符辰建 胡小淳 符星學(xué) 秦鵬 王凱,3 黎琛子 吳挺飛 劉珊珊 楊遠(yuǎn)柱*

（1袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方水稻品種創(chuàng)制重點實驗室/抗病蟲水稻育種湖南省工程實驗室，長沙410128；2湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院，長沙410128；3湖南隆平高科種業(yè)科學(xué)研究院有限公司，湖南 寧鄉(xiāng)410604；第一作者：625445212@qq.com；*通訊作者：yzhuyah@163.com）

雜種優(yōu)勢利用是提高水稻單產(chǎn)最有效途徑之一[1]。石明松1973年首次發(fā)現(xiàn)水稻光溫敏核不育材料[2]，開辟了我國兩系雜交水稻研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的新篇章。兩系雜交水稻具有不受恢保關(guān)系制約、配組自由等特點，目前已成為水稻雜種優(yōu)勢利用的重要途徑[3]。長江流域中秈稻種植面積超過1 193萬hm2，約占該區(qū)域水稻種植面積的63%，發(fā)展兩系雜交中秈稻組合對保障國家糧食安全具有重要現(xiàn)實意義。但在兩系雜交中秈稻發(fā)展中，存在中秈型兩用核不育系遺傳基礎(chǔ)狹窄、對父本選擇性強、資源利用率低等問題[4]。進(jìn)一步拓展中秈型兩用核不育系遺傳基礎(chǔ)，同時提升其抗性和品質(zhì)，對抗病、優(yōu)質(zhì)、廣適、高產(chǎn)兩系雜交中秈稻新品種的培育具有重要意義。筆者以中秈型兩用核不育系種質(zhì)創(chuàng)新為突破口，以拓展兩用核不育系遺傳基礎(chǔ)、提高抗性和品質(zhì)為重點，結(jié)合分子標(biāo)記輔助育種手段，以培育抗病優(yōu)質(zhì)廣適高產(chǎn)雜交水稻新品種為主攻目標(biāo)，經(jīng)過15年的持續(xù)創(chuàng)新，成功培育出株型理想、不育起點溫度低、異交特性好、配合力強的中秈型兩用核不育系隆科638S。截止2020年底，用隆科638S已培育出73個雜交水稻新組合104次通過國家審定，并大面積推廣應(yīng)用，年推廣面積超過100萬hm2。

1 選育過程

隆科638S是湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院2005年秋季用自育的早秈型矮稈抗倒優(yōu)質(zhì)軟米不育系湘陵628S[5]作母本，與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的優(yōu)良不育系C815S[6]雜交，采用“自然環(huán)境和人工環(huán)境雙重壓力選擇法”[7]對后代的育性轉(zhuǎn)換溫度和生理不育溫度進(jìn)行加壓篩選，經(jīng)湖南長沙、海南陵水兩地1年2季穿梭種植對農(nóng)藝性狀進(jìn)行定向培育，并從F3開始，利用開發(fā)的抗稻瘟病基因Pia、Piz-t，優(yōu)質(zhì)基因Wxb和顯性半矮稈基因SBI的功能或緊密連鎖分子標(biāo)記，逐代進(jìn)行MAS選擇，并結(jié)合大圍山稻瘟病病圃表型鑒定，高效、準(zhǔn)確地聚合Pia、Piz-t、Wxb等優(yōu)異基因。同時，用與強優(yōu)勢恢復(fù)系華占作為測驗種，在長沙正季按照制種方式（行比1∶8）將其插于選種圃，通過自然異交，進(jìn)行不育系的異交性、種子商品性、感光性、品質(zhì)等特性的高效選擇[7]，于2010年F11代成功育成株型理想、抗病、優(yōu)質(zhì)、高配合力中秈型兩用核不育系隆科638S，2014年通過湖南省審定（審定編號：湘審稻2014022），并獲植物新品種權(quán)保護（品種權(quán)號：CNA20090950.7）。

