杂交水稻种子生产技术研究进展及展望

1、 种子生产与经营课程论文 姓名：颜 寿班级：农学11-1 学号：20116102杂交水稻种子生产技术研究进展及展望颜寿（四川农业大学农学院，四川成都 611130）摘要：本文围绕父母本播种差期安排与预测、父母本花期相遇调节、父母本群体构建、父母本花时调节与授粉、两系法杂交水稻制种介绍了杂交水稻种子生产关键技术研究的进展；以及杂交水稻混播、机械采粉贮粉与授粉的杂交水稻机械化种子生产技术的研究进展。分析了水稻杂交育种中存在的主要问题，展望了杂交水稻制种应向基地规模化、操作机械化、技术标准化方向发展。关键词：杂交；水稻；种子生产；机械化杂交水稻制种也称水稻异交栽培1。从1973年实现籼型三系配套后，

2、各地组织大批技术力量对杂交水稻制种技术进行研究，逐步取得突破性进展，形成了制种的基本理论与技术体系，积累了丰富的经验，制种产量逐步提高，使三系法杂交水稻快速发展。20世纪70年代，湖北石明松在粳稻品种中发现了光敏核不育材料，至80年代中期，全国组织水稻育种工作者协作攻关两系法杂交稻技术，90年代初期进入了两系法杂交稻制种技术研究与实践。1 杂交水稻种子生产关键技术研究1.1 父母本播种差期安排与预测技术父母本花期能否相遇是杂交水稻制种成败的基础。20世纪70年代所配杂交组合的父母本生育期相差大，使得父母本花期相遇难度大。由此重点围绕父母本生育期温光特性、叶片生长特性、幼穗分化发育特性开展研究，

3、提出了父母本播差期安排的“叶龄差法、有效积温差法、播始历期差法”，并分析了3种安排方法的实用性，进一步指出以“叶龄差法为基础，以有效积温差法和时间差法作调整”的应用原则。但是，在制种过程中尽管按以上方法安排父母本播差期，由于亲本生育期除主要受温光条件影响外，还受秧龄长短、秧苗素质、肥水条件、栽培管理等因素影响，常使父母本花期不遇或相遇不理想。因此，研究了“幼穗剥检法、叶龄余数法、对应叶龄法”等花期预测方法，其中“幼穗剥检预测法”简便、直观、可靠，被广泛采用，成为预测父母本花期的主要方法。父母本播种差期安排方法和花期预测方法的研究成功，为保障杂交水稻制种父母本花期相遇奠定了基础2。1.2 父母本

4、花期相遇调节技术父母本花期相遇程度，决定制种产量的高低。在20世代70年制种技术摸索阶段，认为父母本同期抽穗就是花期相遇。80年代初期进入杂交水稻制种配套技术研究阶段，将父母本花期相遇的程度分为4种类型：一是花期理想相遇，即“母本头花不空，父本尾花不丢，父母本盛花相逢”，其中关键是父母本盛花期相遇。二是花期相遇，即以父母本理想花期相遇为标准，若父本或母本的始穗期比理想花期相遇标准早或迟23d，父母本的盛花期能够大部分相遇。三是花期基本相遇，即父本或母本的始穗期较理想花期相遇早或迟35 d，父母本的盛花期只有部分相遇。四是花期不遇，即父本或母本的始穗期比理想花期相遇早或迟6d以上，父母本的盛花期

5、基本不遇，仅有父母本的始花或尾花相遇，甚至父母本花期完全不遇，制种产量极低甚至失收。早熟不育系与早熟型恢复系制种，理想花期相遇标准为父本始穗期应比母本迟23 d；与迟熟型恢复系配组制种，理想花期相遇标准为父本始穗期比母本早12 d；与中熟型恢复系制种，理想花期相遇标准为父母本同期始穗或母本早1 d 始穗。要使杂交水稻制种父母本花期相遇理想，在确定父母本播差期后，还必须依父母本的抽穗、开花特性，在父母本幼穗分化前期进行花期预测，根据预测结果，对照父母本花期理想相遇标准，及时采取协调技术。20 世纪80年代初期，研究了父母本花期调整技术。其一，农艺措施调节法: 采用割蔸再生、割叶、深中耕等措施推迟

