自動控溫冷水池設計及其在水稻低溫敏核不育系選育上的應用

湯國華，余應弘，謝紅軍，曾 翔，張建華，吳善德

（1.湖南省水稻研究所，國家水稻改良中心長沙分中心，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業科學院，湖南 長沙 410125；3.賀家山原種場，湖南 常德 415900；4.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，湖南 長沙 410125）

我國近20年兩系雜交水稻繁制種的實踐表明：只有不育系生理不育起點溫度低（17℃左右）和制種季節不育系育性轉換敏感期不育起點溫度仍然低（不高于23℃）、且短期低溫育性不易恢復，才能有效降低繁制種的育性風險。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溫度高，繁制種風險大。為增加水稻低不育起點溫度光溫敏不育系的選擇壓力，提高選育效率，加快選育進程，2008年，筆者研究組設計建造了2個共40 m2的自動控溫冷水池。2010年，又完善設計、建造了3個共90 m2的自動控溫冷水池。3 a的使用效果表明，自動控溫冷水池在水稻實用低溫敏不育系選育中應用廣泛。

1 自動控溫冷水池的設計與工作原理

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，設計、建造了2個共40 m2的自動控溫冷水池。3 a的使用結果表明，自動控溫冷水池具有以下特點：（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、設計簡單、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。以湖南農業大學水稻研究所用自動控溫冷水池加壓選育的33S為例，2010年省生態鑒定表現不育起點溫度低且對短期低溫鈍感。33S分期播種鏡檢和套袋自交結果如下：4月7日開始播種，7月10日始穗，7月9日至7月21日鏡檢，100%為典敗；7月25日至9月7日鏡檢，為無花粉型；8月26、27日連續2天日平均氣溫21.1 ℃，9月11日至9月16日育性發生波動，可育花粉率0.74%～3.67%，平均1.98%，套袋自交結實率均為0；9月17日至9月28日又轉為無花粉型。

1.1 自動控溫冷水池的設計

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，建池數量根據需要確定，但至少應建1個篩選池和1個繁殖池。冷水池水泥底防漏，池深45 cm左右。水池兩側中間處安裝帶噴水孔的水管，自動控溫儀與供水系統（潛水泵）、溫度感應器（探頭）相連，探頭置于水池和水深的中間部位。冷水池四周設排水溝，池壁設不同深度的溢水口，所有排水溝相連。

1.2 自動控溫冷水池的工作原理

不育系處理時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，把控溫旋扭調到所需溫度，把探頭置于空中，抽水機開始抽水，水深達到要求后，把探頭置于水層中部，抽水機立即停止抽水。隨后水溫緩慢上升，當控溫儀顯示的水溫與設置的水溫一致時，放入待處理的不育系。控溫儀控溫幅度設置為±0.5℃，即水溫高于設定溫度0.5℃時，抽水機開始供水，水溫低于設定溫度0.5℃時抽水機停止供水，如此循環往復，完成不育系的低溫處理。設置控溫幅度可避免抽水機頻繁工作，節約用水。處理溫度可根據需要設晝夜變溫。

2 自動控溫冷水池在水稻實用低溫敏核不育系選育上的應用

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 低生理不育起點溫度不育株篩選

生理不育起點溫度低的水稻光溫敏不育系具有良好繁殖習性。目前大面積應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繁殖，都要求不育系的生理起點溫度低，即不育系的抗寒性強。抗寒性強的普通水稻品種表現遇低溫仍能正常結實。抗寒性強的水稻低溫敏不育株，經21℃日平均水溫處理12～15 d，沒有明顯的冷害癥狀，結實好，籽粒飽滿，色澤金黃；而不抗寒的不育株則有明顯的冷害癥狀，結實差，種子色澤暗淡帶斑點。因此，低生理不育起點溫度不育株的篩選可按上述原則。

2.3 低不育起點溫度不育株篩選

不育系育性轉換敏感期的不育起點溫度必須低，是水稻實用低溫敏不育系的首要條件。低不育起點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，處理結束后的第2天對劍葉葉枕距0～4 cm的單穗進行標記，一般每個單株標記1～2穗。抽穗后標記穗鏡檢并結合自交，鏡檢合格并自交不結實的單株當選。

2.4 短期低溫鈍感不育株篩選

一個制種風險小的不育系，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。短期低溫鈍感不育株篩選，一般在F5后進行，方法是用日平均21℃、22℃、22.5℃的水溫分別處理 1、2、3 d，選自交結實率低于3%單株。

2.5 不育系光溫反應類型鑒定

不育系穩定后，從3月底開始分期播種，每10 d播1次，在不育系主穗進入幼穗分化5期(劍葉露尖前后)移入自動控溫冷水池處理，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。每次處理結束后第2天，標記劍葉枕抽出0～4 cm單穗1～2個，抽穗后鏡檢并隔離自交，考查花粉育性和自交結實率。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實率不隨處理時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。對低溫敏型不育系，可以在日平均氣溫高于不育系育性轉換起點溫度的任何時期進行提純和核心種子生產；對光敏型或光溫互作型不育系只能在較短日長條件下（與制種時不育系敏感期日長一致或略短）進行提純和核心種子生產。

