天豐A高溫復(fù)育特性及其雜交組合天優(yōu)華占制種基地的選擇

雷東陽，解志堅(jiān)，唐文幫，黃河清，陳立云*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.農(nóng)學(xué)院；b.信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410128；2.北京金色農(nóng)華科技有限公司江西分公司，江西 南昌 330036)

天豐A高溫復(fù)育特性及其雜交組合天優(yōu)華占制種基地的選擇

雷東陽1a，解志堅(jiān)1b，唐文幫1a，黃河清2，陳立云1a*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.農(nóng)學(xué)院；b.信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410128；2.北京金色農(nóng)華科技有限公司江西分公司，江西 南昌 330036)

為解決雜交稻組合天優(yōu)華占制種不安全問題，對天豐 A高溫復(fù)育特性及其雜交組合天優(yōu)華占制種基地和時(shí)段選擇進(jìn)行研究。通過不同生態(tài)區(qū)分期播種試驗(yàn)，明確母本天豐A的育性特性；利用研制的雜交稻制種基地和時(shí)段氣象決策系統(tǒng)，通過分析該組合制種“3個安全期”(育性敏感安全期、抽穗揚(yáng)花安全期、收獲成熟安全期)的風(fēng)險(xiǎn)概率，篩選最佳制種地點(diǎn)和時(shí)段。結(jié)果表明，天豐A高溫復(fù)育臨界溫度為27.8 ℃；對全國740個氣象站點(diǎn) 50年歷史氣象資料進(jìn)行分析后的結(jié)果表明，在不同地點(diǎn)和時(shí)段進(jìn)行天優(yōu)華占制種的安全性差異很大，在海南三亞等基地制種比較適宜。2013年在海南三亞制種基地進(jìn)行天優(yōu)華占制種，其單產(chǎn)達(dá)3 750 kg/hm2，證實(shí)了所篩選到的制種基地和時(shí)段是有效的。

雜交水稻；天優(yōu)華占；高溫復(fù)育臨界溫度；制種基地

天優(yōu)華占是中國水稻研究所用母本天豐A與父本華占選配育成的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)秈型三系雜交稻組合。該組合在南方稻區(qū)晚秈中遲熟組、長江上游單季稻、長江中下游單季稻、華南稻區(qū)早稻等熟期的國家區(qū)試中表現(xiàn)突出，且均通過了審定，是農(nóng)業(yè)部認(rèn)定的超級稻和主推品種，是國家區(qū)試和多個省級區(qū)試的對照品種[1–4]，其產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)都達(dá)到了較高水平，具有很好的生產(chǎn)應(yīng)用前景。該組合母本天豐A具有高溫復(fù)育的特性[5–6]，其育性的不穩(wěn)定性給雜交稻制種帶來了較大風(fēng)險(xiǎn)，也給種子企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。天優(yōu)華占的制種問題一直是其推廣應(yīng)用的瓶頸，多年來生產(chǎn)上出現(xiàn)的制種問題不斷，難以生產(chǎn)出足夠的合格雜交稻種子，如2010年在湖南綏寧制種，由于不育系高溫轉(zhuǎn)育，生產(chǎn)出來的種子基本都是不育系自交種；2011年在江西寧都和南豐等地制種，高溫轉(zhuǎn)育比例高達(dá)60%。已有研究[7–11]表明，制種基地和時(shí)段的選擇對雜交稻制種產(chǎn)量和種子質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。對于天豐A這類具有高溫復(fù)育特性的不育系而言，雜交稻制種時(shí)的“3個安全期”(育性敏感期、抽穗揚(yáng)花期和成熟收割期)都直接影響到雜交稻制種的種子質(zhì)量與產(chǎn)量。關(guān)于氣象條件與雜交稻種子生產(chǎn)安全決策方面的研究尚少，尚未見對“3個安全期”統(tǒng)籌研究的報(bào)道。筆者在不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行分期播種試驗(yàn)，明確天豐A高溫復(fù)育的臨界溫度，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)研制雜交稻制種基地與時(shí)段選擇決策系統(tǒng)，根據(jù)全國740多個氣象站點(diǎn)50年的歷史氣象資料和天優(yōu)華占“3個安全期”對氣候條件的要求，運(yùn)用研制出的決策系統(tǒng)篩選天優(yōu)華占制種的適宜基地和時(shí)段，旨在確保其雜交種子生產(chǎn)的安全、高產(chǎn)、高效。

