第2节 两系法杂交水稻育种

一、实用光温敏核不育系选育

早期基础研究片面强调光周期对核不育水稻育性转换的调节作用，导致早期选育的核不育水稻的实用性差。1990年，早造两系法杂交水稻“桂光1号”（制种面积达730公顷）遇反常天气，制种田少数不育株产生自交结实，造成大田生产不育株超标。当年，晚造两系法杂交水稻“桂光1号”大田试种减产面积达1.3万公顷。1992年，袁隆平发表了《选育水稻光温敏核不育系的技术策略》，提出了两系不育系的育性转换模式。即使是典型的光敏核不育系，在夏日长日照下遇上低温其育性也会受到影响，从而影响杂交种子的生产纯度；同样，在秋季短日照条件下遇上高温又会转为不育，影响繁殖产量。因此，育性转换临界温度的高低是选育两用核不育系最关键的技术指标。无论光敏还是温敏，唯有导致不育的起点温度低，并且在低于临界温度时还需较长时日才能恢复育性的不育系，才具有实用价值。大多数研究表明，育性转换临界温度定为23℃或更低较适宜，但地区之间略有差异。而以前选育的光温敏核不育系，如W6154S、5460S、衡农S-1等，由于临界温度偏高，稳定不育期短，育性容易波动，因而在生产上缺乏实用价值。

为了选育可供利用的两用核不育系，国家“863”计划生物技术领域杂交水稻专题组首次制定了水稻光敏感核不育系选育技术指标，主要内容是：①遗传性稳定，1 000株以上群体整齐一致，性状稳定；②安全不育期的不育株率达100%，花粉不育度和颖花自交不育度均在99.5%以上，可育期的结实率达30%以上；③具有明显的育性转换特性，不育期延续30天以上；④不育期的异交结实率不低于生产上应用的三系不育系珍汕97A和V20A，粳型的应不低于六千辛A。

从选育符合以上标准的实用两用核不育系的角度出发，育性转换的临界温度比临界光长更重要，首先要选择育性转换的临界温度。不同水稻生态区对光温敏核不育系的育性转换下限温度要求不同，在长江流域稻区要求日平均温度23℃，而华南稻区要求平均温度24℃。许多学者提出，解决制种风险问题的方法是选育临界温度低的不育系，如临界温度能降到23℃、22℃，甚至21℃，在长江流域盛夏季节制种就能大大降低风险，甚至做到“零风险”。袁隆平根据光温敏不育系育性转换与光温变化关系的基本规律，提炼出实用光温敏不育系的4项具体指标，其中最关键的是不育起点温度必须低。在这一技术策略的指导下，育成了以培矮64S（图2-5）为代表的新一代的两用核不育系，此后又选育了一批不育起点温度低的不育系，如株1S、陆18S、GD-1S等，这些不育系不育起点温度基本上在23℃以下。与此同时，国家“863”计划组织了对新选育不育系进行严格鉴定，确保了两系法杂交水稻积极稳妥发展。1988年10月，湖北育成的首批水稻光敏核不育系W6154S、N5047S、WDlS、1111S，率先通过了国家863-101-01主题专家组鉴定。截至1989年底，通过省级以上技术鉴定并达到规定标准的核不育系有17个，其中，灿稻9个、粳稻8个；至1997年底，我国已有20多个光温敏核不育系通过技术鉴定。

两系法杂交水稻研究的早期，通过对新育成的不育系进行多点生态适应性鉴定，筛选出了一批实用的光温敏雄性不育系，包括7001S、5088S、培矮64S、测64S、HS-3、GD2S、穗35S、蜀光125S、N95076S、570S、399S、133S等，表现出育性稳定、配合力和可繁性较好。其中，安徽选育的7001S、湖北的5088S、湖南的培矮64S等曾是国内应用面积最大、应用效果最好的三个不育系。原始不育系农垦58S和安农S都没有直接审定的组合，但从它们衍生出来的两系法杂交水稻组合在生产上发挥了重大作用。

另外，将不同来源主效不育基因聚合，可选育出不育性更加稳定的不育系。通过农垦58S与安农S来源的不同不育系之间的杂交选育，育种家已经育成了如Y58S、C815S等实用性光温敏核不育系（图2-6、图2-7）。

据2013年的不完全统计，全国利用tms5育成的组合高达404个，占全国两系法杂交水稻总数的60.75%。从2012年起，年推广面积达366.67万公顷以上，占我国水稻年播种面积的12%，占杂交水稻的25%，占两系法杂交水稻的90%。截至2013年底，具有 tms 5的系列组合已推广至全国16个省（自治区、直辖市），累计推广面积超过0.23亿公顷。

截至2010年底，已经育成的水稻光温敏核不育系有354个，其中，通过审定和获得新品种保护权的水稻光温敏核不育系有130个。用于两系法杂交水稻组合选育应用面积在10万公顷以上的不育系有23个，100万公顷以上的不育系有培矮64S、广占63S、广占63-4S、新安S、Y58S、株1S等6个。其中，前5个不育系都有农垦58S的亲缘。以培矮64S做母本选育的两系法杂交水稻组合有62个，其次是广占63及其衍生系广占63-4S、新安S、新强03S、宣69S、丰39S等配制的组合超过50个，Y58S配制的组合超过40个。