表1 隆科638S湖南省種子管理服務(wù)站低溫處理鑒定結(jié)果

表2 隆科638S等不育系育性轉(zhuǎn)換起點溫度及低溫敏感性鑒定結(jié)果

2 主要特征特性

2.1 形態(tài)特征

隆科638S株高91.8 cm，株型較緊湊，莖稈粗壯，帶半顯性矮稈基因SBI[7]，莖基部倒1~2節(jié)節(jié)間短，稈壁厚；葉色深綠，一生葉片直立，葉鞘稈綠色，劍葉直立，長而中寬，總?cè)~片數(shù)15.3葉左右；分蘗力較強，單株分蘗12~14個，成穗8~10個，成穗率65%以上，穗長23 cm左右，穗大粒多，著粒較密，每穗總穎花數(shù)200個左右；谷長粒型，長寬比2.9，穎殼綠色，稃尖、柱頭均無色，部分谷粒有頂芒，千粒重25 g左右。

2.2 生育期

隆科638S屬遲熟中秈類型，全基因組重測序分析發(fā)現(xiàn)，隆科638S帶有DTH2、DHT7/Ghd7.1和DTH8/Ghd8長日照延遲開花等位型，以及Hd1長日照早開花等位型生育期基因組合，弱感光性。湖南長沙春播播始?xì)v期103~110 d；夏秋播播始?xì)v期80~90 d，比Y58S長7~8 d；海南11月份播種播始?xì)v期78~82 d，與Y58S相同。主莖葉片數(shù)15~16葉。

2.3 育性表現(xiàn)

2013年，湖南省種子管理服務(wù)站組織3個試點的育性鑒定試驗，結(jié)果在23.5℃處理6 d條件下，隆科638S 3個試點花粉可染率和自交結(jié)實率均為0；在22.5℃處理6 d條件下，隆科638S和對照陸18S在不同試驗點出現(xiàn)不同程度的可染花粉和自交結(jié)實（表1）。表明隆科638S育性轉(zhuǎn)換臨界溫度低于23.5℃。

2013年8月20日湖南省種子管理服務(wù)站組織專家從隆科638S的千株群體中隨機抽取120株的120穗進(jìn)行花粉育性鏡檢，不育株率和不育度均為100%，且基本為無花粉型。隨機抽取110個套袋穗調(diào)查19 392個穎花，自交結(jié)實率為0。

本課題連續(xù)2年對隆科638S的育性轉(zhuǎn)換起點溫度、生理不育溫度、育性轉(zhuǎn)換敏感期耐冷性進(jìn)行研究，選擇隆科638S幼穗分化Ⅴ~Ⅵ期，冷灌處理8 d，以廣占63-4S為對照。結(jié)果顯示，在日均溫23.0℃（日最高溫26℃/日最低溫18.5℃）處理下，隆科638S平均花粉可染率和自交結(jié)實率均為0（表2）。可見，其育性轉(zhuǎn)換臨界溫度低于23.0℃。連續(xù)5年在江蘇鹽城、海南樂東、福建建寧大面積制種，即使遇到2~3 d日平均氣溫低于23℃的低溫天氣，隆科638S的育性也沒有發(fā)生波動，種子純度合格率100%。

2.4 可繁性

從表2可見，在日均溫18.5℃（日最高溫/日最低溫22.5℃/16.5℃）處理下，隆科638S的花粉可染率為42.8%、自交結(jié)實率為26.4%，比廣占63-4S分別高17.9個和16.0個百分點；在日均溫18.0℃（日最高溫22.5℃、日最低溫15.5℃）處理下，隆科638S的花粉可染率為39.4%、自交結(jié)實率為19.7%，而廣占63-4S花粉可染率僅5.1%、自交結(jié)實率僅1.5%；在日均溫17.0℃處理下，隆科638S的花粉可染率為0.2%、自交結(jié)實率為0，表明其生理不育溫度接近17.0℃，且育性轉(zhuǎn)換敏感期耐低溫能力顯著強于對照廣占63-4S。由于生理不育下限溫度低，育性轉(zhuǎn)換敏感期耐低溫能力強，可繁性好，繁殖產(chǎn)量高。2016—2019年，在云南保山、隆陽繁殖122.8 hm2，平均產(chǎn)量5 970 kg/hm2，百畝高產(chǎn)片專家驗收平均單產(chǎn)7 555.5 kg/hm2。

