一种两系杂交水稻的高产、保纯制种技术的制作方法
【专利摘要】本发明属水稻制种【技术领域】，具体的说是二系杂交水稻制种领域中的保纯、高产制种方法，其技术特征是：在二系杂交稻制种的中、后期，使用了温室、大棚或拱棚技术。其具体方法和步骤是：在二系制种田水稻中后期的某个生育阶段遇上或可能遇上过长或过短光照、过高或过低气温等不良环境条件时，使用温室、大棚或拱棚对制种田进行环境控制。与【背景技术】相比，本发明可成功解决光温敏感雄性核不育水稻制种中其在光温诱导育性转换的敏感期内易受不利气温因素影响而致育性恢复的问题，也可解决异常的高温或低温天气给父、母本带来的生理障碍和生理伤害的问题。
【专利说明】一种两系杂交水稻的高产、保纯制种技术
【技术领域】
[0001]本发明属水稻制种【技术领域】，是二系杂交水稻的保纯、高产制种技术。更确切的，是“光温敏感雄性核不育水稻中、后期应用温室、大棚或拱棚技术进行制种”的技术。
【背景技术】
[0002]1.光温敏感雄性核不育水稻及温室、大棚和拱棚应用技术简介 1.1光温敏感雄性核不育水稻简介
光温敏感雄性核不育水稻是一种“基因与环境互作雄性不育类型”水稻，又称作“生态遗传型核不育水稻”，由我国科学家石明松在1972年首次发现。它的不育发生既受基因控制，又受光照和温度影响，故“光温敏感雄性核不育水稻”的名称对它更为确切。
[0003]光照和温度影响光温敏感雄性核不育水稻育性转换的时期会因光温敏感雄性核不育水稻产生不育的形态结构发生机理的不同而略有差异，一般而言，水稻开花前的5-20天的某个阶段是诱导光温敏感雄性核不育水稻育性转换的敏感期。水稻不育通常有下列形态结构发生机理:雄蕊发育不全、花药皱缩、小孢子发育受阻、花药不开裂、花粉粒不萌发
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[0004]各种光温敏感雄性核不育水稻，还具有其各自的诱导育性转换的光照和温度的临界值。
[0005]人们根据光温 敏感雄性核不育水稻的育性对光照和温度的反应特性，将光温敏感雄性核不育水稻分为:I光敏型、2温敏型、3光温互作敏感型三种类型。其中，光敏型可再分为:1长日不育-短日可育型；2长日可育-短日不育型。温敏型可再分为:1高温不育-低温可育型；2高温可育-低温不育型；3高于某极端高温或低于某极端低温不育，介于两极端温度间可育型；4两极端温度以外可育，两极端间温度不育型。光温互作型是光温敏感雄性核不育水稻的主要类型，目前发现的光温敏感雄性核不育水稻多属此类，大致可再分为光照主导或温度主导的光照温度共同促进类型。细分则更加复杂，如:(I)农垦58S则属于长日照主导不育，高温促进不育；短日照主导可育，低温促进可育类型。(2)W6154S则属于高温主导不育，长日促进不育；低温主导可育，短日促进可育型。(3)D38S则属于短光照主导不育，低温促进不育；长光照主导可育，高温促进可育型。对于大多数的光温互作型光温敏感雄性核不育系，其育性对于光照以及温度之间的关系，可以用一个三维曲面来描述【I】。
