楊遠柱王凱符辰建符星學吳亞先孫毛山謝志梅

（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)科學研究院，長沙410128；3湖南隆平高科種業(yè)科學研究院有限公司，湖南 寧鄉(xiāng)410604；*第一/通訊作者：yzhuyah@163.com）

自袁隆平1966年在《科學通報》上發(fā)表《水稻的雄性不孕性》的研究論文以來[1]，中國育種家在雜交水稻領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，使我國成為了世界雜交水稻育種強國。雜交水稻自1976年大面積推廣以來，國內(nèi)外已累計推廣超6.67億hm2,累計增產(chǎn)稻谷7 500億kg以上,為中國和世界糧食安全作出了重要貢獻。

雜交水稻育種實踐表明，不育系是雜交水稻的“芯片”，不論三系法還是兩系法，育種的不斷突破取決于不育系種質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與持續(xù)創(chuàng)新?！耙皵　彼静挥档陌l(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)了我國雜交水稻的“三系配套”，經(jīng)過“野敗”不育系的不斷迭代，育成一代又一代三系雜交水稻強優(yōu)勢組合，使我國雜交水稻年種植面積最大時達到1 733萬hm2，占水稻同期種植面積的58%，被譽為“東方魔稻”和“第二次綠色革命”。通過水稻光溫敏核不育種質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，及實用秈型兩用核不育系的不斷創(chuàng)新，已建立起“兩系法”雜種優(yōu)勢利用新途徑[2-4]，目前兩系法雜交水稻已占據(jù)我國雜交水稻半壁江山。

1 水稻兩用核不育系選育的三個階段、指標演變及主要成就

1.1 農(nóng)墾58S及其光敏型兩用核不育系研究階段（1973—1987年）

1973年，湖北省仙桃市沙湖原種場的科技人員石明松在大田種植的晚粳品種農(nóng)墾58中發(fā)現(xiàn)3株自然雄性不育株，之后（1974—1977年）沿用細胞質(zhì)雄性不育系的選育方法，通過測交、回交等途徑尋找保持系未獲成功，觀察發(fā)現(xiàn)其遲抽穗分蘗和再生穗可以自交結(jié)實。進一步研究發(fā)現(xiàn)，日照長度是引起育性變化的主導因子，即育性轉(zhuǎn)換主要受日照長度控制（日照長于13.5 h不育，日照短于13.5 h可育），因此稱其為光敏型核不育。1981年，石明松在《湖北農(nóng)業(yè)科學》發(fā)表了題為《晚粳自然兩用系選育與應用初報》的論文[2]，首次提出利用農(nóng)墾58不育材料開展一系兩用雜交水稻雜種優(yōu)勢利用途徑。1984年通過鑒定，正式命名為“湖北光敏核不育水稻（HPGMR）”并稱之為“自然兩用系”。自此，拉開了世界利用光溫敏核不育系進行兩系法雜交水稻研究的序幕。

1.2 秈型溫敏型不育系選育階段（1987—1995年）

1986年以前，兩系法雜交水稻研究主要局限于湖北、安徽等少數(shù)省份的部分育種單位，并主要圍繞農(nóng)墾58S開展轉(zhuǎn)育工作。1982年開始，湖北利用農(nóng)墾58S為核不育供體開展轉(zhuǎn)育秈型光敏型兩用不育系的工作，但由于當時認為光敏不育性主要受日照長度的調(diào)控，遺傳上僅受1～2對隱性基因控制的簡單遺傳，普遍對溫度的影響重視不夠，育種技術(shù)上采用夏季高溫下選擇不育株，秋季再選擇可育株的方法。然而自然界夏季的長日與高溫、秋季的短日與低溫往往相伴發(fā)生，這種篩選方法沒有針對光敏特性而施加壓力，得到的不育株既可能是光敏的，也可能是溫敏的。后來的實踐證明，用這種技術(shù)選育的農(nóng)墾58S的衍生秈型不育系W6154S、W6111S、K9S、K14S等，育性轉(zhuǎn)換起點溫度都高于25℃。1987年，湖南安江農(nóng)校的鄧華鳳首次發(fā)現(xiàn)育性轉(zhuǎn)換受溫度控制的秈型溫敏核不育系安農(nóng)S-1[3]，之后，湖南衡陽市農(nóng)科所周庭波、福建農(nóng)學院楊仁崔相繼育成新核源溫敏核不育系衡農(nóng)S-1和5460S，但起點溫度大多數(shù)都高于24℃，當1989年盛夏異常低溫光臨長江流域時，大多數(shù)不育系育性因低溫恢復，沒有實用性。此時育種家們才意識到溫度的至關(guān)重要性。之后，育種家們把水稻兩用核不育系的育性轉(zhuǎn)換起點溫度指標確定為≤24℃。在育種技術(shù)上，加大了低世代選擇的生態(tài)壓力，即對低世代采取夏季低海拔高溫長日條件下選擇不育株，高海拔低溫長日下鑒定溫度敏感性的選擇方法，此階段選育出了培矮64S、安農(nóng)810S、香125S、W91607S、W9451S、HS-1、HS-2、FJS-1、SE21S等育性轉(zhuǎn)換起點溫度較低的溫敏核不育系，并通過冷水灌溉較好的解決了繁殖問題。并于1994年培育出第一個通過省級審定的兩系雜交稻品種兩優(yōu)培特，使兩系法雜交水稻走向生產(chǎn)。但由于選擇壓力還不夠大，育成的這些不育系的起點溫度大多在23.5℃以上，且對短期低溫敏感，以致出現(xiàn)了所謂“369”現(xiàn)象（即1993、1996、1999年兩系制種過程中不育系遇低溫育性恢復）。

