唐文幫 張桂蓮 鄧化冰

雜交水稻機(jī)械化制種的技術(shù)探索與實(shí)踐

唐文幫*張桂蓮 鄧化冰

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410128; *通信聯(lián)系人, E-mail: tangwenbang@163.com)

居高不下的雜交水稻制種成本已經(jīng)成為制約雜交稻推廣應(yīng)用的主要因素之一。本文詳細(xì)地分析了國(guó)內(nèi)外雜交水稻機(jī)械化制種的現(xiàn)狀，總結(jié)機(jī)械化制種存在的困難和問(wèn)題，針對(duì)我國(guó)當(dāng)前形勢(shì)和耕作制度的特點(diǎn)，結(jié)合多年育種實(shí)踐，提出了通過(guò)培育小粒型不育系，利用不育系與恢復(fù)系種子粒型（主要是粒厚）的顯著差異，實(shí)現(xiàn)父母本混播混收、收獲后機(jī)械分離獲得雜交種子的全程機(jī)械化制種設(shè)想。提出了適合機(jī)械化制種的小粒不育系應(yīng)具備的性狀特征。按此設(shè)想，筆者團(tuán)隊(duì)選育出了綜合性狀優(yōu)良的小粒型不育系卓201S、南3502S、展998S等，并配組了系列高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的雜交稻組合卓?jī)蓛?yōu)581、卓?jī)蓛?yōu)141、南兩優(yōu)1998等，成功實(shí)現(xiàn)這些雜交稻的高效機(jī)械化制種。卓201S等小粒型不育系及其系列雜交組合的育成，是雜交水稻機(jī)械化制種品種選育的重大突破。

雜交水稻；機(jī)械化制種；小粒型；品種選育

水稻是世界上重要的糧食作物之一，全世界一半以上人口以稻米為主食[1-2]。水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用取得成功并大面積推廣應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)我國(guó)糧食增產(chǎn)穩(wěn)定，確保糧食安全發(fā)揮了重要作用。自2007年以來(lái)我國(guó)糧食產(chǎn)量連續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，特別是占糧食總產(chǎn)40%的稻谷產(chǎn)量連續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，其中雜交水稻新品種的推廣功不可沒(méi)[3]。然而近幾年來(lái)，雜交水稻種植面積出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，究其原因主要是一方面我國(guó)雜交稻種子制種長(zhǎng)期以來(lái)主要靠傳統(tǒng)的人力方式，導(dǎo)致雜交稻種子成本過(guò)高；另一方面現(xiàn)階段水稻生產(chǎn)越來(lái)越重視輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化栽培模式，用種量大幅增加，這直接導(dǎo)致了用種成本居高不下，嚴(yán)重地制約了雜交水稻的發(fā)展[4]。因此，實(shí)現(xiàn)雜交稻種子生產(chǎn)機(jī)械化，降低雜交種子制種成本，是保持我國(guó)雜交水稻種植面積穩(wěn)定，雜交水稻生產(chǎn)技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先的重要基礎(chǔ)。

1 雜交水稻機(jī)械化制種的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

雜交水稻種子生產(chǎn)是雜交水稻大面積推廣的前提。我國(guó)的三系雜交稻制種技術(shù)早在1985年就已經(jīng)成熟，后來(lái)隨著兩系雜交稻的發(fā)展，又衍生出了配套的兩系制種技術(shù)[5]。傳統(tǒng)的雜交稻制種均是利用雄性不育系作母本，與父本恢復(fù)系按一定比例分行人工種植，噴施赤霉酸克服母本包頸，輔助趕粉，最后父、母本分別收獲。為保證雜交水稻種子的質(zhì)量，在整個(gè)過(guò)程中還要防止機(jī)械混雜和假雜種，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

早在1980年美國(guó)圓環(huán)種子公司已對(duì)我國(guó)選育的雜交稻組合南優(yōu)2號(hào)進(jìn)行機(jī)械化制種試驗(yàn)[6]；之后，德國(guó)、日本等國(guó)家也相繼開(kāi)展了雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)的研究[7-8]。美國(guó)水稻技術(shù)公司、德國(guó)拜耳公司等在巴西、阿根廷等南美國(guó)家采用父母本機(jī)械旱條播，機(jī)械或農(nóng)用飛機(jī)噴藥、施肥，直升機(jī)趕粉，機(jī)械收獲等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大面積機(jī)械化制種[4]。20世紀(jì)80–90年代韓國(guó)、日本在雜交種子生產(chǎn)過(guò)程的耕翻、育秧、植保、收獲、干燥等生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。馬來(lái)西亞探索了雜交水稻制種過(guò)程中使用機(jī)械整地、插秧、施肥、噴藥、收獲及機(jī)械化包裝等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雜交稻組合SIRAJ和HR-15H的機(jī)械化制種，產(chǎn)量分別提高1.2和1.8 t/hm2[9]。