[0006]光温敏感雄性核不育水稻的一个核心价值就是可用它来进行“二系法”生产杂交水稻，以下(包括《摘要》和《权利要求书》)所称“二系法”如无特别说明均指应用光温敏感雄性核不育水稻进行制种的“二系法”，所述“不育系”如无特别说明则是指光温敏感雄性核不育系。“二系法”较之“三系法”(质-核互作型不育系利用)生产杂交稻，在技术上有着显著的进步性，主要表现在:1)配组更为自由。多数品种对光温敏感雄性核不育水稻不存在特定的恢保关系，能恢复它的育性。这就增加了选育出理想组合的几率；2)不育系可自交繁殖，无需保持系，使繁种技术更加简便。正因如此，光温敏感雄性核不育水稻利用的研究被列入国家863计划项目。然而，利用光温敏感雄性核不育水稻生产杂交稻的缺陷也十分突出，其中最严重的缺陷是:不育系在用于制种时，在其育性转换的敏感期，常会遇上异常天气带来的过高或过低的气温，致其育性反复而部分自交结实。这类混有自交种的杂交种子会带来减产，在生产上不能使用。遗憾的是，迄今为止的二系制种技术还不能有效地解决这一技术难题，这就使得“二系法”大面积进入实用化阶段的路程还是那么漫长。
[0007]1.2温室、大棚和拱棚应用技术简介
温室、大棚或拱棚是一种可以改变植物生长环境，为植物生长创造最佳环境条件，可避免、防止和减轻恶劣气象因素等环境条件影响作物生长发育的园艺设施。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其它不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室、大棚或拱棚的关键技术是环境控制，尤其是光照和温度的控制。
[0008]温室、大棚的采光覆盖材料主要是玻璃、有机玻璃和塑料膜，其构造和其功能的类型多种多样。有些温室和大棚还可以是装配、拆分或移动式的。温室和大棚控制光照和温度的方法主要有:1)在低温状态下要求升温:先用温室或大棚的采光材料覆盖农田，形成一个相对封闭的环境，这样便可减少空气流通散失热量到大气和减少长波光辐射便于保温，而后，再通过采光材料获取阳光加温，和(或)通过其他加温设施加温(如电加温或煤炉加温等)。2)在高温状态下要求降温:先用温室或大棚对农田覆盖，再盖上遮阳网(或遮阳膜)，然后，再用降温设施(如热泵)和方法(如傍晚揭盖、揭膜、开门、开窗，白天灌冷水、喷冷水等)降温。温室和大棚的造价昂贵，但它们对光、温要素的控制效果较好，尤其是智能型温室、大棚，还能实现环境控制的自动化和精确化。
[0009]拱棚则主要由支架和塑料膜构成。因多数拱棚没有附加加温降温设备，在调节温度方面往往只能起到保温的作用。实践中，要发挥其“加温”或“降温”作用，则主要通过晴日的不 同的时刻盖、揭膜来达到力卩、降温的效果。对长时间的阴雨天，这些没有加、降温设备的拱棚则不具有加、降温的作用。拱棚相对于温室和大棚，其优点是造价便宜，拆、装方便，若临时能附加一些简单的加降温设备和方法，也能达到一定的加、降温效果。
[0010]上世纪90年代以来，温室、大棚和拱棚的技术发展迅速，使用面积也迅速扩大。尤其是反季节蔬菜温室、大棚可谓遍地开花。这使得温室、大棚和拱棚技术日臻成熟和完美，并近乎成为现代高效农业的特征。
[0011]2.与本发明相对应的“二系法”制种的【背景技术】
迄今为止，应用光温敏感雄性核不育水稻实施二系制种，除在秧苗期会使用薄膜、拱棚、大棚或温室外，此后的任何一个生育阶段都是在露天的自然环境条件下进行的，没有任何的保温、控温的设施。
[0012]这种露天的制种技术对制种田的环境条件尤其是气温条件不能进行有效的控制，而特别的，二系制种的父、母本其中后期有些个生育阶段对气温的要求尤为苛刻，若气温未能满足要求将产生严重后果。由于现有制种技术对制种田的气温、光照等环境条件不能进行有效的操控，使得二系制种中一些必须解决的问题而未能得到有效和彻底的解决。下面试举几例这方面问题供大家了解:
1、现有二系制种技术一直未能彻底解决光温敏感雄性核不育水稻制种中其在光温诱导育性转换的敏感期内易受不利气温因素影响而致育性恢复的问题。
