雜交水稻機械化制種研究的現(xiàn)狀、問題與對策

湯國華，謝紅軍，余應(yīng)弘

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.國家水稻改良中心長沙分中心，湖南 長沙 410125；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410125）

雜交水稻是一項先進的糧食增產(chǎn)技術(shù)，雜交水稻機械化制種是制約雜交水稻全球發(fā)展的一個重要因素。早在1980年美國圓環(huán)種子公司（Rice Tec前身）就開始對南優(yōu)2號進行機械化試制。之后，日本、德國等紛紛開展雜交稻機械化制種研究[1]。美國水稻技術(shù)公司、德國拜耳公司在巴西、阿根廷等南美國家采用父、母本機械旱條播[2-6]，機械或農(nóng)用飛機施肥、噴施“九二0”，直升機趕粉，父、母本機械分批收割等制種技術(shù)，實現(xiàn)了大面積機械化制種。

我國雜交水稻機械化制種起步相對較晚，隨著雜交水稻種子生產(chǎn)經(jīng)營的行政區(qū)域和地方保護被打破，雜交水稻種子生產(chǎn)逐步向優(yōu)勢生態(tài)區(qū)集中，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的逐步實施，農(nóng)村人口將進一步減少，現(xiàn)行勞動密集型、精耕細作型的制種技術(shù)已阻礙了雜交水稻種子生產(chǎn)的發(fā)展，國外機械化制種的模式不一定適合中國，因此尋找適合我國自身發(fā)展的機械化制種技術(shù)就顯得尤為重要。

1 雜交水稻機械化制種研究的現(xiàn)狀

雜交水稻機械化制種可分為兩種模式：一是分植法，二是混植法[7-8]。分植法是指把父、母本分開種植的一種機械化制種模式。分植法最主要的形式是父、母本按行比或廂寬相間種植；另一種形式是父母本分開集中種植，父本開花時收集花粉、儲藏并保持花粉活力，母本開花后機械授粉。混制法是指把父、母本按一定比例混合種植的另一種機械化制種模式。混植法有機械混直播、人工或機械混撒播或父、母本混播機插等方法。

1.1 分植法機械化制種研究

分植法制種是我國雜交水稻制種的傳統(tǒng)模式，也是國外機械化制種的主要模式，分植法機械化制種主要有以下4種形式。

1.1.1 按播差期母本直播、父本育苗移栽制種 按播差期和行比，采用人工育苗移栽，是我國傳統(tǒng)的雜交水稻制種形式。為解決制種基地勞動力不足的問題，利用人工撒播、機械水直播、軟盤拋秧等方式定植母本。

1.1.2 按父、母本播差期機械旱直播或育苗機插制種 父、母本按播差期機械旱直播是目前美國、巴西等國家大面積機械化制種的主要形式[2]。其技術(shù)要點是：先翻耕土地并用激光平整機平田壓實，播種前噴施除草劑殺死雜草和落谷苗，然后按播差期和行比播種父、母本。父、母本行比按收割機收割寬度確定，一般是 4～6行父本，20～40行母本（2～3收割機寬），父、母本間距60 cm左右。機械或農(nóng)用飛機施肥、噴施“九二0”，直升機趕粉，父、母本分批收割。這種模式父、母本播差期一般7～15 d。

1.1.3 父、母本同期旱直播或育苗機插，母本再生制種 把播差期相差25 d左右的父、母本同期按行比機械旱直播或育苗機插，父本幼穗分化2～3期時，母本幼穗分化處于6期左右，用輕型割蔸機對母本割蔸，使其再生與父本花期相遇。這種形式雖然較繁瑣，但花期相遇好，制種產(chǎn)量較高。

1.1.4 機械采粉授粉制種 父、母本分別集中種植，在父本盛花期機械采粉、冷凍儲藏，在母本盛花期機械授粉[9]。這種模式能克服雜交水稻制種時間和空間的障礙，簡化制種程序。湖南師范大學(xué)生物系在20世紀(jì)80年代中期進行了該項研究。但花粉在冷藏條件下，活力喪失快，花粉萌發(fā)率低，該制種方法難以應(yīng)用。

1.2 混植法機械化制種研究

混植法機械化制種是機械化制種的理想模式，這種模式要求父、母本同時播種，同期抽穗，主要有3種途徑。

1.2.1 生物學(xué)方法 利于雌性不育材料或自交不發(fā)芽材料作父本，兩類材料均能正常提供花粉，雌性不育材料自交不結(jié)實，自交不發(fā)芽材料雖結(jié)實但不具發(fā)芽能力，兩種材料在特殊條件下均能恢復(fù)育性和發(fā)芽力。這兩類父本材料均有育成報道，但沒有應(yīng)用例證。