國(guó)內(nèi)雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)主要分為兩種模式，即分植法與混制法。分植法需要把父、母本分開(kāi)種植，主要根據(jù)父母本播插期，按行比分別機(jī)械栽插父母本，授粉后人工割除父本，最后通過(guò)機(jī)械收割F1種子[10-11]；或選用生育期相同的父母本按適當(dāng)行比機(jī)械直播或栽插[12-13]；或父本人工栽插，母本機(jī)械直播[14]；另外，也有將父、母本分別集中種植，在父本盛花期機(jī)械采粉、冷凍儲(chǔ)藏，待母本盛花期進(jìn)行機(jī)械授粉的模式[15]。而混制法是指把父母本按一定比例混合種植，授粉后去除父本植株，或者混合收獲后通過(guò)一定的方法去除父本自交種種子的機(jī)械化制種模式[16]。如通過(guò)將除草劑敏感(致死)基因和除草劑抗性基因分別導(dǎo)入水稻恢復(fù)系與不育系，使父、母本對(duì)某種除草劑的敏感性或抗性存在差異，在授粉結(jié)束后噴施除草劑，殺死父本、保留母本（F1）來(lái)生產(chǎn)雜交種子[17-22]。也有通過(guò)篩選受精、結(jié)實(shí)存在障礙的特殊突變，如將雌性不育基因?qū)敫副?，也可以?shí)現(xiàn)恢復(fù)系與不育系混播混收[23-25]；而最受育種家關(guān)注的方法是利用母本（不育系）或父本（恢復(fù)系）之間籽粒顏色或粒型的顯著差異，播種時(shí)將父、母本種子按照一定比例混合后采用大型播種機(jī)條播或撒播，授粉結(jié)實(shí)后混合收割，最后用特定的光學(xué)儀器或機(jī)械設(shè)備將父本和雜交種子區(qū)分開(kāi)[26-28]。

在混播分選技術(shù)研究方面，Cooley等[29]研究表明，當(dāng)谷粒寬度差異大于0.7 mm時(shí)，很容易通過(guò)圓孔篩將雜交種子與父本種子分開(kāi)；另外日本培育出具有基因的恢復(fù)系，其種子極易被酚類(lèi)化合物染成黑色，而配組的雜交種子卻不變色，其混合種子可以經(jīng)光選機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械分離[7]。我國(guó)也有很多類(lèi)似研究。許二波等[30]利用兩份隱性小粒不育系分別與9份不同的大?；謴?fù)系雜交，利用粒型差異將雜交種與大粒父本混合過(guò)篩，混篩后的種子純度達(dá)97.5%以上，滿足生產(chǎn)上的要求。廣西博白縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所于1987年選育了褐色穎殼不育系博白A，利用其粒色實(shí)現(xiàn)父本與母本混播混收[31]。何立斌等[32]使用微電腦色選機(jī)將帶褐色穎殼的雜種種子與正常的恢復(fù)系種子分離。余應(yīng)弘等[33]利用以瀟湘矮衍生的小粒材料與普通大粒材料進(jìn)行混合籽粒分離試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用3.5 mm圓孔篩篩選3次以上,可以將小粒與普通大粒分離，且分離后種子純度可達(dá)到99%以上，符合國(guó)家水稻良種純度指標(biāo)。吳明亮等[34]針對(duì)水稻不育系、恢復(fù)系籽粒長(zhǎng)度差異設(shè)計(jì)窩眼滾筒分選機(jī)，對(duì)粒長(zhǎng)存在較大差異的雜交水稻種子可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化分選。雖然上述研究對(duì)雜種與恢復(fù)系種子混收后的機(jī)械分選做了大量的探索，但是迄今為止，并沒(méi)有真正適合混播機(jī)選的雜交組合及相對(duì)應(yīng)分選機(jī)械大規(guī)模商業(yè)化利用。

2 雜交水稻機(jī)械化制種存在的主要問(wèn)題與挑戰(zhàn)

多年來(lái)許多學(xué)者曾利用多種途徑以實(shí)現(xiàn)雜交水稻機(jī)械化制種，但各種途徑基本上停留在研究階段，并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。目前正在研究和推廣的機(jī)械化制種模式，也存在著制種產(chǎn)量偏低、種子質(zhì)量較差、生產(chǎn)效益較低等問(wèn)題。歸納起來(lái)，雜交水稻大規(guī)模機(jī)械化制種主要存在三個(gè)方面挑戰(zhàn)。

2.1 缺少適合機(jī)械化制種的組合

長(zhǎng)期以來(lái)育種家主攻目標(biāo)是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗等，而對(duì)于農(nóng)藝農(nóng)機(jī)結(jié)合，適合機(jī)械化制種的雜交稻組合的選育重視不夠。適合機(jī)械化制種的組合要求父母本播差期小、授粉態(tài)勢(shì)好、光溫反應(yīng)鈍感、對(duì)赤霉酸敏感；母本株型矮壯、異交特性?xún)?yōu)良、落粒性中等；父本抗倒能力強(qiáng)、花期長(zhǎng)、花粉量大等，有利于對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)械化操作與管理。而當(dāng)前機(jī)械化制種模式及其應(yīng)用的雜交組合仍然存在著各種缺陷，如父母本按播差期和行比分別實(shí)行機(jī)械直播，如父母本播差期太大，或母本不能按期播種、出苗等，往往會(huì)導(dǎo)致父母本花期不遇進(jìn)而影響制種產(chǎn)量；利用對(duì)除草劑苯達(dá)松、咪唑酮類(lèi)等敏感的材料作父本，鈍感材料為母本的混植法機(jī)械化制種，存在著授粉結(jié)束后噴施除草劑不能完全殺死父本的問(wèn)題[35]；而利用父本與雜交F1種子粒色、粒型或粒重的明顯差異，采用特殊的光學(xué)或機(jī)械儀器將父本與F1種子區(qū)分的方法，往往存在篩選效率低、父本去除不凈等問(wèn)題。