2.6 水稻實用低溫敏不育系的選育程序

水稻實用低溫敏不育系的育性必須同時達到以下標準：（1）制種季節的不育起點溫度低。制種時敏感期遇5 d日平均23℃氣溫完全不育。（2）對短期低溫鈍感。短期低于23℃的氣溫育性不易恢復，在一定有效繁殖積溫范圍內，隨有效積溫增加而育性恢復越好。（3）生理不育起點溫度低，為17℃左右。

低生理不育起點溫度、低不育起點溫度不育株的加壓篩選、不育株繁殖等必須有機結合起來。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、低不育起點溫度篩選和繁殖用。抽穗開花后鏡檢當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鏡檢無可育花粉、自交不結實且21℃冷水處理繁殖的種子籽粒飽滿、色澤金黃的的單株，表明其不育起點溫度和生理不育起點溫度均低。海南利用自然低溫對抗寒性、繁殖習性和不育起點溫度進行加壓選擇。自動控溫冷水池和海南自然低溫加壓選擇均以株1S為對照，要求當選單株的不育起點溫度不高于株1S。

選育至不育系表現型一致后，用短期低溫對不育系進行加壓選擇，篩選短期低溫不育性不易恢復的單株，并對不育系的光溫反應類型進行鑒定。

3 利用自動控溫冷水池進行不育系提純和核心種子生產

3.1 基礎種子生產

基礎種子是指用于篩選核心單株的種子。它是更高級別核心種子，用其篩選核心單株和生產用種后，經驗證并達到要求。其生產程序是：單株選擇→低溫冷水或適宜日長低溫冷水處理→核心單株→核心種子（基礎種子）；其驗證程序是：基礎種子→原種→大田鑒定和自動控溫冷水池鑒定。大田鑒定主要是鑒定其純度，自動控溫冷水池鑒定主要是鑒定其不育起點溫度。對溫敏型不育系可在日平均氣溫高于不育系不育起點溫度的時期鑒定，對光溫互作型不育系在與不育系制種季節一致的時期鑒定，其鑒定指標是日平均水處理5 d鏡檢和隔離自交合格。

經驗證后的基礎種子冷庫貯藏，分年分批用于核心種子生產，基礎種子生產量以5～10 kg為宜。基礎種子的主要優點是篩選核心單株的效率高，大田用種可靠性好，制種育性風險小。

3.2 核心種子生產

溫敏型不育系與光溫互作型不育系互相種子生產的區別在于：溫敏型不育系不受時期限制，光溫互作型不育系互相種子生產必須與制種季節不育系育性敏感期日長相同或稍短。因此，利用自動控溫冷水池篩選的溫敏型不育系的核心單株可利用水庫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沙以8月上中旬進行為宜，8月下旬至9月上旬抽穗后在當地不能再生繁殖，只能帶核心單株海南2次分蔸擴繁。

3.2.1 溫敏型不育系核心種子生產 溫敏型不育系核心種子生產程序是：基礎種子→自動控溫冷水處理→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℃，可設晝夜變溫；處理時期為幼穗分化5期，即部分單株主穗劍葉露尖；處理時間為7 d；處理數量根據處理池大小、數量和核心種子需求量確定。處理結束后第2天每株標記最敏感單穗1～2個，標準為劍葉葉枕抽出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。如季節不緊張也可結合自交結實情況選擇核心單株，核心單株當選指標為鏡檢和自交結實與對照株1S相當。當選核心單株割蔸后利用水庫冷水分蔸繁殖，一般30 m2水池可處理900株左右，當選核心單株500株左右，3個處理池處理2次可得核心單株3 000個左右，分蔸后可種植700 m2，生產核心種子250 kg左右。

3.2.2 光敏型、光溫互作型不育系核心種子生產光敏型、光溫互作型不育系核心種子生產程序是：基礎種子→適宜日長自動控溫冷水處理→核心單株→海南2次分蔸繁殖→核心種子。處理時期與制種季節不育系敏感期日長相近或略短，在長沙以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，使不育系處理結束后7 d后仍有較多處于敏感期的稻穗，保留標記穗，剪除非敏感期稻穗，用自動控溫冷水處理12～15 d，當選單株收種后禾蔸帶海南2次分蔸繁殖。試驗結果表明，一個不育系禾蔸海南分蔸2次，可插40蔸左右，繁種0.5 kg左右。對使用量大的不育系，可篩選1 000個以上的核心單株海南分蔸繁殖，生產核心種子500 kg以上，冷藏后逐年用于原種生產。

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

自動控溫冷水池設計簡單，建造、使用成本低，在水稻低不育起點溫度光溫敏不育系選育、不育起點溫度鑒定、核心種子生產等方面用途廣泛。

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