1 材料與方法

1.1 材 料

天豐A種子由北京金色農(nóng)華種業(yè)科技有限公司提供；歷史氣象數(shù)據(jù)由中國國家氣象局提供。

1.2 方 法

2012年，在云南景東、廣西玉林、湖南長沙對天豐A進(jìn)行分期播種試驗(yàn)(表1)，每逢15日和30日播種，每播期移栽100個單株，用溫度自動記錄儀記載田間溫度，并計(jì)算日平均溫度。從第一播期始花期起進(jìn)行花粉鏡檢，并考查自交結(jié)實(shí)率，對照試驗(yàn)點(diǎn)氣象資料探明天豐A高溫復(fù)育臨界溫度。

以C#作為開發(fā)語言，以SQL Server 2008作為后臺數(shù)據(jù)庫，研制雜交水稻制種基地與時(shí)段選擇決策系統(tǒng)。

對全國740個氣象站點(diǎn)近50年的歷史氣象資料進(jìn)行分析，結(jié)合不育系天豐A種性特性、制種實(shí)踐和專家分析，設(shè)置天優(yōu)華占雜交組合制種“3個安全期”的適宜氣象指標(biāo)：育性敏感期(幼穗分化Ⅳ~Ⅵ期)14 d內(nèi)沒有日均溫低于27.5 ℃的天氣；抽穗揚(yáng)花期8 d的日平均溫度為24~30 ℃，且沒有連續(xù) 3 d日均溫超出這一范圍的天氣，相對濕度為70%~ 90%，且不出現(xiàn)連續(xù) 3 d陰雨天(降水量＜1 mm)；收獲成熟期8 d內(nèi)不出現(xiàn)連續(xù)3 d雨天(降水量＜10 mm)。育性敏感期平均溫度取始穗前 15 d至始穗前5 d日均溫的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 天豐A的高溫復(fù)育特性

在湖南長沙、云南景東和廣西玉林3個試驗(yàn)點(diǎn)的分期播種試驗(yàn)結(jié)果(表 1)表明，在湖南長沙進(jìn)行的 8期播種中，只在第8期育性敏感期日均溫為22.65 ℃時(shí)天豐 A沒有自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象；在云南景東進(jìn)行的 8期播種試驗(yàn)中，育性敏感期的日均溫為 21.9～25.2℃，天豐A沒有出現(xiàn)自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象；在廣西玉林播種的9期中，第8播期和第9播期育性敏感期的日均溫分別為27.58、24.23 ℃，天豐A沒有出現(xiàn)自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象；其他播期育性敏感期日均溫在28 ℃以上，天豐A均出現(xiàn)自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象。多點(diǎn)分期播種試驗(yàn)表明，天豐A的高溫復(fù)育臨界溫度約為27.8 ℃(表1)。

表1 天豐A分期播種的育性鑒定結(jié)果Table 1 Fertility character of Tianfeng A under different sowing dates

續(xù) 表

從表1還可以看出，在各分期播種試驗(yàn)中，凡是有自交結(jié)實(shí)的，在天豐A育性敏感時(shí)段都遇到了連續(xù)3 d以上日最高溫高于34 ℃的天氣，說明該不育系的育性除受日平均溫度影響外，還受日最高溫度的影響。此外，天豐A在其育性敏感期遇上日均溫高于 28 ℃的天氣，部分單株育性發(fā)生變化，出現(xiàn)自交結(jié)實(shí)現(xiàn)象，而有些單株仍表現(xiàn)為完全不育，表明不同單株的高溫復(fù)育臨界溫度存在差異。這種現(xiàn)象在兩系不育系中同樣存在。

2.2 天優(yōu)華占適宜制種基地與時(shí)段的選擇

利用全國740個氣象站點(diǎn)近50年的歷史氣象資料，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，研制出的雜交稻制種基地與時(shí)段選擇決策系統(tǒng)輸入界面如圖1所示。運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行分析的結(jié)果表明，海南三亞、海南陵水和云南孟定等地是天優(yōu)華占較為理想的制種基地，其“3個安全期”均滿足氣象條件要求的概率分別為82.71%、79.25%和77.03%。

結(jié)合歷史氣象資料的分析結(jié)果表明，天優(yōu)華占在海南三亞基地制種時(shí)，其母本的育性敏感始期在3月20日左右的制種成功率最大(表2)，在其他時(shí)段的制種安全性大大降低，生產(chǎn)出的雜交稻種子的質(zhì)量和產(chǎn)量也受到影響；天優(yōu)華占在云南孟定制種時(shí)，其不育系育性敏感始期以8月15日為宜。按照最大概率疊加原則，根據(jù)天優(yōu)華占雜交組合制種“3個安全期”的適宜氣象指標(biāo)要求，運(yùn)用制種基地與時(shí)段選擇決策系統(tǒng)推算出不同基地天優(yōu)華占的最適育性敏感期時(shí)間如表2所示。在制種生產(chǎn)中可根據(jù)天豐A的播始?xì)v期安排其最適宜的播種期，以最大程度保證其制種安全。

