一种低纬高原光温矩阵选育水稻光温敏两系不育系的方法

本发明涉及水稻育种领域，具体涉及一种利用低纬高原特殊生态条件，通过光温矩阵设计选育水稻光温敏两系不育系的方法。

背景技术：

1、相较于三系杂交稻，两系杂交稻突破了配组过程中的恢保关系约束，能更充分地利用种质资源，实现更高的杂种优势，因此两系杂交稻已成为杂交稻生产实践的主流。两系不育系是两系杂交稻的核心亲本，在长日高温环境下为雄性不育，作为母本与恢复系杂交生成杂交种子；在短日低温环境下育性恢复，作为亲本自交繁殖不育系种子。两系不育系育性的转换受光温的协同影响，光周期长度和温度的互偿机制极度复杂，目前受相应学科领域研究进展限制，该互偿机制未有明确结论，仅能简化提出“不育起点温度”概念以评价两系不育系的育性转换。不育起点温度指不育系从可育转换为完全不育时的临界温度。相对较低的不育起点温度和较长的不育期为降低杂交稻制种风险、确保杂交种子的纯度提供了重要保障。

2、虽已经选育了一些低不育起点温度的两系不育系种质，但长期种植存在临界温度漂移，不育起点温度升高，在制种季节，若遭遇异常低温天气（如在幼穗分化的关键时期，突遇日平均温度低于23.5℃在三天以上），不育起点温度较高的不育系会恢复可育，发生自交结实，这将导致所生产种子中混入“伪杂交种”，严重降低种子纯度，带来巨大的经济损失。连续阴天会显著缩短有效日照时长，营造出类似“短日照”的环境，这也是诱导不育系育性恢复的信号之一。因此需要不断培育新的种质，而低不育起点温度和长不育期成为了两系不育系选育的最重要的性状，是相应的两系杂交稻能否通过品种审定的基础。低不育起点温度的不育系虽制种安全性好，但其育性转换起点温度较低，花粉发育临界温度与育性转换起点温度之间差距很小，导致普遍繁种产量很低。提高不育系可繁性可直接提高经济效益、降低不育系种子成本、支撑更大面积的杂交稻制种，全面提高品种的商品性。

3、目前光温敏不育系选育过程中主要通过以下几种方法筛选低不育起点温度的不育系：将选好的父母本进行人工杂交，收获f1代种子。f1代种子自交，收获f2代种子。在f2代中筛选不育株的方法通常有4种：

4、方法一，是夏天大田种植，通过多期播种使水稻育性转换关键时期遭遇自然低温天气，依靠自然低温，而其出现的时间、强度、持续时间年际间变化大。要求不育系的育性转换关键时期与低温期精准重合，命中率低，可能连续几年都遇不到理想的低温窗口，导致选育周期无限拉长；低温持续时间短将不足以筛选出不育起点温度真正低且稳定的株系；即便经过多年重复筛选，同一试验地点同一时期的光周期相对稳定，选出的不育系在其他纬度地区种植可能遭遇不同的光周期导致育性部分恢复，制种失败。该种简单的分期播种方法，所经历的环境条件变化是温度和光周期同时变化且高度耦合的，光周期和温度沿着一条固定的“轨迹”同步变化（正相关），筛选出的不育系在“这条特定轨迹”上表现不育，在其他区域种植处于不同的光温变化轨迹时，可能无法完全败育。

5、方法二，是海南冬季大田种植，以已育成的不育系做对照，要求选出的新株系花粉败育程度大于对照品种，方法二海南9月播种，孕穗敏感期处于短日照，筛选出的“高不育”单株，可能只是短日照敏感型，而非真正低不育起点温度型；该方法始终依赖对照品种“y58s”、“培矮64s”等，这些不育系在实际生产应用中已出现不育起点温度漂移（“培矮64s”原始的不育起点温度23.5℃，多年繁殖后升至24.5℃以上）。以不稳定的材料作参照，筛选标准本身就在“移动”。

6、方法三，是在水稻育性转换关键时期将其移入冷水池22℃-25℃处理7-10天，方法三长时间的低温淹水必定产生胁迫，可能导致叶蘖黄化、凋死，势必对鉴定结果产生较大偏差；水池无法实现单日可控变温，与大田条件下的日间温度变化情况不符；建设、运行冷水池成本高、繁复盆栽操作繁琐。

7、方法四，是在水稻育性转换关键时期将其移入人工气候箱，23.5℃处理7-10天，方法四依赖人工气候箱，但箱内温度波动性大且在空间上严重不均衡，箱内的光强和光质与自然光照有较大差异，影响结果准确性；人工气候箱空间小，处理样品量少，限制了待选株系的通量、育性鉴定结果缺乏说服力。此外，不育系单株的多个分蘖间存在发育进程差异，现有方法多在齐穗期单次鉴定，无法评价不育系在整个抽穗期内维持完全不育的能力。不育期短的品种在制种中，处于发育后期的穗会自交结实，严重降低杂交种纯度。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种低纬高原光温矩阵选育水稻光温敏两系不育系的方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过构建“温度梯度（海拔）-光周期梯度（播期）”筛选矩阵，并结合海南冬繁筛选强繁殖能力，实现低不育起点温度、长不育期、可繁性好、育性稳定的不育系的高效协同选育。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种低纬高原光温矩阵选育水稻光温敏两系不育系的方法，该方法采用以下步骤：