6、亲本生长发育，这些措施在幼穗分化期前进行，并配合施用氮肥，获得较理想的调节效果； 对父本采用“旱控水促法”，在幼穗分化期排水晒田，控制父本发育，在中后期灌深水层，促进父本发育；对亲本实施“氮控钾促”法，在幼穗分化前期重施氮肥，延缓群体营养生长期；重施钾肥（如氯化钾、磷酸二氢钾等）促进亲本发育。其二，化学调节法: 在亲本幼穗分化期喷施激素和微量元素，幼穗分化初期喷施多效唑，并重施氮肥，延缓亲本群体发育； 幼穗分化末期喷施“九二0”、调花宝、花信灵等，促进亲本的发育。1.3 父母本群体构建技术19791983年，中国杂交水稻制种进入配套技术研究阶段3。重点对父母本群体结构的要求及其定向培养措施进行

7、了深入的研究。父母本的群体结构分别由单位面积的有效穗数和颖花数组成，在分别增加有效穗数和颖花数的同时，还探索了父母本有效穗数和颖花数的协调比例。群体结构构建的基础是移栽密度及每穴移栽基本苗数。在制种设计上，父本分2期播种，株距一般为 25 cm 左右，母本株行距 15 cm ×20 cm，父母本每穴均栽双本。父母本行比采用 1：6 10）或父本采用小双行、大双行移栽方式，父母本行比为2：（1220）。根据恢复系生育期较长、不育系生育期较短的特点，许世觉提出了栽培上“母本靠插不靠发，父本靠发不靠插”的技术措施。母本增加单位面积用种量，培育分蘖壮秧，扩大父母本行比，加大母本移栽密度，增加

8、母本每穴栽插苗数，以求迅速形成母本高产群体。父本则采用两段育秧的方法，两段育秧的父本生长健壮，单株带蘖多，移栽至大田容易形成高产群体，扬花授粉期产粉量大，能满足高产制种母本所需的花粉量。对父母本群体的调控，在施肥方法上，母本改多次追肥为一次性施肥； 父本改面上追肥为球肥深施。从而为定向培养母本短剑叶、多穗群体，父本大穗、长花期群体奠定了基础。父母本群体结构的合理性，以父母本群体颖花比例为评价指标，父母本适宜的颖花比例为 13 左右3。1.4 父母本花时调节与授粉技术父母本花时错位的现象，称为花时不遇。外界因素对不育系开花影响较大，开花期遇阴天或下雨天气，田间温度低，湿度大，导致不育系开花时间更

9、迟更分散，甚至不开花。在制种时采用父母本花时措施调节 。其一，赶母本植株上的露水。在晴天早晨赶去母本植株上的露水，以降低湿度，增加穗型疏散度，扩大穗部受光面积，提高穗部温度，始花、盛花时间可提早1 h 左右。其二，对父本喷洒冷水。在高温低湿天气，恢复系开花时间提早，且花时缩短，父母本花时严重不遇。早晨给父本喷洒冷水，增加父本植株的湿度，降低穗部温度，延迟父本开花时间，提高父母本花时相遇率。其三，对母本喷施微量元素。对母本以喷施“九二0”为主，配合三十烷醇、硼砂、磷酸二氢钾、尿素等多种元素的混合喷施，比单一喷施更能明显提高父母本花时相遇率。其四，改革人工授粉技术。20 世纪 7080年代在人工授

10、粉时间上曾提出以母本花时为准，即“见母不见父”的原则，授粉期每天待母本盛花时开始赶粉，每天赶粉34次3。90 年代研究表明，父本颖花张开后至花药开裂散粉时间短，如不及时赶粉，大量花粉不能散落到母本群体间。因此提出，在提高不育系柱头外露率基础上，人工授粉时间改为“父本开花散粉高峰时刻”。此时刻赶粉，在单位时间、空间内花粉密度最大，显著提高了不育系柱头接受父本花粉的几率。1.5 两系法杂交水稻制种技术从 20 世纪 80 年代中后期开始开展协作攻关两系法杂种优势利用，至90 年代初期已取得较大突破。由于不育系不育基因的表达受光温环境条件控制，加上当时所选育的两用核不育系育性转换起点温度偏高，在两系