圖1 系統(tǒng)輸入界面Fig.1 Input interface of the climate decision-making support system

表2 天優(yōu)華占組合制種基地信息Table 2 Seed production site for Tianyouhuazhan

通過制種基地與時(shí)段選擇決策系統(tǒng)分析各制種基地歷年的日平均氣溫可直觀地判斷不育系在各制種基地不同時(shí)間制種的安全性，例如：云南瑞麗的氣溫變幅小，年際間氣溫相對穩(wěn)定，歷年6月初以后很長一段時(shí)間的日均溫都維持在21～27 ℃，沒有高于27.8 ℃以上的天氣(圖2)，不適宜天優(yōu)華

占制種；海南三亞3月的氣溫為18～28 ℃，3月中下旬的氣溫符合天豐 A育性敏感安全期的氣象要求(圖3)，為天優(yōu)華占的適宜制種基地；四川綿陽地區(qū)的氣溫變幅相對較大，相對而言，不是天優(yōu)華占安全高產(chǎn)的適宜制種區(qū)域(圖4)。

圖2 云南瑞麗近50年6月的日平均溫度Fig.2 Daily average temperature in June at Ruili, Yunnan during the past fifty years

圖3 海南三亞近50年3月的日平均溫度Fig.3 Daily average temperature in June at Sanya during the past fifty years

圖4 四川綿陽近50年6月的日平均溫度Fig.4 Daily average temperature in June at Mianyang, Sichuan during the past fifty years

2.3 天優(yōu)華占在適宜制種基地的制種情況

2013年，在海南三亞海棠灣鎮(zhèn)進(jìn)行了 30 hm2三系雜交稻天優(yōu)華占制種，母本天豐A在1月20日播種，3月20日左右進(jìn)入育性敏感期，4月5日始穗，4月28日成熟，實(shí)際產(chǎn)量達(dá)3 750 kg/hm2，種子質(zhì)量好。育種實(shí)踐表明，采用該決策系統(tǒng)選擇天優(yōu)華占制種基地的結(jié)果是可靠的。

3 結(jié)論與討論

制種安全是確保雜交稻推廣應(yīng)用的前提，無論是兩系雜交稻制種還是三系雜交稻種子生產(chǎn)，都要選擇適宜的制種基地和時(shí)段[10–11]。三系不育系天豐A具有高溫復(fù)育的特性，天豐A在幼穗分化V~VI期遇上連續(xù)3 d日最高溫超過34.2 ℃天氣時(shí)，其育性會受到較大影響[12]。本研究中針對天優(yōu)華占制種時(shí)不育系高溫復(fù)育的問題，明確了天豐A高溫復(fù)育的臨界溫度，利用計(jì)算機(jī)決策系統(tǒng)篩選海南三亞為天優(yōu)華占的適宜制種基地。本研究中的雜交稻制種基地與時(shí)段選擇方法，對小麥、棉花、高粱等作物種子生產(chǎn)也具有借鑒作用。

由于篩選出來的制種基地和時(shí)段是基于各氣象站點(diǎn)的歷史氣象資料數(shù)據(jù)，生產(chǎn)實(shí)際中建議在本研究結(jié)果氣象站點(diǎn)海拔高度±50 m的生態(tài)區(qū)域中進(jìn)行選擇，在具體操作上還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件。

這種高溫復(fù)育類型的三系不育系類似于兩系不育系，其高溫復(fù)育臨界溫度除受主效不育基因控制外，還受微效不育基因控制。微效不育基因聚合越多，則不育系高溫復(fù)育臨界溫度越高[13]。繁殖過程中不育系天豐 A部分單株的高溫復(fù)育臨界溫度會降低，不同單株的高溫復(fù)育臨界溫度不一樣。天豐 A不育性表達(dá)不穩(wěn)定的現(xiàn)象我們稱其為高溫復(fù)育臨界溫度漂移。有必要對不育系進(jìn)行提純復(fù)壯，采用不育系和保持系成對雜交，并設(shè)置 28 ℃左右的溫度進(jìn)行人工增壓選擇，選擇高溫復(fù)育臨界溫度高的單株，以降低制種風(fēng)險(xiǎn)。由于該不育系具有高溫復(fù)育特性，因此不育系的繁殖地點(diǎn)和時(shí)段選擇的要求比雜交稻制種要求更為嚴(yán)格，必須選擇制種絕對安全的地點(diǎn)和時(shí)段進(jìn)行不育系繁殖；否則，繁殖過程中不育系自交結(jié)實(shí)的比例會不斷增加，用這些不育系種子制種，更容易發(fā)生不育系高溫復(fù)育現(xiàn)象，從而增加雜交稻制種風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 陳志遠(yuǎn)，李傳國，孫瑩，等．秈稻不育系天豐A的特征特性及其利用[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006(9)：54–55．