1.3 實用型溫敏兩用不育系選育階段（1996年—）

1992年，袁隆平通過總結(jié)過去兩用核不育系選育的工作，提出“可育臨界低溫的高低是選育兩用不育系最重要、最關(guān)鍵的技術(shù)指標。無論光敏還是溫敏，唯有導致不育的起點溫度低，并且在低于臨界溫度時還需要較長的時日才能恢復可育的不育系，才具有使用價值?！辈⒔ㄗh在湖南可把臨界低溫指標定為23℃，時間為3 d；廣西的臨界低溫指標定為24℃[4]。這之后，根據(jù)當時國內(nèi)溫敏核不育系選育的實際情況，湖南省兩系雜交水稻研究領(lǐng)導小組辦公室把湖南省兩用核不育系鑒定育性轉(zhuǎn)換起點溫度指標實際確定為≤23.5℃，一直沿用至今。

在這一階段，各地育種家通過種質(zhì)資源與選育方法的創(chuàng)新，先后培育出株1S[5]、陸18S[6]、湘陵628S、Y58S、C815S、H9802S、深08S、隆科638S、晶4155S、華瑋338S等真正實用的溫敏兩用核不育系，使兩系法雜交水稻走上健康發(fā)展之路。

1.4 兩用核不育系選育取得的主要成就

截止2022年4月，育種家們通過各種途徑至少培育出具有省級以上審定組合的水稻兩用核不育系685個（表1）。

表1 1973-2021年育成的主要水稻兩用核不育系

兩系法雜交水稻已成為當前雜交水稻的主要育種途徑。據(jù)統(tǒng)計，2001—2021年國審兩系雜交秈稻1 275個（次），占國審雜交秈稻品種總數(shù)的51.5%。兩系雜交水稻新品種占比已由“十五”期間的11.2%上升至“十三五”期間的59.8%，其中兩系早秈雜交稻和兩系中秈雜交稻占比分別達66.7%和62.9%（表2）。

表2 不同時期南方稻區(qū)國審雜交秈稻類型及數(shù)量

自1995年袁隆平在懷化宣布兩系法雜交水稻研究成功以來，兩系雜交稻種植面積逐年擴大，據(jù)全國農(nóng)技推廣中心統(tǒng)計，“十三五”期間，年推廣面積0.667萬hm2以上的雜交水稻品種年均推廣面積1 122.7萬hm2，其中兩系雜交水稻482.7萬hm2，占比43.0%。2020年推廣面積0.667萬hm2以上的兩系雜交稻品種總面積502.7萬hm2，占雜交水稻總面積的47.8%。近10年雜交水稻種植面積前5位的品種基本都為兩系雜交稻品種（表3）。

表3 2011-2020年種植面積前5位雜交水稻品種

2 制種安全實用秈型水稻溫敏兩用核不育系創(chuàng)制進展

兩系法雜交稻可否大面積應用于生產(chǎn)，關(guān)鍵取決于兩用核不育系是否有穩(wěn)定的不育期，在不育期內(nèi)對較長低溫的耐受力以及在可育期內(nèi)能否大批量繁殖種子。要解決這一問題，途徑有3個：一是選育光周期敏感型不育系，但目前除農(nóng)墾58S及其衍生的粳型不育系外，未發(fā)現(xiàn)有秈型不育系屬光敏不育型。二是選育光溫互作型。即表現(xiàn)明顯的光溫組合效應，在長日條件下，溫度高低對育性轉(zhuǎn)換影響較小，對低溫敏感性不強，不育性穩(wěn)定。在短日條件下，較低溫度即可恢復育性，繁殖產(chǎn)量較高。但是這類不育系制種區(qū)域更加狹窄，低緯度地區(qū)制種風險更大。三是選育不育起點溫度低且育性敏感期耐受低溫時間長的溫敏型核不育系。作者認為將這類核不育系的育性轉(zhuǎn)換臨界溫度指標定為5 d日平均氣溫≤23℃，且能耐受7 d 23℃低溫天氣，才能保證湖南盛夏制種基本沒有風險[6]。然而，由于受生理不育臨界溫度的影響，不育起點溫度越低，可育溫度區(qū)間越窄，繁殖越困難。因此，在篩選低不育臨界溫度的同時，要篩選育性轉(zhuǎn)換敏感期生理不育臨界溫度≤17℃的耐低溫類型。

1993年以來，作者團隊通過低不育起點溫度溫敏核不育系種質(zhì)和培育方法的持續(xù)創(chuàng)新，成功培育出一批制種安全實用秈型水稻溫敏兩用核不育系，培育出一批滿足市場需要的兩系法雜交水稻新品種，推動了我國兩系雜交水稻品種的更新?lián)Q代。