2.2 缺乏大規(guī)模機(jī)械化制種的基地

雜交水稻制種屬于異交栽培，對(duì)溫度、濕度、光照等氣候條件有著嚴(yán)格的要求，而我國(guó)符合這些條件的地方主要分布在丘陵山區(qū)，如四川綿陽(yáng)、湖南懷化、福建建寧、廣西百色等。這些地區(qū)大多存在田塊較小、海拔高度不一、整體規(guī)模不大等問(wèn)題，只適合以家庭為單位或者小規(guī)模的集中制種作業(yè)，不利于大規(guī)模的機(jī)械化作業(yè)。而農(nóng)田條件較好，可以進(jìn)行大規(guī)模機(jī)械化雜家制種作業(yè)的平原地區(qū)，如洞庭湖區(qū)、江漢平原等，往往存在授粉成熟期極端高溫頻發(fā)、晝夜溫差小等導(dǎo)致制種成功概率低的不利因素。

2.3 缺乏配套的機(jī)械設(shè)備

實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化制種，需要一系列的農(nóng)用機(jī)械，包括整地平地機(jī)械、育秧設(shè)施與機(jī)械、移栽或直播機(jī)械、施肥除草機(jī)械、農(nóng)用噴霧及趕粉飛機(jī)、收割機(jī)械、分選加工機(jī)械等。田塊性狀不規(guī)整，以及大小、深淺不一等導(dǎo)致對(duì)機(jī)械的質(zhì)量要求較高，而國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)研究和制造雜交水稻機(jī)械化制種專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備，特別是父母本混播混植制種，后期父母本種子混收后，需要精確、高效的分選機(jī)械實(shí)現(xiàn)父母本種子的分開(kāi)，但目前適合生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的分選機(jī)械仍然缺乏。

3 雜交水稻機(jī)械化制種的設(shè)想與實(shí)踐

雜交水稻是我國(guó)的原創(chuàng)技術(shù)，我國(guó)在雜交水稻品種選育方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，但雜交水稻種子生產(chǎn)一直沿襲著傳統(tǒng)模式，已經(jīng)不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求；因此，利用農(nóng)藝農(nóng)機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雜交水稻種子生產(chǎn)機(jī)械化，降低種子生產(chǎn)成本已成為目前我國(guó)水稻科學(xué)研究的一個(gè)重大問(wèn)題。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外雜交水稻機(jī)械化制種的現(xiàn)狀，針對(duì)我國(guó)耕地特點(diǎn)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，結(jié)合多年育種實(shí)踐，筆者提出并實(shí)踐了培育適合雜交水稻機(jī)械化制種的小粒型不育系，利用父母本種子粒型（主要是粒厚）的差異實(shí)現(xiàn)水稻混播混收、機(jī)械分離的全程機(jī)械化制種設(shè)想。

3.1 適合機(jī)械化制種小粒型不育系

要實(shí)現(xiàn)利用父母本種子粒型差異實(shí)現(xiàn)混播混收、機(jī)械分離的全程機(jī)械化制種，不育系的選育是關(guān)鍵。筆者認(rèn)為不育系不僅須具有實(shí)用性，如育性穩(wěn)定、農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良、高配合力、適應(yīng)性廣、稻米品質(zhì)優(yōu)等，而且須具有適合機(jī)械化制種的性狀。為了實(shí)現(xiàn)雜交F1與父本種子的高效機(jī)械分離，父母本粒型差異必須足夠大。由于水稻種子粒長(zhǎng)>粒寬>粒厚的特性，在種子分選過(guò)程中，父母本必須有著合適的粒厚差異。除此之外，小粒不育系還必須具有生育特性穩(wěn)定，抽穗整齊，穗型直立，包頸程度低，對(duì)赤霉酸敏感，花時(shí)早而集中，柱頭外露率高，柱頭活力強(qiáng)，落粒性中等，閉穎性好，無(wú)穗萌芽，抗黑粉病等特性。

基于上述設(shè)想，筆者所在課題組利用小粒材料YN10，與C815S、七桂B(yǎng)等材料復(fù)合雜交，育成了多個(gè)不育起點(diǎn)溫度低、株型理想、配合力好、異交結(jié)實(shí)率高、米質(zhì)優(yōu)等綜合性狀優(yōu)良的適合機(jī)械化制種的小粒型兩系，如不育系卓201S、南3502S、展998S等。與生產(chǎn)上主推的兩系不育系C815S相比，卓201S等在機(jī)械化制種性狀上具有明顯的優(yōu)勢(shì)（圖1，表1）。

3.2 與小粒型水稻不育系配套的父本及雜交組合的選育

小粒不育系小粒性狀由隱性基因控制，為了保證產(chǎn)量，選育出中等千粒重的雜交稻，父本必須選用顯性或部分顯性大粒型恢復(fù)系，同時(shí)為了能在制種后實(shí)現(xiàn)父母本的高效機(jī)械分離，父本的粒厚要明顯大于小粒不育系。另外，父本還須抗倒性較好，分蘗力強(qiáng)；花時(shí)集中，花粉量大，花期長(zhǎng)；對(duì)赤霉酸敏感；生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光溫鈍感。