3、本发明提供一种低纬高原光温矩阵选育水稻光温敏两系不育系的方法，包括以下步骤：

4、（1）构建光温矩阵筛选平台：在低纬高原地区云南水富；选择海拔高度为300米的种植区作为环境s1，夏季环境s1为长日高温环境；和海拔高度500米的种植区作为环境s2，夏季环境s2为长日低温环境 ；冬季三亚的种植区作为环境s3，环境s3为短日低温环境；

5、（2）将两用核不育系父本和母本杂交，获得f1代，f1代自交获得f2代，待选f2代群体在环境s1种植，4月上旬播种；选择具有目标性状的不育单株，10月中下旬割兜后移至环境s3种植，选择结实率高于40%的单株混收f3代种子；

6、（3）将f3代种植在环境s2，4月上旬播种，选择不育起点温度低于23.5℃的不育单株，10月中下旬割兜后移至环境s3种植，选择结实率高于40%的单株，按单株收f4代种子；

7、（4）将f4代每个株系的种子分成2份，分别在环境s1和环境s2种植，4月上旬播种；从两个环境均稳定不育的株系中筛选具有目标性状的单株，11月中下旬割兜后移至环境s3种植，选择结实率高于40%的单株收f5代种子；

8、（5）将f5代每个株系的种子分成7份，按株系在环境s2分7期播种，播种日期选择3月至5月期间，每间隔10天播种一份；选择不育期≥40天的株系，具有目标性状的不育系单株，11月中下旬割兜后移至环境s3种植；选择结实率高于40%的单株收f6代种子；

9、（6）将f6代按株系种植在环境s2，4月上旬播种；选择具有目标性状的单株进行花粉镜检，花粉镜检选无花粉或典败的单株，11月中下旬割兜后移至环境s3种植；选择结实率高于40%的单株收f7代种子；

10、（7）根据株系群体性状稳定情况，重复步骤（6）一至二代，收获种子，即为育成的新不育系的原种；

11、所述目标性状为：具有矮秆株高70-95cm、分蘖8-13个、株型紧凑、不包颈、柱头外露率高于80%以上、花时集中在10:30-13:00，自交结实率0%。

12、进一步的，步骤（2）中，所述父本为广茉s，母本为云203s。

13、进一步的，步骤（5）中，每个株系每份种子播种日期依次选择：3月25日、4月5日、4月15日、4月25日、5月5日、5月15日、5月25日。

14、进一步的，步骤（6）中，花粉镜检方法为选取单株上所有抽出未见开花的茎穗，每穗在上中下部各随机取1朵颖花的花药制成一个花粉镜检样片，用2％（w/v）ki-i2溶液染色、压片，在光学显微镜下观察花粉形态，选择无花粉单株或典败为主的单株。

15、进一步的，步骤（7）获得的原种于夏季，在短日低温环境中扩繁不育系种子。

16、本发明还提供一种杂交培育水稻栽培种的方法，将任一方法所获得的不育系种子与恢复系进行杂交获得栽培种。

17、进一步的，由父本广茉s，母本云203s杂交选育得到的不育系种子，不育系作母本，恢复系云恢558作父本进行杂交，获得栽培种。

18、本发明与现有技术相比具有的优点是：

19、（1）首创低纬高原光温矩阵选育体系：利用同一纬度、不同海拔形成光周期一致的温度梯度，再利用分期播种形成光周期梯度，构成光温筛选矩阵，确保选育出的不育系败育更稳定、制种更安全。通常干空气每上升100米气温减低0.98℃，而湿空气每上升100米减低0.65℃。平均而言，夏季海拔高度每上升100米气温约降低0.6℃，通过提高种植点的海拔来创制低温环境，可以在同一光周期下，制造纯粹的温度差异，精准选留具有更低不育起点温度的不育单株。并且相较于冷水池选育方法，本发明经历的是自然环境中的温度变化曲线。随后在同一经纬度环境下，将入选的单株家系进行分期播种，在排除了起点温度干扰的前提下，专项鉴定其对不同光周期的育性响应。

20、（2）从3月25日开始，每隔10天播一期，共播7期，不育系育性转换敏感期经历自6月下旬至8月下旬的不同光温条件，其间光周期经历14小时到13小时的变化，覆盖了长日照到短日照条件。经过第一轮温度筛选后，进入分期测试的家系都具备了“低不育起点温度”的基础，此时分期播种，如果某个家系在不同播期（不同日照时长）下育性波动很大，说明它对光周期敏感，则淘汰该家系；只有在不同光周期下（至少4期，即40天）都保持稳定不育的家系，才是最终目标——建立在低不育起点温度基础之上的光周期钝感性的广适型不育系。因此，相较于常规的分期播种选择，通过不同海拔筛选与不同分期筛选相结合，选出的不育单株的不育起点温度低、光周期适应性宽，制种区域选择余地大，制种区域的可选择性也更大。

21、（3）所选制种地区具备：光照充足+日温差大+静风+同一经纬度下的海拔梯度。低纬高原还包括一部分四川和贵州地区，但这些地区寡日照、湿度高、温差小，无法选育。

22、（4）融合海南冬繁筛选高繁殖能力。利用三亚冬季短日低温条件评价不育系的结实能力，配合施甸（环境s4）特定播期，确保其种子繁殖产量≥500公斤/亩，满足商业化繁种需求。

23、（5）多性状协同筛选，不合格材料早期淘汰；无需依赖人工气候室、冷水池等辅助选择，成本低效率高。

24、（6）低纬高原的垂直气候梯度年际间重现稳定，筛选结果可预测、可重复，比依赖随机低温窗口的方法更经济、更可靠。