2.1 制種安全的溫敏核不育新種質(zhì)株1S的創(chuàng)制與利用

1993年，本團隊在秈粳亞種間雜交組合“抗羅早///科輻紅2號/湘早秈3號//02428粳”F2群體中發(fā)現(xiàn)1株溫敏雄性不育材料，研創(chuàng)“自然低溫和人工低溫雙重壓力脅迫選擇法”對其進行多代育性定向篩選（圖1），于1996年培育出制種安全、配合力強、綜合性狀優(yōu)良的早秈溫敏不育系株1S[5-6]。多年鑒定表明，株1S育性轉(zhuǎn)換起點溫度≤22.6℃，能耐受日平均溫度23℃低溫10 d，是迄今國內(nèi)外不育起點溫度最低、育性最穩(wěn)定、制種最安全的早秈溫敏不育系[5，7]。2000年以來，株1S系列組合制種100余萬hm2，即便在2002、2009、2011、2014、2015年盛夏低溫導致許多不育系大面積制種失敗的情況下，株1S均未出現(xiàn)因育性問題而導致的質(zhì)量事故。水稻溫敏核不育系不育起點溫度越低，制種越安全，但可育溫度范圍越窄，繁殖越困難，株1S生理不育下限溫度低（≤17.5℃），拓寬了可育溫度范圍，有效解決了低不育起點溫度溫敏不育系的繁殖難題[8]（圖2）。2000年以來累計繁殖1 380 hm2，平均單產(chǎn)達253.1 kg/667 m2，純度達99.7%。

圖1 水稻溫敏核不育系“自然低溫和人工低溫雙重壓力脅迫選擇法”

圖2 水稻實用秈型兩用核不育系溫度作用模式

本團隊與中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所曹曉鳳院士團隊合作已將株1S溫敏不育基因tms5克隆[9]。鄧興旺團隊研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在tms5基因上下游2 kbp內(nèi)，株1S與安農(nóng)S-1有31個SNP差異，其中12個差異突變位點位于編碼區(qū)，并包含3個非同義突變位點，結(jié)果表明株1S的核不育基因tms5遺傳來源完全有別于安農(nóng)S-1，屬完全不同的進化來源[10]。株1S已成為實用秈型溫敏不育系選育的骨干種質(zhì)，國內(nèi)利用株1S不育基因源培育出湘陵628S、隆科638S和晶4155S等72個不育起點溫度低、育性穩(wěn)定的新不育系并在生產(chǎn)中應用。其中，陸18S迄今連續(xù)17年作為湖南省水稻溫敏不育系育性鑒定試驗對照品種，不育起點溫度穩(wěn)定在23℃以下。用株1S及衍生早稻不育系共培育出國審雜交早稻新品種37個，占同期國審兩系雜交早稻品種的80.4%，省審兩系雜交早稻品種139個，占同期省審兩系雜交早稻品種的75.1%。這些兩系雜交早稻品種區(qū)試平均生育期110.2 d，比同期審定的166個三系雜交早稻平均短2.8 d，其中31個品種全生育期短于108 d，平均單產(chǎn)502.9 kg/667 m2，比對照平均增產(chǎn)5.40%，有10個品種生育期短于106 d，平均單產(chǎn)497.3 kg/667 m2，比對照平均增產(chǎn)5.24%，填補了早熟雜交早稻空白。株兩優(yōu)系列雜交早稻品種區(qū)試稻瘟病平均綜合指數(shù)3.3，有效解決了早熟、抗病、高產(chǎn)之間的矛盾，累計推廣面積1 333多萬hm2，成為長江流域雜交早稻的主栽品種。

2.2 制種安全優(yōu)質(zhì)抗倒溫敏核不育系湘陵628S的創(chuàng)制與應用

長江流域早稻灌漿成熟期正值盛夏“火南風”季節(jié)，溫度高，晝夜溫差小，加上強對流天氣頻繁，易發(fā)生倒伏?？沟狗蔀樗据p簡化、規(guī)模化、機械化種植的基本要求。同時，早稻普遍存在堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量偏高，米飯較硬，口感較差等品質(zhì)問題，不能滿足市場需要。針對上述問題，作者與湖南大學劉選明團隊合作，利用體細胞無性系誘變技術(shù)創(chuàng)制出株1S矮稈新種質(zhì)SV14S[11]，株高僅52 cm；與株1S比較，莖基部節(jié)間縮短1/2～1/3，稈壁增厚1/3，莖壁薄壁細胞長度短1/2（圖3）。作者與中國科學院上海植物生理生化研究所李來庚團隊合作，克隆了控制SV14S半顯性矮稈性狀基因SBI[12]。SBI編碼1個新的GA2氧化酶，特異性降低水稻莖基部節(jié)間赤霉素含量，從而導致基部節(jié)間縮短，使植株變矮，抗倒性增強。