11、法杂交水稻试制过程中表现风险大。但是，两系法杂种优势利用的优越性，促使人们迫切研究两系法杂交水稻制种技术，全国各地几乎均组织两系法杂交水稻制种技术攻关课题组。两系法杂交水稻制种技术与三系法制种相比，虽然二者在田间基本操作技术中有不少相似、相同之处，但两系制种技术难点也很突出。其一，制种季节受到限制，三系制种季节不一定能安排两系制种； 其二，制种区域与制种基地选择受到限制，适宜三系制种的基地不一定能适宜两系杂交水稻制种。因而两系法杂交水稻制种技术研究的重点是根据两用核不育系育性转换特性，研究制种生态条件，即围绕制种季节的安排、制种基地的选择进行研究4。在研究过程中曾沿用三系制种边研究、边示范、边

12、推广步骤，不断总结经验教训，及时改革研究与示范方案。2 杂交水稻机械化种子生产技术的研究进展目前的杂交水稻机械化种子生产技术主要有如下几种方法：2.1 杂交水稻混播机械化制种技术混播制种指在杂交水稻种子生产过程中，在播种之前将生育期的父母本种子按一定的重量比均匀混合后播种，按常规水稻机械化生产方法进行育秧、移栽或进行直播，进行正常田间管理，可采用飞机进行喷施赤霉素和人工辅助授粉作业，然后采用如下3种方法进行杂交稻种子的收获和分选作业：1）除草剂敏感基因导入父本法：要求杂交稻恢复系导入除草剂敏感基因，在父母本混播群体的始穗期喷施喷施（苯达松）除草剂，使携带有水稻（苯达松）除草剂敏感基因的父本在授

13、粉之后死亡；而未携带该基因的母本则能正常受粉、结实，成熟时采用机械收获5-10。2）抗除草剂基因导入母本法：将抗除草剂基因（如对除草剂 PPT 有抗性的 Bar 基因）导入不育系，以普通恢复系作父本，在父母本混播群体扬花 10 d 后喷洒除草剂，转抗除草剂基因的不育系对除草剂表现抗性而正常生长，并向子房提供足够的营养使之发育成饱满的杂交稻种子。而恢复系虽然能自花传粉、受精、灌浆，但终因植株被除草剂杀死而不能正常结实。即使恢复系基部长出个别新的分蘖并抽穗开花，但是因为其发育进程推迟10多天，收割时还没有正常结实，很容易被扬弃，从而可对杂交稻制种田进行机械化收获11。3）稻壳颜色标记法：选育褐色颖

14、壳的不育系，并将其与颖壳颜色正常的恢复系混播制种，父母本混播群体成熟时进行机械化混合收获后，通过色选机分选母本上结的杂交稻杂种种子与恢复系种子12-13。目前，国内有关科研机构对上述3种杂交稻混播机械化制种技术均进行了系统研究，获得了相关的技术专利，并进行了机械化模拟制种或示范制种，同理，采用上述混播制种技术，也可进行杂交稻不育系的机械化繁殖。但是，目前绝大多数强优杂交稻组合父母本生育期不一致，父母本花期不同年份完全相遇还需要合理调节，还需掌握除草剂喷施的合适浓度、时期和方法和创制适宜的色选机械，还需要减少母本包颈的授粉障碍及外源基因的生物安全等特殊问题都需要加以破解，因此，杂交稻混播机械化制