[0013]由于不能有效的控制制种田的气温和光照，现有二系制种技术首要考虑的一点是必须把诱导光温敏感雄性核不育水稻育性转换的敏感期(一般是在抽穗前的5-20天左右，不同不育类型不育系间略有差异)安排在适当地域的一个合适的季节或日期段，使该季节或日期段的光照和气温不会超过该不育系从不育转换为可育的育性转换临界值，以期达到使该不育系持续保持高度不育状态的目的。例如:在应用高温主导(或促进)不育-低温主导(或促进)可育的不育系制种时，为避开异常低温天气的出现给不育系带来育性恢复的制种风险，常将诱导不育系育性转换的敏感期选择在一年中温度最高的季节(或时段)，即每年的7月中、下旬和8月上旬；地域的选择是纬度和海拔都不能太高，一般纬度不超过北纬40度，海拔不超过1800米；对不育系的选择则是诱导其育性转换的温度临界值要尽可能低，不宜超过27摄氏度，因为绝大多数稻作区难找一个能绝对保证10天左右气温稳定超过27摄氏度的日期段，其保证率多在80%以下。事实上，在应用长日主导不育、高温促进不育-短日主导可育、低温促进可育类型，或者应用高温主导不育、长日促进不育-低温主导可育、短日促进可育类型不育系制种时，哪怕是这些类不育系诱导其育性转换的温度临界值接近于该不育系的生理下限值(一般为21°C)，在其育性转换的敏感期，也时常会遇上低于或接近于21°C的气温。再例如，在应用低温主导(或促进)不育-高温主导(或促进)可育的不育系制种时，为避开异常高温天气的出现给不育系带来育性恢复的制种风险，首先得考虑将不育系的育性对光温反应的敏感期安排在初夏或晚秋季节，不育系的诱导其育性转换的温度临界值要尽可能高些。然而，哪怕该类型不育系诱导其育性转换的温度达到35°C，也即可以对水稻造成热害的温度，而在初夏和晚秋，气温超过35°C也是常见的，那样将导致不育系育性的反复。因此用这类不育系制种的风险也很高。而若要把这种类型不育系的播种季节提前或推后，则其生育期的前或后期，又将遭遇低温的危害。
[0014]2、现有二系制种技术未能解决遇上异常的高温或低温天气给父、母本带来的生理障碍和生理伤害的问题。
[0015]当人们利用高温主导(或促进)不育-低温主导(或促进)可育类型的不育系制种时，为避开低温天气的出现给不育系带来育性恢复的制种风险，常将诱导不育系育性转换的敏感期安排在一年中温度最高的季节(或日期段)，然而，该日期段的高温同样也可能影响到父本花粉的育 性。敏感期一过紧接着便是开花期，那么花期也就特别容易遇上高温。花期高温可让父本的花粉不育、丧失发芽力，也让母本柱头活力下降，从而影响授粉【2】。这也是利用高温主导(或促进)不育-低温主导(或促进)可育类型的不育系进行二系制种时制种产量较低的一个重要原因。
[0016]当人们应用低温主导(或促进)不育-高温主导(或促进)可育类型不育系制种时，常将不育系育性对光温反应的敏感期安排在初夏或晚秋季节，而初夏之前的低温则随播种的愈提前而出现得愈严重愈频繁，严重的低温除对水稻在秧苗期，同样也对水稻的分蘖期、穗分化期直至育性对温度反应的敏感期的生长发育都有不利影响，甚至于导致发育障碍及其他生理冷害；同样的，晚秋后的低温也将随季节的后推而出现得愈严重愈频繁，低温对水稻在花期的授粉、灌浆期的籽粒的充实和成熟也会带来不利影响。
[0017]总而言之，采用现有二系制种技术时，时常(甚或高频次)会遇上过高或过低气温带来的不利影响的问题，无论这些问题造成的不利影响是大是小，因现有的二系露天制种技术未能对光照和气温等因素进行有效的操控，遇上的这些问题总是不足以有效解决。
[0018]
【发明内容】
[0019]3.
