雜交水稻制種父本群體培養(yǎng)技術(shù)進展

熊 朝，吳 輝，劉 釗，張海清*，肖層林，劉愛民

（1湖南農(nóng)業(yè)大學，長沙410128；2湖南隆平種業(yè)有限公司，長沙410007）

雜交水稻制種父本群體培養(yǎng)技術(shù)進展

熊 朝1，吳 輝1，劉 釗1，張海清1*，肖層林1，劉愛民2*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學，長沙410128；2湖南隆平種業(yè)有限公司，長沙410007）

雜交水稻制種父本群體培養(yǎng)目標是父本群體占地比小且有效花粉充足、父本群體花期較長且單位花粉密度大、異交態(tài)勢理想且農(nóng)藝性狀優(yōu)良。30多年來，雜交水稻制種父本群體在分期播種技術(shù)、育秧方法、栽插方式、施肥方式、花期調(diào)節(jié)技術(shù)等方面形成了一整套傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)。針對雜交水稻制種機械化技術(shù)發(fā)展趨勢，當前我國雜交水稻機械化制種父本群體培養(yǎng)技術(shù)取得了明顯進展，未來有待進一步對父本群體機械化制種予以完善。

雜交水稻；制種；父本群體；培養(yǎng)技術(shù)；機械化

雜交水稻制種也稱水稻異交栽培［1］，是以雄性不育系作母本、正?？捎謴?fù)系作父本，父母本按一定的行比相間種植，父本花粉在外力作用下飄散到母本柱頭授粉，母本受精結(jié)實F1代種子的過程。父本群體是雜交水稻制種的兩大主體之一，其群體質(zhì)量的高低直接影響著制種產(chǎn)量和質(zhì)量，主要體現(xiàn)在三個方面：一是通過對父母本群體的定向培養(yǎng)，協(xié)調(diào)其生長發(fā)育進程，保證群體花期相遇；二是培育父母本結(jié)構(gòu)合理的群體，提供充足花粉；三是創(chuàng)造理想授粉態(tài)勢，提高花粉利用效率。經(jīng)過30多年的探索與研究，我國雜交水稻制種在父本群體培養(yǎng)技術(shù)上經(jīng)歷了一次性播種的父本群體制種初級階段（1973～1980年）、分3次播種的父本群體制種技術(shù)提高與完善階段（1981～1990年）、分1次或2次播種的父本群體制種超高產(chǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用階段（1991年至今）三個階段［2］，建立起了一整套勞動力密集型的制種技術(shù)，持續(xù)有效地保障了雜交水稻推廣用種的需求和國家糧食安全。但隨著我國農(nóng)村勞動力的大量轉(zhuǎn)移，這種用工多、勞動強度大、生產(chǎn)效率低、種子質(zhì)量難以控制、產(chǎn)量難以穩(wěn)定的傳統(tǒng)勞力制種模式，很難適應(yīng)雜交水稻產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展［3～6］。積極尋求和探索雜交水稻機械化制種途徑和技術(shù)，實現(xiàn)雜交稻種子高效益生產(chǎn)是我國雜交稻發(fā)展中亟需解決的問題［7］。作為雜交水稻全程機械化制種技術(shù)的關(guān)鍵之一，父本機械化種植技術(shù)可大幅增加父本種植的行數(shù)和父本行廂寬，提高種植效率。筆者擬在分析高產(chǎn)制種中父本群體培養(yǎng)目標，總結(jié)雜交水稻制種父本群體傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對父本群體機械化種植技術(shù)的進展和未來設(shè)想進行探討。

1 雜交水稻制種父本群體培養(yǎng)目標

雜交水稻制種是父本和母本按一定播差期播種、按一定的行比和種植方式相間種植于制種田，母本接受父本花粉結(jié)實種子，制種產(chǎn)量和效益高低是以收獲母本結(jié)實的種子數(shù)量多少和質(zhì)量高低來評價的。影響制種產(chǎn)量和質(zhì)量的眾多因素中，除天氣因素外，還與父母本花期相遇程度、母本柱頭外露率和活力、田間花粉密度（父本花粉數(shù)量）、母本穎花數(shù)、父母本異交態(tài)勢等因素密切相關(guān)。其中父本有效花粉數(shù)量（花期相遇下的田間花粉密度）多少是決定制種產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。因此在父母本群體的培養(yǎng)上，在確保父本群體能提供足夠有效花粉的前提下，應(yīng)盡可能減少父本的占地比。在制種實踐中要協(xié)調(diào)好三大關(guān)系：父本占地率與花粉量的關(guān)系、父本花期與單位花粉密度的關(guān)系、授粉態(tài)勢與農(nóng)藝性狀的關(guān)系。

