摘要：为解决成都市两系杂交水稻就地制种难题，运用基于风险的气象诊断方法，笔者分析成都13个区(市)县制种的3个关键时期(两系不育系育性敏感期，亲本抽穗扬花期和种子成熟收获期)的安全性和适宜性，得到其两系杂交水稻制种适宜区域与时段。结果表明，多数分析时间段的抽穗扬花综合风险指数小于4.0，时长为44~95天，为两系杂交水稻制种抽穗扬花安全期时段的选择提供了充裕的区间，因此制种基地适宜性主要由育性敏感期决定。在22.5℃阈值条件下，两系水稻最适制种区为金堂、龙泉驿、邛崃、蒲江、双流和新津;在23℃阈值条件下，两系水稻适宜制种区为新津、金堂、新都、大邑和双流;在23.5℃和24.0℃温度阈值条件下，成都适宜开展两系水稻制种的地区极少。如果在成都开展两系杂交水稻制种，应尽量选用不育起点温度低于23.0℃，并且育性敏感期时段较短的两系不育系，以减少制种纯度风险。
关键词：两系杂交稻;制种;气候适应性;区划
0引言
两系杂交水稻是利用光温敏核不育性为主要内容的高新技术，是继三系杂交水稻之后在水稻遗传育种上的又一次重大技术革新[1]。国内外对两系杂交水稻的研究主要集中在光温敏两系不育系，在两系杂交水稻相对三系杂交水稻的比较优势上认为两系杂交水稻配组更自由，选育强优组合的概率更高，种子生产程序更简单，不育基因遗传行为更简单[2]。在两系不育基因定位研究方面，已定位的光敏不育基因有5个(pms1[3]、pms2[4]、pms3[5]、pms4[6]和pltms12-1[7])，温敏核不育基因有12个(tms1[8]、tms2[9]、tms3[10]、TMS[11]、tms4[12]、tms5[13]、tms6[14]、tms6(t)[15]、ms-h(t)[16]、TMGS[17]、tms9-1[18]以及ptgms2-1[19])。在选育新型实用型两系不育系方面，育种家们的尽可能选育不育起点温度较低的两用核不育系[20]，育种家们运用‘农垦58S’、‘安农S-1’等基础材料先后选育出一批不育起点温度较低的不育系[21]，如‘株1S’‘、陆18S’‘、GD-1S’‘、Y58S’‘、C185S’。在这些研究的基础上，使得两系杂交水稻在近十年来推广应用势头迅猛。
成都作为四川水稻制种业的代表，由于受光温等气候条件的限制，在两系制种产业上的发展仍然处于起始探索阶段[22]。但随着以‘Y两优’为代表的川外两系品种在省内应用推广，以及‘鹏两优187’[23]为代表的川内培育两系组合的审定与推广，两系杂交水稻在川内应用推广成为大势所趋。
在两系杂交水稻制种技术体系中，由于光温敏核不育系的育性转换受光温条件的调控，外界光温条件的变化可引起不育系的育性波动，易导致不育系自交结实。两系杂交水稻基地和时段的选择是事关两系杂交水稻制种成败的关键，选择两系杂交水稻的制种基地，除了考虑土壤、灌溉等基本条件外，更重要的是当地的气候条件，并以此为依据安排制种的适宜时段。目前成都还未有相关研究。因此，笔者针对成都两系杂交水稻就地制种的技术难题，运用气象诊断方法对成都13个区(市)县在4个不育起点温度阈值下的两系制种的安全性和适宜性进行了分析，确定了成都两系杂交稻制种的适宜气候区域与时段，旨在有效降低两系杂交稻制种业中普遍存在的风险，提高杂交制种效益和收益，以期为成都两系稻产业的跨越式发展提供理论参考。
1资料与方法
1.1资料来源
查阅相关文献和《四川省现代农作物种业提升工程建设规划(2011—2020年)》等政府文件，初步调查成都主要水稻制种基地的分布区域。气象资料选自成都市13个区(市)县(天府新区暂无数据，归入双流计算)1971—2010年的日均温、降水量、日照时数和相对湿度这4项数据，用于诊断两系杂交水稻制种的安全性和适宜性。
1.2研究方法