基于此設(shè)想，我們課題組選育了多個(gè)與上述小粒型水稻不育系配套的強(qiáng)恢復(fù)系，如R141、R581、R2115等。通過(guò)與小粒不育系卓201S配組，選育出的卓?jī)蓛?yōu)581（國(guó)審稻20186077）、卓?jī)蓛?yōu)141（國(guó)審稻20196103）、卓?jī)蓛?yōu)1998（國(guó)審稻20196101）等雜交稻組合先后通過(guò)國(guó)家審定并大面積推廣應(yīng)用。以上這些雜交稻組合的千粒重為22~25 g，兩年區(qū)試平均產(chǎn)量比對(duì)照豐兩優(yōu)4號(hào)增加3.4%~7.7%，解決了小粒型不育系所配組合粒重與高產(chǎn)的矛盾（圖2）。與小粒型不育系南3502S所配組合南兩優(yōu)1998于2019年通過(guò)國(guó)家審定(國(guó)審稻20176047)；與小粒型不育系展998S所配組合展兩優(yōu)028、展兩優(yōu)1018、展兩優(yōu)1998參加2019年國(guó)家區(qū)試和續(xù)試，2020年擬申報(bào)審定。這些組合均具有產(chǎn)量高、米質(zhì)優(yōu)、抗性好等綜合性狀優(yōu)良的特點(diǎn)。

A–卓201S的株型; B-卓201S與恢復(fù)系R2115粒型比較, 紅色箭頭所示為R2115種子, 卓201S千粒重14.10 g, 粒厚1.71 mm, R2115千粒重33.40 g, 粒厚2.21 mm; C–卓201S種子外觀品質(zhì)。

Fig. 1. Plant type and grain characters of Zhuo 201S.

Fig. 2. Field performances of Zhuoliangyou 1998, Zhuoliangyou 141, Zhuoliangyou 581 and Zhuoliangyou 2115.

表1 小粒型不育系具有適合機(jī)械化制種的性狀

SL, Sterile line; PH, Plant height; GL, Grain length; GW, Grain width; GT, Grain thickness; GW, 1000-grain weight; GQ, Grain quality; FTT, Fertility transition temperature; SER, Stigma exsertion rate; SV, Stigma vigor at 11 days after heading;PER, Panicle enclosure rate; GA, Application amount of gibberellin.

表2 基于小粒型不育系的三種機(jī)械化制種方式

MSPM, Mechanized seed production method; DHD, Difference of heading date; RC, Representative combination; PSM, Paternal seeding mode; FSM, Maternal seeding method; M/T, the ratio of male to female parent; FP, Flowering period; GA, Application amount of gibberellin; AP, Artificial pollination; YSP, yield of seeds production.

表3 父本及雜交種機(jī)械分選結(jié)果

HC, Hybrid combination;PGT, Paternal grain thickness; HSGT, Hybrid seeds grain thickness; FLS, First level sieve; SLS, Second level sieve; MH, Mix harvest seeds entering machine; SHS, Sorting out hybrid seeds;SMS, Sorting out male seeds;SR, Sorting rate;LR, Loss rate;E, Efficiency.

3.3 小粒型不育系輕簡(jiǎn)機(jī)械化制種實(shí)踐

根據(jù)不育系與恢復(fù)系播始?xì)v期的差異，以小粒型不育系卓201S，大粒型恢復(fù)系R780，R581，R1998為材料，我們?cè)O(shè)計(jì)了父本拋秧母本直播、父母本混直播、父母本同時(shí)條播三種制種模式（表2）。為保證機(jī)械化制種純度，我們采取了以下4種措施：1）雜交水稻機(jī)械化混播制種，其親本堅(jiān)持用陳種，即已經(jīng)通過(guò)種植鑒定的親本，其母本純度達(dá)到99.9%，父本純度達(dá)到100%的親本種子，做到雜交制種過(guò)程中不需要除雜，從而保證機(jī)械化混播制種減少除雜環(huán)節(jié)；2）制種大田翻耕前灌水保持24 h然后排干，讓大田落粒谷發(fā)芽；播種后及時(shí)采用封閉除草劑，封閉雜草和落田谷；秧苗2葉1心時(shí)大田回水，保證制種親本正常生長(zhǎng)，讓田間落粒谷和雜草沒(méi)有生存條件和空間；3）同一片制種基地生產(chǎn)同一個(gè)雜交組合；4)在制種收獲后機(jī)械分離環(huán)節(jié)，我們針對(duì)大?；謴?fù)系與小粒不育系粒型的顯著差異，以粒厚為限制因子，設(shè)計(jì)了特定的狹長(zhǎng)形篩孔篩子，實(shí)現(xiàn)了雜種F1與父本種子的高效分離。通過(guò)對(duì)混收種子機(jī)械分選，卓?jī)蓛?yōu)581、卓?jī)蓛?yōu)2115種子純度均達(dá)到100%，雜種損失率分別為1.31%、0.51%；卓?jī)蓛?yōu)141組合種子純度為98.4%，雜種損失率為2.31%（表3）。這三個(gè)組合的種子純度在生產(chǎn)上達(dá)標(biāo)[36]，成功實(shí)現(xiàn)了卓?jī)蓛?yōu)780、卓?jī)蓛?yōu)581、卓?jī)蓛?yōu)1998三個(gè)雜交組合的混播混收式機(jī)械化制種。2018年5月卓?jī)蓛?yōu)581在湖南省懷化市靖州二涼亭大面積輕簡(jiǎn)機(jī)械化制種，平均實(shí)際產(chǎn)量為3930 kg/hm2；2019年2月卓?jī)蓛?yōu)581在海南省三亞市大面積輕簡(jiǎn)機(jī)械化制種，實(shí)際產(chǎn)量為3480 kg/hm2；2019年5月卓?jī)蓛?yōu)141在湖南省懷化市靖州二涼亭進(jìn)行了20 hm2械制種示范，實(shí)際產(chǎn)量為4104 kg/hm2。此外，由于小粒型不育系卓201S等的高異交特性，減少父本比例，增加母本總穎花數(shù)，卓201S系列組合混種混收的機(jī)械化制種可減少成本7500~9000元/hm2以上，制種產(chǎn)量比傳統(tǒng)C815S組合提高20%以上。通過(guò)父母本機(jī)械混播混收后利用父母本粒型大小的顯著差異進(jìn)行機(jī)械篩選分離，極大地節(jié)省了人工成本，增加制種效益（圖3）。與傳統(tǒng)制種方式相比，降低了種子生產(chǎn)成本，提高制種效益36.3%（表4）。利用小粒不育系卓201S配組的卓?jī)蓛?yōu)581、卓?jī)蓛?yōu)141、卓?jī)蓛?yōu)2115、卓?jī)蓛?yōu)1998等近兩年累計(jì)示范推廣種植近3萬(wàn)hm2，節(jié)省種子生產(chǎn)成本150多萬(wàn)元，因小粒而減少畝用種量，用種成本節(jié)省5160多萬(wàn)元，農(nóng)民增收1.4億元。其機(jī)械化制種及“經(jīng)濟(jì)型”雜交水稻研發(fā)，被評(píng)為2018年湖南十大科技新聞。這些實(shí)踐證明了利用小粒型不育系配套不同的父母本播種方式能很好地解決不同播始?xì)v期混播制種播差期的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)雜交組合的父母本混種混收高產(chǎn)高效的全程機(jī)械化制種。