表3 國審隆兩優(yōu)系列品種在各稻區(qū)的產(chǎn)量表現(xiàn)

圖2 雜交水稻骨干親本遺傳聚類圖

2.5 異交特性

隆科638S穗形較大，平均每穗穎花200個左右，開花集中，單穗花期5～6 d，單株花期9～10 d?；〞r早，正常天氣始花時間8∶00，盛花時間9∶30—11∶30，午前開花率86%以上。穗姿直立，授粉態(tài)勢好。柱頭大、外露率高、活力強，在不使用“九二〇”的情況下，一般包頸粒率14%左右，柱頭總外露率78%左右，其中雙邊外露率51%左右。對赤霉素敏感，一般始穗45%左右，每hm2噴施120~150 g可完全解除包頸。一般異交結(jié)實率60%左右，制種產(chǎn)量3 600 kg/hm2以上，2016年海南樂東春制隆兩優(yōu)華占73.3 hm2高產(chǎn)片，專家驗收平均產(chǎn)量4 974 kg/hm2。

2.6 品質(zhì)

隆科638S具有低直鏈淀粉含量Wxb、高膠稠度qGC10基因型。2014年，據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（武漢）對海南陵水春季收獲的隆科638S稻谷進(jìn)行檢測，其糙米率78.9%，精米率68.6%，整精米率65.2%，粒長6.3 mm，長寬比2.7，堊白粒率20%，堊白度2.4%，透明度3級，堿消值3.0級，膠稠度88 mm，直鏈淀粉含量12.4%，屬優(yōu)質(zhì)軟米類型，米飯食味好。

2.7 抗性

通過重測序分析表明，隆科638S具有Pia、Piz-t、Pid2、Pid3等稻瘟病抗性相關(guān)基因。湖南省植保研究所桃江稻瘟病病圃鑒定，其葉瘟3級、穗瘟5級；本團隊在瀏陽大圍山稻瘟病圃多年鑒定，其葉瘟5級、穗瘟5級；湖南省水稻研究所鑒定，白葉枯病5級。苗期耐寒，孕穗期耐低溫能力強。

2.8 配合力

基于190份雜交水稻核心親本簡化重測序結(jié)果進(jìn)行種群聚類分析，隆科638S與株1S、湘陵628S等早秈型不育系同屬長江流域早秈群（圖1）。通過遺傳背景分析，發(fā)現(xiàn)隆科638S含有約56.0%的早秈稻遺傳背景和約8.7%的粳稻遺傳背景，與華南秈稻品種配組，可充分利用“早晚生態(tài)型間和秈粳亞種間”雙重雜種優(yōu)勢。2015年以來，已培育出抗病、優(yōu)質(zhì)、廣適、高產(chǎn)的隆兩優(yōu)系列新品種73個（104次）通過國家品種審定，涉及73個父本，其中，華南優(yōu)質(zhì)秈稻品種22個、長江流域恢復(fù)系28個、兩系父本（含9311衍生系）23個，表明隆科638S對親本的選擇性不強、親和譜廣、配合力好。

3 配組應(yīng)用

3.1 產(chǎn)量表現(xiàn)