二、两系法杂交籼稻育种

我国早期育成的一批两系品种间杂交灿稻组合主要包括 K9S／03、W6154S／特青2号、W6154S／特三矮、W6154S／312、W6154S／3550、5460S／明恢63，至1991年底已在长江流域和华南稻区累计种植3万公顷。随着培矮64S等育性稳定、配合力较好的不育系的育成，选育出的培矮64S／湘早灿1号、培矮64S／特三矮等组合在生产上试种示范。培矮64S／特青在1992年南方稻区晚造区试中，产量居第一位，比对照汕优桂33增产8.86%。同年在湖南中稻区试中，平均产量每公顷9 477千克，创中稻区试历史最高产量，比对照汕优63增产4.7%。由于培矮64S／特青在多年区试和生产上表现突出，1994年通过了湖南省农作物品种审定，成为我国第一个通过品种审定的两系法杂交灿稻组合，从而开创了两系法杂交水稻生产利用的新局面。此后，湖南相继育成了中迟熟晚灿组合培两优288、培两优余红、培两优210、培两优981、雁两优921、株两优112等，早中熟早灿组合八两优100、香两优68。另外，江西育成了田两优402；广东育成了培杂山青、培杂双七、培杂茂三、培杂茂选、培杂67、培杂粤马和粤杂122；广西育成了培两优99、培两优275等；湖北育成了两优932等一系列两系法杂交水稻组合，并在生产上大面积推广应用。其中，香两优68和培两优余红生育期短，填补了我国两系法杂交水稻早熟组合的空白。而且香两优68品质优、食味好、有香味，在生产上得到了较好的推广；培杂双七属感温型中熟优质抗病两系法杂交水稻，适应性、稳定性好，米质优，推广应用面积逐年成倍扩大。“九五”期间，广东省培杂双七累计推广面积68.7万公顷，跃居全国第二位。

三、两系法杂交粳稻育种

自1989年起，不少单位已选育出一批两系品种间杂交粳稻。如湖北省农业科学院选育出N5047S／R9-1、N5088S／R9-1、N5088S／R187，华中农业大学选育出3131S／1514、31111S／1514，安徽省农业科学院选育出7001S／轮回422、7001S／1514和7001S／皖恢9号。截至1992年底，它们在长江流域晚造种植面积已超过6 000公顷。在大面积试种示范中，适应性、抗逆性较好，优势明显，比当家品种鄂宜105、鄂晚5号增产5%～10%。1990—1991年，华中农业大学选育的32007S／02428参加南方稻区杂交粳稻区试，比对照秀水04增产10.1%，1992年通过区试，获品种审定证书。安徽省农业科学院水稻研究所育成了两系粳杂70优9号，于1994年通过品种审定。另一两系粳稻杂交组合70优04生产上平均产量为每公顷7.53吨，最高产量达每公顷9.06吨，1995年应用面积达1.3万公顷。之后，安徽又育成了一个高产优质高抗的两系粳杂70优双九，被安徽省评为优质杂交粳稻，属中、晚造类型，感光性强。该组合于1997年通过安徽省农作物品种审定委员会审定，到1997年底累计种植面积达14.7万公顷。

四、两系亚种间杂交水稻育种

1984年，日本学者池桥宏提出了水稻广亲和的概念。他根据不同生态型水稻品种间杂种一代结实率表现，将与灿、粳杂交F 1 代结实正常的品种称为广亲和品种，并认为其亲和性的遗传受同一位点一组复等位基因 的控制。这一基因位于第Ⅰ连锁群，与色素基因C和糯性基因wx连锁，其中，广亲和基因可有效克服灿粳杂种一代的不亲和现象。在袁隆平育种策略指导下，全国不少育种工作者展开了广亲和系育种研究，主要分三条途径进行。

第一条途径是通过测交筛选与广亲和性鉴定，从现有品种中寻找广亲和品种，通过这个途径获得不少广亲和品种，如CA537、CA544、Lemont、Bell-mont、鉴12、CPSLO17等，但这些广亲和品种均属于古老的高秆农家品种，难以直接利用，只有少数几个如Vary Lava、CPSLO17具有实用价值。

第二条途径是利用现有广亲和品种资源将广亲和基因转到优良的灿型、粳型、爪哇型品种中，选育出不同类型的优良广亲和恢复系，如02428、轮回422、培矮64、培C311、D1731、C8420、C418、零轮、1914等。

第三条途径是将广亲和基因导入两系不育系，育成广亲和两系不育系，典型的代表是培矮64S。以培矮64S为母本所选配的亚种间组合如培矮64S／C8420、培矮64S／C418等表现出强大的亚种间杂种优势。

灿粳亚种间两系法杂交水稻有以下组合得到较大面积推广：广东的培杂山青、培杂双七、培杂南胜、培杂茂三、培杂泰丰、培杂67、培杂35、培杂163、粤杂122、粤杂2004、粤杂889等；湖南的两优176、陆两优996、陆两优28、陆两优63、两优0293、培两优981、培两优3076、株两优819、株两优02、株两优30、株两优15、准两优527、准两优49、C两优396、Y两优1号、Y两优599；湖北的两优932、华两优1206、两优287、八两优18；河南的两系法杂交粳稻信杂粳1号；贵州的陆两优106、黔两优58、黔香优2000；浙江的灿粳亚种间两系法杂交水稻培两优2859；福建的两优多系1号、金两优4号、金两优289；江西的安两优402、安两优318、安两优青占以及“赣亚一号”；上海的香型两系法杂交粳稻闵优香粳；江苏的两优培九（图2-8）、扬两优6号、新两优6380、两优108；安徽的丰两优1号、丰两优4号、皖稻181号、淮两优3号、新两优6号；云南的云光8号、云光9号、云光14号。

江苏省农业科学院利用培矮64S与粳稻品系9311及E32杂交分别育成了两优培九和培矮64S／E32。两优培九于1999年通过了江苏省农作物品种审定委员会的审定，且被国家“863”项目列为长江流域和黄淮地区一季中稻区的重点中试组合，并在2004年荣获国家技术发明二等奖。