1.2.2 化學(xué)方法 此種方法有兩種途徑。一種是將抗滅殺性除草劑的基因?qū)氩挥担鐚⒖共莞熟ⅰ⒉荻§⒌鹊幕驅(qū)氩挥担诟副臼诜劢Y(jié)束后噴施農(nóng)大、Basta等除草劑殺死父本；另一種是將對水稻選擇性除草劑如苯達松敏感的基因?qū)敫副荆副臼诜酆髧娛┍竭_松殺死父本[10]。

1.2.3 物理方法 一種是色選法，色選法是利用父、母本自身潁殼顏色差異或父、母本之一能被某種化學(xué)物質(zhì)如酚類染色，利用光學(xué)方法將父、母本分離開來的分選方法。利用父、母本自身顏色差異如褐色、綠色穎殼的不育系與正常顏色的父本制種，混植混收后色選分離，此方法因分離效率不理想等原因，未見投入應(yīng)用。一種是機械分選法，利用父、母本在粒形（長、寬、厚）上的差異，父、母本混植混收后機械分選。日本在父、母本粒形差異上做過研究，當(dāng)父、母本粒寬差異大于0.7 mm時，可利用圓孔篩分離[11]。

2 雜交水稻機械化制種中存在的問題

雜交水稻機械化制種技術(shù)除了水稻生產(chǎn)機械化外，還包括機械輔助授粉技術(shù)，父、母本機械收獲、分離技術(shù)，“九二0”機械噴施技術(shù)等。上述的每個技術(shù)環(huán)節(jié)都決定雜交水稻機械化制種的成敗。因此，只有了解雜交水稻機械化制種各環(huán)節(jié)存在的問題，才能更好地尋找到解決方法[12]。

2.1 父母本花期不遇，導(dǎo)致制種產(chǎn)量低

花期相遇是雜交水稻機械化制種高產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前，大面積機械化制種的主要模式是父、母本按播差期和行比分別實行機械旱直播，父、母本播差期一般為7～15 d。母本不能按期播種或出苗是導(dǎo)致花期不遇的主要原因。

2.1.1 母本不能按期播種，導(dǎo)致花期不遇 這種機械化制種模式父、母本必須分批播種，問題也因此而來。該播種母本時，由于下雨或土壤含水量高，播種機不能播種，母本播種只能提前或推后，從而導(dǎo)致花期不遇。

2.1.2 母本不能按期出苗，導(dǎo)致花期不遇 即使母本能按期播種，但由于土壤含水量的差異，其出苗期有時相差7 d。巴西在機械旱直播制種實踐中，母本在土壤含水量較高（或播種后3 d內(nèi)下雨）時播種，5～7 d出苗；在土壤含水量低（或播種后出苗前不下雨）時播種，13～14 d出苗。

2.2 雜交稻種子純度得不到保障

2.2.1 選擇性除草劑不能完全殺死父本 混植法機械化制種，利用對水稻選擇性除草劑苯達松、米唑酮類等敏感的材料作父本，授粉結(jié)束后噴施苯達松等，不能完全殺死父本，種植雜交稻時須在苗期再施除草劑一次才能完全殺死父本秧苗。拜耳在巴西采用這種模式制種[13]，雜種純度一般在80%左右，種子銷售時折價，并配送除草劑在苗期殺死父本秧苗。水稻生產(chǎn)發(fā)達國家均為規(guī)模化種植，技術(shù)措施容易落實到位，而我國水稻生產(chǎn)農(nóng)戶大多小規(guī)模經(jīng)營，技術(shù)入戶難度大，同時，種子質(zhì)量達不到國家標(biāo)準(zhǔn)禁止銷售。

2.2.2 制種田自生苗不易控制 上季或上一年制種田中的落粒谷量很大，且具有發(fā)芽力時，將嚴(yán)重影響直播制種種子純度。

2.3 缺少適應(yīng)機械化制種的組合和基地

分植法和混植法機械化制種，對制種組合的共同要求是父、母本能同期播種且花期相遇。此外，分植法機械化制種重點應(yīng)解決基地問題，混植法機械化制種重點應(yīng)解決父、母本的分離問題。選育混植法機械化制種組合的難度遠大于選育分植法機械化制種組合，但選育混植法機械化制種組合是我國實現(xiàn)大面積全程機械化制種的根本出路。

2.3.1 水稻生產(chǎn)機械化程度高的國家缺少適應(yīng)機械化制種的組合 在水稻生產(chǎn)機械化程度高的國家，很多農(nóng)場主擁有數(shù)百公頃集中連片、田面平整的水田，一臺播種機一天能播種50～80 hm2。這些國家只需選育父、母本同期播種、花期相遇好的組合，就能實現(xiàn)大面積機械化制種高產(chǎn)的目標(biāo)。