從表3可見，通過國審的73個（104次）隆兩優(yōu)系列品種，覆蓋整個長江流域（含武陵山區(qū)）和華南稻區(qū)，其中，通過南方稻區(qū)4大區(qū)域（上游、中下游、華南、武陵山區(qū)）審定的品種有3個，通過南方稻區(qū)3大區(qū)域?qū)彾ǖ钠贩N有5個，通過南方稻區(qū)2大區(qū)域?qū)彾ǖ钠贩N有12個，表現(xiàn)出很好的廣適性。73個品種的產(chǎn)量變幅為6.92~10.70 t/hm2，平均產(chǎn)量9.36 t/hm2，比對照增產(chǎn)5.34%。其中，比對照增產(chǎn)3.0%以上的有87次，占比83.7%，比對照增產(chǎn)5%以上的有62次，占比59.6%，豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好。截止到2020年，已有隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)1988、隆兩優(yōu)1308、隆兩優(yōu)1377、隆兩優(yōu)1212被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認(rèn)定為超級稻品種；年推廣面積0.67萬hm2以上品種17個，2019年年推廣面積已超過100萬hm2?？梢?，隆兩優(yōu)系列品種具有很好的廣適性。

3.2 抗性表現(xiàn)

通過對隆科638S進(jìn)行全基因組重測序分析，明確了隆科638S攜帶Pia、Piz-t、Pid2、Pid3等抗稻瘟病基因，根據(jù)“雙親抗性基因互補”組配原則，選擇至少攜帶Pigm或Pi2或Pik等主效抗病基因的父本，與隆科638S配組，使培育的隆兩優(yōu)系列品種至少聚合5個及以上抗稻瘟病基因（表4），大幅度提高了品種的稻瘟病抗性。在國審的73個（104次）隆兩優(yōu)系列品種中，中抗及以上品種37個次，占比35.6%，是同期國審的其他同類型兩系品種中抗稻瘟病比例（13.1%）的2.72倍（表5）。

表4 部分抗稻瘟病國審隆兩優(yōu)品種及所攜帶抗病基因

表5 隆兩優(yōu)系列品種在各稻區(qū)的稻瘟病抗性結(jié)果分析

3.3 品質(zhì)表現(xiàn)

筆者團隊經(jīng)過多年研究，提出雜交水稻品質(zhì)改良應(yīng)遵循“雙親品質(zhì)基因一致性”原則，即選擇品質(zhì)基因型一致的優(yōu)良雙親進(jìn)行配組，容易確保雜交稻品種稻米品質(zhì)基因和表型相對一致[7]。經(jīng)過對核心親本主要稻米食味品質(zhì)基因分析發(fā)現(xiàn)，隆科638S具有低直鏈淀粉含量Wxb、高膠稠度qGC10等食味相關(guān)優(yōu)質(zhì)基因，因此，在組配時盡量選擇具有Wxb、qGC10（高）基因型的父本進(jìn)行配組，從而提高隆兩優(yōu)系列雜交稻品種的品質(zhì)。國審的73個（104次）隆兩優(yōu)系列品種平均優(yōu)質(zhì)率達(dá)到50.0%（表6）。其中，隆兩優(yōu)534、隆兩優(yōu)黃莉占在長江上游稻區(qū)達(dá)到國標(biāo)一等優(yōu)質(zhì)稻標(biāo)準(zhǔn)；隆兩優(yōu)534、隆兩優(yōu)7810分別獲四川省第五屆、第六屆“稻香杯”優(yōu)質(zhì)米特等獎，隆兩優(yōu)1206、隆兩優(yōu)1813獲優(yōu)質(zhì)米獎；隆兩優(yōu)1377獲2019年全國優(yōu)質(zhì)超級稻食味鑒評第一名。

表6 隆兩優(yōu)系列品種在各稻區(qū)的米質(zhì)表現(xiàn)