圖3 矮稈突變體SV14S與株1S性狀比較

本團隊利用SV14S和優(yōu)質(zhì)軟米早秈品種ZR02，培育出聚合有SBI、Wxb等優(yōu)異基因的優(yōu)質(zhì)矮稈抗倒早秈不育系湘陵628S[13]。湘陵628S含約64.3%的株1S遺傳背景，除保留了株1S育性轉(zhuǎn)換起點溫度低（＜23℃）、耐受低溫時間長、配合力強、開花習性好、異交結(jié)實率高等優(yōu)異特性外，還具有SV14S的矮稈特性，株高僅62 cm、莖稈基部節(jié)間短、稈壁厚、抗倒力強，所配6個國審陵兩優(yōu)品種區(qū)試平均株高僅84.9 cm，在176個區(qū)試點無一倒伏，而對照品種金優(yōu)402倒伏點率高達18.6%，14個同期國審的其他兩系雜交早稻區(qū)試倒伏點率7.8%。陵兩優(yōu)系列品種已成為規(guī)?；⑤p簡化、機械化制種和種植的首選品種之一。同時，湘陵628S聚合了Wxb等品質(zhì)基因，整精米率68.6%，堊白粒率4%，堊白度1%，堿消值5.9級，膠稠度62 mm，直鏈淀粉含量12.8%，系優(yōu)質(zhì)軟米。所配雜交早稻品種平均整精米率60.2%，直鏈淀粉含量18.0%，膠稠度67.2 mm，米飯較柔軟，口感好。陵兩優(yōu)611、陵兩優(yōu)211區(qū)試品質(zhì)達國（部）標優(yōu)質(zhì)3級，陵兩優(yōu)396是近10年湖南省評定的唯一一個3等優(yōu)質(zhì)雜交早稻品種。陵兩優(yōu)268被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認定為超級稻，并被作為國家區(qū)試早秈遲熟組對照品種。

2.3 優(yōu)質(zhì)高配合力中秈不育系隆科638S和晶4155S的創(chuàng)制與應用

2010年以前，中秈型溫敏不育系的改良主要是針對農(nóng)墾58S及其衍生系，致使中秈型溫敏不育系遺傳背景狹窄，對父本選擇性強，如培矮64S、廣占63S等骨干中秈型溫敏不育系只與93-11及其衍生系配組具有強優(yōu)勢[10]，而與長江流域三系恢復系、華南秈稻品種配組優(yōu)勢不強，大量優(yōu)質(zhì)抗病資源得不到充分利用，培育的品種缺乏遺傳多樣性。2005年，本團隊利用優(yōu)質(zhì)抗倒早秈型核不育系湘陵628S作母本，分別與C815S和Y58S雜交，后代經(jīng)育性加壓篩選和株型、感光性、異交性、抗性、品質(zhì)、配合力等性狀的定向選擇，以及SBI、Pita、Pia、Piz、Wxb、ALKb等抗逆優(yōu)質(zhì)基因的MAS選擇，培育出抗病優(yōu)質(zhì)高配合力新型中秈溫敏核不育系隆科638S[14]和晶4155S[15]（圖4），育性轉(zhuǎn)換臨界溫度低于23.0℃，耐受低溫時間長于6 d，生理不育下限溫度均低于17.0℃，繁制種安全[8]；帶SBI基因，抗倒性強；稻瘟病抗性3～5級；整精米率分別為65.2%和67.3%，堊白度分別為2.4%和2.2%，膠稠度分別為88 mm和82 mm，直鏈淀粉含量分別為12.4%和13.0%，屬優(yōu)質(zhì)軟米類型，食味好。

圖4 優(yōu)質(zhì)高配合力兩用核不育系隆科638S、晶4155S選育圖

全基因組重測序結(jié)果分析表明，隆科638S和晶4155S分別含56.0%和51.0%的早秈遺傳背景，以及約8.7%的粳稻遺傳背景，聚類于早秈型不育系株1S及衍生不育系亞群（Ⅰ-2），獨立于其他溫敏不育系群（Ⅱ），與長江流域三系/兩系恢復系群（Ⅲ），華南秈稻及其衍生系群（Ⅴ）都具有較遠的遺傳距離（圖5），系國內(nèi)外首次培育的早秈遺傳背景為主和摻入粳稻遺傳背景的新型中秈兩用核不育系，為充分利用“早晚生態(tài)型間和秈粳亞種間”雙重雜種優(yōu)勢奠定了遺傳基礎(chǔ)[16]。

圖5 隆科638S和晶4155S遺傳背景分析及優(yōu)勢種群劃分結(jié)果

根據(jù)親本優(yōu)勢種群劃分結(jié)果，作者對南方稻區(qū)不同種群的恢復系進行擇優(yōu)配組，2015—2021年，共篩選出96個父本，通過創(chuàng)建“強優(yōu)勢種群、種群間雙親抗性基因互補、品質(zhì)基因一致”的分子設(shè)計組配技術(shù)體系，高效培育出隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)系列品種118個191次通過國審，其中父本來自長江流域三系/兩系恢復系群（Ⅲ）24個、93-11及其衍生系群（Ⅳ）7個、華南常規(guī)秈稻及其衍生系群（Ⅴ）65個，極大拓寬了恢復系的利用范圍，豐富了兩系雜交中秈的遺傳多樣性。

隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)系列新品種普遍表現(xiàn)：一是雜種優(yōu)勢強，區(qū)試平均產(chǎn)量609.0 kg/667 m2，平均比對照增產(chǎn)4.7%，其中增產(chǎn)8.0%的超高產(chǎn)品種有18個，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認定的超級稻品種8個。二是抗性強，選擇至少攜帶Pigm或Pi2、Pik、Pita等主效抗病基因的父本與之配組，118個品種稻瘟病中抗及以上占比42.9%，其中31個年種植面積0.667萬hm2以上隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)品種，中抗及以上稻瘟病的占61.3%，是同期國審和推廣的其他兩系品種中抗稻瘟病品種占比的3.7倍。三是品質(zhì)優(yōu)，118個部優(yōu)3級及以上品種優(yōu)質(zhì)率67.0%，其中31個推廣面積0.667萬hm2以上隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)品種優(yōu)質(zhì)率達87.1%；3個品種被評為全國十大優(yōu)質(zhì)食味超級稻，8個品種被評為湖南、四川、江蘇等省高檔食味優(yōu)質(zhì)稻。四是抗倒力強、再生力好。2015—2019年國審84個品種在1 581點次區(qū)域試驗中倒（斜）點率僅1.92%，比同期試驗的對照品種低7.15個百分點；莖葉不早衰，再生力強，有10個品種被湖南和江西兩省推薦為再生稻主推品種，2018—2020年累計作再生稻種植面積達34.9萬hm2。

由于隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)系列品種表現(xiàn)突出，深受廣大種植戶青睞，迅速成為南方稻區(qū)的主栽品種。據(jù)全國農(nóng)技推廣中心統(tǒng)計，2015—2020年，國內(nèi)年推廣面積0.667萬hm2以上的隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)品種有31個，累計推廣604.7萬hm2；其中2018—2020年累計推廣面積539.5萬hm2（表4），占全國兩系雜交中秈稻種植面積的46.8%。同時，近3年在菲律賓、巴基斯坦累計推廣37.8萬hm2。

表4 隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)代表性品種近5年全國推廣面積及排名情況 （單位：萬hm2）

2.4 優(yōu)質(zhì)綠色高配合力溫敏兩用核不育系的創(chuàng)制與應用

2.4.1 廣譜抗稻瘟病優(yōu)質(zhì)中秈兩用核不育系隆臻36S的創(chuàng)制

針對隆科638S不帶廣譜抗稻瘟病基因，制種不閉穎率高等缺陷，作者所在團隊用隆科638S為母本，與攜帶廣譜抗稻瘟病基因Pigm的谷梅4號雜交，再用隆科638S作輪回親本，進行6次回交，在回交過程中逐代對Pigm、Wxb等目標基因進行MAS選擇和稻瘟病抗性、閉穎性、品質(zhì)、配合力、異交性等進行嚴格的田間表型篩選，定向培育出抗稻瘟病優(yōu)質(zhì)高配合力中秈兩用核不育系隆臻36S（圖6A）。隆臻36S除保留第6染色體Pigm基因片段外，基因組背景代換率達98.1%（圖6B），且育性轉(zhuǎn)換溫度、株葉形態(tài)、生育期、異交結(jié)實率、配合力等性狀與隆科638S無明顯差異，但稻瘟病抗性≤3級（圖7），種子不閉穎率≤3%，米質(zhì)優(yōu)，米飯適口性好。2020—2021年已有9個品種（12次）通過國家或省級審定（圖5），中抗及以上稻瘟病組合占比高達83.3%，且豐產(chǎn)性好，8個長江流域雜交中秈稻品種區(qū)試平均產(chǎn)量635.2 kg/667 m2，比對照平均增產(chǎn)3.4%，品質(zhì)達部優(yōu)3級及以上品種占66.7%，其中部優(yōu)2級占33.3%。

圖6 -A隆臻36S選育流程圖 圖6-B Pigm導入系各染色體背景被代換背景分析

2.4.2 優(yōu)質(zhì)抗病高配合力兩用核不育系華瑋338S的創(chuàng)制及應用

針對隆科638S和晶4155S存在的缺點進行雜交改良，后代通過抗性、品質(zhì)、氮高效利用等多基因MAS選擇，及育性、抗性、品質(zhì)、異交性、配合力的加壓篩選，培育出優(yōu)質(zhì)抗病高配合力中秈兩用核不育系華瑋338S，綜合了隆科638S和晶4155S的優(yōu)點，克服了二者的缺點，育性轉(zhuǎn)換起點溫度低于23℃，耐受23℃低溫時間7 d以上，制種安全。株高80 cm，株型較緊湊，生長繁茂，分蘗力強，穗型中等，千粒重大，優(yōu)質(zhì)軟米，且組合品質(zhì)傾向于父本，配合力好。已培育出15個瑋兩優(yōu)系列品種19次通過國家品種審定，區(qū)試平均比對照增產(chǎn)4.96%，全生育期比對照僅長1.9 d，平均稻瘟病抗性綜合指數(shù)3.4，平均最高損失率4.9級，優(yōu)質(zhì)率68.4%，其中品質(zhì)達部標2級優(yōu)質(zhì)的品種7個（表5），表現(xiàn)尤其突出是瑋兩優(yōu)8612和瑋兩優(yōu)7713?，|兩優(yōu)8612，長江中下游中秈區(qū)試平均產(chǎn)量670.5 kg/667 m2，中抗稻瘟病，2021年湖南隆回超級稻6.67 hm2示范片專家驗收平均產(chǎn)量達1 114.8 kg/667 m2，創(chuàng)湖南省一季稻單產(chǎn)最高紀錄；瑋兩優(yōu)7713，長江中下游中秈區(qū)試平均產(chǎn)量661.0 kg/667 m2，抗褐飛虱3級，稻瘟病最高損失率5級，品質(zhì)達部標優(yōu)質(zhì)2級，2021年湖南隆回超級稻6.67 hm2示范片專家驗收平均產(chǎn)量1 083.9 kg/667 m2。