【发明内容】
本发明属水稻制种【技术领域】，确切的说，是二系杂交水稻的保纯、高产制种技术。针对【背景技术】制种时因未能有效控制和调节某(几)个重要时期的气温等环境因素而对制种工作带来上述严重不利影响的问题，本发明提出:“在不育系的中、后期，应用温室、大棚或拱棚技术进行制种”，这(本句引号内内容)就是本发明有别于现有技术的技术特征。其具体方法和步骤是:“在二系制种田水稻中、后期的某个或某几个生育阶段遇上或可能遇上过高或过低的气温及不利光照时，为避免、防止和减缓该时期不利气温、光照等环境因素对制种中的父、母本带来不利影响，或者为了给父、母本创造更为适宜的环境条件，此时，先用温室、大棚或拱棚对制种田进行覆盖(也可早期将稻苗种植在温室或大棚内)，再铺之以其他相关的调温、调光的辅助设施或方法，使温室、大棚或拱棚内的温、光条件能够符合制种作业父、母本的要求。”
下面，先就【背景技术】所未能解决的问题，举例说明本发明的相应解决方法:
例I异常天气致育性恢复问题的解决方法。
[0020]在应用光温敏感雄性核不育水稻制种时，若在诱导光温敏感雄性核不育水稻育性转换的敏感期内(水稻开花前5-20天的某个阶段)遇上可能导致其转为可育的不利光照、气温条件时，先用温室、大棚或拱棚对制种田进行覆盖(也可早期将稻苗种植在温室或大棚内)，再铺之以其他相关的调温调光的辅助设施或方法，使温室、大棚或拱棚内的温、光条件始终处于能诱导光温敏感雄性核不育水稻保持不育且适于水稻的生长发育的范围之内。由此便可有效解决光温敏感雄性核不育水稻制种中其在光温诱导育性转换的敏感期内易受不利气温、光照因素影响而致育性恢复的问题。
[0021]为了更清 楚的说明本发明在解决这一两系制种关键问题上的技术特征，下面将再举例分别就高温主导(或促进)不育-低温主导(或促进)可育类型与低温主导(或促进)不育-高温主导(或促进)可育类型不育系如何应用本发明作更详尽的阐述。
[0022]I)长日主导不育、高温促进不育-短日主导可育、低温促进可育类型不育系及高温主导不育、长日促进不育-低温主导可育、短日促进可育类型不育系。
[0023]该类不育系在诱导其育性转换的敏感期(一般为抽穗前的5-15天)内，若忽然遇上台风或其他气象因素带来的低气温，如果该气温值比该不育系的诱导其育性从不育转换为可育的临界温度值还要低，那么，我们可以预先或发现低温天气后立即对种植着不育系的温室或大棚进行关窗、关门，让温室或大棚对制种田覆盖严实，再使用增温设备或方法增温，使室内或棚内的气温高于不育系育性转换的临界温度值，一般室内(或棚内)气温要求在27°C以上，但不宜超过35°C。如果不育系并没有预先种植在温室或大棚内，而在育性转换的敏感期又遇上异常低温时，我们可以用可拆装式(或移动式)温室(或大棚)、简易大棚或者拱棚对制种田进行覆盖，然后再用增温增光设备或方法进行加温、增光。对于长日主导不育、高温促进不育-短日主导可育、低温促进可育类型不育系在育性转换敏感期内的傍晚或早晨遇上罕见的日全食时，日全食期间需用温室或大棚内的增光设备增光。待恶劣天气或敏感期一过，我们又可拆室、拆棚或揭膜等办法进行露天的常规管理。
[0024]2)低温主导(或促进)不育-高温主导(或促进)可育类型不育系。[0025]这类不育系在诱导其育性转换的敏感期(一般为抽穗前的5-20天)内若忽然遇上高于该不育系的临界温度值的气温，那么，我们可以预先或发现高温天气后立即对种植着该不育系的温室或大棚进行关窗、关门，让温室或大棚对制种田覆盖严实，再使用降温设备或方法降温，使室内或棚内的气温低于不育系育性转换的临界温度值，但不宜低于21°C。如果不育系并没有预先种植在温室或大棚内，而在育性转换的敏感期又遇上异常高温时，我们可以用可拆装式(或移动式)温室(或大棚)、简易大棚或者拱棚对制种田进行覆盖，然后再用降温设备、遮光设备或方法进行降温和减少光照。待恶劣天气或敏感期一过，我们又可拆室、拆棚或揭膜等办法进行露天的常规管理。
[0026]例2异常天气致水稻生理伤害问题的解决方法。