表7 隆兩優(yōu)華占不同氮用量處理下的產(chǎn)量表現(xiàn) （單位：t/hm2）

表8 隆兩優(yōu)系列品種在各稻區(qū)的生育期表現(xiàn)及與對照的比較

3.4 氮肥利用效率

基于全基因組重測序的基因型分析結(jié)果表明，隆科638S具有NRT1.1B、OsNR2、TOND1等氮高效利用或低氮耐受基因，與帶有相同優(yōu)異等位基因型的華占、R534、R1206、R8612等親本配組，培育出隆兩優(yōu)華占等一批廣適性高產(chǎn)品種。2017—2018年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研究了隆兩優(yōu)華占在低氮、中氮、高氮條件下的產(chǎn)量表現(xiàn)，結(jié)果表明，其產(chǎn)量比對照豐兩優(yōu)4號極顯著增產(chǎn)，平均增產(chǎn)18.37%，且處理間、年度間產(chǎn)量變幅?。ū?）。隆兩優(yōu)華占被科技部“863”計劃“綠色超級稻新品種培育”項目專家組認(rèn)定為綠色超級稻。

3.5 生育期表現(xiàn)

隆 科638S帶 有DTH2、DHT7/Ghd7.1和DTH8/Ghd8長日照延遲開花等位型，以及Hd1長日照提早開花等位型生育期基因組合，具有弱感光性，所配組合在長江流域作中稻種植生育期穩(wěn)定，19個長江上游國審中秈品種區(qū)試平均生育期154.0 d，變異系數(shù)6.63%；54個長江中下游國審中秈品種區(qū)試平均生育期137.5 d，變異系數(shù)5.44%；13個華南國審?fù)矶i品種區(qū)試平均生育期118.3 d，變異系數(shù)6.15%（表8）。

3.6 農(nóng)藝性狀

隆科638S具有湘陵628S的半顯性矮稈抗倒基因SBI，所配隆兩優(yōu)系列組合平均株高雖然達(dá)122 cm，但莖稈粗壯，莖基部1~3節(jié)節(jié)間短，稈壁厚，韌性好，抗倒力強。據(jù)國審73個（104次）隆兩優(yōu)品種的2 130個區(qū)試試點結(jié)果統(tǒng)計，隆兩優(yōu)系列品種倒（斜）率1.2%，而對照品種倒（斜）率達(dá)10.3%。

隆兩優(yōu)系列品種株型較緊湊，劍葉挺直，平均穗長24.6 cm，有效穗數(shù)240萬/hm2，每穗總粒數(shù)195.7粒，千粒重26.74 g，結(jié)實率83.5%（表9）。結(jié)果表明，隆兩優(yōu)系列品種耐高溫能力強，在長江流域作中稻栽培結(jié)實率穩(wěn)定在80%以上。

4 推廣應(yīng)用

由于隆兩優(yōu)系列品種較好地協(xié)調(diào)了優(yōu)質(zhì)、抗病、廣適與高產(chǎn)之間的矛盾，深受廣大農(nóng)民的喜愛，迅速成為我國南方雜交稻主栽品種之一，推動了長江流域雜交中秈品種的更新?lián)Q代。根據(jù)全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心統(tǒng)計，隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)534和隆兩優(yōu)1988等17個品種2016—2019年累計推廣面積在206.6萬hm2以上，累計推廣面積超過10萬hm2的品種有隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)534、隆兩優(yōu)1988、隆兩優(yōu)1377、隆兩優(yōu)1206等，其中，隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)534、隆兩優(yōu)1377在2019年的推廣面積分別為29.6、18.1、12.3萬hm2，列居全國雜交水稻種植面積第3位、第5位和第13位。

表9 隆兩優(yōu)系列品種在各稻區(qū)的主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

5 繁殖技術(shù)要點

隆科638S育性轉(zhuǎn)換起點溫度低于23.5℃，育性敏感期耐低溫能力強，生理不育下限溫度低，可繁性好。結(jié)合云南保山高海拔（云南省保山市隆陽區(qū)，海拔1600 m左右）的氣候特點和栽培習(xí)慣，筆者系統(tǒng)總結(jié)出“適時播種、適齡移栽、適度密植、適量氮肥、增施磷鉀、除雜保純、適當(dāng)早收、及時烘干”等一套相應(yīng)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)繁殖技術(shù)。2016—2019年，在云南省保山市隆陽區(qū)繁殖122.5 hm2，平均自交結(jié)實率77.8%，平均產(chǎn)量6.3 t/hm2，平均發(fā)芽率87.3%，平均純度99.9%。其中高產(chǎn)片15 hm2專家驗收平均產(chǎn)量8.1 t/hm2。