表5 華瑋338S所配國審品種區(qū)試產(chǎn)量、生育期、抗性與品質(zhì)統(tǒng)計結(jié)果

2.4.3 高溫鈍感型優(yōu)質(zhì)中秈兩用核不育系華悅468S

針對大多雜交稻品種對高溫敏感、高檔優(yōu)質(zhì)稻品種缺乏的現(xiàn)狀，2004年開始，作者所在團隊利用兩系核心種源培矮64S與株1S大粒變異株雜交，經(jīng)16代品質(zhì)強化篩選，創(chuàng)制出株型理想、高異交率、高商品種子、高溫品質(zhì)鈍感的高檔優(yōu)質(zhì)中秈兩用核不育系華悅468S。糙米率79.0%，精米率69.0%，整精米率61.5%，堊白粒率6%，堊白度1.1%，長寬比3.0，透明度1級，堿消值7.0級，膠稠度73 mm，直鏈淀粉含量13.2%，所有品質(zhì)指標都達到部標優(yōu)質(zhì)2級。用華悅468S已培育出14個悅兩優(yōu)系列品種15次通過國審，品質(zhì)對環(huán)境鈍感，穩(wěn)定性好，優(yōu)質(zhì)率100%，其中部優(yōu)1級品種3個，部優(yōu)2級品種9個，部優(yōu)2級及以上品種占比80.0%（表6）。

表6 華悅468S所配國審品種區(qū)試產(chǎn)量、生育期、抗性與品質(zhì)統(tǒng)計結(jié)果

15個次國審悅兩優(yōu)品種平均整精米率65.8%，堊白度2.1%，長寬比3.4，透明度1級，堿消值6.2級，膠稠度65.1 mm，直鏈淀粉含量15.8%。米飯粒粒晶瑩，成型好，軟而不粘，富有彈性，細嚼無渣有回甜，適口性好。悅兩優(yōu)2646于2018年被評為湖南省1等優(yōu)質(zhì)食味雜交中稻，填補了湖南省1等優(yōu)質(zhì)食味雜交中稻空白，2020年被評為海南省優(yōu)質(zhì)金獎品種第一名；悅兩優(yōu)美香新占，2020年被評為湖南省1等優(yōu)質(zhì)食味雜交一季晚稻；悅兩優(yōu)鈺占、悅兩優(yōu)1672、悅兩優(yōu)72和悅兩優(yōu)8549被評為湖南省2等優(yōu)質(zhì)食味雜交稻。

2.4.4 長粒高檔優(yōu)質(zhì)中晚稻兩用核不育系振湘S

利用高檔優(yōu)質(zhì)稻資源Basmati與隆科638S等優(yōu)良不育系雜交，后代通過品質(zhì)基因MAS選擇，及育性、抗性、品質(zhì)、異交性、配合力等性狀的加壓篩選，培育出高檔香型長粒優(yōu)質(zhì)中晚稻不育系振湘S。主要品質(zhì)指標：整精米率55.4%，粒長7.4 mm，長寬比4.2，堊白粒率7%，堊白度1.3%，直鏈淀粉含量16.1%，膠稠度60 mm，堿消值7.0級，透明度1級。振湘S所配組合株型緊湊，莖稈中粗，抗倒性好，穗型長，著粒稀，基本為一次枝梗，熟期為中熟中稻和遲熟晚稻類型，目前已有8個振兩優(yōu)系列組合（9次）通過國家或湖南省審定（表7），區(qū)試平均產(chǎn)量571.2 kg/667 m2，中抗稻瘟病品種占比66.7%，品質(zhì)達部標優(yōu)質(zhì)2級及以上品種占比100%，整精米率60.1%左右，堊白度1.7%左右，長寬比4.1左右，透明度1級左右，堿消值6.6左右，膠稠度66.2 mm左右，直鏈淀粉含量16.1%左右。米飯伸長度、完整性好，不爆腰，外觀好，米飯松軟，清香爽口，軟而不粘，富有彈性，細爵無渣，冷飯不回生。

