發(fā)生波動(dòng)，可育花粉率0.74%～3.67%，平均1.98%，套袋自交結(jié)實(shí)率均為0；9月17日至9月28日又轉(zhuǎn)為無(wú)花粉型。

1.1 自動(dòng)控溫冷水池的設(shè)計(jì)

選地下水豐富，隔離條件好的地方打井，井的口徑及深度以3 m和12 m左右為宜，一般12 m深的地下水水溫在19℃以下。按2 m×15 m建篩選池和繁殖池，建池?cái)?shù)量根據(jù)需要確定，但至少應(yīng)建1個(gè)篩選池和1個(gè)繁殖池。冷水池水泥底防漏，池深45 cm左右。水池兩側(cè)中間處安裝帶噴水孔的水管，自動(dòng)控溫儀與供水系統(tǒng)（潛水泵）、溫度感應(yīng)器（探頭）相連，探頭置于水池和水深的中間部位。冷水池四周設(shè)排水溝，池壁設(shè)不同深度的溢水口，所有排水溝相連。

1.2 自動(dòng)控溫冷水池的工作原理

不育系處理時(shí)期要求氣溫高于處理水溫，井水溫度低于處理水溫。處理不育系前，先接通電源，把控溫旋扭調(diào)到所需溫度，把探頭置于空中，抽水機(jī)開(kāi)始抽水，水深達(dá)到要求后，把探頭置于水層中部，抽水機(jī)立即停止抽水。隨后水溫緩慢上升，當(dāng)控溫儀顯示的水溫與設(shè)置的水溫一致時(shí)，放入待處理的不育系?？販貎x控溫幅度設(shè)置為±0.5℃，即水溫高于設(shè)定溫度0.5℃時(shí)，抽水機(jī)開(kāi)始供水，水溫低于設(shè)定溫度0.5℃時(shí)抽水機(jī)停止供水，如此循環(huán)往復(fù)，完成不育系的低溫處理。設(shè)置控溫幅度可避免抽水機(jī)頻繁工作，節(jié)約用水。處理溫度可根據(jù)需要設(shè)晝夜變溫。

2 自動(dòng)控溫冷水池在水稻實(shí)用低溫敏核不育系選育上的應(yīng)用

2.1 不育株繁殖

大量不育株得不到種子是育種者最為頭痛的問(wèn)題，為得到種子，通常的做法是把不育株禾蔸帶海南繁殖。帶不育系禾蔸海南繁殖既繁瑣又影響選育進(jìn)度，用21℃的冷水處理不育株12～15 d，可基本保證不育株都能得到種子。

2.2 低生理不育起點(diǎn)溫度不育株篩選

生理不育起點(diǎn)溫度低的水稻光溫敏不育系具有良好繁殖習(xí)性。目前大面積應(yīng)用的水稻光溫敏不育系繁殖方法中的海南冬繁和高海拔稻作區(qū)繁殖，都要求不育系的生理起點(diǎn)溫度低，即不育系的抗寒性強(qiáng)?？购詮?qiáng)的普通水稻品種表現(xiàn)遇低溫仍能正常結(jié)實(shí)?？购詮?qiáng)的水稻低溫敏不育株，經(jīng)21℃日平均水溫處理12～15 d，沒(méi)有明顯的冷害癥狀，結(jié)實(shí)好，籽粒飽滿(mǎn)，色澤金黃；而不抗寒的不育株則有明顯的冷害癥狀，結(jié)實(shí)差，種子色澤暗淡帶斑點(diǎn)。因此，低生理不育起點(diǎn)溫度不育株的篩選可按上述原則。

2.3 低不育起點(diǎn)溫度不育株篩選

不育系育性轉(zhuǎn)換敏感期的不育起點(diǎn)溫度必須低，是水稻實(shí)用低溫敏不育系的首要條件。低不育起點(diǎn)溫度不育株篩選的方法，是把處于敏感期的不育株在日平均23℃的冷水中處理7 d，處理結(jié)束后的第2天對(duì)劍葉葉枕距0～4 cm的單穗進(jìn)行標(biāo)記，一般每個(gè)單株標(biāo)記1～2穗。抽穗后標(biāo)記穗鏡檢并結(jié)合自交，鏡檢合格并自交不結(jié)實(shí)的單株當(dāng)選。

2.4 短期低溫鈍感不育株篩選

一個(gè)制種風(fēng)險(xiǎn)小的不育系，不僅要求5 d日平均氣溫不低于23℃條件下完全不育，而且要求短期日平均氣溫23℃以下育性不易恢復(fù)。短期低溫鈍感不育株篩選，一般在F5后進(jìn)行，方法是用日平均21℃、22℃、22.5℃的水溫分別處理 1、2、3 d，選自交結(jié)實(shí)率低于3%單株。