A–卓?jī)蓛?yōu)780混播制種苗期田間照片；B–卓?jī)蓛?yōu)780混播制種分蘗期田間照片；C–卓?jī)蓛?yōu)780混播制種成熟期田間照片；D–混收后利用機(jī)器分選雜交種與恢復(fù)系R780種子；E–分選機(jī)器所用的狹長(zhǎng)形篩孔篩子(20 mm×2 mm)；F–分選后的卓?jī)蓛?yōu)780雜交種(左)和恢復(fù)系R780(右)種子；圖A, 圖B, 圖C中紅色箭頭所示為R780植株。

Fig. 3. Mechanized seed production and seed sorting of two line hybrid rice Zhuoliangyou 780.

表4 卓201S機(jī)械化制種與C815S傳統(tǒng)制種效益比較

SPM, Seed production methods; PM, Planting methods; PCM, Pest control methods; APM, Auxiliary pollination methods; HM, Harvesting methods; MC, Maternal capacity; AOR, Average outcrossing rate; AY, Average yield; SQ, Seed quality; CBOSP, Comprehensive benefits of seed production.

4 展望

雜交水稻在我國(guó)已經(jīng)推廣40多年，為我國(guó)糧食安全及世界水稻產(chǎn)量的提高作出了重要貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)雜交水稻制種是一種勞動(dòng)力密集與精耕細(xì)作并重的繁瑣浩大工程，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)變，農(nóng)村勞動(dòng)力出現(xiàn)較大缺口，雜交稻制種的用工成本急劇增長(zhǎng)，導(dǎo)致雜交種子生產(chǎn)成本居高不下，這已經(jīng)成為了制約雜交稻推廣應(yīng)用的主要因素之一。因此，實(shí)現(xiàn)雜交水稻全程高效機(jī)械化制種對(duì)保證雜交水稻的持續(xù)、健康、快速的發(fā)展具有重要意義。

4.1 農(nóng)藝農(nóng)機(jī)相結(jié)合培育適合機(jī)械化制種的品種

針對(duì)雜交水稻制種的特殊性，進(jìn)一步加強(qiáng)水稻育種研究人員與農(nóng)機(jī)專(zhuān)家的合作，探索農(nóng)機(jī)器械的科學(xué)性及適應(yīng)性，對(duì)水田犁翻耕機(jī)械、種子直播器械、病蟲(chóng)防治機(jī)械、趕粉授粉器械、種子分離器械等進(jìn)行改進(jìn)或研制，使得制種專(zhuān)用機(jī)械更有針對(duì)性、專(zhuān)業(yè)性，真正發(fā)揮其高效便捷的作用。另一方面，適合高效機(jī)械化制種作為雜交稻育種目標(biāo)需要進(jìn)一步強(qiáng)化，如選育抗除草劑不育系與除草劑致死恢復(fù)系組合時(shí)必須解決除草劑對(duì)水稻成株殺不凈的問(wèn)題；如利用種子顏色、粒型差異實(shí)現(xiàn)父母本混收后機(jī)械分離的制種途徑，必須注意父母本種子顏色、粒型差異足夠顯著，能夠通過(guò)配套機(jī)械高效分離等問(wèn)題?？傊浞挚紤]雜交水稻制種的特殊性，農(nóng)藝農(nóng)機(jī)相結(jié)合培育適合機(jī)械化制種的品種，并研制出適宜的配套栽培技術(shù)與高效的農(nóng)機(jī)器械，必將推動(dòng)我國(guó)雜交水稻高效機(jī)械化制種的快速發(fā)展。