15、种技大面积推广应用还有待进一步研究完善。2.2 杂交水稻机械采粉贮粉与授粉制种技术我国是杂交水稻制种的主要国家，由于技术过于严格复杂，现多沿用传统的人力式授粉，分为竹竿推粉法和绳索拉粉法。这种人力完成水稻授粉的方法，不但劳动强度大、效率低，且授粉不均现象较明显，降低了制种的产量。（2013年暑期社会实践水稻扬花授粉）杂交水稻机械采粉贮藏与授粉制种技术指使用机械采（花）粉机采集父本花粉，然后用花粉贮藏设备进行父本花粉保持活力贮藏，在杂交稻母本扬花受粉时期，将收集贮藏的父本花粉连同培养基溶液，经过稀释后雾化，雾粒在空气中成悬浮状态，形成花粉云雾，从而实现给杂交稻母本进行机械授粉14。该机械制种技术

16、不需杂交稻父母本混植，应将父母本分片种植；父母本无须调节花期和花时，但父本花期要适当安排比母本花期早；可适时反复多次授粉，保证足够父本花粉量，提高杂交稻制种或不育系繁殖单产。湖南省种子公司曾对杂交水稻机械采粉贮藏与授粉制种技术进行系统研究，研制了有关专利机械与技术，但还未应用于杂交稻制种实践。2.3 利用雌性不育系的机械制种技术水稻雌性不育系是指雌性器官发育缺陷或者停滞，导致雌性完全不育，其雄性可育且育性稳定的遗传突变类型。目前，人们对发现的多种水稻雌性不育系进行了雌性不育突变体遗传规律和细胞学观察及基因功能分析等系统研究。人们设想将水稻雌性不育特性转育至杂交稻父本，从而可实现杂交稻制种或不育

17、系繁殖过程中的父母本混植机械化制种15。综上所述，杂交水稻在中国首先大面积成功应用的30 多年来，为中国乃至世界的水稻产量大幅度提高以及粮食安全取得了举世瞩目的成就。但是，杂交水稻种子生产过程中仍然存在制种与繁种效率不高，劳动强度大，种子质量难以控制，种子产量不稳定等问题。因此，今后实现杂交水稻种子生产的全程机械化是提高杂交水稻制种效率和杂交种子质量、提高我国杂交水稻生产技术竞争力的必由之路16-17。为此，各国水稻科技工作者广泛进行了杂交水稻机械化种子生产技术的研究，但是，目前除杂交水稻混播机械化制种技术已获得小面积成功应用外，其余杂交水稻机械化种子生技术与方法还在试验及研究之中。因此，今后

18、需要水稻育种家与农机专家密切合作，选育适合杂交水稻机械化种子生产的杂交水稻新组合，研制出优良配套的栽培方法及适宜配套的杂交水稻全程机械化种子生产机具，从而实现展杂交水稻种子生产的全程机械化，造福全球水稻生产。3 水稻杂交育种的主要问题 目前，我国杂交水稻育种存在的问题主要表现在以下几个方面：一是米质较差。我国杂交稻的米质普遍较差，近年育成了一些优质组合，但其适应性、产量潜力和品质档次未得到大面积生产的实践检验和人民群众的消费评价，杂交稻 米质的整体提高尚需时日18。二是产量没有新的整体突破。自80年代汕优63育成和推广以来，我国杂交稻产量潜力未取得新的整体突破。三是抗性单一 ，我国杂交稻的大多

19、数组合只抗 一两种病害，且抗性基因较单一，抗性容易丧失，缺乏抗多种病害及其多个生理小种、抗虫的杂交稻组合19。四是杂交早稻和杂交粳稻育种进展缓慢。我国长江流域双季稻区的杂交早稻育种存在“早而不优，优而不早”的问题20，北方杂交粳稻则存在杂种优势不强的问题21，杂交早稻和杂交粳稻成为我国整个杂交稻发展的瓶颈。五是两系杂交稻育种还有难点问题待解决，一方面，现已育成的核不育系，大多数起点温度还不够低，导致其适应性 没有三系不育系那样广泛。另一方面，在三系法杂交稻得到广泛应用的中籼和晚籼上，两系法杂交稻产量对照优势不显著22。六是我国杂交水稻配套栽培技术落后，我国的三系杂交水稻组合已经更新了好几代，新

