雜交水稻親本混播機(jī)械化制種研究進(jìn)展

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(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128； 2 袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司，長沙 410001)

雜交水稻親本混播機(jī)械化制種研究進(jìn)展

劉延斌1，楊遠(yuǎn)柱2*，劉建豐1*，符辰建2，秦鵬2，胡小淳2

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128； 2 袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司，長沙 410001)

混播制種是指將雜交水稻的父母本種子混合播種，通過物理或化學(xué)方法將收獲的種子區(qū)分雜交種和父本種的制種方式，是雜交水稻制種技術(shù)的發(fā)展方向之一。綜述了雜交水稻父母本混播制種的研究動(dòng)態(tài)，提出選育大、小粒型親本，實(shí)行父母本機(jī)械混播混收全程機(jī)械化制種，通過物理方法篩選分離雜交種子與父本種子的設(shè)想。

雜交水稻；制種；親本混播；粒型；機(jī)械化

水稻是世界主要糧食作物，僅在亞洲的種植面積占世界90%。我國三系法雜交水稻選育配套成功以來，至2007年中國累計(jì)種植雜交水稻近4億公頃，累計(jì)增產(chǎn)稻谷約5 500億公斤。2006年，全世界雜交水稻種植面積已達(dá)1 800多萬公頃，其中中國1 600萬公頃，其他國家200多萬公頃。

雜交水稻主要在亞洲國家發(fā)展。目前，東南亞各國以及南美、非洲部分國家都引進(jìn)了我國的雜交水稻技術(shù)。到2007年，雜交水稻在東南亞部分國家得到大面積應(yīng)用，如越南雜交水稻種植面積達(dá)65萬公頃，菲律賓達(dá)34萬公頃，印度達(dá)110萬公頃，印度尼西亞達(dá)13萬公頃，孟加拉達(dá)30萬公頃(http://www.irri.org/science/ricestat/data/may2008/WRS2008-Table30.pdf)；此外，巴基斯坦、斯里蘭卡、緬甸、泰國、柬埔寨、老撾等亞洲國家和一些非洲、南美國家引種我國的雜交水稻也都獲得成功[1，2]。然而，這些國家水稻栽培技術(shù)比較落后，雜交水稻制種產(chǎn)量低，不同程度的依靠進(jìn)口中國的雜交水稻種子，其中越南是我國雜交水稻種子的主要出口國[3]。

我國雜交水稻制種經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)摸索和積累階段(1973～1980)及技術(shù)提高階段(1981～1990)，目前正處在超高產(chǎn)技術(shù)研究與推廣階段(1991至今)[4]。我國雜交水稻技術(shù)已取得舉世矚目的成就，但由于雜交水稻制種存在操作程序繁瑣，成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，限制其只適用于勞動(dòng)密集型國家和地區(qū)推廣，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和機(jī)械化程度高的國家推廣緩慢。

隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)力大量轉(zhuǎn)移，現(xiàn)有的雜交水稻制種方式已不適應(yīng)農(nóng)村生產(chǎn)的方式，不利于雜交水稻制種基地的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。雜交水稻制種親本分期播種與移栽的方式成為制約雜交水稻制種全程機(jī)械化的瓶頸，也限制了中國雜交水稻種子生產(chǎn)的規(guī)?；?、機(jī)械化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，成為中國雜交水稻推廣的障礙。開展適合機(jī)械化制種的親本與組合選育，已成為雜交水稻育種的重要內(nèi)容。父母本機(jī)械化混播制種是提高制種效率的有效途徑之一。但是，雜交水稻機(jī)械化混播親本制種的研究鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

1 國內(nèi)外雜交水稻機(jī)械化制種的發(fā)展概況

1.1 雜交水稻機(jī)械化制種的必要性

經(jīng)過30多年的研究和實(shí)踐，我國已建立了基本成熟的雜交水稻種子生產(chǎn)技術(shù)體系，但這種生產(chǎn)模式機(jī)械化程度低，成本高，種子產(chǎn)量與質(zhì)量不穩(wěn)定。雖然通過廣大科技人員的研究，雜交水稻種子生產(chǎn)過程中噴藥、收割和烘干等操作環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)已日趨配套，但雜交水稻親本移栽環(huán)節(jié)基本是手工操作的傳統(tǒng)方式。這就要求我國必須加快發(fā)展雜交水稻種子生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕雜交水稻種子生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本，提高效益，從而提高雜交水稻種子綜合生產(chǎn)能力，這也是保障中國和世界糧食安全的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施[5]。