采用气象大数据资源和气象学运算统计技术。其中，两系杂交水稻制种适宜性诊断运用了风险概念，运用逐年逐日逐个时段滑动统计的方法，在EXCEL中对成都13个区(市)县气象站点的历史气象资料进行统计分析，计算出不同区(市)县两系杂交水稻制种3个关键时期(两系不育系育性敏感期，亲本抽穗扬花期和种子成熟收获期)风险发生的概率，然后参考汪扩军[24]、雷东阳[25]和左钦月[26]等提出的两系杂交水稻制种基地安全性与适宜性判断标准(见表1~2)，结合成都的气象条件和杂交水稻制种生产实际，综合分析3个时段在该基地发生风险的概率，得出成都主要水稻制种区域中两系杂交水稻制种的最佳区域和时段。育性敏感安全期为第一安全期。在确定制种区域与时段时，首先满足育性敏感安全期的要求，确定两系制种的安全性区域与时段。然后结合抽穗扬花安全期和种子成熟收获安全期的要求，从中挑选出适宜性区域与时段。
2结果与分析
2.1成都两系杂交水稻制种区域气象诊断
2.1.1育性敏感安全性诊断分析两系杂交水稻制种过程中，两系不育系能否顺利度过其育性敏感期决定了两系制种的成败。根据Y58S和广占63S等生产上常用两系不育系的不育起点温度，选择两系杂交水稻制种诊断分析中常用的22.5℃、23℃、23.5℃和24℃这4个阈值，分别对成都13个区(市)县的育性敏感期安全性进行诊断分析，结果见表3~6。
当温度阈值从22.5℃增至24.0℃，无风险区和安全区的基地总数从12个减少到0个(见表3~6;图1)，符合两系制种基地诊断分析的一般规律。两系不育系的不育起点温度越高，其对基地日均温的要求越高，适宜的制种基地也就越少。目前生产上广泛采用的两系不育系的不育起点温度通常稍高于23.0℃。鉴于此，本研究着重探讨23.5℃和24℃这2个温度阈值条件下制种基地的安全性的转换分析。成都市13个区(市)县对于不育起点温度为24℃的两系不育系全为高危险区，均不适合开展两系制种。对于不育起点温度≥24.0℃的两系不育系，成都三系杂交水稻的核心制种区(邛崃、新津、金堂、大邑)在两系杂交水稻育性安全性诊断中均具有较高的纯度风险，尤其是对于不育起点温度较高的两系不育系。当不育起点温度阈值为23.5℃时，仅有金堂为安全区。除24℃温度阈值外，金堂在22.5℃、23℃、23.5℃这3个温度阈值的制种安全性诊断分析中表现稳定，均为无风险区或安全区，相比成都其他地区两系制种风险较小。其余12个区(市)县均为危险区和高危险区，制种失败的风险很高。2.1.2抽穗扬花安全期诊断通过对成都13个区(市)县5月1日—9月30日的日均温、降水量、日照时长和相对湿度的分析，分析步长为12，得到各站点1971—2010年的抽穗扬花综合风险指数(Hp()见表7)。各区(市)县的抽穗扬花风险指数Hp≤4.0的起止日期和持续天数差异除都江堰外，差异相对较小。金堂县最长，6月2日—9月5日，为95天;时长最短的都江堰为7月7日—8月19日，为44天。
几乎所有区(市)县在此时间段的种子收获风险率均高于20%。成都降雨多集中在夜晚，夜雨过后白天依然可能是晴天或多云的天气，这样的天气是可以完成水稻的收割和晾晒。并且成都作为国家主要的三系杂交水稻制种区，无论产量和所收获种子质量都在国内领先。这是因为对于成熟种子的收获，可以采取短暂的晴好天气用机械快速收获、晾晒成熟种子，同时辅以风干设备加以风干，以降低种子成熟收获期的风险。因此，根据成都杂交水稻生产的实际情况，种子成熟收获风险率可不用作本研究两系杂交水稻制种适宜性诊断的主要判断因素。
2.2成都杂交水稻制种区两系杂交水稻制种适宜区分析
由于不考虑种子成熟收获期，根据对上述13个区(市)县制种基地育性敏感期和抽穗扬花期的诊断结果，对这13个区域进行了适宜性判断(具体指标见表2)。图4的a、b、c和d分别表示不育起点温度阈值为22.5℃、23℃、23.5℃和24℃的两系不育系的制种适宜性区域分布图。以不育起点温度22.5℃为例，最适宜区基地为6个，金堂、龙泉驿、邛崃、蒲江、双流和新津，适宜区为温江、郫都、大邑、新都、崇州和彭州，都江堰为不适宜区。最适宜区和适宜区是开展两系杂交水稻制种优先考虑的区域。不育起点温度23℃时，适宜区分别是新津、金堂、新都、大邑和双流，欠适宜区为温江、郫都、邛崃、龙泉驿;崇州、蒲江为低适宜区;彭州和都江堰为不适宜区。