20、品种不断出现23。但是现在很多地方农民使用的技术还是20、30年以前的技术，严重影响了杂交水稻产量的提高。还有虽然三系杂交水稻育种理论已经发展了几十年。但是真正对水稻育种实践有指导意义的不多24。尽管我国许多水稻育种人员进行大量组合测配，但由于缺少理论指导，消耗了大量的人力、物力、财力，但是成效不明显25。另外现在研究基础理论的人和搞田问育种的人完全脱节，研究基础理论人员只顾做实验室里的实验，然后发表几篇文章，并没有将其理论应用在田间，以检验其真伪26。而搞田间育种的科技人员只顾埋头育种，理论缺乏，知识更新慢，比较盲目。4 杂交水稻制种的发展方向4.1 向规模化制种方向发展规模化制种有多种模式

21、27。其一，“公司 + 制种专业户”。丘陵山区制种基地，因农民外出打工人数逐年增多，农民土地流转逐步实施，制种专业户正在形成，制种规模正在扩大，采用机械耕地，母本直播，机械收割。小规模制种既实现增加效益，同时增强了制种专业户抵御自然灾害的经济承受能力。其二，“公司 + 制种商”。公司与制种商签制种合同，提供亲本及部分制种资金，由制种商成片租用基地农户土地制种。在制种过程中，耕田和收割环节实行机械操作，其它田间各项操作请当地农民进行。由于各项管理措施特别是肥水管理、病虫防治、除杂保纯等措施的及时到位，其制种产量与种子质量较分散制种农户稳定。其三，公司自建规模化制种基地。中国种业政策与法规的逐步完

22、善，种子企业登记注册门槛提高，公司减少，公司规模扩大，实力增强。具有竞争力的公司将建设大规模制种基地，主要包括生产条件建设，即田园建设、道路建设、水利设施建设、种子收购场地( 仓库、晒坪) 建设。4.2 向机械化制种方向发展 过去 30 多年的杂交水稻制种，依靠劳动密集型的精耕细作，提高制种产量和种子质量。随着中国农村劳动力大量转移，留守农村的农民必须从繁重的体力劳动中解放出来，传统制种方法已不适应形势的发展。另一方面，要实现杂交水稻制种规模化，稳定制种基地与面积，提高制种单产与总产，必须逐步实行机械化操作，减轻劳动强度，降低制种成本，提高劳动效率，增加制种效益。机械化制种包括耕田、播种或育秧

23、移栽、病虫防治、收割、干燥等环节应用机械操作28。实行机械化制种，其一，亲本要具有适宜机械化操作的特性；其二，制种基地要具有水稻异交生态条件，灾害性天气的频率很低，农田基础设施适宜机械化作业；其三，必须使用高纯度亲本种子，不用人工除杂，生产的种子纯度能达到标准。4.3 向标准制种方向发展 随着杂交水稻制种的基地规模化，机械化制种的逐步推行，制种技术将逐步实行标准化29。实行标准化制种。其一，根据不同组合亲本的特征特性与生长发育规律，对每个组合制种技术进行系统、深入研究，制订制种技术标准。其二，对规模化制种基地进行田园化建设，对制种田块的土壤质地、元素成分及其含量进行测定分析，建立田块档案，实行

24、配方施肥。其三，对制种基地的病虫发生规律，制订预测预报方案，采用适宜防治措施，选用适宜农药。其四，对制种技术环节的要求，选用适用操作机械。湖南于 2006 年制订了地方推荐性标准两系法杂交水稻制种技术规范30，国家农业部正在组织制订国家推荐性标准两系法杂交水稻种子生产体系技术规范。中国杂交水稻制种规模化、机械化进程将加快，制种技术标准将逐步制订、完善与推行，杂交水稻制种将达到稳产高产优质高效目标。参考文献1 田大成 水稻异交栽培学M. 成都: 四川科技出版社,19912 胡前毅 湖南杂交水稻发展史M 长沙: 湖南科学技术出版社,200172 913 许世觉, 许昆, 唐建初, 等. 杂交水稻超

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