1.1 父本群體占地比小且有效花粉充足

在確立父母本群體構(gòu)成的關(guān)系上，首先要確立母本群體的主導(dǎo)地位，同時保證一定的父本群體數(shù)量［8］。父本栽插面積過大，有效穗過多，不僅造成花粉的浪費，還會減少母本的庫容量而降低制種產(chǎn)量；栽插面積過小，則花粉量得不到保證，影響異交結(jié)實率，造成制種減產(chǎn)。根據(jù)父本每朵穎花的產(chǎn)粉能力和群體散粉特性，確定父本群體最低的有效穗和穎花數(shù)，安排父本群體栽插的下限面積，保證母本群體的主體地位。長生育期的父本，其占地比率以20%左右為宜［9］，短生育期和分蘗成穗率較低的父本占地比以25%為宜。父本花粉量是否充足，可以父母本穎花比來衡量，多年來高產(chǎn)制種田父母本群體的穎花比以1∶3～3.5為宜。高產(chǎn)制種父母本群體構(gòu)成指標是，母本總穎花數(shù)3億～3.75億／hm2，父本總穎花數(shù)達到10 500萬～12 000萬朵／hm2，才能保證授粉時有足夠的花粉密度［10］。

1.2 父本群體花期較長且單位花粉密度大

父母本花期相遇良好是實現(xiàn)雜交制種高產(chǎn)的前提［11］。生產(chǎn)中為了確保父母本能花期相遇，一般通過分期播種、分期移栽和其他培養(yǎng)措施來人為延長父本群體的抽穗開花歷期。這雖然能夠提高花期相遇的幾率，但由于花期拉長，數(shù)量一定的花粉在單位時間、空間上的分布密度勢必下降，可能導(dǎo)致異交結(jié)實率降低，影響雜交制種產(chǎn)量。在父本群體構(gòu)建和培育過程中，首先確保父母本花期相遇良好，同時保證母本異交結(jié)實所必須的田間有效花粉密度。對生育期長分蘗強成穗率高父本的組合制種，父本開花歷期大于10 d，父本比母本早0～3 d始穗，對生育期短父本的組合制種，父本開花歷期在10 d左右，父本比母本遲0～3 d始穗，就能實現(xiàn)父母本良好的花期相遇［12］，花粉密度大于3～4粒／柱頭花粉時能夠保證比較高的異交結(jié)實率［13］。

1.3 異交態(tài)勢理想且農(nóng)藝性狀優(yōu)良

理想的授粉態(tài)勢是提高異交結(jié)實的又一關(guān)鍵。父本花粉有一定的重量，并具有一定的粘著性［14］，雜交制種過程中要使有一定重量的花粉比較順暢地從父本散落到母本柱頭，要求父本穗層底部高于或平齊母本穗層頂部［15］，而且父本的倒1～3葉長度適中。秈型不育系一般有卡頸的現(xiàn)象［12］，生產(chǎn)中通過噴施“九二○”解除卡頸促穗粒外露，達到理想的授粉態(tài)勢。噴施“九二○”后母本株高一般在100 cm左右，株高增高約50%，從而導(dǎo)致群體抗倒伏性能降低。為了協(xié)調(diào)授粉態(tài)勢和抗倒伏，一般要求父本穗層高出母本穗層10～15 cm即可［16］。父本一般生育期較長，同時為了滿足高產(chǎn)群體的穗粒要求，在生育后期一般需補施肥料，可能會導(dǎo)致冠層葉片的偏長，給花粉飄散造成障礙。短生育期組合的親本，父本生長較弱，頂部葉片短小，倒3葉是后期光合產(chǎn)物的主要供應(yīng)者，葉長過短（＜8 cm）將影響父本花粉的發(fā)育和有效供給［16］。

2 雜交水稻制種父本群體傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)

為了實現(xiàn)雜交水稻高產(chǎn)制種，30多年來已形成了一系列父本群體培養(yǎng)技術(shù)和方法，主要有分期播種相間栽插、多種育秧方法、多種栽插方式、偏施肥等。

2.1 分期播種技術(shù)

分期播種相間栽插，是確保父母本花期相遇的有效措施。在雜交水稻制種技術(shù)完善與提高階段，由于制種組合單一，母本栽培采取的是大田靠發(fā)的技術(shù)措施，為了使母本“頭花不空，盛花相逢，尾花不丟”，父本群體一般采用分3次播種的三期父本，播種量比例為1∶3∶1［17］。隨著研究的深入和人們對雜交組合生長發(fā)育特性的逐步認識，針對長生育期父本組合，許世覺提出了“父本靠發(fā)不靠插，母本靠插不靠發(fā)”的栽培技術(shù)路線［12］，母本開花集中，花期縮短，父本播種改3期為2期。1987年湖南提出了“1期父本”和“母本靠插不靠發(fā)，父本插發(fā)并舉”的超高產(chǎn)栽培技術(shù)措施［18］，母本開花進一步集中，盛花期花粉密度進一步加大，異交結(jié)實達到60%左右。由于一期父本花期過于集中，且父本生育期易受多種因素的影響，生產(chǎn)實際中多采用分2次播種相間栽插的二期父本群體制種，以保障父母本花期相遇，降低制種風險。