2.5 不育系光溫反應(yīng)類(lèi)型鑒定

不育系穩(wěn)定后，從3月底開(kāi)始分期播種，每10 d播1次，在不育系主穗進(jìn)入幼穗分化5期(劍葉露尖前后)移入自動(dòng)控溫冷水池處理，用日平均水溫23℃處理7 d，每10～15 d處理1次，每次處理10蔸左右，8月底處理完最后一批。每次處理結(jié)束后第2天，標(biāo)記劍葉枕抽出0～4 cm單穗1～2個(gè)，抽穗后鏡檢并隔離自交，考查花粉育性和自交結(jié)實(shí)率。排除敏感期有低于23℃日平均氣溫的處理后，凡花粉育性和自交結(jié)實(shí)率不隨處理時(shí)期變化或變化很小的，即為低溫敏型不育系，反之，則為光敏型或光溫互作型不育系。對(duì)低溫敏型不育系，可以在日平均氣溫高于不育系育性轉(zhuǎn)換起點(diǎn)溫度的任何時(shí)期進(jìn)行提純和核心種子生產(chǎn)；對(duì)光敏型或光溫互作型不育系只能在較短日長(zhǎng)條件下（與制種時(shí)不育系敏感期日長(zhǎng)一致或略短）進(jìn)行提純和核心種子生產(chǎn)。

2.6 水稻實(shí)用低溫敏不育系的選育程序

水稻實(shí)用低溫敏不育系的育性必須同時(shí)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）制種季節(jié)的不育起點(diǎn)溫度低。制種時(shí)敏感期遇5 d日平均23℃氣溫完全不育。（2）對(duì)短期低溫鈍感。短期低于23℃的氣溫育性不易恢復(fù)，在一定有效繁殖積溫范圍內(nèi)，隨有效積溫增加而育性恢復(fù)越好。（3）生理不育起點(diǎn)溫度低，為17℃左右。

低生理不育起點(diǎn)溫度、低不育起點(diǎn)溫度不育株的加壓篩選、不育株繁殖等必須有機(jī)結(jié)合起來(lái)。一般在正季種植F2，并要求稀植和分次追肥，以保證有足夠的稻穗供選擇、低不育起點(diǎn)溫度篩選和繁殖用。抽穗開(kāi)花后鏡檢當(dāng)選的不育株一分為二，分別用于加壓篩選和繁殖，23℃日平均水溫處理7 d鏡檢無(wú)可育花粉、自交不結(jié)實(shí)且21℃冷水處理繁殖的種子籽粒飽滿(mǎn)、色澤金黃的的單株，表明其不育起點(diǎn)溫度和生理不育起點(diǎn)溫度均低。海南利用自然低溫對(duì)抗寒性、繁殖習(xí)性和不育起點(diǎn)溫度進(jìn)行加壓選擇。自動(dòng)控溫冷水池和海南自然低溫加壓選擇均以株1S為對(duì)照，要求當(dāng)選單株的不育起點(diǎn)溫度不高于株1S。

選育至不育系表現(xiàn)型一致后，用短期低溫對(duì)不育系進(jìn)行加壓選擇，篩選短期低溫不育性不易恢復(fù)的單株，并對(duì)不育系的光溫反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行鑒定。

3 利用自動(dòng)控溫冷水池進(jìn)行不育系提純和核心種子生產(chǎn)

3.1 基礎(chǔ)種子生產(chǎn)

基礎(chǔ)種子是指用于篩選核心單株的種子。它是更高級(jí)別核心種子，用其篩選核心單株和生產(chǎn)用種后，經(jīng)驗(yàn)證并達(dá)到要求。其生產(chǎn)程序是：?jiǎn)沃赀x擇→低溫冷水或適宜日長(zhǎng)低溫冷水處理→核心單株→核心種子（基礎(chǔ)種子）；其驗(yàn)證程序是：基礎(chǔ)種子→原種→大田鑒定和自動(dòng)控溫冷水池鑒定。大田鑒定主要是鑒定其純度，自動(dòng)控溫冷水池鑒定主要是鑒定其不育起點(diǎn)溫度。對(duì)溫敏型不育系可在日平均氣溫高于不育系不育起點(diǎn)溫度的時(shí)期鑒定，對(duì)光溫互作型不育系在與不育系制種季節(jié)一致的時(shí)期鑒定，其鑒定指標(biāo)是日平均水處理5 d鏡檢和隔離自交合格。

