杂交水稻亲本混播机械化制种研究进展

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(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 袁隆平农业高科技股份有限公司，长沙 410001)

杂交水稻亲本混播机械化制种研究进展

刘延斌1，杨远柱2*，刘建丰1*，符辰建2，秦鹏2，胡小淳2

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 袁隆平农业高科技股份有限公司，长沙 410001)

混播制种是指将杂交水稻的父母本种子混合播种，通过物理或化学方法将收获的种子区分杂交种和父本种的制种方式，是杂交水稻制种技术的发展方向之一。综述了杂交水稻父母本混播制种的研究动态，提出选育大、小粒型亲本，实行父母本机械混播混收全程机械化制种，通过物理方法筛选分离杂交种子与父本种子的设想。

杂交水稻；制种；亲本混播；粒型；机械化

水稻是世界主要粮食作物，仅在亚洲的种植面积占世界90%。我国三系法杂交水稻选育配套成功以来，至2007年中国累计种植杂交水稻近4亿公顷，累计增产稻谷约5 500亿公斤。2006年，全世界杂交水稻种植面积已达1 800多万公顷，其中中国1 600万公顷，其他国家200多万公顷。

杂交水稻主要在亚洲国家发展。目前，东南亚各国以及南美、非洲部分国家都引进了我国的杂交水稻技术。到2007年，杂交水稻在东南亚部分国家得到大面积应用，如越南杂交水稻种植面积达65万公顷，菲律宾达34万公顷，印度达110万公顷，印度尼西亚达13万公顷，孟加拉达30万公顷(http://www.irri.org/science/ricestat/data/may2008/WRS2008-Table30.pdf)；此外，巴基斯坦、斯里兰卡、缅甸、泰国、柬埔寨、老挝等亚洲国家和一些非洲、南美国家引种我国的杂交水稻也都获得成功[1，2]。然而，这些国家水稻栽培技术比较落后，杂交水稻制种产量低，不同程度的依靠进口中国的杂交水稻种子，其中越南是我国杂交水稻种子的主要出口国[3]。

我国杂交水稻制种经过经验摸索和积累阶段(1973～1980)及技术提高阶段(1981～1990)，目前正处在超高产技术研究与推广阶段(1991至今)[4]。我国杂交水稻技术已取得举世瞩目的成就，但由于杂交水稻制种存在操作程序繁琐，成本高，劳动强度大等问题，限制其只适用于劳动密集型国家和地区推广，在经济发达和机械化程度高的国家推广缓慢。

随着中国社会经济的快速发展，农村劳动力大量转移，现有的杂交水稻制种方式已不适应农村生产的方式，不利于杂交水稻制种基地的稳定和持续发展。杂交水稻制种亲本分期播种与移栽的方式成为制约杂交水稻制种全程机械化的瓶颈，也限制了中国杂交水稻种子生产的规模化、机械化、集约化、标准化的发展，成为中国杂交水稻推广的障碍。开展适合机械化制种的亲本与组合选育，已成为杂交水稻育种的重要内容。父母本机械化混播制种是提高制种效率的有效途径之一。但是，杂交水稻机械化混播亲本制种的研究鲜有文献报道。

1 国内外杂交水稻机械化制种的发展概况

1.1 杂交水稻机械化制种的必要性

经过30多年的研究和实践，我国已建立了基本成熟的杂交水稻种子生产技术体系，但这种生产模式机械化程度低，成本高，种子产量与质量不稳定。虽然通过广大科技人员的研究，杂交水稻种子生产过程中喷药、收割和烘干等操作环节机械化技术已日趋配套，但杂交水稻亲本移栽环节基本是手工操作的传统方式。这就要求我国必须加快发展杂交水稻种子生产机械化进程，提高劳动生产率，减轻杂交水稻种子生产的劳动强度，降低成本，提高效益，从而提高杂交水稻种子综合生产能力，这也是保障中国和世界粮食安全的一项战略措施[5]。

1.2 杂交水稻机械化混播制种研究进展

混播制种是指将花期能准确相遇的杂交水稻父、母本种子按一定比例混合直播，再通过化学或物理方法在田间把父本除掉或在室内加工时将杂交种和父本分开，从而获得纯度高的杂交种的一种机械化制种方式。这一制种方式的技术关键是在田间如何将授粉后的父本除掉，或如何在精选过程中将杂交种与一同收获的恢复系(父本)种子准确地分离。

1.2.1 利用转基因技术实行杂交水稻父母本种子混播制种

(1)将除草剂敏感突变基因导入父本。对除草剂苯达松敏感突变是隐性单基因突变，表现对磺酰脲类除草剂敏感。选用携带除草剂(苯达松)敏感基因的父本，制种时将杂交水稻父母本按一定比例混合播种，授粉结束后喷施除草剂苯达松除去父本，而未携带该基因的母本可以正常生长，待其成熟时机械收获杂交种子。我国已培育出具有苯达松敏感标记的恢复系(MC526)以及相配套的杂交组合(混制1号)，制定了机械化混播制种的生产规程和技术要点[6～9]，用于杂交水稻混植法制种。