1.2 雜交水稻機(jī)械化混播制種研究進(jìn)展

混播制種是指將花期能準(zhǔn)確相遇的雜交水稻父、母本種子按一定比例混合直播，再通過化學(xué)或物理方法在田間把父本除掉或在室內(nèi)加工時(shí)將雜交種和父本分開，從而獲得純度高的雜交種的一種機(jī)械化制種方式。這一制種方式的技術(shù)關(guān)鍵是在田間如何將授粉后的父本除掉，或如何在精選過程中將雜交種與一同收獲的恢復(fù)系(父本)種子準(zhǔn)確地分離。

1.2.1 利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)行雜交水稻父母本種子混播制種

(1)將除草劑敏感突變基因?qū)敫副尽Τ輨┍竭_(dá)松敏感突變是隱性單基因突變，表現(xiàn)對磺酰脲類除草劑敏感。選用攜帶除草劑(苯達(dá)松)敏感基因的父本，制種時(shí)將雜交水稻父母本按一定比例混合播種，授粉結(jié)束后噴施除草劑苯達(dá)松除去父本，而未攜帶該基因的母本可以正常生長，待其成熟時(shí)機(jī)械收獲雜交種子。我國已培育出具有苯達(dá)松敏感標(biāo)記的恢復(fù)系(MC526)以及相配套的雜交組合(混制1號)，制定了機(jī)械化混播制種的生產(chǎn)規(guī)程和技術(shù)要點(diǎn)[6～9]，用于雜交水稻混植法制種。

(2)將抗除草劑基因?qū)肽副?。中國水稻研究所開展的抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻的研究，應(yīng)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的高效遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，成功將Bar基因(抗草胺磷)轉(zhuǎn)入兩系不育系培矮64S；中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所采用模擬自然進(jìn)化，通過體外人工突變并施加選擇壓的方式獲得了一個(gè)新型水稻EPSP合酶基因突變體(抗草甘膦)，并在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院成功培育出攜帶此基因且高抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因水稻株系。以攜帶抗除草劑基因的不育系與普通恢復(fù)系配成的組合制種時(shí)，在授粉結(jié)束后噴灑除草劑殺死父本，而攜帶抗除草劑基因的母本對除草劑表現(xiàn)抗性正常生長，直至成熟，從而實(shí)現(xiàn)雜交稻制種田機(jī)械化收獲[10,11]。

1.2.2 利用父母本種子粒型差異實(shí)行機(jī)械混播制種

通過傳統(tǒng)育種技術(shù)與現(xiàn)代分子育種技術(shù)的緊密結(jié)合，培育適合機(jī)械化生產(chǎn)的具有隱性小粒基因的不育系或恢復(fù)系，選配適合機(jī)械化種子生產(chǎn)的超級雜交稻組合，在種子加工過程中使用篩選機(jī)械分離雜交種與父本種子，實(shí)現(xiàn)父母本機(jī)械混播混栽混收的種子生產(chǎn)全程機(jī)械化。

目前，研究較多的是矮稈小粒水稻，作為一種特殊矮生形態(tài)類型，株高不足60 cm，千粒重在15 g左右。水稻矮稈小粒的形成機(jī)理包括細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)和分子生物學(xué)、形態(tài)遺傳機(jī)理均有一定的研究基礎(chǔ)，幾個(gè)小粒雜交水稻組合也表現(xiàn)了較高的產(chǎn)量和商品品質(zhì)，顯示出矮稈小粒大穗材料作為親本之一的雜交水稻育種可望實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)的育種目標(biāo)[12～17]。矮稈小粒水稻生長量較小，大多為圓粒形，育成的不育系開花習(xí)性較差，異交結(jié)實(shí)率偏低，離應(yīng)用還有一定距離。筆者已選育出株高正常、長粒形、大穗、千粒重小于15 g的兩用核不育系。該不育系開花習(xí)性好、異交結(jié)實(shí)率高、配合力強(qiáng)，為選配適合機(jī)械化生產(chǎn)的雜交組合打下了很好的基礎(chǔ)。

1.2.3 利用父母本種子色澤差異實(shí)行機(jī)械混播制種

選育稃殼顏色差異較大的不育系，將其與穎殼顏色正常的恢復(fù)系按一定比例混播，待混播群體成熟時(shí)機(jī)械化混合收獲，通過色選機(jī)分選雜種種子與恢復(fù)系種子[18,19]。何立斌[18]等研究證明了印度水稻品種Dular的褐色穎殼是受一對隱性基因控制，并成功轉(zhuǎn)育出了帶褐色穎殼的秈型不育系色選A，使用微電腦色選機(jī)可將帶褐色穎殼的雜種種子與正常的恢復(fù)系種子分離。