4.2 小粒型不育系是實(shí)現(xiàn)雜交水稻機(jī)械化制種的可靠途徑

雜交水稻制種屬于異交栽培，對(duì)溫度、濕度、光照等氣候條件有著嚴(yán)格的要求，而在我國(guó)符合這些條件的地方大多分布在丘陵山區(qū)，存在田塊較小、海拔高度不一等不利于大規(guī)模機(jī)械化制種問(wèn)題。利用水稻小粒型不育系，在雜交水稻制種中實(shí)現(xiàn)父母混播混收，收獲后根據(jù)種子粒厚差異實(shí)現(xiàn)機(jī)械分離，從而實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化制種，其技術(shù)要求不高、操作簡(jiǎn)單易行、適合各種條件和規(guī)模，是實(shí)現(xiàn)雜交水稻機(jī)械化制種的可靠途徑。另外，由于小粒不育系千粒重小，約為普通不育系的一半左右，在制種絕對(duì)產(chǎn)量保持不變的前提下，單位制種面積上的雜交稻種子粒數(shù)比普通不育系多1倍，即繁殖系數(shù)可提高1倍，大幅度降低了雜交稻的用種成本，有利于促進(jìn)雜交水稻機(jī)插、拋秧、直播等輕簡(jiǎn)機(jī)械規(guī)?；N植，降低雜交水稻生產(chǎn)成本。如本團(tuán)隊(duì)選育的卓201S，其配置組合與C815S系列組合相比，在傳統(tǒng)移栽、機(jī)插秧、拋秧、直播等栽培模式下用種量分別可以減少40.0%、37.5%、33.3%、50.0%，極大地降低了用種成本。因此，發(fā)展小粒不育系及其配套組合，實(shí)現(xiàn)雜交水稻高效機(jī)械化制種及全程機(jī)械化生產(chǎn)，對(duì)壯大我國(guó)民族種業(yè)、保證我國(guó)雜交水稻生產(chǎn)持續(xù)健康地發(fā)展具有重要意義。

[1] Khush G S. What it will take to feed 5.0 billion rice consumers in 2030[J]., 2005, 59: 1-62.

[2] 袁隆平. 發(fā)展雜交水稻保障糧食安全[J]. 科學(xué)新聞, 2014(12): 32-33.

Yuan L P. Develop hybrid rice to ensure food security[J]., 2014(12): 32-33. (in Chinese)

[3] 黃秉信, 宋勇軍. 輝煌的成就, 巨大的貢獻(xiàn)：70 年來(lái)我國(guó)糧食生產(chǎn)走過(guò)不平凡之路[J]. 中國(guó)糧食經(jīng)濟(jì), 2019, 10: 12-17.

Huang B X, Song Y J. Brilliant achievements and great contributions: The extraordinary road of grain production in China in the past 70 years[J]., 2019, 10: 12-17. (in Chinese)

[4] 李青茂. 雜交水稻在美國(guó)實(shí)行機(jī)械化制種的要求和前景[J]. 雜交水稻, 1990(2): 45-47.

Li Q M. The requirement for mechanization of hybrid rice seed production in USA and its prospects[J]., 1990(2): 45-47. (in Chinese with English abstract)

[5] 程式華, 曹立勇, 占小登. 雜交水稻制種技術(shù)[M]. 北京: 金盾出版社, 2009.

Cheng S H, Cao L Y, Zhan X D. Hybrid Rice Seed Production Technology[M]. Beijing: Jindun Press, 2009. (in Chinese)

[6] 黃育忠. 雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)初探[J]. 種子, 1995, 6: 41-43.

Huang Y Z. Preliminary study on mechanized seed production technology of hybrid rice[J]., 1995, 6: 41-43. (in Chinese)

[7] 戴君惕. 日本的雜交水稻研究近況[J]. 雜交水稻, 1996, 6: 33, 37.

Dai J T. Recent research on hybrid rice in Japan[J]., 1996, 6: 33, 37. (in Chinese)

[8] 李建武, 鄺翡婷, 李新奇, 楊益善. 雜交水稻機(jī)械化制種研究綜述[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 6: 39-40.

Li J W, Kuang F T, Li X Q, Yang Y S. Review of hybrid rice mechanized seed production[J]., 2013, 6: 39-40. (in Chinese)

[9] 李炳華, 胡繼銀. 馬來(lái)西亞雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)初探[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010(Z1): 17-18.

Li B H, Hu J Y. Preliminary study on mechanized seed production technology of hybrid rice in Malaysia[J]., 2010(Z1): 17-18. (in Chinese)

[10] 徐華中. 雜交水稻制種系列機(jī)械化技術(shù)研究總結(jié)[J]. 雜交水稻, 1993, 8(5): 16-19.

Xu H Z. A summary report on the technique of the serial mechanization in hybrid rice seed production[J]., 1993, 8(5): 16-19. (in Chinese with English abstract)

[11] 成建飛, 葉盧亮, 荊敏紅, 陳衛(wèi)民, 謝建康, 夏春風(fēng). 雜交粳稻制種中機(jī)械化栽插的實(shí)踐與思考[J]. 上海農(nóng)業(yè)科技, 2010, 1: 46, 18.