2.2 育秧方法

秧苗素質(zhì)是父本高產(chǎn)制種群體構(gòu)建和父本穩(wěn)健生長的基礎(chǔ)，適宜的育秧方式能使秧苗素質(zhì)得到改善。對不同播差期的組合宜采用不同的育秧方法，對父母本播差期在16 d以上的、父本生育期長的制種組合，父本宜采用兩段育秧方法，能顯著提高父本秧苗素質(zhì)［10］、培育整齊一致秧苗、縮短父本在大田單獨生長時間。對父母本播差期在0～15 d、父本生育期較短的制種組合，父本宜采用濕潤育秧法［8］，實現(xiàn)父母本基本同期移栽至大田。對父母本播差期倒掛的組合，父本宜采用旱育秧小苗移栽的方法。因此，不同的組合制種宜采用適宜的父本育秧方式，以方便父母本群體協(xié)調(diào)培管和父本群體的培養(yǎng)。

2.3 栽插方式

根據(jù)父本的生育期、分蘗成穗和抽穗開花散粉特性以及人工授粉方法，制種父本群體可選用4種方式：單行父本、小雙行父本、大雙行父本、窄（假）雙行父本［8］。單行父本群體適宜于生育期長、分蘗力強、成穗率高的恢復(fù)系，并采用繩索趕粉、單桿趕粉；大雙行父本群體適宜于生育期長、分蘗力強、成穗率高的恢復(fù)系，采用雙桿推粉輔助授粉；小雙行和假（窄）雙行父本群體適宜于生育期短、分蘗力較弱、成穗率偏低、抽穗開花整齊的恢復(fù)系，采用繩索或單桿趕粉。

2.4 施肥方式

父本偏施深施肥，是調(diào)節(jié)父本群體組成和穩(wěn)定生長發(fā)育的有力措施。大田生產(chǎn)中父本生育期一般較母本長，而且父本生育期的變動主要是營養(yǎng)生長期［11，12］，為了保證既搭建起高產(chǎn)制種的苗架，又能保障父本群體穩(wěn)健生長，必須針對不同生育期特性和分蘗成穗特性的父本，采用定向定量的施肥技術(shù)。父本生育期長的制種組合，在保證父母本施用相同種類和數(shù)量的底肥基礎(chǔ)上，父本移栽至大田后施速效肥，促進分蘗和早發(fā)；在生育中期對生育期長的父本采取將尿素、鉀肥或復(fù)合肥與細土做成球肥施于父本間的方式，對生育期短的父本群體采用撒施的方式將尿素、鉀肥施于父本行；在幼穗分化前后，根據(jù)生育狀況，補施鉀肥和尿素，保證幼穗分化的營養(yǎng)和增強莖稈的抗倒伏能力。通過偏施深施肥使父本能在較低的占地比下培養(yǎng)更多苗穗、更多穎花和長花期的健旺群體。

2.5 花期調(diào)節(jié)技術(shù)

花期調(diào)節(jié)是父母本花期相遇的保障措施，且貫穿于制種的全過程。由于父本群體占地比小、群體數(shù)量少，調(diào)節(jié)花期的技術(shù)措施大多是施用在父本群體上。其花期調(diào)節(jié)方法可分為兩大類。一類是推遲生育進程的方法，主要有：在早期可采取延長秧齡、增大栽插密度、隔夜秧、傷根、割葉、推遲施肥等農(nóng)藝和物理的措施，在中期（幼穗分化前后）采取重施深施氮素肥料、噴施多效唑、深中耕、重曬田、割葉或割假莖等農(nóng)藝、化學、物理的方法；在后期（幼穗分化后期）可采取拔苞、刈割再生等物理的方法。另一類是提早生育進程的方法，主要有：在早期可采取適齡移栽、密植、早施肥等方法，在中期采取控制氮肥增施磷鉀肥、輕曬田或不曬田等措施，在中后期可采取噴施磷鉀肥、噴施微量赤霉素等化學的辦法。鑒于推遲生育進程的調(diào)節(jié)效果要明顯強于促進生育進程的措施，花期調(diào)節(jié)技術(shù)以推遲抽穗和延長花期的調(diào)節(jié)措施為主，以提早抽穗和縮短花期的措施為輔。