2.3.2 我國既缺少分植法機械化制種的基地又缺少混植法機械化制種的組合 我國耕地資源短缺，農(nóng)戶人均水田面積少，且多為千家萬戶小規(guī)模經(jīng)營。我國雜交水稻制種雖然經(jīng)過多年探索形成了7個生態(tài)區(qū)，但除江蘇鹽城外，人均水田少且田塊不周正，不利于機械操作，很難整合成適應(yīng)大面積機械化制種的基地。我國育種家很少把適應(yīng)機械化制種作為組合選育的首要目標(biāo)，父、母本能同期播種花期相遇的組合少，更沒有混植法機械化制種組合大面積應(yīng)用于生產(chǎn)。

3 實現(xiàn)雜交水稻機械化制種的對策

3.1 選育適合機械化制種的組合

3.1.1 選育父、母本能同期播種的組合 無論分植法還是混植法機械化制種，其基本前提都是選育父、母本能同期播種且花期相遇好的組合。

機械化制種要求育種家選育適合機械化制種的組合。過去，育種家對父、母本的播差期未引起重視，只強調(diào)組合優(yōu)勢，父、母本播差期再大，組合還是當(dāng)選，這無形中增加了機械化制種的難度和花期不遇的風(fēng)險。選育父、母本生育期相同或相近的組合，是實現(xiàn)機械化制種和花期相遇的基礎(chǔ)。

雜交水稻制種父、母本的播差期是相對的，由于父、母本對光溫反應(yīng)的差異，在某一生態(tài)區(qū)父、母本不能同期播種制種的組合，而在另一生態(tài)區(qū)則可能實現(xiàn)父、母本同期播種花期相遇。目前，科研人員已經(jīng)選育出父、母本能同期播種制種的苗頭高產(chǎn)組合。實踐也證明，“兩系法”是選育適應(yīng)機械化制種組合最有效的途徑。

3.1.2 選育父、母本粒型差異大的組合 我國稻種資源豐富，大面積種植的水稻品種粒形多樣，千粒重、粒長差異大，利用父、母本粒形差異，選育適合混植法機械化制種組合，是實現(xiàn)雜交水稻機械化混植制種的理想模式。余應(yīng)弘等[14]利用矮稈、隱性小粒材料瀟湘矮轉(zhuǎn)育成的水稻光溫敏小粒不育系，千粒重11 g左右、株高60 cm，利用自主設(shè)計的圓筒窩眼型孔篩可將該小粒材料與正常恢復(fù)系完全分離。

3.2 改旋耕為鏵式犁翻耕，控制落谷苗

旋耕難把田間落谷翻入底層，制種時容易出現(xiàn)落谷苗，影響雜種純度。用鏵式犁把表層落谷翻入底層，可防止落谷苗發(fā)生，保證種子純度。

3.3 加強制種機械設(shè)備的研制

3.3.1 趕粉機械研制 授粉一直是雜交水稻制種勞動強度大、時間長、用工緊張的環(huán)節(jié)，授粉質(zhì)量直接關(guān)系到制種產(chǎn)量高低。國外發(fā)達國家一般采用小型直升機趕粉，而我國雜交水稻制種基地住房多、樹木多、電線多，很難利用直升機授粉。研制小型飛行趕粉器，飛行高度2～10 m，穗層風(fēng)力5級，飛行速度20 km/h，授粉寬度10 m，每臺趕粉器可授粉20 hm2，每天授粉2次。

3.3.2 分離機械研制 湖南省水稻研究所與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)對不同粒型父、母本進行分離研究，聯(lián)合研制出滾筒式水稻種子分選機模型，并申請了專利。該項專利適用于分離粒型差異較大的父、母本，實現(xiàn)父、母本機械混播、混收，機械分離全程機械化制種[15]。

3.3.3 水田直播機械研制 山丘區(qū)大多不宜使用大型機械，因此，針對山丘區(qū)研制小型人力直播機，機重20 kg左右，1人操作，每次播種4～6行，播種、覆泥一次完成。

3.4 建立適合機械化制種的基地

雜交水稻制種機械化是未來發(fā)展趨勢，研究探索有中國特色的雜交水稻機械化制種技術(shù)體系尤為必要。制種基地的規(guī)模化是雜交水稻機械化制種的前提[16]，建設(shè)規(guī)模化制種基地要考慮土地租金、生態(tài)條件、人文條件、交通便宜等因素，建立適合機械化制種的基地。

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