(2)将抗除草剂基因导入母本。中国水稻研究所开展的抗除草剂转基因水稻的研究，应用农杆菌介导的高效遗传转化技术，成功将Bar基因(抗草胺磷)转入两系不育系培矮64S；中国科学院遗传与发育生物学研究所采用模拟自然进化，通过体外人工突变并施加选择压的方式获得了一个新型水稻EPSP合酶基因突变体(抗草甘膦)，并在福建省农业科学院成功培育出携带此基因且高抗草甘膦的转基因水稻株系。以携带抗除草剂基因的不育系与普通恢复系配成的组合制种时，在授粉结束后喷洒除草剂杀死父本，而携带抗除草剂基因的母本对除草剂表现抗性正常生长，直至成熟，从而实现杂交稻制种田机械化收获[10,11]。

1.2.2 利用父母本种子粒型差异实行机械混播制种

通过传统育种技术与现代分子育种技术的紧密结合，培育适合机械化生产的具有隐性小粒基因的不育系或恢复系，选配适合机械化种子生产的超级杂交稻组合，在种子加工过程中使用筛选机械分离杂交种与父本种子，实现父母本机械混播混栽混收的种子生产全程机械化。

目前，研究较多的是矮秆小粒水稻，作为一种特殊矮生形态类型，株高不足60 cm，千粒重在15 g左右。水稻矮秆小粒的形成机理包括细胞学、生理学和分子生物学、形态遗传机理均有一定的研究基础，几个小粒杂交水稻组合也表现了较高的产量和商品品质，显示出矮秆小粒大穗材料作为亲本之一的杂交水稻育种可望实现超高产的育种目标[12～17]。矮秆小粒水稻生长量较小，大多为圆粒形，育成的不育系开花习性较差，异交结实率偏低，离应用还有一定距离。笔者已选育出株高正常、长粒形、大穗、千粒重小于15 g的两用核不育系。该不育系开花习性好、异交结实率高、配合力强，为选配适合机械化生产的杂交组合打下了很好的基础。

1.2.3 利用父母本种子色泽差异实行机械混播制种

选育稃壳颜色差异较大的不育系，将其与颖壳颜色正常的恢复系按一定比例混播，待混播群体成熟时机械化混合收获，通过色选机分选杂种种子与恢复系种子[18,19]。何立斌[18]等研究证明了印度水稻品种Dular的褐色颖壳是受一对隐性基因控制，并成功转育出了带褐色颖壳的籼型不育系色选A，使用微电脑色选机可将带褐色颖壳的杂种种子与正常的恢复系种子分离。

1.2.4 利用水稻雌性不育突变体实行机械制种

控制雌性器官和雌配子体发育的基因发生突变，或者籼粳杂交后代，雌性器官发育缺陷或者停滞，水稻就会表现出雌性不育而其雄性可育。目前对水稻雌性不育的研究主要集中在细胞学分析上，而遗传学和分子生物学的研究还比较少[20]。人们设想利用雄性可育且育性稳定，并表现为隐性基因控制的雌性不育水稻作为杂交水稻父本，从而实现杂交稻父母本混播机械化制种。但是，雌性不育水稻自身繁殖十分困难，并且在已有雌性不育系中尚未发现化学恢复剂，因此该工作开展较为困难[21]。

2 展 望

我国政府高度重视转基因作物的研发。自“七五”以来，转基因作物的研发一直被列为863计划和“国家转基因植物重大专项”的资助领域，并且取得了重大进展。然而，由于国内外有关转基因安全性方面的争论和政策的不确定性，致使我国转基因水稻产业化进程进展缓慢[11]。

将小粒亲本用于杂交水稻种子机械化生产的研究才刚刚开始。通过物理方法进行杂交种子的筛选，种子加工过程中使用物理机械分离父母本，实现父母本机械混播混栽混收的种子生产全程机械化，具有广阔的应用前景。

利用具有隐性遗传特性的小粒材料选育小粒不育系，通过与粒型差异很大的大粒父本杂交，选配出适合混播制种的杂交水稻新组合，并通过对父母本生育期、父母本混合比例、化学调控方法，造就最佳的异交态势，最佳收获时期等技术研究，制定相应技术操作规程，其意义不仅在于实现杂交水稻种子生产的轻型化、机械化、规模化，而且可提高制种产量和确保纯度；同时，利用该方法不需大量喷施除草剂，对环境污染小，并可大幅度降低种子生产成本。因此，具有隐性遗传特性的小粒不育系的选育及应用，将全面提升我国杂交水稻制种技术，推动杂交水稻持续稳步发展。

目前，杂交水稻亲本花期不同年份完全相遇还需要合理调节，创制适宜的色选机械，以及掌握药剂喷施的合适浓度、时期及方法等问题都有待深入研究。因此，我国大面积推广应用杂交稻亲本混播机械化制种技术还有待进一步研究完善。

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ResearchProgressofMechanizationProductionofHybridRiceSeedthroughParents’SeedsMixedPlanting

LIUYan-bin1，YANGYuan-zhu2*，LIUJian-feng1*，FUChen-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

刘延斌(1988-)，男，辽宁省瓦房店市人，硕士研究生,Email:317259937@163.com。*通讯作者。

湖南省重大科技专项，编号2009FJ1004-3；湖南省水稻产业技术体系项目资助。

S511.038

A

1001-5280(2012)01--03

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.01.