[2] 梁世胡，李傳國，符福鴻，等．高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗病雜交秈稻新組合天優(yōu)122的選育與應(yīng)用[J]．雜交水稻，2006，21(4)：27–28．

[3] 黃德娟，柳武革，符福鴻，等．優(yōu)質(zhì)抗病雜交稻新組合天優(yōu)372[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(3)：24．

[4] 黃德娟，符福鴻，李傳國，等．高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗病雜交稻天優(yōu)290的選育[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(5)：15–16．

[5] 席建民，張雄飛，唐亞林，等．秈型三系不育系育性與溫、光的關(guān)系初探[J]．雜交水稻，2011，26(1)：72–75．

[6] 譚體古，黃河清，朱旭東．天優(yōu)華占高產(chǎn)制種技術(shù)[J]．中國稻米，2010，16(6)：57–58．

[7] 汪擴(kuò)軍，帥細(xì)強(qiáng)，劉家清，等．兩系雜交稻制種生產(chǎn)的氣候生態(tài)診斷技術(shù)[J]．應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2003，14(1)：93–100．

[8] 帥細(xì)強(qiáng)，汪擴(kuò)軍， 周玉，等．超級雜交稻制種基地氣候風(fēng)險(xiǎn)的細(xì)網(wǎng)格分析[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(2)：984–986．

[9] 陳立云，雷東陽， 唐文幫，等．兩系法雜交水稻研究和應(yīng)用中若干問題的思與行[J]．中國水稻科學(xué)，2010，24(6)：641–646．

[10] 雷東陽，周曉嬌，肖層林，等．兩系雜交稻制種基地氣象決策支持系統(tǒng)[J]．中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30(1)：96–101．

[11] 雷東陽，唐文幫，解志堅(jiān)，等．兩系法雜交水稻制種不安全問題解決途徑[J]．作物學(xué)報(bào)，2013，39(9)：1569–1575．

[12] 葛小平，張東福，羅淋娣，等．水稻不育系天豐A在福建建寧安全制種與氣溫的關(guān)系初探[J]．雜交水稻，2012，27(3)：23–27．

[13] Chen Liyun，Xiao Yinghui，Lei Dongyang，et al. Mechanism of sterility and breeding strategies for photoperiod/thermo-sensitive genic male sterile rice [J]．Rice Science，2010，17(3)：161–167．

責(zé)任編輯：王賽群

英文編輯：王 庫

Sterile transfer characters of Tianfeng A and site selection of its hybrid seed production: Tianyouhuazhan

LEI Dong-yang1a, JIE Zhi-jian1b, TANG Wen-bang1a, HUANG He-qing2, CHEN Li-yun1a*
(1.a.College of Agronomy; b.College of Information, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.JiangXi Branch, BeiJingJinSheNongHua Seeds Science and Technology Co. Ltd, Nanchang 330036, China)

The fertility transfer character of Tianfeng A and seed production site selection were studied in order to solve the insecurity problem of seed production for Tianyouhuazhan, a hybrid seed combination. A new idea for determining appropriate region and period for seed production was proposed according to the climate data together with the demand of safe-period in seed production. A computer system was utilized to analysis the meteorological dam of 50 years in China. The result indicated that the critical temperature of sterility transfer for Tianfeng A was about 27.8 ℃. It showed the safe production of Tianyouhuazhan seed was different from location to location. According to historical meteorological data, the risk probability of three safe periods of Tianyouhuazhan seed production, e.g. Sanyan of Hainan province, et al, were selected as the suitable seed production for Tianyouhuazhan combination. Hence, the security of Tianyouhuazhan seed production could be guaranteed on the basis of scientific selection of sites and time for seed production. In 2013, we attempted to produce the seed of Tianyouhuazhan in Sanya, Hainan province via the computeraided selection system, the grain yield could reach 3 750 kg/hm2. The results suggested that the problem of low security for Tianyouhuazhan seed production could be solved by this method, and it could provide a useful technical support for the development of hybrid rice.

hybrid rice; Tianyouhuazhan; critical temperature of sterility transfer; seed production site

S511.035.1

A

1007?1032(2014)05?0458?05

10.13331/j.cnki.jhau.2014.05.002

投稿網(wǎng)址：http://www.hunau.net/qks

2014–09–05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31371714)

雷東陽(1980—)，男，湖南邵陽人，博士，副教授，主要從事水稻遺傳育種和雜交稻種子生產(chǎn)研究，leidongyang1980@ 126.com；*通信作者，chenliyun996@163.com