[0027]本文【背景技术】一节提到，水稻两系制种，特别容易受到异常天气的危害。对于这类问题，我们可以通过温室、大棚或拱棚技术的应用来调控制种田的温度、光照和湿度，最后使制种田的环境条件能够满足制种要求，从而达到避免、防止或减缓不利天气因素对二系制种的不利影响。例如:I)，高温主导(或促进)不育-低温主导(或促进)可育类型不育系制种。该类不育系制种开花期往往容易遇上35°C以上高温，而花期35°C以上高温又易导致母本柱头活力下降，父本花粉的育性降低、寿命缩短。此时若遇上高温，按照本发明的技术特征，即我们可在花期先对制种田进行覆盖，然后，再用降温设备如空调降温，也可通过中午前后遮光、喷洒冷水、傍晚前揭膜、排水等方法来降低室内(或膜内)温度，以此达到避免、防止、减轻花期高温天气给二系制种带来的负面影响，使室内(或棚内)的光照、气温等因素适宜于水稻生长发育及其他生理需要。2)低温主导(或促进)不育-高温主导(或促进)可育类型不育系制种。该类不育系若育性敏感期安排在初夏，则敏感期前各生育阶段易于遇上低温，此时低温容易致水稻生长发育障碍和生理冷害，利用温室、大棚或拱棚技术保温加温便可解决此类问题。而若育性敏感期安排在晚秋季节，敏感期后的花期、籽粒充实期直至成熟期也易于遭受低温冷害，此时，我们也可以应用温室、大棚或拱棚技术进行加温，达到防止冷害的目的。
[0028]总而言之 ，我们不但可在水稻的生育早期(秧苗期)应用温室、大棚或拱棚技术来防止低温对水稻幼苗的危害，对于二系水稻制种，我们还可以在水稻父、母本对温、光等生长要素有着特别要求的其他时段，应用温室、大棚或拱棚及其相应设施进行保温、加温、降温、增光、遮光、保湿、调湿、防雨、防风、防非父本花粉、防虫和防病等，从而达到避免、防止或减轻不利环境因素对父母本的不利影响的目的。
[0029]在二系制种水稻中后期应用温室、大棚或拱棚技术，除了具有上述能够避免、防止或减缓不育系因遇上异常气象因素而致育性反复的效果及具有上述能够避免、防止或减缓异常气象因素致父、母本生理伤害等的效果外，还具有以下有益效果:
1、对不育系的类型及育性转换的光温临界值的限制更不苛刻。这使原来许多因诱导育性转换的温度临界值偏高或偏低而不能用来制种的不育系和两极不育系都可以用来制种，从而在育种上增加了选育到具有超高产或其他优良性状的杂交组合的几率。
[0030]2、对不育系诱导育性转换敏感期的季节或日期段的安排可以更加灵活。我们还可以兼顾或侧重于避开或减轻极端高温对水稻的热害或极端低温对水稻的冷害的角度来安排母本育性转换敏感期的时段，由此便可减少减产和增加制种产量。制种季节的灵活安排还有利于前后茬作物播种期的合理安排。[0031]3、对制种地域的选择更加宽泛。
[0032]4、利用闲置、半闲置的反季节蔬菜温室(或大棚)或其他类闲置、半闲置的温室(或大棚)进行二系制种，不仅可以节约温室、大棚成本，提高温室、大棚使用效率，而且经水旱轮作，还可以改良土壤性状，减轻土壤盐溃化，减少旱作物和水稻的病虫草害。
[0033]最后，我们期待着人们既能从改造“基因”入手，选育出理想的不育系；又能从改造“环境”入手，应用温室、大棚或拱棚技术制种。这两者的完美结合，一定会让这种“基因”与“环境”互作雄性核不育类型水稻在祖国辽阔、富饶、气象万千的大地上结出丰硕的成果。
[0034]参考文献:
【I】薛光行申岳正“试议光敏不育水稻育性转换的光温作用模式”《作物学报》第21卷第2期1995年3月中国农业科学院作物育种栽培研究所。
【2】张彬1芮雯奕1郑建初2等“水稻开花期化粉活力和结实率对高温的响应特征”《作物学报》2007,33( 7) 1177-1181 I南京农业大学2江苏农业科学院。
【权利要求】
1.一种二系杂交水稻的保纯、高产制种方法，它的技术特征是:在二系制种田水稻中、后期，使用了温室、大棚或·拱棚技术进行制种。
【文档编号】A01G7/00GK103843555SQ201310375565
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】肖卓丽, 肖小林 申请人:肖卓丽, 肖小林