Cheng J F, Ye L L, Xing M H, Chen W J, Xie J K, Xia C F. Practice and thinking of mechanized transplanting in hybrid japonica rice seed production[J]., 2010, 1: 46, 18. (in Chinese)

[12] 王根連, 魏俞涌, 李金軍. 雜交水稻機(jī)插秧制種繁種技術(shù)研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技通訊, 2009, 10: 130-131.

Wang G L, Wei Y Y, Li J J. Study on the technology of hybrid rice seed production and propagation by transplanting rice seedlings with machine[J]., 2009, 10: 130-131. (in Chinese)

[13] 四川省萬(wàn)縣市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所. 一種適宜機(jī)械化操作的雜交水稻制種技術(shù): 97107633[P]. 1998-03-17.

Wanxian Agricultural Science Research Institute, Sichuan Province. A hybrid rice seed production technology suitable for mechanized operation: 97107633[P]. 1998-03-17. (in Chinese)

[14] 施建達(dá). 利用組合親本的雜交作物機(jī)械化制種技術(shù): 200810123002[P]. 2008-12-10.

Shi J D. Mechanized seed production technology of hybrid crops with combined parents: 200810123002[P]. 2008-12-10. (in Chinese)

[15] 彭正明, 周逢明. 母本機(jī)械直播技術(shù)在雜交水稻集約化制種上的應(yīng)用初探[J]. 雜交水稻, 2000, 15(6): 27-32.

Peng Z M, Zhou F M. Application of the mechanized direct seeding technique in hybrid rice seed production[J]., 2000, 15(6): 27-32. (in Chinese with English abstract)

[16] 湯國(guó)華, 謝紅軍, 余應(yīng)弘. 雜交水稻機(jī)械化制種研究的現(xiàn)狀、問(wèn)題與對(duì)策[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012(3): 133-136.

Tang G H, Xie H J, Yu Y H. Current situation, problems and countermeasures of hybrid rice mechanized seed production research[J]., 2012(3): 133-136. (in Chinese)

[17] 傅亞萍, 朱正歌, 肖晗, 胡國(guó)成, 斯華敏, 于永紅, 孫宗修. 抗除草劑基因?qū)肱喟?4S實(shí)現(xiàn)雜交水稻制種機(jī)械化的初步研究[J]. 中國(guó)水稻科學(xué), 2010, 15(2): 97-100.

Fu Y P, Zhu Z G, Xiao H, Hu G C, Si H M, Yu Y H, Sun Z X. Primary study on mechanization of seed production of hybrid rice by inducinggene to Peiai 64S[J]., 2010, 15(2): 97-100. (in Chinese with English abstract)

[18] 張德文, 楊前進(jìn), 王士梅, 汪婉琳, 朱啟升. 混制1號(hào)機(jī)械化混播制種生產(chǎn)技術(shù)[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2008, 24(10): 66-69.

Zhang D W, Yang Q J, Wang S M, Wang W L, Zhu Q S. The production technology of seeds by mechanize of Hun Zhi NO. 1[J]., 2008, 24(10): 66-69 (in Chinese with English abstract)

[19] 顏昌偉. 一種利用葉綠體轉(zhuǎn)基因技術(shù)的機(jī)械化雜交稻制種方法: 20091004373[P]. 2010-12-09.

Yan C W. A mechanized hybrid rice seed production method using chloroplast transgenic technology: 20091004373[P]. 2010-12-09. (in Chinese)

[20] 朱啟升. 雜交水稻混播制種技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 作物研究, 2004, 18(4): 204-207.

Zhu Q S. Research progress on hybrid rice seed breeding by mixed planted[J]., 2004, 18(4): 204-207. (in Chinese with English abstract)

[21] 張集文. 水稻苯達(dá)松敏感突變研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)水稻科學(xué), 2010, 24(5): 551-558.

Zhang J W. Progress on the study of the bentazon sensitive mutants in rice[J]., 2010, 24(5): 551-558. (in Chinese with English abstract)

[22] 朱禎. 轉(zhuǎn)基因水稻研發(fā)進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào), 2010, 12(2): 9-16.

Zhu Z. Research progress and development of transgenic rice[J].2010, 12(2): 9-16. (in Chinese with English abstract)

[23] 高榮村, 路金根, 范國(guó)華, 徐美玲, 李金軍. 一份水稻雌雄全不育隱性突變體的基本特性[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007(5): 529-530.

Gao R C, Lou J G, Fan G H, Xu M L, Li J J. Basic characteristics of a recessive male and female sterile mutant of rice[J].2007(5): 529-530. (in Chinese)

[24] Chang Z Y, Chen Z F, Wang N, Xie G, Lu J W, Yan W, Zhou J L, Tang X Y, Deng X W. Construction of a male sterility system for hybrid rice breeding and seed production using a nuclear male sterility gene[J]., 2016, 113: 14145-14150.

[25] Xia Y M, Tang N, Hu Y Y, Li D, Li S C, Bu X L, Mulan Yu M L, Qi S W, Yang Y S, Zhu H J, Cao C Y, Li P, Yuan L P, Cao M L. A method for mechanized hybrid rice seed production using female sterile rice[J]., 2019, 12: 39.