經(jīng)驗(yàn)證后的基礎(chǔ)種子冷庫(kù)貯藏，分年分批用于核心種子生產(chǎn)，基礎(chǔ)種子生產(chǎn)量以5～10 kg為宜?；A(chǔ)種子的主要優(yōu)點(diǎn)是篩選核心單株的效率高，大田用種可靠性好，制種育性風(fēng)險(xiǎn)小。

3.2 核心種子生產(chǎn)

溫敏型不育系與光溫互作型不育系互相種子生產(chǎn)的區(qū)別在于：溫敏型不育系不受時(shí)期限制，光溫互作型不育系互相種子生產(chǎn)必須與制種季節(jié)不育系育性敏感期日長(zhǎng)相同或稍短。因此，利用自動(dòng)控溫冷水池篩選的溫敏型不育系的核心單株可利用水庫(kù)低溫冷水正季分蔸大量繁殖核心種子；光溫互作型不育系核心單株篩選在長(zhǎng)沙以8月上中旬進(jìn)行為宜，8月下旬至9月上旬抽穗后在當(dāng)?shù)夭荒茉偕敝?，只能帶核心單株海?次分蔸擴(kuò)繁。

3.2.1 溫敏型不育系核心種子生產(chǎn) 溫敏型不育系核心種子生產(chǎn)程序是：基礎(chǔ)種子→自動(dòng)控溫冷水處理→核心單株→分蔸冷水串灌繁殖→核心種子。處理水溫為日平均23℃，可設(shè)晝夜變溫；處理時(shí)期為幼穗分化5期，即部分單株主穗劍葉露尖；處理時(shí)間為7 d；處理數(shù)量根據(jù)處理池大小、數(shù)量和核心種子需求量確定。處理結(jié)束后第2天每株標(biāo)記最敏感單穗1～2個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)為劍葉葉枕抽出0～4 cm。抽穗后拔除明顯可育株，敏感穗隔天鏡檢一次，連檢3次。如季節(jié)不緊張也可結(jié)合自交結(jié)實(shí)情況選擇核心單株，核心單株當(dāng)選指標(biāo)為鏡檢和自交結(jié)實(shí)與對(duì)照株1S相當(dāng)。當(dāng)選核心單株割蔸后利用水庫(kù)冷水分蔸繁殖，一般30 m2水池可處理900株左右，當(dāng)選核心單株500株左右，3個(gè)處理池處理2次可得核心單株3 000個(gè)左右，分蔸后可種植700 m2，生產(chǎn)核心種子250 kg左右。

3.2.2 光敏型、光溫互作型不育系核心種子生產(chǎn)光敏型、光溫互作型不育系核心種子生產(chǎn)程序是：基礎(chǔ)種子→適宜日長(zhǎng)自動(dòng)控溫冷水處理→核心單株→海南2次分蔸繁殖→核心種子。處理時(shí)期與制種季節(jié)不育系敏感期日長(zhǎng)相近或略短，在長(zhǎng)沙以8月中下旬為宜；不育系栽培管理上要求培育不整齊的苗穗，使不育系處理結(jié)束后7 d后仍有較多處于敏感期的稻穗，保留標(biāo)記穗，剪除非敏感期稻穗，用自動(dòng)控溫冷水處理12～15 d，當(dāng)選單株收種后禾蔸帶海南2次分蔸繁殖。試驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)不育系禾蔸海南分蔸2次，可插40蔸左右，繁種0.5 kg左右。對(duì)使用量大的不育系，可篩選1 000個(gè)以上的核心單株海南分蔸繁殖，生產(chǎn)核心種子500 kg以上，冷藏后逐年用于原種生產(chǎn)。

水稻光溫敏不育系不育起點(diǎn)溫度越高或經(jīng)多代繁殖，其制種風(fēng)險(xiǎn)越大。增加不育系早世代的選擇壓力，采取合適的核心種子生產(chǎn)程序大量生產(chǎn)核心種子，核心種子繁殖原種用于制種，可保證制種不育系個(gè)體間光、溫指標(biāo)的一致性，減小不育系不育起點(diǎn)溫度的漂移，從而降低兩系雜交水稻制種風(fēng)險(xiǎn)。

自動(dòng)控溫冷水池設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，建造、使用成本低，在水稻低不育起點(diǎn)溫度光溫敏不育系選育、不育起點(diǎn)溫度鑒定、核心種子生產(chǎn)等方面用途廣泛。

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