3 雜交水稻制種父本機械化種植技術(shù)

我國于1981年就開始了雜交水稻機械化制種探索，先后有機械采粉授粉裝置研究、利用生物技術(shù)或者特異農(nóng)藝性狀的父母本混植法制種［19，22，21］的設(shè)想和研究等。由于水稻花粉體積小、體外存活時間短，不便于采集和儲存，至今機械采粉授粉裝置尚沒有應(yīng)用的報道，僅停留在論文和專利中。父母本混植法的機械化制種要求制種組合的父本或母本有顯著差異的特異性狀（如穎殼顏色、谷粒大小或?qū)δ撤N除草劑敏感等），且生育期一致或者相近，該方法目前尚在研究中，應(yīng)用有其局限性。我國企業(yè)和研究單位在整地、育秧、插秧、噴藥、噴施“九二○”、收割、干燥等環(huán)節(jié)開展了系列適合機械化操作的技術(shù)研究［22～24］，研發(fā)了一些授粉和噴藥的專用裝置［25，26］，為實現(xiàn)父母本分植法的機械化制種提供了技術(shù)裝備基礎(chǔ)。2010年以來，我國應(yīng)用無人直升機的農(nóng)用航空植保技術(shù)發(fā)展迅速，袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司利用農(nóng)用航空植保無人直升機輔助制種授粉試驗獲得初步成功，在大幅增加父本和母本相間種植行數(shù)的試驗中，獲得了與人工授粉方式同樣的制種產(chǎn)量，提出了全程機械化制種技術(shù)并開展系列技術(shù)研究，其中父本群體的機械化種植和收割技術(shù)是雜交水稻全程機械化制種中三大關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前雜交水稻父本機械化種植技術(shù)仍面臨一些問題。由于父本機械化種植均需一次性栽插和直播，如何在一次性栽插或直播的方式下，培養(yǎng)花期長、花粉量足的父本群體困難頗大，傳統(tǒng)分期播種分期相間栽插、兩段育秧、偏施深施肥技術(shù)也難以直接應(yīng)用。采用機插秧技術(shù)，由于秧盤育秧播種密度大，秧苗生長空間小，營養(yǎng)競爭強烈，秧苗素質(zhì)較差；一般3.0葉左右移栽，限制了秧齡彈性，降低移栽作業(yè)安排的靈活性和抵抗不良氣候的能力，對播差期較長的組合制種，會導(dǎo)致父本在大田單獨生長的時間比較長，給田間管理帶來諸多不便。所以制種父本機械插秧如何培管也是一個難題。另外，不同的恢復(fù)系父本因生育期、分蘗成穗和抽穗開花特性的差異，須采取不同的栽插密度，因此需要配套不同行距規(guī)格的水稻插秧機或直播機。

針對上述問題，要實現(xiàn)雜交水稻制種父本群體機械化種植技術(shù)，可從以下幾個方面開展試驗研究。

（1）針對不同特性的恢復(fù)系父本，選用行距20 cm、25 cm、30 cm三種規(guī)格的水稻水田插秧機或直播機，并進行適用性研究。

（2）通過縮短父母本播差期、發(fā)芽種子和干種子混播、烯效唑浸發(fā)芽種等措施，研究父本分期播種分行相間一次栽插或直播的機械種植效果；試驗在不同生育期割葉處理對生育進程的影響等，探索出既能延長父本群體抽穗開花歷期、又能滿足制種田間花粉密度需求的父本培養(yǎng)技術(shù)。

（3）引進緩釋或控釋復(fù)合肥技術(shù)，研制與插秧或直播同步施肥插秧機具和水稻直播機具及配套技術(shù)。

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Research Progress of Male Parent Population Cultivation Techniques for Hybrid Rice Seed Production

XIONG Chao1，WU Hui1，LIU Zhao1，ZHANG Hai-qing1*，XIAO Ceng-lin1，LIU Ai-m in2*
（1 Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Hunan Longping Seed Industry Co.，Ltd，Changsha，Hunan 410007，China）

Basing on the overview of techniques and objectives for male parent population cultivation and the trend of mechanization in hybrid rice seed production，the prospects of themechanized seed production techniques in themale parent population cultivation of the hybrid rice production is proposed.

Hybrid rice；Seed production；Male parent；Cultivation techniques；Mechanization

S511.032

：A

1001-5280（2014）02-0207-04

10.3969／j.issn.1001-5280.2014.02.24

2013 11- 29

熊 朝（1986-），男，湖南益陽人，碩士研究生，研究方向：雜交水稻機械化制種。*通信作者：劉愛民，男，研究員，研究方向：種子科學與技術(shù)，Email：lam＠lpht.com.cn。

國家科技支撐計劃課題（2014BAD06B07）。