[26] 呂直文, 鄭濟(jì)萬(wàn), 卿明敬, 黃成文. 雜交水稻理想型機(jī)械化制種組合Ⅱ優(yōu)86[J]. 雜交水稻, 1996, 9(5): 12-13.

Lu Z W, Zhen J W, Qing M J, Huang C W. ⅡYou 86, a suitable hybrid rice for hybrid seed production mechanization[J]., 1996, 9(5): 12-13. (in Chinese with English abstract)

[27] 曹立勇. 三系法雜交水稻機(jī)械化制種方法: 2002104889[P]. 2003-9-17.

Cao L Y. Mechanized seed production method of three line hybrid rice: 2002104889[P]. 2003-9-17. (in Chinese)

[28] Maruyama K, Kato H, Araki H. Mechanized production of F1seeds in rice by mixed planting[J]., 1991, 24(4): 243-252.

[29] Cooley J, Ford T, Chriatou P. Molecular and genetic characterization of elite transgenic rice plants produced by electric-discharge particle acceleration[J]., 1995, 90: 97-104.

[30] 許二波, 王躍星, 倪深, 陳紅旗, 朱旭東. 水稻隱性小?；蛟陔s交稻種子機(jī)械分選上的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)稻米, 2015, 21(3): 8-11.

Xu E B, Wang Y X, Ni S, Chen H Q, Zhu X D. Application of small grain recessive gene in the mechanical sorting of hybrid rice seeds[J]., 2015, 21(3): 8-11. (in Chinese with English abstract)

[31] 吳春珠, 程祖辛, 趙明富, 鄭建華, 楊聚寶. 水稻雄性不育系博白A的抽穗期遺傳分析[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào), 2005, 11(6): 55-57.

Wu C Z, Chen Z X, Zhao M F, Zhen J H, Yang J B. Genetic analysis of heading stage of rice male sterile line Bobai A[J]., 2005, 11(6): 55-57. (in Chinese with English abstract)

[32] 何立斌, 曹立勇, 錢(qián)前, 程式華. 稻殼顏色標(biāo)記在雜交水稻制種中的應(yīng)用初探[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2001, 13(6): 357-360.

He L B, Cao L Y, Qian Q, Chen S H. The prospects of hybrid rice seed production by using rice chaff colour marker[J]., 2001, 13(6): 357-360. (in Chinese with English abstract)

[33] 余應(yīng)弘, 吳云天, 曾翔, 袁隆平. 水稻矮稈小粒突變體瀟湘矮的特征特性及其遺傳鑒定[J]. 雜交水稻, 2007(6): 67-70.

Yu Y H, Wu Y T, Zeng X, Yuan L P. Characterization and genetic studies on dwarf rice mutant Xiaoxiangai with small grains[J]., 2007(6): 67-70. (in Chinese with English abstract)

[34] 吳明亮, 謝方平, 唐倫, 余應(yīng)弘, 王慧敏, 鄧平, 劉勇. 雜交水稻工程化制種窩眼型孔分選機(jī)筒設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 10(26): 1-4.

Wu M L, Xie F P, Tang L, Yu Y H, Wang H M, Deng P, Liu Y. Design of separating cylinder of pocket hole separating machine on large-scale seeding production for hybrid rice[J]., 2010, 10(26): 1-4. (in Chinese with English abstract)

[35] 鄧小林. 雜交水稻在美國(guó)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景[J]. 雜交水稻, 1998, 1(4): 29-30.

Deng X L. Research on hybrid rice and its prospects in U. S. A[J]., 1998, 1(4): 29-30. (in Chinese with English abstract)

[36] 明興權(quán). 水稻小粒型兩用核不育系卓201S應(yīng)用研究[D]. 長(zhǎng)沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2018.

Ming X Q. Study on the application of small grain CMS lines Zhuo 201S[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

Technology Exploration and Practice of Hybrid Rice Mechanized Seed Production

TANG Wenbang*, ZHANG Guilian, DENG Huabing

(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;*Corresponding author,E-mail: tangwenbang@163.com)

The high cost of hybrid rice seed production has become one of the main factors restricting the popularization and application of hybrid rice. We analyzed the current situation of hybrid rice mechanized seed production at home and abroad, summarized the difficulties and problems existing in mechanized seed production. According to the current situation and the characteristics of farming system in China, and combined with many years of breeding practice, we proposed to utilize a small grain type sterile line suitable for hybrid rice mechanized seed production, and realized mechanized seed production in the whole process by using the difference of seed thickness of parents to realize mixed sowing, mixed harvest and mechanical separation. The characters and standards of small grain CMS lines suitable for mechanized seed production were put forward.According to this assumption, we have selected and bred the small grain CMS lines Zhuo201S, Nan3502S, Zhan998S with excellent comprehensive characters, as well as a series of high-yield and high-quality hybrid rice combinations Zhuoliangyou581, Zhuoliangyou141, Nanliangyou1998, and successfully realized the efficient mechanized seed production of these hybrid rice.The breeding of Zhuo201S and other small grain sterile lines and a series of hybrid combinations is a major breakthrough in the breeding of hybrid rice combinations of mechanized seed production.

hybrid rice; mechanized seed production; small grain type;breeding

S511.038; S511.48

A

1001-7216(2020)02-0095-09

10.16819/j.1001-7216.2020.9130

2019-12-05;

2019-12-18。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2017YFD0100303)；湖南省科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2018NK1020)；湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2017NK2071)。