6 制種技術(shù)要點

隆科638S開花習(xí)性好，制種異交率高，但抽穗揚花期遇到高溫高濕環(huán)境時種子閉穎較差，易導(dǎo)致千粒重降低和受蟲害、病原菌侵染，影響制種產(chǎn)量和種子質(zhì)量。因此，宜選擇抽穗揚花期溫度適宜（日平均溫度26℃~30℃）、降雨少、濕度較小的海南樂東和福建建寧作為隆科638S的優(yōu)勢制種區(qū)，重點抓好“適當(dāng)稀植，中后期控氮（純氮≤150 kg/hm2以內(nèi)）增鉀，適時（始穗40%）少量噴施赤霉素（8~10 g/hm2），降低穗期田間濕度，及時早收烘干”等技術(shù)措施，以降低不閉穎率，提高制種產(chǎn)量，降低種子成本。2016年海南樂東縣九所鎮(zhèn)羅馬村春制106.7 hm2，專家現(xiàn)場驗收平均產(chǎn)量達(dá)4.97 t/hm2。

7 討論

雜交育種的經(jīng)驗表明，強優(yōu)勢雜交組合親本往往來自于不同的雜種優(yōu)勢群[7-11]。雜種優(yōu)勢群是一批具有不同或相同來源的種質(zhì)，這些種質(zhì)與其他雜種優(yōu)勢群的種質(zhì)雜交表現(xiàn)出相似的配合力，并且其雜種后代表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢，而同一雜種優(yōu)勢群內(nèi)的種質(zhì)雜交，其雜種后代所表現(xiàn)出的雜種優(yōu)勢較弱。基于簡化重測序和系譜信息，隆平高科對190份核心雜交稻親本資源進(jìn)行種群劃分，結(jié)果（圖1）表明，筆者選育的兩用核不育系為獨立種群，與長江流域早秈群遺傳距離很近（同屬長江流域早秈亞群），與三系恢復(fù)系、兩系中稻父本、華南秈稻遺傳距離遠(yuǎn)。該群的代表不育系有隆科638S和晶4155S，通過遺傳背景的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)隆科638S和晶4155S分別含有約56.0%和51.0%的早秈遺傳背景，含有約8.7%的粳稻遺傳背景。因此，隆科638S、晶4155S與華南秈稻、三系中晚秈恢復(fù)系、兩系中晚秈父本配組都具有很好的配合力和產(chǎn)量表現(xiàn)。尤其華南秈稻及其衍生系是其強優(yōu)勢恢復(fù)系群，2015—2020年隆科638S、晶4155S與36個華南秈稻及其衍生系父本所配的36個品種98次通過國審，區(qū)試平均產(chǎn)量9.06 t/hm2，平均比對照增產(chǎn)4.63%，其中，比對照增產(chǎn)5%以上的品種有50個次、占比51.0%，品質(zhì)達(dá)國優(yōu)（部優(yōu)）3級以上的品種有77個次、占比78.6%，稻瘟病中抗（穗瘟損失率≤3級）以上的品種44個、占比44.9%。晶兩優(yōu)534、晶兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)華占列居2018—2019年全國雜交水稻種植面積前3位，隆兩優(yōu)534為第5位。因此，筆者認(rèn)為選育富含長江流域早秈遺傳背景和部分粳稻遺傳背景的中秈型不育系，充分利用“早晚生態(tài)型間和秈粳亞種間”雙重雜種優(yōu)勢，是培育南方優(yōu)質(zhì)多抗廣適性強優(yōu)勢雜交水稻的有效途徑之一。