表7 振湘S所配國審品種產(chǎn)量、生育期、抗性、米質(zhì)統(tǒng)計結(jié)果

3 未來實用型水稻兩用核不育系育種主攻方向

3.1 培育綠色安全廣適高效水稻溫敏兩用核不育系

“十三五”期間國審的1 381個次雜交秈稻品種中，“雙抗”品種僅4個，占比0.3%，無“三抗”品種。由于抗病蟲品種稀少，加上耐非生物逆境、養(yǎng)分利用、廣適性等多方面的問題，致使我國水稻大面積單產(chǎn)多年徘徊在465 kg/667 m2左右，與區(qū)試平均單產(chǎn)相差近150 kg/667 m2。而且，我國單位面積農(nóng)藥、化肥使用量遠高于世界平均水平，農(nóng)藥化肥總消耗量占全球總量的三分之一[17-18]，致使農(nóng)業(yè)面源污染嚴重，甚至危及食品安全。培育抗病蟲品種是推進綠色生產(chǎn)方式、實現(xiàn)國家“兩減”以及“碳達峰”和“碳中和”目標、確保人民吃飽、吃好、吃得健康的迫切需要。進一步加大抗病蟲、耐逆境、養(yǎng)分高效利用等種質(zhì)資源的收集、評價與利用力度，尤其高度重視Pi2、Pigm、Pita、Pikm等主效抗稻瘟病基因，Bph3、Bph6、Bph9、Bph27、Bph30等主效抗褐飛虱基因，Xa23、Xa7、Xa21、xa5等主效抗白葉枯病基因，NGR5、NR2、NRT1.1B、TCP19等氮高效利用基因，以及TT3、DROT1、LGT1等耐逆境基因的育種利用，強化分子育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)的深度融合，高效培育多抗、氮高效、耐高低溫的綠色安全廣適高效的水稻溫敏兩用核不育系。

3.2 培育適合全程機械化制種的水稻溫敏核不育系

隨著農(nóng)村勞動力向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的精耕細作、勞動密集型水稻制種模式已不適應生產(chǎn)方式變革的需要，雜交水稻種子生產(chǎn)成本過高已成為限制雜交水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。從育種上來說，解決這一瓶頸主要有兩條途徑，一是培育差異化親本，即創(chuàng)制隱性遺傳的小粒、短粒、有色穎殼等不育系，與大粒、長粒、穎殼顏色正常的父本混播混收，通過粒型、顏色分選機實現(xiàn)雜交種子和父本種子的有效分離，實現(xiàn)雜交水稻父母本全程機械化混播制種。湖南農(nóng)業(yè)大學、隆平高科、湖南省水稻研究所在小粒水稻溫敏兩用核不育系選育上都取得了很好的進展[19-20]。二是培育高度抗倒、高異交率、高種子活力的不育系與高度抗倒、花粉量足、花粉活力強的恢復系，實現(xiàn)父母本工廠化育秧、大行比機插、無人機防治病蟲和噴施赤霉素、無人機授粉、機械收割、機械干燥等雜交水稻全程機械化作業(yè)，推動雜交水稻種子生產(chǎn)的規(guī)模化、機械化、集約化、標準化發(fā)展。2012年，隆平高科開始這項研究[21]以來，目前已示范推廣5～6年，一般制種單產(chǎn)200 kg/667 m2以上，比傳統(tǒng)制種方式節(jié)省人工50%以上，節(jié)省成本370元/667 m2，大幅度減輕勞動強度，提高勞動效率，降低雜交水稻種子生產(chǎn)成本。作者認為，利用小型飛機進行全程機械化制種是未來雜交水稻高效制種的重要途徑。

3.3 培育高檔優(yōu)質(zhì)或?qū)Ｓ眯退緶孛艉瞬挥?/h3>

隨著人們生活水平的不斷提高，國民已由“吃飽”轉(zhuǎn)向“吃好”“吃得健康”，對稻米品質(zhì)的要求越來越高。但目前高檔優(yōu)質(zhì)稻率僅10.0%左右，遠遠滿足不了市場的需求[22]。進一步加強食味品質(zhì)基礎(chǔ)研究，重視優(yōu)良食味品質(zhì)基因（Wx、ALK、fgr等）的利用，強化低世代選種材料的環(huán)境（高溫）脅迫篩選，培育高溫鈍感香型食味優(yōu)質(zhì)水稻溫敏不育系及品種，成為目前雜交水稻育種的主攻方向。

同時，隨著飲食結(jié)構(gòu)的變化，營養(yǎng)過剩等導致高血壓、高血脂、糖尿病、腎病等患者逐年增加，以及我國西部欠發(fā)達地區(qū)農(nóng)村還存在一定比例的隱性饑餓人口[23]。因此，需培育高抗性淀粉、低谷蛋白、高γ-氨基丁酸、高谷蛋白、高維生素、富鐵、富鋅、富硒等功能型優(yōu)質(zhì)雜交稻親本及品種，以滿足上述特殊人群的需要。

3.4 培育育性安全的水稻溫敏兩用核不育系

兩用核不育系的育性表達受環(huán)境條件控制，繁殖制種始終存在風險，育性安全仍然是制約兩系雜交稻發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。目前主要有三條技術(shù)途徑：

一是利用國內(nèi)外育性轉(zhuǎn)換起點溫度低、忍耐低溫時間長、制種安全的溫敏不育核心種質(zhì)株1S為核不育源供體，與生產(chǎn)上其他來源的主推不育系雜交，通過“自然低溫與人工低溫雙重壓力脅迫篩選法”對后代進行育性加壓脅迫篩選，培育出不育起點溫度與生理不育下限溫度雙低、忍耐低溫時間長的溫敏核不育系，是確保溫敏兩用核不育系的繁殖與制種安全的重要技術(shù)途徑。