从不育起点温度阈值为22.5℃和23℃的分析例子中可以看出，适宜性诊断的结果与两系杂交水稻制种纯度风险诊断的结果一致，无风险区对应最适宜区，安全区对应适宜区，风险区对应欠适宜区，危险区对应低适宜区，高危险区对应不适宜区。从抽穗扬花期的诊断结果中可以分析出其中的原因，成都主要的三系杂交水稻制种基地(邛崃、大邑、金堂、新津)的抽穗扬花期风险指数小于4.0的时段相当长。最长的基地金堂可以持续到9月5日，最短基地新津的也能持续到每年的8月25日。这给两系制种时段的安排提供了充足的选择性，尤其能够满足两系不育系育性敏感期的安排。这也是成都三系杂交水稻制种产量高的一方面原因。
3结论与讨论
根据本研究可知，在22.5℃阈值条件下，成都的13个区(市)县中除都江堰不适宜开展两系杂交水稻制种的外，金堂、龙泉驿、邛崃、蒲江、双流和新津6个区(市)县为最适宜区，温江、郫都、大邑、新都、崇州和彭州6个区(市)县为适宜区。因此利用不育起点温度低于22.5℃的两系不育系在成都开展制种生产区域选择面较大，制种风险相对较小。但当温度阈值提高到23℃时，13个区(市)县中无一两系制种最适区，仅新津、金堂、新都、大邑和双流为适宜区，其他的区(市)县为欠适宜区、低适宜区和不适宜区。而当温度阈值提高到23.5℃时，仅金堂为两系制种适宜区，其他区(市)县为欠适宜区、低适宜区和不适宜区。当温度阈值达到24℃时，上述13个区(市)县均为两系制种不适宜区。
目前，在生产上广泛使用的两系不育系中，不育起点温度在23.5℃左右的较多，不育起点温度低于23.0℃的较少。从上述分析结果可知，成都并不是四川开展两系杂交水稻制种的最适宜区域，目前成都大规模开展两系杂交水稻制种的技术难度和风险相对较大。其中的主要原因是即便成都平均气温最高的7—8月的日均温相对两系制种安全性的理想条件也相对较低，加之降雨较多容易导致日均温降低和波动，容易出现连续3天以上日均温低于23.5℃的天气，容易造成不育系自交结实的风险。而在6月17日—8月24日共69天时间段内，除都江堰以外的12个区(市)县的抽穗扬花风险指数均≤4.0，为两系杂交水稻制种花期安排提供了充足的选择范围。同时，虽然6月1日—9月30日，几乎所有区(市)县在此时间段的种子收获风险率均高于20%，但是成都降雨多集中在夜晚，白天依然可以完成水稻的收割和晾晒，加上低温风干设备的应用，种子成熟收获期的风险在可控范围之内。因此，抽穗扬花期和种子成熟收获期的气象条件不是成都这13个区(市)县开展两系杂交水稻制种的限制性因素。针对目前在成都大规模开展两系杂交水稻制种的技术难度和风险，应尽量选用不育起点温度低于23.5℃，最好是低于23.0℃，并且育性敏感期时段较短的品种，以减少制种纯度风险。笔者应用这一策略，利用不育起点温度低于23.5℃的两系不育系Y58S，于2014和2015年在毗邻成都双流的仁寿县开展两系制种技术验证和应用试验，均获成功[26]。另外，本研究虽集中分析了成都13个区(市)县1971—2010年的气象资料，但未细化到乡镇，对两系杂交水稻制种区域分析不够细化。由于地形、海拔高度的不同，对温度的影响也很大。不排除在不适宜区有适宜的乡镇存在，需进一步研究。由于在本研究以前，成都和四川缺乏两系杂交水稻制种气象决策技术的系统研究。因此，建议可在成都稳步推进两系稻制种技术研究，同时探索开展两系水稻制种实践与应用。针对成都的气象条件，科学应用基于气象决策技术的两系稻制种技术，探索开展两系杂交水稻制种生产在技术上和经济上是可行的。随着气象诊断研究进一步深入以及新型低不育起点温度不育系及其杂交组合的选育成功，成都也可能实现两系杂交水稻大规模制种和生产应用的突破。
成都市两系杂交水稻制种气候适宜性区划相关期刊论文推荐：《中国农业气象》(双月刊)创刊于1979年，是中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所(原农业气象研究所)主办的反映我国农业气象科学研究进展的学术刊物。主要刊登有关农林水产业与气象有关的学术论文、研究报告和国内外有关专题研究动态综合评述等。有投稿需求的作者，可直接与在线编辑联系。
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