1.2.4 利用水稻雌性不育突變體實(shí)行機(jī)械制種

控制雌性器官和雌配子體發(fā)育的基因發(fā)生突變，或者秈粳雜交后代，雌性器官發(fā)育缺陷或者停滯，水稻就會(huì)表現(xiàn)出雌性不育而其雄性可育。目前對水稻雌性不育的研究主要集中在細(xì)胞學(xué)分析上，而遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究還比較少[20]。人們設(shè)想利用雄性可育且育性穩(wěn)定，并表現(xiàn)為隱性基因控制的雌性不育水稻作為雜交水稻父本，從而實(shí)現(xiàn)雜交稻父母本混播機(jī)械化制種。但是，雌性不育水稻自身繁殖十分困難，并且在已有雌性不育系中尚未發(fā)現(xiàn)化學(xué)恢復(fù)劑，因此該工作開展較為困難[21]。

2 展 望

我國政府高度重視轉(zhuǎn)基因作物的研發(fā)。自“七五”以來，轉(zhuǎn)基因作物的研發(fā)一直被列為863計(jì)劃和“國家轉(zhuǎn)基因植物重大專項(xiàng)”的資助領(lǐng)域，并且取得了重大進(jìn)展。然而，由于國內(nèi)外有關(guān)轉(zhuǎn)基因安全性方面的爭論和政策的不確定性，致使我國轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程進(jìn)展緩慢[11]。

將小粒親本用于雜交水稻種子機(jī)械化生產(chǎn)的研究才剛剛開始。通過物理方法進(jìn)行雜交種子的篩選，種子加工過程中使用物理機(jī)械分離父母本，實(shí)現(xiàn)父母本機(jī)械混播混栽混收的種子生產(chǎn)全程機(jī)械化，具有廣闊的應(yīng)用前景。

利用具有隱性遺傳特性的小粒材料選育小粒不育系，通過與粒型差異很大的大粒父本雜交，選配出適合混播制種的雜交水稻新組合，并通過對父母本生育期、父母本混合比例、化學(xué)調(diào)控方法，造就最佳的異交態(tài)勢，最佳收獲時(shí)期等技術(shù)研究，制定相應(yīng)技術(shù)操作規(guī)程，其意義不僅在于實(shí)現(xiàn)雜交水稻種子生產(chǎn)的輕型化、機(jī)械化、規(guī)?；?，而且可提高制種產(chǎn)量和確保純度；同時(shí)，利用該方法不需大量噴施除草劑，對環(huán)境污染小，并可大幅度降低種子生產(chǎn)成本。因此，具有隱性遺傳特性的小粒不育系的選育及應(yīng)用，將全面提升我國雜交水稻制種技術(shù)，推動(dòng)雜交水稻持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

目前，雜交水稻親本花期不同年份完全相遇還需要合理調(diào)節(jié)，創(chuàng)制適宜的色選機(jī)械，以及掌握藥劑噴施的合適濃度、時(shí)期及方法等問題都有待深入研究。因此，我國大面積推廣應(yīng)用雜交稻親本混播機(jī)械化制種技術(shù)還有待進(jìn)一步研究完善。

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ResearchProgressofMechanizationProductionofHybridRiceSeedthroughParents’SeedsMixedPlanting

LIUYan-bin1，YANGYuan-zhu2*，LIUJian-feng1*，F(xiàn)UChen-jian2，QINPeng2，HUXiao-chun2

(1 College of Agriculture, Hunan Agricultural University, Changsha，Hunan 410128,China；2 Yuanlongping High-tech Agriculture Co., Ltd, Changsha,Hunan 410001,China)

Seed production by mixed sowing (SPMS) refers to sowing the mixed parents’ seeds, harvesting by machine, distinguishing hybrid rice seeds and male parent seeds by physical method or chemical method, which is the important development direction of hybrid rice seed production technology. The research status of SPMS at home and abroad was reviewed in this paper. The assumption on breeding parents with different grain types, entire mechanization production of hybrid seed with mechanized sowing and harvesting, screening and separating two types of seeds by physical methods was proposed.

Hybrid rice; Seed production; Mechanization; Mixed sowing of parents’ seeds; Grain type

2011-07-20

劉延斌(1988-)，男，遼寧省瓦房店市人，碩士研究生,Email:317259937@163.com。*通訊作者。

湖南省重大科技專項(xiàng)，編號2009FJ1004-3；湖南省水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目資助。

S511.038

A

1001-5280(2012)01--03

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.01.