二是利用高溫可育、低溫不育的雁農(nóng)S等溫敏核不育種質(zhì)[24]，培育育性轉(zhuǎn)換起點溫度連續(xù)5 d≥30℃的繁殖制種安全的低溫不育型水稻溫敏核不育系，解決兩系雜交水稻春季和高海拔地區(qū)制種問題。

三是利用前先鋒公司SPT技術(shù)，開展水稻普通核不育種質(zhì)利用，培育育性絕對安全的水稻智能不育系[25]，這類不育系克服了現(xiàn)有兩系和三系所存在的缺陷：（1）不育系育性不受環(huán)境影響，不受時空限制，完全消除制種風險；（2）系普通核不育類型，配組自由，資源利用率高；（3）繁殖簡單，與繁殖常規(guī)稻一樣生產(chǎn)繁殖系，用熒光色選機將繁殖系與不育系分離；（4）繁殖產(chǎn)量穩(wěn)定；（5）理論上系轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)而非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。目前，深圳分子作物設(shè)計中心鄧興旺和湖南雜交水稻研究中心李新奇等[26]已創(chuàng)制出育性絕對安全的水稻智能不育系，并成功應用于雜交水稻新品種培育，稱為“第三代雜交水稻”。

3.5 培育重金屬低積累的水稻溫敏核不育系

耕地土壤的重金屬污染已成為危及我國食品安全和糧食生產(chǎn)安全的主要因素之一[27]。全國土壤污染狀況調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全國耕地污染點位超標率達19.4%，土壤鎘超標率達到7.0%[18]。加上由于水資源的不足和機械化收割的普及，灌漿后期提早脫水已成為主要耕作方式，進一步加重了稻谷重金屬超標的風險[28]。Os－Namp5是水稻吸收鎘的主效基因，OsNramp5功能缺失突變體可顯著降低水稻對鎘的吸收能力。因此，利用OsNramp5大片段缺失的珞紅A/B[29]、單堿基突變的材料R9311-lcd1[30]及利用重離子輻射技術(shù)獲得低鎘隆臻36S[31]等低鎘種質(zhì)進行雜交改良，通過分子標記輔助與表型鑒定相結(jié)合的方法對后代進行加壓脅迫選擇，加速培育低鎘親本及品種，從根本上解決稻米鎘污染難題，確保食品安全和糧食生產(chǎn)安全。

3.6 培育育性轉(zhuǎn)換起點溫度低的高異交率粳型水稻溫敏核不育系

近年來，通過“粳不秈恢”配組模式，在秈粳亞種間雜種優(yōu)勢利用方面取得了實質(zhì)性突破。浙江省寧波市農(nóng)業(yè)科學院、中國水稻研究所、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所等單位培育的甬優(yōu)系列[32-34]、春優(yōu)系列[35-36]、中嘉優(yōu)系列[37]秈粳交強優(yōu)勢品種先后通過審定并大面積推廣應用，表現(xiàn)出強大的增產(chǎn)潛力，展現(xiàn)出美好的應用前景。但目前秈粳交雜交稻不育系基本上是三系滇型晚粳不育系。在兩系雜交稻研究初期，利用農(nóng)墾58S培育出7001S等[38]粳型光敏核不育系，并配制出華粳雜1號等[39-40]雜交粳稻組合通過審定，終因雜種優(yōu)勢不強、制種產(chǎn)量較低而未能大面積推廣。利用tms5溫敏不育種質(zhì)轉(zhuǎn)育的粳型溫敏不育系大多起點溫度高于25℃，沒有實用價值。近年來，作者利用低不育起點溫度不育系核心種質(zhì)株1S與廣親和粳稻品種雜交，已培育出育性轉(zhuǎn)換起點溫度低于23.5℃的粳稻溫敏核不育系，有望取得突破。

3.7 利用基因編輯等技術(shù)高效創(chuàng)制優(yōu)異不育系種質(zhì)

人類1萬余年農(nóng)業(yè)實踐的遺傳學實質(zhì)是篩選與利用自然界或人為產(chǎn)生的隨機突變，基因編輯技術(shù)賦予人類對目標基因定點、定向突變的技術(shù)能力，是最有效的分子設(shè)計育種技術(shù)之一。目前水稻已有tms5、OsMS1、CSA、pms1、pms3（p/tms12-1）、tms6（t）等光溫敏關(guān)鍵核不育基因被克隆[9，41-45]，為高效精準創(chuàng)制兩用核不育系奠定了基礎(chǔ)。例如，隆平高科種業(yè)科學院通過編輯晚粳資源WG06的CSA基因，創(chuàng)制出臨界日常＜13 h的光敏粳型不育系WG06S，所配雜交粳稻組合表現(xiàn)出極強的雜種優(yōu)勢。同時，利用基因編輯技術(shù)定點敲除現(xiàn)有溫敏不育系的OsNramp5、Pi21和ERF922基因，培育低鎘、抗病水稻溫敏核不育系已取得很好進展[31，46]。但是，由于控制溫敏不育的起點溫度關(guān)鍵基因及其分子機理仍然未被解析，以及現(xiàn)行的基因編輯品種監(jiān)管政策，限制了基因編輯技術(shù)在優(yōu)異不育系種質(zhì)創(chuàng)制中的應用。